Глава 6 Что готовит будущее

Ничто не занимает умы великих мыслителей бессонными ночами сильнее, чем великие вопросы жизни, оставленные без ответов. Фауст Гёте хотел знать, какая сила связывает мир изнутри. «Сильная ядерная энергия», — небрежно ответил бы ему наш современник, физик, и, хихикая, отвернулся бы к своему ускорителю частиц. На это Фауст не смог бы ничего возразить, поскольку предпочитал возиться с пуделем, а не с протонными ядрами.

Другой великий мыслитель, Альберт Эйнштейн, хотел узнать, что на самом деле представляет собой время. «Пора учиться говорить», — повторяла его мать, потому что Эйнштейн заговорил поздно, в возрасте трех лет. У физика не было особого таланта к языкам, его мысли носили скорее визуальный характер. Считается, что склонность к образному мышлению помогла ему развить свою самую радикальную идею — теорию относительности. Она и по сей день испытывает наше интуитивное понимание времени. Эйнштейн сумел показать, что наше представление о равномерном ходе времени неверно и что не только высокие скорости влияют на течение времени, но и большие скопления массы. К счастью, физик выдвинул свою теорию задолго до того, как шутки про «твою мамашу» стали популярными. За свое понимание природы времени Эйнштейн в 1922 году получил Нобелевскую премию в области физики. Он оставил призовые деньги своей бывшей жене, которая впоследствии выстроила свою собственную гипотезу о времени: время — деньги.

Осознание того, что абсолютной меры времени не существует, делает актуальным вопрос, что, собственно, такое настоящее. И нейробиология еще больше усложняет ситуацию.

Нашему мозгу требуется приблизительно 80 миллисекунд, чтобы сообщить нам о происходящих событиях. Это соответствует одной четверти того времени, за которое мы успеваем один раз моргнуть.

Все, что мы ощущаем, происходит чуть раньше, чем мы узнаем об этом. В отличие от теории относительности, которая фактически ставит под вопрос абсолютную одновременность событий, правило 80 миллисекунд влияет на наше субъективное впечатление о том, что происходит одновременно. Когда вы смотрите фильм, где звуковая дорожка не идеально совпадает с картинкой, задержка продолжительностью 80 миллисекунд — это предел, который вы сможете заметить. Причем этот эффект проявляется не постепенно, а резко.

Попробуйте встать примерно в 25 метрах от кого-нибудь и попросите этого человека медленно хлопать в ладоши. На этом расстоянии звуку потребуется чуть меньше 80 миллисекунд, чтобы добраться до вас. Поэтому вы будете воспринимать звук хлопков одновременно с визуальным наблюдением сталкивающихся рук. Теперь медленно отходите назад, обращая внимание на то, что оба ощущения больше не синхронизированы. Можно попробовать проделать это на расстоянии в 30 метров. С такой дистанции звук хлопков, в зависимости от температуры воздуха, дойдет до вас приблизительно за 80 миллисекунд. Правильно определив нужную точку, достаточно будет сделать большой шаг вперед или назад, чтобы воспринимать два ощущения одновременно или с задержкой.

Хоть настоящее и представляется нам самым реальным из всех трех времен, похоже, что физика и наш мозг объединились, чтобы все усложнить. Даже прошлое имеет свои камни преткновения, ведь представления о минувших событиях сильно различаются в зависимости от того, с позиции какой культуры оценивать ситуацию. Поэтому я посвящаю эту главу времени трусов, оставляющему простор для возможного отступления: будущему. По крайней мере, пройдет хоть какое-то время, прежде чем последуют обвинения в неправоте.

Острая вегетарианская шаурма

Франция считается одним из красивейших мест Европы. Эта страна настолько широко известна во всем мире, а ее репутация так безупречна, что в честь ее столицы даже назвали временное психическое помешательство: «парижский синдром». В первую очередь это касается японцев, мечтающих об отпуске в стране хрустящих багетов. Почему именно японцев? У них, как ни в какой другой стране, популярен стереотип, согласно которому Париж — это волшебный романтический город. Азиаты ожидают увидеть сюрреалистичномагическую атмосферу, наполненную музыкой и прекрасными женщинами, которые пьют вино. Но как только они в действительности приезжают в страну и видят, как кто-то, одетый в футболку без рукавов, несет под мышкой багет, а потом ест его немытыми руками, поплевывая на землю, их картина мира претерпевает такие серьезные потрясения, что некоторые даже сходят с ума.

Причина развития «парижского синдрома» (этот термин был придуман психиатром из Парижа) — различие между ожиданиями туристов и реальностью города.

Симптомы «парижского синдрома» включают в себя острые бредовые состояния, галлюцинации, беспокойство, головокружение, потливость и учащенное сердцебиение. Японское посольство рассказывает, что этих случаев насчитывается более дюжины в год, среди них такие, как история женщины, которая внезапно решила, что ее атакуют микроволны, или мужчины, который вдруг стал считать себя Людовиком XIV.

Я не японец, и мне ни разу не доводилось посещать Париж. Но неужели там все настолько плохо?

Конечно, кулинарные предпочтения французов кажутся несколько непривычными. Их неприязнь к фастфуду так велика, что из упрямства они едят даже улиток только потому, что они такие медлительные. А еще эти лягушачьи лапки! Их едят даже в торжественной обстановке. Например, в Нанте, красивом городе на западе Франции. Там в 2003 году шесть гурманов сели за шикарно накрытый обеденный стол. На белой скатерти расставили блюда, приготовленные из лягушачьего мяса, вкус которых подчеркивало изысканное красное вино. Уютную атмосферу нарушало лишь то обстоятельство, что за гурманами во время их трапезы кое-кто наблюдал. А именно та лягушка, которую они как раз с удовольствием ели. Она, живая и здоровая, сидела в аквариуме рядом со столом, наблюдала, как ее поедали, и думала про себя: «Ква», что, скорее всего, означало: «Что, черт возьми, происходит?!»

Как лягушке это удалось? Что если на третий день она воскресла из мертвых и сказала: «Приимите, ядите: сие есть тело мое?» Скорее всего, нет, амфибию никто даже не спросил, хочет ли она вообще присутствовать на вечеринке. Ранее у лягушки взяли несколько мышечных клеток, что вполне безвредно, но, несмотря на это, не самое приятное занятие в свободное время. Эти клетки выращивали на биополимере для приготовления небольшого стейка из лягушки. Через три месяца лакомый кусочек достаточно подрос. После ночи вымачивания во французской яблочной водке, обжаренный и приправленный медом и чесноком, он был подан на стол. В качестве награды за перенесенные тяготы щедрого донора клеток было решено после торжественной трапезы переселить в красивый пруд, находящийся на территории близлежащего ботанического сада. Для лягушки все сложилось так удачно, что даже гурманы, дегустировавшие стейк, были не так счастливы. Им пришлось через силу доедать прототип стейка из лягушачьего мяса, ведь он показался им совершенно безвкусным. Столько усилий было положено, а они еще имели наглость жаловаться. Стейк вырастили слишком коротким, в связи с чем биополимер не успел разложиться полностью. Так что консистенция напоминала скорее не лягушачьи лапки, а носок, покрытый желе. Гурманы, скорее всего, были рады, что стейк был всего несколько сантиметров в длину.

На вкус блюдо было посредственным. Возможно, определенная бедность вкусовых ощущений даже задумывалась изначально, ведь это арт-проект. Авторы хотели обратить внимание на три вещи: неприязнь французов к искусственно измененной пище, отвращение всего остального мира к французским лягушачьим лапкам и возможность получения мяса таким способом, при котором ни одно животное не должно погибнуть.

Британский премьер-министр Уинстон Черчилль подумал об этом еще в 1932 году, когда заявил: «Мы избежим абсурдной необходимости выращивать целую курицу, чтобы потом съесть только ее грудку или крылья, если начнем культивировать эти части по отдельности в подходящей среде». Был бы он так же сильно воодушевлен от мысли о кашицеобразном стейке из лягушки? С чисто рациональной точки зрения переход на мясо, выращенное из клеточной культуры, которое я далее буду называть клеточным мясом, представляется весьма разумным.

Среднестатистический немец за всю свою жизнь съедает 4 коровы, 4 овцы, 12 гусей, 37 уток, 46 индюков, 46 свиней и 945 цыплят. А это целая ферма, не считая бесчисленных рыб и прочей морской живности.

При ежегодном потреблении мяса в количестве 88 килограммов на душу населения Германия занимает 21-е место в мире. Австрия занимает 7-е место при 102 килограммах, а США лидирует с ошеломляющими 120 килограммами съеденных животных за год с небольшим.

Это глупо не только по отношению к животным, но и к климату, за состояние которого часто несет ответственность дурное поведение за столом. Точнее, способность жвачных животных постоянно и совершенно беззастенчиво отрыгивать. Не стоит их винить, сами попробуйте питаться одной травой и при этом хорошо ее усваивать. У животных в передней камере желудка при содействии дружелюбных микроорганизмов происходит предварительное переваривание тяжело усваиваемой растительной целлюлозы. При этом образуется газ метан, который прокладывает свой путь к свободе с помощью едкой отрыжки. Жующая жвачку корова ежедневно производит до 500 литров метана в день, что, с точки зрения животного, совсем не страшно, если никто не заметит, но это создает проблемы климатического характера. Молекула метана в 25 раз сильнее способствует созданию парникового эффекта, чем двуокись углерода. Так что в наступлении плохого лыжного сезона в некоторой степени виноваты коровы со своей жвачкой.

Согласно данным Всемирной продовольственной организации, глобальный спрос на мясо удвоится к 2050 году в результате роста благосостояния и увеличения населения Земли.

Животные, как и окружающая среда, не особо обрадуются увеличению спроса на мясо.

И вот тут-то клеточное мясо сможет показать, на что способно. Согласно исследованию Оксфордского университета, для производства клеточного мяса потребуется на 45 % меньше энергии, на 99 % меньше земли и на 96 % меньше воды, чем для производства обычного мяса из Европы, а выбросы парниковых газов сократятся на 96 % [112]. За экологию лабораторное мясо получает римскую единицу. И это даже без упоминания этических преимуществ. Если вы пытаетесь похудеть, с утра пораньше введите в поисковой строке на YouTube запрос «промышленное содержание животных» или «скотобойня», это поможет отказаться от шницеля гораздо быстрее, чем строгий взгляд диетолога Саши Валлечек. Страдание животных в связи с употреблением мяса могло бы быть повсеместно прекращено благодаря клеточному мясу. Из клетки, которая обладает характеристиками стволовых клеток, а следовательно, может очень часто делиться, можно получить несколько тонн мяса. Так что для приготовления каждой шаурмы не придется заново проводить мышечную биопсию.

Рецепт приготовления бургера, выращенного в домашних условиях

Считаете, что ваш сосед может отлично позаботиться о себе, потому что в своем саду он вырастил три огурца и помидор? Тогда он может поставлять гарниры к вашим домашним бургерам из клеточного мяса. Все, что вам нужно, это большой подвал, несколько сотен тысяч евро на лабораторное оборудование, и хозяин, готовый оставить вас наедине со своей коровой на 30 минут, не задавая неловких вопросов. Лучше всего начать с неприятной части, мышечной биопсии, чтобы сразу же оставить этот этап позади. Для этого проткните мышцу коровы иглой, небольшой кусочек мышечной ткани должен остаться на ее кончике. Это не так трагично, как кажется, а у людей такие операции обычно проводят без использования общей анестезии. В лаборатории у себя в подвале подвергните сырье для гамбургера более подробному изучению. Среди разнообразных типов клеток ищите крайне специфическую экзотику: мышечные стволовые клетки, также называемые клетками-спутниками (или миосателлитами. — Прим. науч. ред.). Они располагаются на мышечных волокнах, а в их задачу входит производство новых мышечных клеток, когда происходят повреждения. Умение использовать клетку, которая может часто делиться, позволит вам произвести тонны мяса посредством одной процедуры мышечной биопсии. Но не ешьте все сразу, иначе станет плохо. Чтобы выбранные вами клетки-спутники смогли вырасти, их нужно культивировать в биореакторе.

Биореактор — это просто громкое название для большого контейнера, наполненного питательным раствором, где тщательно контролируются такие факторы, как подача питательных веществ, температура, содержание кислорода, значение pH и т. д.

Но этого недостаточно, чтобы превратить клетки в сочный кусок мышцы. Чтобы клетки делились, в их среде должны присутствовать факторы роста. Обычно их получают из крови зародышей коров и добавляют в питательный раствор. Для создания клеточного мяса это, конечно же, не главное. В качестве альтернативы можно культивировать в биореакторе дополнительные типы клеток, которые будут выделять в среду требуемые факторы роста. Клетки печени, к примеру, стимулируют деление клеток-спутников за счет выделения факторов роста. А после вы даже сможете приготовить из клеток печени вкусный паштет. Мышечные волокна могут развиваться только в том случае, если они закреплены на чем-либо. Для этого вам пригодятся маленькие кусочки застежки-липучки, между которыми будут натянуты мышечные волокна. В целом для производства материала в количестве, достаточном для бургера, вам потребуется изготовить около 20 000 таких крошечных мышечных полосок.

Если хотите создать более сложную форму, можно вырастить мышечные клетки на каркасе из биоразлагаемого материала, например из целлюлозы. В питательной среде мышечные волокна начинают спонтанно подергиваться. Сокращения мышечных волокон могут быть дополнительно инициированы посредством электрических импульсов, подобно тому, как это происходит с нашей мускулатурой, что способствует росту. К сожалению, вырастить таким образом стейк не получится, он будет слишком толстым. Внутренние клеточные слои не получат достаточного количества кислорода и отомрут из-за отсутствия кровоснабжения. Внутри котлеты с помощью 3D-принтера нужно будет соорудить небольшую систему каналов. До тех пор нам придется довольствоваться прессованным мясом для бургеров, колбас или фарша. Но для приятного вечера с барбекю этого должно быть достаточно.

Пятого августа 2013 года наступил исторический момент. В Лондоне пионер в области производства клеточного мяса доктор Марк Пост пожарил первую котлету, при изготовлении которой не пострадало ни одно животное, а два гастрокритика сняли пробу. Они сочли ее суховатой, поскольку, в отличие от традиционного мяса, в этой котлете отсутствовали жировые клетки. Проблема, которую можно решить в два счета. Не считая этого, котлета на вкус оказалась довольно сносной, чего и следовало ожидать от бургера за 250 000 евро. Естественно, пока бигмак стоит 3,50 евро, этот бургер не сумеет завоевать всемирное признание. Но в марте 2015 года доктор Пост сообщил, что стоимость следующей версии бургера уже опустилась до смешных восьми евро, а через десять лет цена будет наравне с обычным мясом.

Получит ли клеточное мясо распространение, зависит от технической осуществимости в гораздо меньшей степени, нежели от реакции потребителей на мясо из лаборатории. Многие люди отвергнут его как неестественное. С другой стороны, никто не боится есть клубничный йогурт, хотя во всем мире не хватит клубники, чтобы удовлетворить потребность в клубничном вкусе. В результате на картинке с упаковки йогурта фруктов часто бывает больше, чем в самом клубничном йогурте. Раз уж мы смогли привыкнуть к такому, то, надеюсь, это сработает и с клеточным мясом. Но до тех пор, пока это не произойдет, придется ответить на многие вопросы. Пока в еврейских общинах все еще спорят о том, является ли клеточное мясо кошерным, ученые-мусульмане уже заявили, что с лабораторным мясом все в порядке, если извлеченные клетки и растительная среда в биореакторе халяльные.

Конечно, мы могли бы сэкономить затраченные усилия, если бы просто отказались от мяса. При разумном подходе это может быть даже полезно для здоровья. Иногда мне кажется, что я должен чаще есть яблоки. Но потом я вспоминаю женщину по имени Ева, у которой все сложилось не лучшим образом. Лучше не рисковать, общество, полностью отказавшееся от употребления мяса, представляется мне чем-то нереальным. Для австрийца, например, шницель слишком хорош на вкус, а если вместо вареной телячьей колбасы баварцам предложить тофу, то в поисках тушеного мяса их войска снова войдут в Польшу. Уж лучше мясо из чашки Петри. Я считаю, что есть все шансы на то, что лет через 50 мы будем вспоминать то время, когда животные были вынуждены умирать только лишь ради того, чтобы в три часа утра их могли запить алкогольным напитком крепостью в два промилле или съесть в шаурме во время поездки в ночном автобусе.

Копипаст в спирали ДНК

Эволюция — это такой процесс, которому требуется всего несколько миллиардов лет, чтобы из кучи слизи создать человека. В глазах многих это шаг в неправильном направлении, но теперь уже ничего нельзя изменить. Благодаря мутации и селекции живые существа становятся все более сложными и адаптированными. При всем при этом эволюция ведет себя словно вор, крадущий конфету у ребенка: не слишком элегантно, но функционально. Каждая особенность, которую вы цените в своем теле, принадлежит вам лишь потому, что те ваши предки, у которых это свойство было менее развито, умерли.

Взрослые европейцы могут пить молоко только потому, что у людей с непереносимостью лактозы было меньше шансов найти себе пропитание, и они умерли от голода.

Большая жертва ради того, чтобы у вас не было вздутия живота от имбирного фраппучино. Тем, что вы не падаете замертво каждый раз, когда простужаетесь, вы обязаны всем людям, которые в прошлом умерли от вирусов, на сегодняшний день считающихся безвредными. Благодаря их жертве те, чья иммунная система сумела лучше приспособиться, получили эволюционное преимущество. Исключением, конечно же, является пресловутый мужской насморк, граничащий с околосмертным опытом, по крайней мере согласно рассказам пациентов.

Эволюция заключается в том, что ДНК детей немного отличается от ДНК их родителей новыми комбинациями генов и спонтанными мутациями.

Если существующие в потомстве варианты генов полезны для выживания, они передаются дальше. Потомство, чьи гены хуже приспособлены к окружающей среде, с большой вероятностью погибнет прежде, чем сможет передать свою ДНК.

Мутация чаще приносит вред, чем пользу. Хоть в Голливуде и не хотят ничего об этом слышать, но мутация скорее приведет к развитию ракового заболевания, чем к появлению суперспособностей. Таким образом, свойства, определенные генетически, можно улучшить только в том случае, если применить к ним настойчивое давление отбора. То есть заданные условия, при которых опасная для жизни среда устраняет плохо приспособленных носителей генов. Чтобы сегодня вы имели возможность себя так прекрасно чувствовать, эволюция убила больше людей, чем Чингисхан и Дарт Вейдер, вместе взятые.

ДНК детей всегда немного отличается от ДНК родителей — в этом суть эволюции.

Обязательно ли так будет и дальше? В последние десятилетия современная медицина сняла большую часть давления отбора с нашей иммунной системы. Даже такая характеристика, как острота зрения, эволюцию уже вряд ли заинтересует, поскольку у очкариков и людей с острым зрением продолжительность жизни одинаковая. В таких областях наше культурно-технологическое развитие опередило нашу биологическую эволюцию. Здорово, конечно, что близорукие люди уже не покинут генофонд только потому, что слишком поздно заметят саблезубого тигра. Но в жизни ничего не бывает просто так, и цена, которую мы за это платим, такова, что неблагоприятные мутации, вызывающие, к примеру, ухудшение зрения или восприимчивость к определенной болезни, могут передаваться лучше, чем в прошлом. Интересно, что именно на этом этапе развития нашего вида, в тот момент, когда эволюция во многих областях работает с ручным тормозом, включенным наполовину, человечество учится целенаправленно контролировать свое генетическое развитие. Возможно, случайные мутации остаются всего лишь движущей силой в развитии вида, пока он не научится работать над своим геномом самостоятельно. Хорошо это или нет, зависит от того, насколько зрелым является общество, обладающее способностью изменять свои гены. И для чего мы используем эту способность: чтобы дарить людям долгую жизнь и крепкое здоровье или чтобы гнаться за сомнительными стандартами красоты? Независимо от того, нравится вам эта идея или нет, технически скоро будет возможно считать три миллиарда букв ДНК и решить, стоит ли передавать их потомкам в таком состоянии. Стоит задуматься над этим, пока не поздно. Так что наливайте себе чашечку ароматного чая, надевайте теплые носки и устраивайтесь поудобнее. Нам предстоит поговорить о редактировании генома.

Чтение генов.

Сложно отредактировать книгу, которую не читал. С ДНК дело обстоит точно так же, именно поэтому в 1990 году впервые начали секвенировать[10] геном[11] человека. ATGCGTGAGTC… И так далее, последовательность, состоящая из трех миллиардов букв, сформировавшаяся за миллиарды лет, как же здорово, что наконец-то удалось ее прочесть! Нить ДНК примерно в 400 000 раз тоньше человеческого волоса. Чтобы ее разглядеть, недостаточно просто надеть очки для чтения и скосить глаза к переносице. Чтобы расшифровать нашу генетическую информацию, исследователям приходилось использовать затратные, непрямые методы расшифровки.

Пришлось потратить 3 миллиарда долларов на то, чтобы более 1000 ученых после 13 лет напряженной работы могли с гордостью заявить: мы секвенировали первый человеческий геном[12].

Но чья же была первая секвенированная ДНК? Этого не знают даже сами исследователи. Генетическая информация была получена не от одного человека, а от нескольких доноров, которые анонимно предоставили образцы своей крови. Подобно порождению разнузданной сексуальной оргии, первый секвенированный геном представлял собой смесь ДНК нескольких людей, которые даже не знали друг друга. Различие генетической информации у разных людей составляет приблизительно 0,1 % от всех ее букв, а расположение генов одинаковое. Вот почему удалось составить относительно чистую последовательность букв из смеси генетической информации от разных доноров. Что же изменилось в результате преодоления этого этапа развития молекулярной биологии? Удивительно, но не многое. Знать последовательность букв в ДНК еще не значит понимать, как она работает. Целью всех приложенных усилий было создание цифрового «референсного генома». Он выступает в качестве карты ДНК, которая сообщает нам, какой ген к чему относится и из каких букв состоят отдельные отрезки. Эти данные сами по себе не лечат никаких заболеваний, но облегчают другим исследователям работу с ДНК человека и расшифровку других геномов. Референсный геном заложил основу для более совершенных методов секвенирования. Сегодня примерно за 1000 евро каждый может расшифровать свою ДНК. По сравнению с тремя миллиардами долларов, потраченных на первых порах, это сущие копейки. Вот так секвенирование генома превратилось в рутинную медицинскую услугу, и на сегодняшний день уже расшифрована генетическая информация тысяч людей. Такое огромное количество секвенированных геномов для исследователей подобно золотой жиле, оно позволяет открывать новые пути для поиска способов лечения заболеваний. Например, изучение здоровых людей с целью помочь больным.

Генетические герои.

Когда ученые хотят понять генетически обусловленное заболевание, они, как правило, действуют согласно проверенной схеме:

1. Идентифицировать у пациента основной генетический дефект.

2. Воссоздать наследственный дефект на модели системы (клеточная культура, мышь и т. д.).

3. Проанализировать механизм заболевания.

4. Протестировать способы облегчения заболевания.

5. Опубликовать результаты в серьезном журнале, получить Нобелевскую премию и стать героем любой вечеринки.

В принципе, не такой уж плохой план, который часто работает только по 4-й пункт включительно. Ну а чего вы хотели добиться, исследуя генетический дефект, запускающий развитие заболевания, на подопытном животном, которое совсем не хочет болеть? Хороню это или плохо?

Одним из таких примеров был Ринго, золотистый ретривер, родившийся в Бразилии в 2003 году. Его и других щенков из этого помета сделали носителями дефектной версии гена дистрофина [114]. Дистрофии — это белок, необходимый для мышечных волокон. Один из 5000 человек рождается с дефектом этого гена. Эти люди страдают от мышечной дистрофии Дюшенна. Первые симптомы паралича проявляются в детстве и по мере взросления приводят к летальному исходу. Собаки должны были помочь изучить это заболевание более тщательно.

То же самое произошло с братьями и сестрами Ринго, но не с ним. Даже став взрослым, он по-прежнему мог похвастаться отличным здоровьем, хотя у него был тот же генетический дефект. Почему Ринго не заболел? Оказалось, что у собаки по случайному стечению обстоятельств развилась другая мутация, которая защищала ее от мышечной дистрофии. Это была мутация в гене, приводившая к увеличению производства белка под названием Jagged 1. Этот ген никогда не связывали с мышечной дистрофией, но его повышенное производство предотвратило распространение заболевания в организме Ринго. Чтобы проверить открытие, мутацию гена дистрофина затем испытывали на рыбках данио-рерио, после чего рыбки заболели. Но если дополнительно мутировал ген для Jagged 1, рыбы оставалась здоровыми. Благодаря Ринго исследователи неожиданно для себя обнаружили мутацию, компенсирующую болезнетворный дефект, спасительную мутацию. Поэтому начался поиск лекарств, способных увеличить производство Jagged 1, чтобы суметь вылечить прежде неизлечимую болезнь.

Как метод исследования он оставляет мало надежды на то, что у подопытных животных появятся случайные спасительные мутации. А что если в этом вообще нет необходимости? Люди, у которых в результате наследственного дефекта развивается заболевание, с медицинской точки зрения представляют интерес и поэтому их подвергают соответствующим исследованиям. Но кто интересуется людьми, которые должны были заболеть из-за наследственного дефекта, но не заболели? О них редко что можно услышать, ведь у этих людей нет поводов обращаться к врачам. Они даже не знают, что на самом деле должны болеть. Настало время отыскать таких людей, потому что их гены могут открыть секрет, как лечить наследственные заболевания.

В настоящее время в мире насчитывается около 7,4 миллиарда человек, и практически все они являются носителями генов, имеющих отношение к тем или иным заболеваниям. По всей видимости, человечество само по себе битком набито спасительными мутациями, которые мы не обнаружим, пока не начнем вплотную заниматься генами здоровых людей.

Наука знает сотни мутаций, вызывающих заболевания. Однако систематический поиск дополнительных мутаций генов, которые предотвращают болезни, до сих пор пребывает в зачаточном состоянии. Одним из пионеров в этой области является американский исследователь Стивен Френд. Он запустил проект под названием The Resilience Project — А Search for Unexpected Heroes, или «Проект жизнестойкости» — поиск нежданных героев [83]. Согласно оценкам, примерно один из 20 000 человек является «генетическим героем». Это люди, которые на самом деле должны быть больны, но им удается избежать этого, потому что их защищает спасительная мутация. Чтобы найти этих героев, представители проекта Resilience по всему миру собирают образцы ДНК миллионов добровольцев старше 40 лет, которые никогда не страдали от наследственных детских болезней. Этих людей подвергают проверке на дефекты генов, которые, как известно, должны вызывать серьезные детские заболевания. Но, раз они не заболели, значит, что-то помогло им сохранить здоровье, будь то питание, влияние окружающей среды или просто спасительные мутации. Поиск последних и есть цель работы проекта для последующей разработки соответствующего лечения. Хотя сделано еще далеко не все, но уже были обнаружены десятки генетических героев. Их мутации могут подсказать, с чего следует начинать, чтобы предотвратить болезнь.

Чем больше геномов секвенируется, тем проще ученым-биоинформатикам находить спасительные мутации в огромном количестве данных.

Таким пациентам может помочь изучение геномов здоровых людей, ставшее возможным благодаря низкой стоимости анализа ДНК.

Переписать гены.

Вы тоже раздражаетесь, когда спрашиваете у кого-то совета, а в ответ слышите: «Просто будь собой!»? Давайте будем честны, у вас 21 000 генов, и даже не говорите, что не хотели бы изменить хотя бы один из них. Как насчет мутации CCR5-A-32? Она может наделить вас иммунитетом к ВИЧ, позволив вести беззаботную жизнь в духе Барни Стинсона. Если это кажется вам слишком радикальным, можно начать с небольшой мутации в гене АВСС11, который определяет, будет ваша ушная сера влажной или сухой. Существуют огромные базы данных, предоставляющих информацию о том, с какими свойствами связаны разные варианты генов. Но можем ли мы вообще изменять эти последовательности? Как часто случается, нам под руку подвернулись кишечные бактерии. А именно рок-звезда среди обитателей пищеварительного тракта, самая изученная бактерия в мире: Escherichia coli. Уже в 1987 году у одноклеточных организмов обнаружили повторяющиеся участки ДНК, как поступать с ними, тогда еще не знали. Сегодня последовательности носят звучное название Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats (Кластерированные регулярные интервальные короткие палиндромные повторы) — сокращенно: CRISPR (произносится как «криспер»). К тому времени уже узнали, что они являются частью примитивной иммунной системы, с помощью которой бактерии защищаются от вирусов. При считывании последовательности CRISPR образуется нить РНК. Она содержит последовательность букв, которая может целенаправленно привязываться к участку в геноме вирусов. Когда Е. coli инфицирована, РНК присоединяется к ДНК вируса-захватчика. Но это действие само по себе еще не приносит пользу бактерии, поэтому РНК дополнительно привязывается к ферменту CAS9 (произносится как «кас-найн»). Белок в состоянии разрезать ДНК. Если РНК CRISPR вместе с CAS9 привязывается к ДНК вируса, генетический материал захватчика разрезается, прежде чем сможет нанести ущерб.

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.

Как это связано с изменением моего генома? Место, где CAS9 делает разрез, определяется только тем, к какой последовательности букв привязана РНК CRISPR. Если вы хотите сделать разрез в другом гене, нужно просто изменить последовательность CRISPR. Система работает не только у бактерий, но и у таких высших организмов, как мы, люди. Чтобы сделать разрез в человеческом гене, все, что требуется, — это вставить в клетку соответствующую последовательность CRISPR и CAS9. В клетке ДНК CAS9 переписывается сначала в РНК, а затем в белок. Последовательность CRISPR становится РНК, которая передает CAS9, где в генетическом материале клетки следует сделать разрез. Разрыв в ДНК может быть использован как для уничтожения гена, так и для того, чтобы закрыть брешь другой последовательностью генов. Это можно использовать для отключения имеющихся генов или введения новых.

В 2013 году впервые удалось изменить человеческие клетки с помощью системы CRISPR.

Но даже не эта техника первая позволила осуществить такие генетические изменения. Однако по сравнению с более старыми методами она настолько проста в использовании, что в исследовательском сообществе ее обсуждают так же яро, как кремовый торт на встрече участников общества по борьбе с лишним весом Weight Watchers.

На пути изменения ваших генов стоит еще одна досадная формальность: вам придется поместить ДНК CRISPR/CAS9 в свои клетки. Нелегкая задача, учитывая то, что у вас их десять триллионов. В лаборатории для этого любят использовать вирусы[13], которые довольно успешно доставляют ДНК в клетки живых существ. Можете себе представить, что такой способ транспортировки не лишен риска. Кроме того, CRISPR проникает далеко не во все клетки организма. В настоящее время оптимальные способы транспортировки, подходящие для распространения системы редактирования генома в теле, еще не найдены. Эту проблему иногда можно обойти путем извлечения клеток из организма, их генетической модификации и последующего возвращения на место. Этот способ подходит, например, людям с ВИЧ-инфекцией. ВИЧ проникает в наш организм, привязываясь к рецептору в наших иммунных клетках и интегрируя свою ДНК в человеческий геном. Проводится работа по удалению инфицированных клеток и их предвестников из организма. При этом посредством CRISPR из генома удаляется вирусная ДНК и рецепторный ген. Без рецептора вирус больше не может проникать в наши клетки. Поэтому иммунные клетки не только очищаются от вирусов, но и больше не могут быть инфицированы. После этого их нужно ввести обратно в организм пациента.

Забор клеток необходим, потому что CRISPR гораздо легче проникает в отдельные клетки, чем в организм в целом.

Каждый человек, каждый слон и даже каждый синий кит когда-то начинал свое развитие как одна малюсенькая клетка.

Вскоре после того, как вы обогнали миллионы противников на пути к яйцеклетке своей матери, вы стали единственной клеткой, из которой смог развиться весь человек. Если бы в этом состоянии посредством CRISPR была пропущена мутация, отвечающая за сухую ушную серу, то сегодня она бы уже находилась в каждой клетке вашего тела. Но не беспокойтесь, это вовсе не означает, что каждая из клеток тела вдруг начнет производить ушную серу. Ориентация на другие гены могла бы, например, сделать ваших потомков устойчивыми к ВИЧ или подарить им мутации, связанные с улучшенной иммунной системой, более высоким интеллектом, более крепкими мышцами, повышенной выносливостью, усиленной эмпатией и т. д. Можете представить себе, к каким серьезным выводам приводят такие возможности. Тем не менее многие люди не размышляли на эту тему, потому что идея генетического изменения собственного потомства до недавнего времени являлась чем-то из разряда научной фантастики. Между тем первые шаги в этом направлении уже сделаны.

В апреле 2015 года китайские исследователи опубликовали работу, взбудоражившую умы [97]. Впервые CRISPR использовали на человеческих эмбрионах. А именно на зиготах — так называют клетки, образующиеся сразу после слияния сперматозоида и яйцеклетки. Была предпринята попытка устранить генетический дефект, который вызывает заболевание крови. В зиготы вводили ДНК CRISPR/CAS9 вместе с оригинальной ДНК, содержащей вариант здорового гена. Через 48 часов CRISPR выполнила свою работу. Эмбрионы, которые теперь состояли из восьми клеток, были тщательно исследованы. Результат оказался не слишком впечатляющим. Только нескольким эмбрионам удалось исправить дефект гена. Кроме того, генетические изменения оказались не очень точными, разрезанными оказались и те гены, с которыми CRISPR делать было нечего.

Можно ли считать, что на этом глава о редактировании генома закончена? Вовсе нет. В течение короткого промежутка времени были разработаны методы, благодаря которым CRISPR работает гораздо точнее, чем с техникой китайских исследователей. Тот факт, что приходится задействовать несколько эмбрионов до тех пор, пока один из них не проявит желаемые свойства, не является чем-то новым. В конце концов, при искусственном оплодотворении образуется множество эмбрионов, из которых женщине вводят только самые жизнеспособные. Изменение человеческих генов со временем становится все проще и точнее. В будущем ситуация не изменится. Постепенно настал тот момент, когда исследователи впервые осмелились рискнуть генофондом человечества, чтобы взять эволюцию в свои руки. При разумном использовании это может означать большой прорыв в области медицины. В долгосрочной перспективе у этой тенденции есть все шансы стать вехой в эволюции нашего вида. С другой стороны, конечно, существует опасность неэтичного использования этой возможности. В любом случае сейчас наступило, по всей вероятности, самое интересное время для занятия молекулярной биологией. Время, когда мы получили способность работать с нашей генетической информацией. Но даже если нам когда-нибудь удастся переписать последовательность букв в нашей ДНК по своему усмотрению, мы все равно не получим полного контроля над передачей наших генов. Последовательность букв сама по себе не определяет, что будет унаследовано. На это могут оказывать влияние даже условия, в которых мы живем. Неужели здесь мы покидаем область науки и входим в сказочное пространство мистических сверкающих единорогов нью-эйдж? Спешу вас разочаровать, надо было выбирать книгу из секции эзотерики. Я говорю об одной из самых интригующих тем молекулярной биологии: эпигенетике[14].

Унаследованный опыт.

В 1880-е годы немецкий биолог-эволюционист Август Вайсманн отрезал хвосты мышам. Он проделывал такое не с одним поколением, но и с их детьми. И с детьми их детей. И с детьми детей их детей, и так вплоть до 22-го поколения мышей. Этот человек, очевидно, был чрезвычайно терпеливым и не отличался большой любовью к мышам. Он хотел выяснить, как работает наследственность. Передаются ли свойства, приобретенные в течение жизни, потомкам? Правда ли, что жираф рождается с такой длинной шеей лишь по той причине, что его мама и папа жирафы были вынуждены постоянно тянуть шею к листьям? Потому ли зады у павианов такие красные, что их родителей слишком часто шлепали? Если это так, то потомство мышей с обрезанными хвостами должно родиться с более короткими хвостами. Вайсман терпеливо проводил свой эксперимент на нескольких поколениях мышей. Пока ему не сказали, что существуют религиозные течения, представители которых ставят подобные эксперименты на людях гораздо дольше. Но и по сей день все мальчики рождаются на свет с крайней плотью.

Благодаря Чарльзу Дарвину сегодня мы знаем, как функционирует эволюция. Мутация преподносит случайные варианты генетического материала. Недостатки утрачиваются благодаря беспощадной борьбе за выживание. Итак, мутация и выбор. Дарвин пришел к пониманию этого задолго до того, как стало известно о генах. Поэтому он говорил не о мутации, а об изменении, еще даже понятия не имея, что именно меняется. Его старший современник Жан-Батист де Ламарк еще до рождения Дарвина признал, что со временем виды изменяются. Однако у него было другое объяснение того, как возникают новые свойства. По его словам, живой организм передает своим потомкам черты, приобретенные на протяжении всей его жизни. Не зря дети пекарей зачастую тоже становятся пекарями, а дети кузнецов — кузнецами. Сегодня спор между Дарвином и Ламарком, похоже, решен. Механизм наследования ясен. 1:0 в пользу Дарвина. И все же существует явление, способное заставить губы Ламарка растянуться в злорадной улыбке: «Я же говорил!» — это эпигенетика.

Последовательность букв в нашей ДНК определяет строение белков, из которых состоит наш организм. Однако то, когда и где эти белки производятся, регулируется на другом уровне — эпигенетическом.

Эпигенетика означает «за пределами генетики». Иногда в данном случае речь идет о химических модификациях отдельных блоков ДНК или белков, вокруг которых намотана ДНК. Последовательность букв при этом не меняется. Вместо этого тип химической модификации определяет, прочитывается ген или нет. Например, присоединенная ацетильная группа может способствовать считыванию гена. Метильная группа может производить противоположный эффект. Вместе с другими возможностями модификации это создает эпигенетический код, определяющий, насколько активны отдельные гены. Удивительно, что некоторые из этих модификаций могут изменяться под воздействием окружающей среды и передаваться потомству, по крайней мере в некоторых случаях.

Чтобы исследовать это явление, в 2013 году снова пришлось обратиться к мышам [81]. На этот раз их хвосты оставили в покое, животным даже дали почувствовать приятный сладкий запах ацетофенона [15]. И все же вскоре после этого им пришлось испытать безвредный, но неприятный удар тока. Эту процедуру повторяли до тех пор, пока от одного лишь запаха ацетофенона мыши не начали испытывать страх. Затем животным устроили спаривание. Не в качестве компенсации за неприятные ощущения, полученные от ударов тока, а прежде всего потому, что ученые намеревались исследовать их потомство. Полученное поколение мышей и их потомство по сравнению с контрольной группой проявляли повышенную тревожность в присутствии ацетофенона. Хотя сами молодые мыши никогда не вступали в контакт с запахом, животные застывали в ужасе, когда окружающая среда наполнялась сладковатым ароматом. Поведение было характерно исключительно для запаха ацетофенона, оно не наблюдалось под действием ароматов, с которыми поколение родителей не контактировало. Мышей это, как правило, вообще не беспокоило. Кажется, что страх перед запахом ацетофенона был наследственным.

Причина такого поведения была обнаружена в работе мозга. В обонятельной системе мышей значительно выросло количество ацетофеноновых рецепторов. Ген, ответственный за эти рецепторы, имел меньше метальных групп, делая его более отчетливым и позволяя формировать больше рецепторов. Насколько точно восприятие аромата может изменить метилирование гена, остается спорным. Эпигенетика — относительно молодая область научных исследований. Вопрос о наличии у людей эпигенетического наследования, передающегося из поколения в поколение, до сих пор открыт, на сегодняшний день известно лишь несколько примеров.

Самый популярный из них берет свое начало в Нидерландах времен Второй мировой войны. Тогда блокады, вызванные немецкой оккупацией, привели к сильному голоду.

Есть данные о том, что женщины, которые во время беременности голодали, рожали более маленьких детей, чем матери, не страдавшие от недостатка пищи [110].

Более мелкое потомство голодающих во время беременности женщин можно объяснить и без эпигенетики. Но удивительно было то, что дети этих детей сами были меньше, чем ожидалось. Таким образом, нехватка продовольствия повлияла не только на новое поколение, но и на последующее.

Так что же, Ламарк оказался в итоге прав? Лишь косвенно. Хотя эпигенетическое наследование определенных черт работает быстрее, чем классический эволюционный процесс, но эффект от него длится недолго. Эпигенетика не изменяет последовательность букв в ДНК, а только их химические придатки. Они динамичны и через несколько поколений снова пропадают. Правильнее было бы рассматривать эпигенетику как дополнение к классической эволюционной теории Дарвина. После своих экспериментов с мышиными хвостами Вайсманн подытожил дебаты между Ламарком и Дарвином следующим образом: «Не гонка за 200 лет превратила лошадей в скакунов, а выбор вариаций, наиболее предпочтительных для бега, среди потомков превосходных быстроногих бегунов».

Наряду с изучением последовательности букв генома теперь внимание следует уделять также исследованию эпигенома. За последние несколько лет у ученых появились возможности для систематического исследования эпигенетических модификаций всей ДНК человека. Безусловно, это одна из самых увлекательных областей науки, в исследование которых может в наше время погрузиться молекулярный биолог. То, что мы едим, и даже наши эмоции могут оказывать влияние на активность наших генов. До сих пор крайне противоречивым является вопрос, каким образом эти модификации наследуются у людей. Для этого область исследования просто еще слишком молода. Кто знает, что мы выясним через пару лет? Вдруг бабушка была права и, если часто смотреть телевизор, глаза действительно станут квадратными?

Средство против старения для смельчаков

Если вся ваша жизнь была горьким разочарованием, попробуйте хотя бы умереть круто. Берите пример с Джеймса Духана, которого вы, скорее всего, знаете как главного инженера Скотти из «Стар Трека». В 2005 году, лежа на смертном одре, он настоял на том, чтобы его прах отправили в открытый космос. В 2007 году его останки были помещены в ракету SpaceLoft-XL и запущены в космос. Но ракета, длина которой составляла почти пять метров, достигнув максимальной высоты 129 километров, не вышла на орбиту и сбросила груз с парашютом обратно на землю. Детские забавы для того, кто отправлял людей по всей галактике на лучах света. Поэтому в 2008 году было решено прибегнуть к более крупному калибру и запустить часть его праха с ракетой Falcon-1 парить на орбите в течение нескольких лет. Но у ракеты были другие планы, и уже через несколько минут она плюхнулась в Тихий океан. Досадно, но Скотти все никак не мог остановиться. В 2012 году его прах вместе с 500 килограммами провианта на космическом корабле Dragon С2+, принадлежащем компании SpaceX, был отправлен на Международную космическую станцию. Надеюсь, что груз был должным образом помечен, глупо бы получилось, если астронавты вдруг начали бы жаловаться, что их еда отдает гарью. Если расходы вас не сильно пугают, можете обратиться в фирму Celestis и за каких-то 12 500 долларов запустить в космос один грамм своего пепла. Но если вы, как и я, принадлежите к тем, чье «сердце говорит про космос, а бюджет о куче компоста», уйдите из жизни, устроив как минимум приличный фейерверк. В компании Heavens Above Fireworks вашим прахом начинят восхитительную пиротехнику, по 75 фунтов веса на ракету. Это подарит вашим друзьям захватывающее дух прощание, а врагам поможет отпраздновать. Так что все будут довольны. Почему бы не устроить вечеринку в честь своей смерти? Вы все равно рано или поздно умрете, и я думаю, что это достойный финал.

122 года — такова самая большая зафиксированная продолжительность жизни.

Не то чтобы я имел что-то против вас лично, но только представьте себе, что вы никогда не отойдете в мир иной. За пару тысячелетий вы успеете посмотреть большинство фильмов с Николасом Кейджем, и к тому времени, когда рассыплется последняя элементарная частица во Вселенной, ваши субботние вечера будут уже не такими веселыми, как сегодня. А значит, бессмертие подходит лишь тем, кто и так привык скучать, день за днем занимаясь унылой, монотонной деятельностью. Например, госслужащие или морские медузы. Причем представитель класса гидрозоев Turritopsis dohrnii намного ближе к бесконечной жизни, чем чиновник, которому в лучшем случае может показаться бесконечной его куча бумаг. Четырехпятимиллиметровые медузы Т. dohrnii, живущие во всех океанах, возможно, уже привлекали ваше внимание своим желтоватым брюшком, проглядывающим сквозь колоколообразную форму. Если название кажется вам не таким уж легко запоминающимся, просто используйте прозвище «бессмертная медуза». Эти морские существа являются единственными многоклеточными организмами, которые, как известно, потенциально являются биологически бессмертными. Если медуза ранена или страдает от голода или других стрессовых факторов, она просто переходит на более раннюю стадию развития и прикрепляется к морскому дну в виде полипа, а через некоторое время снова превращается в медузу. Таким образом, она является единственным животным, которое может развиться из половозрелой особи обратно в неполовозрелую форму жизни. Теоретически этот трюк можно повторять бесконечно. Бедные медузы-родители, чьи дети из-за сильного стресса по 50 раз переживают половое созревание! К тому же всякое веселье заканчивается, если приходится брать кредит, чтобы купить свечи для праздничного торта ко дню рождения. В свободных водах жизнь Т. dohrnii, как правило, заканчивается рано, когда животное, которое относится к планктону, съедает хищник. К сожалению, медузы плохо переносят содержание в лабораторных условиях, что довольно сильно затрудняет изучение их бессмертия. Правда, существуют и другие способы повернуть вспять биологические часы или по крайней мере значительно замедлить старение. Прежде чем мы перейдем к ним, следует вкратце обсудить, что на самом деле представляет собой этот процесс, который радует нас всеми этими харизматическими морщинами и привлекательной лысиной.

Скажу сразу: мы до сих пор знаем на удивление мало о том, что заставляет нас стареть.

Рекорд за самую длинную человеческую жизнь принадлежит одной даме из Франции, которая умерла в 1997 году в возрасте 122 лет.

В 2007 году поймали гренландского кита, из тела которого торчал гарпун, выпущенный еще в то время, когда Вильгельм II был императором Германии. С точки зрения эволюции процесс старения и смерть имеет смысл. Чтобы вид мог дальше развиваться, на свет должно появляться потомство. Как только дело сделано и дети могут самостоятельно стоять на своих ногах, поколение родителей перестает интересовать эволюцию. Поэтому по окончании репродуктивного возраста начинается процесс физического распада. Это гарантирует доступность ресурсов для последующего поколения. Незаинтересованность природы в старшем поколении предполагает, что старение — это не просто пассивный процесс распада, но биологически предусмотренный и, возможно, даже активно управляемый процессами в наших клетках. Само собой разумеется, у нас на этот счет совсем другое мнение, ведь мы хотим, чтобы бабушка еще долго могла испытывать пределы объема нашего желудка рождественскими вечерами. Чтобы обмануть процесс старения, нужно сначала понять, как он работает. Некоторые факторы, отвечающие за него, известны уже сегодня.

Толстые клетки с короткими концами.

Когда клетки делятся, их ДНК предварительно организуется в так называемые хромосомы. Наша генетическая информация поделена на 46 таких Х-образных структур. Одна половина унаследована от отца, другая половина — от матери. На концах этих хромосом расположены участки ДНК, которые называются теломеры. Они состоят из короткой последовательности ДНК, которая повторяется тысячи раз и составляет в длину около 10 000 букв. У людей эта последовательность выглядит так: TTAGGG. Как будто заикающийся человек хочет о чем-то вам рассказать. Теломеры важны для стабильности хромосом, без них клетка будет замечать открытые нити ДНК в конце хромосом и все постоянно думать, что в их генетической информации имеются повреждения. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются примерно на 100 букв. Когда они становятся короче 4000 букв, клетка больше не может продолжать делиться. Вместо этого она совершает так называемое запрограммированное самоубийство (апоптоз) или делает то, что и многие люди в возрасте: она становится толстой и неподвижной (сенесценция).

Максимальное количество возможных делений клетки называют пределом Хейфлика[16]. Так устанавливается лимит продолжительности жизни клеток нашего организма.

Не у всех клеток есть лимит продолжительности жизни. Наши половые клетки, стволовые клетки, а также раковые клетки могут обойти это правило. У них есть фермент, называемый теломераза, который после деления клетки восстанавливает потерянные части теломеры.

Сможем ли мы продлить срок своей жизни, если активируем этот фермент во всех клетках организма? В исследовании от 2012 года мышей инфицировали вирусом, содержащим ген теломеразы [80]. Это позволило подопытным животным достичь возраста, который на 24 процента превышал возраст мышей из контрольной группы. Кроме того, инфицированные животные меньше страдали от типичных симптомов старения, таких как инсулиновая резистентность, остеопороз и снижение координации мышц. Важно отметить, что инфицированные мыши заболевали раком не чаще, чем грызуны из контрольной группы. Если бы с помощью подобной генной терапии удалось увеличить максимальный возраст человека на 24 %, то средняя продолжительность жизни в развитых странах поднялась бы примерно до 100 лет. В глазах бессмертных медуз мы все равно остались бы бабочками-однодневками, но кого волнует, что они думают.

Раз уж вы собираетесь прожить в этом мире целое столетие, то, скорее всего, не захотите провести последние 20 лет, лежа на больничной койке. Поэтому важно не только увеличивать количество лет, но и качество жизни. Здесь вышеупомянутые клетки играют роль, связанную с сенесценцией. Они переходят в это состояние, как только их теломеры становятся слишком короткими, чтобы делиться дальше, если получили слишком много повреждений ДНК или подвергаются другим сильным стрессовым факторам. Клетки становятся очень большими и перестают делиться. Чем старше мы становимся, тем больше в нашем теле накапливается таких сенесцентных клеток. Они отвечают за многие типичные проявления признаков старения. Толстые клетки ни в коем случае не являются неактивными, вместо этого они выделяют способствующие развитию воспаления сигнальные молекулы и производят токсин прогерии, разрушающий ткани. Эти вещества могут оказывать неблагоприятное воздействие на окружающие ткани и таким образом способствовать процессу старения.

Если клетки становятся сенесцентными, это не значит, что они плохие.

Старение — это своего рода экстренный тормоз, на который клетки нажимают, когда боятся превратиться в раковые клетки. Они считают, что «лучше быть толстыми и бесполезными, чем перерасти в опухоль», и останавливают свое деление. К сожалению, они не успокаиваются полностью, а начинают распространять сигнальные вещества, которые наносят вред окружающим клеткам. Но все равно хорошо, что клетки, встав перед выбором между риском развития рака и сенесценцией, останавливаются на меньшем из двух зол. Как только они поддаются сенесценции, так сразу же принимаются раздражать своих соседей, вызывая артериосклероз, деменцию, артрит и даже рост опухолей.

Что будет, если удалять этих нарушителей из организма через равные промежутки времени? В 2011 году это проверили на лабораторных мышах [78]. Животные были генетически изменены таким образом, что введение нетоксичного химического вещества приводило к целенаправленному устранению сенесцентных клеток. Вещество вводили животным несколько раз за всю их жизнь, в результате чего в пожилом возрасте у них были более сильные мышцы, замедленное старение кожи и менее замутненные хрусталики глаз. В начале 2016 года та же самая исследовательская группа опубликовала результаты дополнительных исследований, проведенных на мышах, чьи сенесцентные клетки регулярно удалялись [78]. У животных, когда они становились старше, почки работали эффективнее, сердца отличались более сильной устойчивостью к стрессу, мыши проявляли больше любопытства при изучении окружающей среды, а в преклонном возрасте у них не развивался рак, в отличие от мышей из контрольной группы. Кроме того, ожидаемая продолжительность жизни увеличилась на 30 процентов.

Конечно, умерщвление сенесцентных клеток посредством генетической манипуляции и химических веществ кажется несколько радикальной мерой. Но уже проводятся исследования веществ, позволяющих выполнить эту работу на 100 % без участия генной инженерии.

Сиамский источник вечной молодости.

Между тем можно попробовать заразиться вирусом, содержащим теломеразу. Это звучит хуже, чем есть на самом деле, по сравнению с тем, на что идут другие люди, чтобы почувствовать себя молодыми. Вам, конечно, знаком распространенный тип пожилых мужчин, которые, несмотря на свой пенсионный возраст, начинают отношения со слишком молодыми дамами в надежде, что их длинные теломеры восстановятся. Лично я считаю, что это немного неловко, но, возможно, эти парни знают что-то такое, что ученые только начинают понимать.

Вам просто нужно пойти еще дальше и в прямом смысле соединиться с любимым человеком. Это не только делает отношения глубже, но и влияет на биологический возраст — по крайней мере у мышей. Эта техника получила название парабиоз. Двух животных сшивали друг с другом боками так, чтобы их кровообращение стало общим. В связи с принятием законов, защищающих права животных, в Германии такие опыты не проводят уже несколько десятилетий, однако результаты этих экспериментов стоят того, чтобы взглянуть на них хоть одним глазком. Парабиоз позволяет проверить, как составные части крови одного живого существа влияют на другое.

Наша кровь полна сигнальных веществ, состав которых меняется в течение жизни. Проще говоря, в молодом возрасте преобладают факторы, которые способствуют росту и выживанию клеток.

Чем старше мы становимся, тем быстрее провоспалительные вещества в крови берут верх. У сшитых друг с другом мышей обнаружился удивительный эффект: молодая кровь дарит старым органам новую жизнь. После соединения с молодыми животными старые мыши стали сильнее, умнее, здоровее, у них даже снова заблестела шерстка [105]. Но самое удивительное — это улучшение памяти у старых животных. Скорее всего, это связано с тем, что молодая кровь увеличивает количество нейронных стволовых клеток в старом мозге, что, в свою очередь, способствует образованию новых клеток мозга. Кроме того, омолодившийся мозг отличался меньшей склонностью к воспалениям и более активными синапсами, также наблюдалось лучшее считывание генов, связанных с формированием воспоминаний. И наоборот, способности к обучению и мышлению у молодых мышей резко снижались под действием старой крови. Поскольку никакие клетки не могли проникнуть в мозг животных с кровотоком, за эффект должны были отвечать растворимые сигнальные вещества, находящиеся в плазме крови.

На самом деле положительные эффекты наблюдались и у тех старых мышей, которым вводили плазму крови молодых животных, вместо того чтобы пришивать к ним. Это позволило сделать следующий шаг и проверить, что произойдет, если ввести плазму молодых людей старым мышам. В течение трех недель пожилым грызунам каждые три дня вводили плазму молодых людей. В результате они стали лучше справляться с тестами на память, чем старые мыши из контрольной группы, не прошедшие курс омоложения или получавшие инъекции плазмы людей более зрелого возраста. Этот опыт показал, что компоненты крови, восстанавливающие старые клетки мозга, присутствуют не только у мышей, но и у молодых людей.

Подтверждения целебного эффекта молодой крови известны уже очень давно. В 1956 году ученые соединили друг с другом старых и молодых крыс на срок от 9 до 18 месяцев [92]. По истечении этого периода кости и хрящи более старых крыс были в гораздо лучшей форме, чем у их сородичей, не участвовавших в эксперименте. Несколько лет спустя аналогичный эксперимент показал, что крысы-дедушки, соединенные с молодыми партнерами, жили на 4–5 месяцев дольше, чем крысы из контрольной группы, соединенные с животными того же возраста [100]. Неплохой бонус для животного, которое обычно живет не более двух лет.

Стоит ли в свете таких результатов начать пришивать молодежь к скрюченным спинам обитателей домов для престарелых? Старики станут здоровее, будут менее одиноки, а молодые люди не смогут тайком употреблять наркотики. Но, по всей вероятности, вариант с использованием плазмы куда более реалистичен. В настоящее время проводятся первые исследования с целью выяснить, помогает ли плазма крови людей в возрасте до 30 лет в борьбе с болезнью Альцгеймера. Если эффект будет аналогичен тому, что наблюдалось у мышей, лечение с использованием крови молодых людей сможет фактически увеличить количество здоровых лет жизни.

Тем не менее доноров плазмы не хватит, чтобы обеспечить все пожилое поколение омолаживающим эликсиром. Поэтому пришлось бы выделить нужные сигнальные вещества и производить их отдельно. Одним из наиболее перспективных кандидатов на осуществление омоложения является белок под названием GDF11.

Исследователи из Гарвардского университета смогли доказать, что концентрация сигнального вещества у мышей и людей с возрастом снижается [98].

У «мышей-пенсионеров», страдающих сердечными заболеваниями, удалось облегчить течение болезни не только путем использования молодой крови, но и в результате 30-дневного лечения с применением GDF11. Благодаря белку животные также стали значительно сильнее и в два раза выносливее на беговой дорожке, а поврежденные мышцы у них заживали быстрее, чем у мышей, не получавших GDF11. Кроме того, как молодая кровь, так и введение белка стимулировали кровоснабжение мозга и рост нейронных стволовых клеток.

Итак, благодаря подаче одного-единственного белка мыши становятся сильные и умнее. Так что опасайтесь грызунов с большими головами, которые пытаются захватить власть в мире. Вероятно, вы сейчас очень взволнованны и задаетесь вопросом, где бы достать GDF11. Подкараулить кого-нибудь и выпить кровь? Сегодня создавать белки не так уж и сложно, если знаешь, чего хочешь. Первоначально инсулин получали от свиней или крупного рогатого скота. В какой-то момент для людей это стало слишком утомительным, в связи с чем они поместили ген инсулина в кишечных бактерий. Их проще хранить, да и проблем у них не будет, когда кто-то заберет их инсулин.

С тех пор как было достоверно доказано, какие факторы крови отвечают за эффект омоложения, для этого уже необязательно кого-то использовать.

Морепродукт-киборг.

Как бы радикально ни выглядела техника лечения с помощью крови молодых людей, некоторым она все равно может показаться недостаточно продвинутой. Особенно тем, кто вырос на нереалистичной медицинской утопии мира «Футурамы». События этого мультсериала разыгрываются в XXXI веке в городе Нью-Нью-Иорк. Но, несмотря на огромную разницу во времени, в сериале появлялись многие наши именитые современники, как, например, Стивен Хокинг, представшие перед зрителями в виде говорящих голов, плавающих в банках с жидкостью. Но, чтобы не показывать всех законсервированных знаменитостей просто скучающими на полках местного Музея голов, создатели мультсериала прикрепили голову Ричарда Никсона к телу робота. И в таком виде он расхаживал по округе, временами бросаясь заявлениями, что высадки на Луну никогда не было, а на самом деле ее снимали в киностудии на Венере.

Лично мне хотелось бы, чтобы лет через 50 из моего ветхого тела вытащили нервную систему и установили ее в машину. Например, в боевой вертолет Apache.

Живое существо, которое пока что ближе всех подошло к утопии для киборгов, — это угреобразное животное, обозначаемое термином «морская минога».

Морская минога покрыта темными пятнами и достигает около 80 сантиметров в длину, она дрейфует в прибрежных районах от Северного до Средиземного моря, и там, где вы обычно ожидаете увидеть челюсть, у нее находится характерная присоска. С ее помощью морская минога прочно присасывается к рыбам, чтобы пить их кровь. Я, в общем-то, смотрю в будущее с оптимизмом, но так ли уж необходимо было делать первого настоящего киборга из живого существа, которое питается кровью?

В 2000 г. ученые создали настоящего киборга. Мозг для него взяли у морской миноги.

В 2000 году исследователи из Чикаго поместили мозговой ствол морской миноги в контейнер с холодной, насыщенной кислородом соленой водой [91]. При этом нервы были не повреждены и соединены электронами с маленьким роботом округлой формы. В темноте машина не двигается с места. Но если поместить ее внутрь круга и включить свет в одной точке, датчики робота обнаруживают сигнал. Он передается в мозг морской миноги, который затем посылает импульсы на колеса и умело маневрирует в направлении источника света. Неужели это начало эры киборгов-кровососов? В настоящее время исследователи пока еще не в состоянии сохранять мозг живым дольше пары дней с того момента, как его изъяли из тела животного. Главной задачей эксперимента было получение информации о взаимодействии механизмов и нервных клеток, чтобы впоследствии научиться изготавливать электронные протезы лучшего качества.

Кевин Уорик, британский профессор кибернетики, работает над поиском точки сопряжения между нервной системой и компьютерами. Он не исключает того, что однажды, когда его биологическое тело умрет, мозг может быть имплантирован в робота, но он описывает это как чрезвычайно сложный процесс. Кроме того, сама нервная система имеет срок годности. Но неужели это никак нельзя изменить?

Держать голову в холоде.

Чтобы отсрочить смерть очень и очень надолго, придется найти способ подвергнуть мир наших мыслей долгосрочной консервации. Все наши воспоминания — первый поцелуй, то чувство, будто впервые сел на раскаленную плиту, и ощущение, что сел на раскаленную плиту во второй раз, — хранятся в миллиардах нервных клеток в наших головах. Каждая из них связана так называемыми синапсами в среднем с 1000 других нейронов, чтобы они могли обмениваться информацией. Поэтому не стоит слишком уж гордиться своими 250 последователями в Твиттере, ведь у одной клетки мозга в четыре раза больше фолловеров. Да и жизнь у нее более насыщенная, она выдает обновление своего статуса до 1000 раз в секунду, сообщая другим нервным клеткам посредством электрохимических сигналов, чем она в настоящий момент занята.

Сеть, соединяющая нейроны, настолько эффективна, что одна клетка мозга может связаться с любой другой клеткой, преодолев максимум четыре промежуточных этапа. Удивительно, что наш мозг может делать нечто подобное, учитывая, что, как правило, после четырех раз процесс передачи информации превращается в игру в сломанный телефон.

Содержимое нашей памяти хранится в связях наших нервных клеток. С каждым полученным опытом структура соединения этих синапсов изменяется. Некоторых раздражает мысль о том, что что-то настолько интимное, как наши мысли, опирается на что-то настолько банальное, как кусок жира и белка весом 1,3 килограмма у нас в голове. Все наши моральные принципы, страхи, надежды и воспоминания записаны в связях наших нервных клеток, и все вместе это называется «коннектом».

Представьте себе, что живете в ближайшем будущем, когда уже изобрели микроскопических нанороботов. Однажды глухой ночью я пробираюсь в вашу комнату и незаметно ввожу вам в кровь маленькие механизмы, которые затем попадают в ваш мозг. Там они начинают перестраивать ваши нейронные связи. Клетка за клеткой, синапсы выстраиваются так, как программируют их нанороботы, используя результаты сканирования мозга Барака Обамы. Вероятно, на следующее утро вы проснетесь и вскочите с постели, бодро воскликнув: «Yes We Can», а потом удивитесь и начнете гадать, каким образом вместо Белого дома вы очутились в квартире обычного жилого дома. Все ваши воспоминания будут воспоминаниями президента, а о своей жизни до нанороботов вы и не вспомните. Этот, очевидно, сильно упрощенный мысленный эксперимент призван проиллюстрировать, насколько фундаментально структура наших нервных связей определяет то, что мы называем своим Я. Можем ли мы законсервировать это Я, сохранив все нейронные связи в их текущем виде? Есть исследователи, которые считают, что это возможно. Они так в этом уверены, что даже предлагают денежный приз тому, кто приблизит нас к цели законсервировать коннектом отдельной личности.

«Brain Preservation Technology Prize», или «Премия за технологию сохранения мозга», была учреждена нейробиологом Кеннетом Хейвортом и в настоящее время составляет чуть более 100 000 долларов. Для оплаты проведения исследований эта сумма, конечно, смешная, но все же какой-никакой красивый жест. Двадцать пять процентов денег предназначено для людей, которым раньше всех удастся законсервировать весь коннектом мыши, включая все синаптические связи. Остальные семьдесят пять процентов отдадут тем, кто первым добьется успеха в сохранении мозга крупного животного. При этом есть условие, что этот метод можно будет применять и к людям сразу после клинической смерти.

Скорее всего, вы уже слышали о прекрасно сохранившейся ледяной мумии Эци, которая даже после тысячелетнего пребывания в замороженном состоянии по-прежнему выглядит практически шикарно. Значит ли это, что можно получить 25 % призовых денег, закопав в снег голову следующей же мыши, которую притащит ваша кошка? Наверное, нет, но вы на правильном пути. Чтобы добиться лучшей сохранности, полное охлаждение неизбежно. Если не верите мне, достаньте йогурт из холодильника и оставьте его на все выходные у радиатора. Экстремальное охлаждение не только предотвращает разложение в результате деятельности микроорганизмов, но и замедляет движение молекул настолько, что прекращается дальнейшее разрушение мельчайших компонентов клетки, белков, жиров и углеводов.

И все же я не советую бросать мозг в морозилку сразу же после того, как его владелец испустит последний вздох. Потому что в органах содержится такое количество воды, что в клетках образуются кристаллы льда. Последствия вы, вероятно, можете себе представить на примере лопнувших бутылок с водой, оставленных в морозильной камере или на улице в холодное время года. При замораживании вода расширяется, а кристаллы льда разрушают клеточные мембраны. Этой проблемы можно избежать, если своевременно начать прикладываться к стеклоомывателю автомобиля. Содержащийся внутри антифриз понижает температуру замерзания воды, благодаря чему она не кристаллизуется даже при самых низких температурах. Рыбы, живущие в Антарктике, уже давно освоили этот трюк. Из-за содержания соли в Южном океане вода в этом районе замерзает уже при -2 °C. Впрочем, в организме самих животных содержание соли гораздо ниже, потому что они активно ее выделяют. В результате при такой температуре окружающей среды их тела вмиг окоченели бы, так что для приготовления замороженного полуфабриката «Captain Iglo» осталось бы только собрать их замерзшие трупики с поверхности океана да запанировать. Поэтому рыбы вырабатывают белок, который, действуя подобно антифризу, защищает их от образования кристалликов льда внутри клеток.

Нам, теплокровным, такая роскошь недоступна, поэтому нам нужна наука, чтобы компенсировать свои недостатки.

Одним из самых влиятельных экспертов в области биологической защиты от замерзания является криобиолог (от греч. kryos — холодный) Грегори М. Фахи.

Криобиологу Грегори М. Фахи первому удалось охладить целый орган до температуры, подходящей для долговременного хранения без нарушения функциональности [87]. Для этой цели извлеченную почку кролика охладили до -135 °C. При этой температуре химические реакции настолько ослаблены, что вряд ли смогут разрушить что-то даже за тысячи лет. Исследователи, конечно, не хотели ждать так долго, поэтому аккуратно разморозили почку, смыли использованное средство от замерзания и вернули орган кролику. Почка и вправду начала снова выполнять свою работу, что позволило животному вести относительно нормальную жизнь. Если бы при экстремально низких температурах в почке образовались кристаллы льда, кролику с тем же успехом можно было бы имплантировать кусок мягкой колбасы. Поэтому пришлось принять меры предосторожности для предотвращения фактического замораживания и сопутствующей кристаллизации. Для этого орган был витрифицирован (от латинского vitrum — стекло).

Витрификация — это процесс, при котором жидкое вещество становится все более вязким по мере понижения температуры, пока в какой-то момент не станет полностью жестким без образования кристаллов.

При классической кристаллизации хаотически перемещающиеся молекулы жидкости занимают фиксированное положение в кристаллической решетке[17], как только температура опускается ниже определенной точки. При витрификации же, наоборот, когда температура понижается, движение молекул замедляется, но частицы при этом не образуют кристаллическую решетку. Это похоже на мед, который в замерзшем состоянии течет довольно медленно, а летом при 30 °C чуть ли не выпрыгивает из стеклянной банки. Само стекло представляет собой похожий материал, который при комнатной температуре кажется твердым, как кристалл, но на самом деле остается необыкновенно вязким веществом.

Тот факт, что витрификация может сохранять функциональность человеческих клеток, можно наблюдать на примере искусственного оплодотворения.

Эмбрионы хранятся при самых низких температурах, после чего их можно оживить даже через несколько лет, а потом имплантировать в организм женщины, где они смогут развиваться и впоследствии стать полноценными людьми.

Для крошечных эмбрионов, состоящих из нескольких клеток, это работает очень хорошо, но проделать такое с целым млекопитающим уже более затруднительно. Чтобы почка кролика перенесла такую экстремальную температуру и осталась относительно неповрежденной, ее пришлось прополоскать в смеси витрифицирующих веществ, получившей название М22. Таким образом, почка при температуре -135 градусов Цельсия пришла в кристально чистое, подобное стеклу состояние.

Давайте же наконец перейдем к интересному вопросу: можно ли будет в скором времени проделать такое со своим мозгом, чтобы сохранить собственные мысли? В конце концов, мы все хотим, чтобы следующие поколения узнали из первых уст о том времени, когда покемонов было всего 151.

И как мы вообще поймем, что мысли и воспоминания живого существа не были утеряны в процессе криоконсервации? В конце концов, нейронные связи — настолько хрупкие конструкции, что могут быть повреждены во время грубого процесса консервации. Чтобы проверить это, исследователи использовали червя-нематоду С. elegans. Они научили крохотных зверюшек реагировать на горький запах, напоминающий миндаль. Впоследствии животных заморозили, применив витрификацию. После оттаивания витрифицированные черви помнили заученный запах так же хорошо, как и животные, которых не подвергали замораживанию. Это был первый случай, доказавший, что при консервации воспоминания сохраняются.

Одна из серьезных проблем, связанных с витрификацией, заключается в том, что некоторые ткани не поглощают средство, предохраняющее от замерзания, достаточно эффективно. Это сильно затрудняет консервацию всего организма целиком. Но если вас интересует только фундамент наших мыслей, наш мозг и связанная с ним нервная система, то вам повезло. Наш мыслительный орган потребляет огромное количество энергии, и по этой причине он густо пронизан кровеносными сосудами, в которые можно ввести витрифицирующий раствор.

Именно это Грегори М. Фахи и его команде удалось проделать с кроликом [107]. Через крупную артерию он ввел в мозг животного глутаровый альдегид. Это химическое соединение, сохраняющее жидкое состояние при комнатной температуре, используется в основном для дезинфекции. Но в нашем случае оно послужило связыванию белков в мозге, в результате чего молекулы белка образовали жесткую трехмерную структуру, подобно карточному домику, который опрыскали липким спреем для волос до такой степени, что его уже не получится сдуть. Все остается на своем месте, словно мозг пропитали гелем. Затем его обработали спиртом этиленгликолем, действующим как средство от замерзания, и охладили до температуры -130 °C. Обычно мозг начинает разрушаться через 30 минут после смерти. Пропитка глутаровым альдегидом помогает отсрочить этот процесс на несколько недель, а замораживание после обработки этиленгликолем добавляет к этому сроку еще несколько столетий.

Можно ли через много лет разморозить этот мозг и имплантировать его другому кролику? Само собой разумеется, но кролик сразу же погибнет. Из-за образования поперечных связей в белках любая надежда на биологическое возрождение органа напрасна. Зато этот метод позволяет с исключительной точностью сохранить синаптические связи. Один из исследователей, принимавших участие в эксперименте, сравнил его с книгой, заключенной в пластиковый блок. Ее больше нельзя открыть, но, если удастся доказать, что обработка не уничтожила буквы, значит, все слова, содержавшиеся в ней, все равно должны были остаться на своих местах. Ее можно долго хранить, а в один прекрасный день аккуратно разрезать на тонкие пластинки, отсканировать страницы и напечатать новую книгу с теми же словами.

Та же задумка стоит и за идеей консервирования мозга кролика глутаровым альдегидом. С помощью сканирующего электронного микроскопа можно было увидеть, что мельчайшие структуры законсервированного мыслительного органа, в том числе нейронные синапсы, прекрасно сохранились. Консервация действительно работала настолько хорошо, что в начале 2016 года исследовательская группа получила 25 % от премии «Brain Preservation Prize» за практически идеальное долгосрочное сохранение мозга млекопитающего.

Но для чего все это, если фрикадельку уже не разморозить? Цель сопоставима с книжной аналогией: сохранить структуру мозга настолько точно, чтобы ее можно было восстановить на компьютере. Для этого пришлось бы порезать орган, как кусок колбасы, на бесчисленные ломтики, отсканировать его электронным микроскопом и разместить структурные данные в будущем суперкомпьютере, чтобы симулировать целый мозг. Концепция называется «Синтетическое возрождение». Но тут следует учитывать, что в данном случае сегодняшний суперкомпьютер соответствует компьютеру для дома и офиса, который через десять лет будет выставлен на распродаже в сети магазинов Aldi. Можно ли вообразить такое, что мы получим возможность сохранять свой мозг в момент смерти, чтобы впоследствии воссоздать его на компьютере? Представьте себе, что у вас на чердаке есть коробка, в которой пылится коннектом вашей бабушки, сохраненный на USB-накопителе. Станут ли для нас привычными заявления типа, как «Ой, кажется, я установил „World of Warcraft“ поверх бабушкиного мозга»?

На сегодняшний день это похоже на научную фантастику, и если когда-нибудь и получится симулировать функциональный человеческий мозг, то на это потребуется какое-то время. Но лучшие нейробиологические модели нашего времени соответствуют утверждению, что наши воспоминания и мысли хранятся в синапсах наших нейронов. Техники консервирования уже сегодня используются для сканирования и последующего цифрового воссоздания нервных систем очень мелких животных, таких как рыбки данио-рерио или черви С. elegans. Эти сканы пока еще недостаточно сложные, чтобы передавать воспоминания организмов. Хотя несколькими главами ранее мы уже упоминали о роботе, который благодаря симулированному мозгу червя-нематоды ведет себя подобно маленькому зверьку.

В некоторых случаях было бы полезно иметь доступ к мыслям покойного. По крайней мере это сэкономило бы судьям кучу времени, потраченного на выслушивание споров о наследстве между скорбящими родственниками. Но неужели вы действительно хотели бы, чтобы ваши правнуки узнали, правда ли вам постоянно хотелось спать в период полового созревания или же дверь в вашу комнату была всегда заперта совсем по другой причине? Вот они, великие философские вопросы, которыми неизбежно начинаешь задаваться вместе с появлением новых технологий.

Я уверен, скоро возникнут компьютеры, которые будут обладать достаточной вычислительной мощностью, чтобы симулировать человеческий мозг.

Остаются открытыми вопросы о том, получится ли законсервировать человеческий мозг во всех важных деталях, являются ли микроскопические процессы достаточно подробными, чтобы с точностью воссоздать орган на компьютере, и действительно ли структура коннектома — это все, что лежит в основе наших воспоминаний.

Но даже если все эти препятствия будут устранены, а мысли человека после его смерти не исчезнут, это все равно не вернет того, кто уже отбыл в мир иной. Сообщения о людях, которые после смерти воскресли, не отличаются особой частотой, а из-за нескольких случаев, которые, как известно, являются слухами, некоторые люди разбивают друг другу головы. Что будет, если целый вид вдруг воскреснет? Можете себе представить, чтобы тираннозавры, сбившись в стадо, спорили о том, кто должен стать мессией, и показывали друг другу средний палец своими маленькими ручками? Желание пережить такое стало бы для меня самой лучшей мотивацией к тому, чтобы законсервировать свой мозг.

Временно вымершие

В 1994 году на американском рынке появился первый генетически модифицированный томат под названием Flavr Savr (произносится как «Flavor Saver» — сохраняющий вкус). Плод мог храниться гораздо дольше, чем его обычные собратья, но производство прекратилось уже через три года после запуска, и сегодня не получится найти ни одного коммерчески доступного генномодифицированного помидора. Предположительно это связано с художественным фильмом, который вышел в Америке за 16 лет до появления помидора Flavr Savr: «Нападение помидоров-убийц». Согласно классической киноленте, в одной американской лаборатории из обычных томатов вырастили помидоры-гиганты, которые пожирают людей и вскоре захватывают власть во всей стране.

Создатели фильмов любят играть с клишированными образами ученых, которые из-за своего комплекса бога обрекают на погибель весь остальной мир. В головах у зрителей в итоге остается мысль: «Лучше держаться от этого подальше!»

Иначе вышло с фильмом «Парк Юрского периода». В этом триллере владелец многомиллиардного состояния использует самые современные технологии генной инженерии, чтобы оживить динозавров и поселить их на острове в Тихом океане с целью создания парка приключений. Естественно, все идет вразрез с его планами, динозавры сбегают из своих вольеров и съедают всех посетителей острова. Сожалею, что рассказал вам, чем закончился фильм, но ведь финал все равно был предсказуемым. Не знаю, как вас, но меня «Парк Юрского периода» совершенно не убедил, что клонирование динозавров — плохая идея. Напротив, когда маленький Мартин увидел, как тираннозавр приближается к внедорожнику, он захотел оказаться в машине вместе с другими закусками для динозавра, сидящими рядом с вибрирующим стаканом воды, и восхищаться древним гигантом. С тех пор я очарован идеей возвращения к жизни доисторических видов. Никогда не прощу руководителей своей учебной программы за то, что ни одна из лекций не была посвящена этой теме. Я хочу, чтобы вы оказались в лучших условиях, поэтому подкину вам пару идей, как благодаря генетике вы сможете получить впечатления от погружения в мир доисторических животных.

Парк Юрского периода в реальной жизни.

Так значит, мы вплотную приблизились к тому, чтобы начать оживлять динозавров? Вряд ли кто-то сумел подобраться к этой цели настолько же близко, как исследовательская группа, опубликовавшая в 2014 году статью, в которой говорится, что куры двигаются так, как можно было бы ожидать от динозавра, к заду которого приклеили тяжелую палку [89]. Не впечатляющее начало, зато шансы оказаться съеденным такими претендентами относительно низкие, если только вы не червь.

Настоящего динозавра весом в несколько тонн, естественно, воссоздать гораздо сложнее. Кроме того, нужно сначала договориться о том, кого из них хотелось бы оживить больше всего. При мысли о древних чешуйчатых животных нам обычно представляется, что все они жили одновременно в какой-то определенный период истории. Потом им на головы упал метеорит, долгое время ничего не происходило, и вдруг появились мы. Но на самом деле динозавры существовали в течение очень длительного промежутка времени, и многие из них никогда не встречали друг друга. Четвероногий стегозавр с колоритными костными пластинами на спине жил от 157,3 до 147,7 миллиона лет назад.

Чтобы повидаться с классическим тираннозавром, не придется перемещаться назад во времени далеко: он жил от 68 до 66 миллионов лет назад.

С точки зрения временной давности тираннозавр жил почти на 80 миллионов лет ближе к флешмобу Ice Bucket Challenge, чем к стегозавру. Что с его точки зрения совсем неинтересно, ведь он все равно не смог бы поднять ведро над головой своими маленькими лапками. Но для нас это важно, потому что ДНК имеет срок годности, а без генетической информации динозавра не состряпаешь.

68–66 миллионов лет назад жил классический тираннозавр. Это не так уж давно с точки зрения эволюции.

В фильме «Парк Юрского периода» эту ДНК получили из крови динозавров, которую миллионы лет назад высосали москиты, впоследствии увязнувшие в древесной смоле, постепенно превратившейся в янтарь. Из этих образцов исследователи реконструировали геном доисторических гигантов, заполнив недостающие части с помощью ДНК лягушки, ввели генетическую информацию в страусовые яйца и после успешно проделанной работы по продолжению рода, очевидно, выкурили по сигаретке.

Прежде чем в поисках москитов лезть за бусами из янтаря в ящик с бабушкиными украшениями, вам стоит познакомиться с одним исследованием от 2012 года, посвященным ДНК, полученной из кости птицы моа, жившей в Новой Зеландии [76]. Моа — это нелетающие страусообразные, похожие на нынешних эму, но вымершие в конце XIV века.

Исследователи хотели использовать 158 выкопанных костей ног моа, чтобы рассчитать период полураспада древней ДНК, который представляет собой промежуток времени, в течение которого утрачивается половина существующей генетической информации. Когда клетка умирает, ферменты начинают разрывать ДНК на мелкие кусочки. После на мертвое животное набрасываются микроорганизмы, которые пытаются сожрать все, что можно найти в биологическом материале. Этот процесс довольно быстро запускается после смерти.

То, что остается от ДНК, уничтожается в результате спонтанного химического распада, протекание которого зависит от содержания кислорода, значения pH, влажности и других факторов окружающей среды.

Исследователи изучили кости возрастом до 8000 лет и обнаружили, что средний период полураспада ДНК составляет всего 521 год. По истечении этого срока теряется половина связей между отдельными буквами ДНК, спустя еще 521 год — половина оставшихся связей и так далее. Исследователи подсчитали, что даже у костей, пролежавших в земле при температуре -5 °C, ДНК полностью распалась бы самое позднее через 6,8 миллиона лет. Динозаврам, чьи кости имеют возраст как минимум 65 миллионов лет, это не сулит ничего хорошего. Хоть янтарь и способен частично защитить кровь динозавров в брюшках насекомых от воздействия влаги и кислорода, исследователи считают, что сегодня ДНК тираннозавра и его сородичей уже нигде не откопать.

Куриные крылышки.

А вдруг для того, чтобы отыскать ДНК динозавров, нет никакой необходимости зарываться так глубоко в грунт. Она может оказаться гораздо ближе, чем вы думаете, может быть, ее часть даже переваривается у вас в желудке прямо сейчас. Не все динозавры, к которым прилетел метеорит, вымерли. Потомки небольшой группы проворных хищников, включая пресловутого велоцираптора, до сих пор обитают на Земле в виде птиц.

Птицы — это динозавры, которые прожили достаточно долго, чтобы научиться гадить вам на голову. Поэтому в техническом языке они классифицируются как «птичьи динозавры» — птицеобразные динозавры. Вымерших гигантов палеонтологи относят к «нептичьим динозаврам» — нептицеобразным динозаврам, чтобы их коллеги во время научной конференции понимали, идет речь о велоцирапторе или о голубе. Собственно, на этом главу можно было бы и закончить: кто собирается открыть парк динозавров, может использовать хорошую маркетинговую стратегию применительно к бабушкиному курятнику. Но с таким раскладом маленький Мартин ни за что бы не смирился.

Велоцираптора можно легко представить, вообразив современную суповую курицу на анаболиках.

У велоцираптора были острые зубы и впечатляющие когти. Все это было украшено перьями, но лишено возможности летать. По высоте они доставали бы только до уровня бедер взрослого человека, но зато достигали двух метров в длину, а наблюдать этих зверей в процессе охоты было бы гораздо более захватывающим зрелищем, чем сегодняшних кур. Сколько от велоцираптора еще осталось в современных птицах? Можно ли обратить эволюцию вспять, чтобы вернуть цыплятам их первоначальное величие?

Велоцираптор выглядел примерно как курица-переросток с перекачанными мышцами.

Когда живое существо эволюционирует, утраченные свойства необязательно исчезают навсегда. Они могут храниться в генах и не использоваться в соответствии с первоначальной целью.

Это как коллекция порно, оставшаяся еще со времен юности, которую вы никогда не пересматриваете, но не хотите выбрасывать из ностальгических соображений. Если бы гены совсем не использовались, то мутировали бы по причине отсутствия давления отбора, поэтому, чтобы не исчезнуть, они часто берут на себя выполнение других задач. Хорошим примером этого являются змеи. В 2012 году палеонтологи наткнулись на окаменевший скелет змеи, из тела которой торчали крошечные передние и задние ножки [101]. Предположительно они предназначались не для передвижения, а для захвата добычи.

Сегодня мы думаем, что змеи потеряли свои конечности миллионы лет назад, но многие гены, регулирующие рост ножек, до сих пор присутствуют в их геноме.

Змеи не используют гены, регулирующие рост ножек, которые присутствуют в их геноме, по назначению. Они просто нашли другую область применения этих генов и добрались, как и следовало ожидать, до роста пениса. Положа руку на сердце, что бы вы решили, если бы эволюция поставила вас перед таким выбором?

У нас тоже есть гены, оставшиеся от давно ушедших времен. Они больше не нужны взрослым людям, но сохранились как часть эмбрионального развития. Когда вы были четырех- или пятинедельным эмбрионом, сзади у вас вырос маленький хвостик, составлявший десять процентов от длины вашего тела. Однако к восьмой неделе развития этот генетический привет от ваших предков вновь регрессировал. Лишь в редких случаях природа не хочет уничтожать плоды своего труда и являет миру людей, у которых пониже спины свисает небольшой отросток. Хоть он и достигает, как правило, всего лишь пары сантиметров в длину, зато может шевелиться, и иногда даже в зависимости от эмоционального состояния. Такое развитие имеет место, когда генетическая программа, отвечающая за предотвращение развития хвоста, не справляется со своей задачей в связи с условиями окружающей среды, мутациями или сочетанием редких генов. Такие явления называются атавизмами (от лат. atavus — предок).

Атавизмы — это повторение анатомических особенностей, которые присутствовали у филогенетически далеких предков[18].

Но даже если у вас в отношении биологического развития все отлично, вы все равно носите эти гены в себе. И в этом вы не одиноки.

Есть люди, которым платят за то, чтобы они искали остатки скрытой ДНК динозавров в глубинах куриного генома. А есть и такие, кто наткнулся на него по чистой случайности, как онтогенентик Мэттью Харрис. Исследуя мутировавший эмбрион цыпленка, он заметил ряд саблевидных зубов, идущих по краю клюва [90], - особенность, которая была утрачена предками куриц не менее 70 миллионов лет назад. Животные не смогли развиться до взрослого состояния, но благодаря им Харрис смог показать, что гены зубов могут по крайней мере частично просуществовать миллионы лет.

Но у птиц еще больше ДНК динозавров. Коготь велоцираптора состоит из трех длинных пальцев. Птицы имеют подобную конструкцию, но кости их пальцев срослись вместе и сильно деградировали, чтобы из них могли сформироваться функционирующие крылья. Однако на стадии эмбриона кисть руки птицы внешне едва ли отличается от руки велоцираптора. Уже в процессе развития крыла генетическая программа заботится о том, чтобы длинные пальцы снова исчезли. С птичьим хвостом складывается похожая ситуация. Тогда как двухметровый велоцираптор без противовеса постоянно утыкался бы носом в землю, у современных птиц при отсутствии хвоста в лучшем случае ухудшилась бы техника полета. У птиц развивается хвост, который вырастает еще на стадии эмбриона, но они избавляются от него, прежде чем кто-то успеет это заметить и начнет издеваться.

Иногда у людей могут проявляться анатомические особенности филогенетических предков, атавизмы.

Между тем исследователи смогли вернуть ноги эмбрионов курицы обратно в состояние, подобное тому, какое наблюдалось у динозавров. Деактивируя ген с названием, которое в переводе означает «индийский еж», малоберцовая кость, кость голени, которая у птиц заметно деградировала, приняла размеры как у доисторических предков [81].

Узнать, какие гены заставляют этот эволюционный балласт снова исчезать, в широком смысле не представляется возможным. Но как только удастся лучше понять программу развития и таким образом сохранить гены, предотвратив исчезновение первобытноанатомических структур в процессе развития, вероятно, можно будет вновь увидеть некоторые потерянные свойства динозавров.

Соглашусь, превратить ручного домашнего цыпленка в монстра тринадцати метров высотой, скорее всего, не получится. Но по крайней мере можно вывести очень крутую курицу с длинными пальцами, сильным хвостом и острыми зубами. Для меня этого было бы вполне достаточно, а у этих цыплят наконец появился бы реальный шанс составить достойную конкуренцию жареным цыплятам из Кентукки от полковника Сандерса и его сети кафе KFC. Но большинство поклонников тираннозавров с большой долей вероятности не рискнули бы полакомиться странного вида курицей, как и первобытными раками с картинки из журнала комиксов. Так есть ли вообще какие-нибудь гиганты из древних времен, которых мы могли бы вернуть?

С мамонтами против изменения климата.

Почему мы вообще должны пытаться возродить давно вымершие виды животных, когда преспокойно наблюдаем за нынешним массовым вымиранием? Конечно, борьба за сохранение ареала обитания карликовой лягушки с острова Санта-Крус звучит не так сексуально, как прогулка с саблезубым тигром. Но классический ученый мало беспокоится о том, что считается сексуальным. В конце концов, два этих проекта не являются взаимоисключающими, ведь защиту видов, находящихся под угрозой исчезновения, нельзя противопоставить возрождению уже исчезнувших видов. Разумеется, приоритет следует отдавать существующим видам, защищая их как можно лучше. Но это не помешает разработать план на случай чрезвычайной ситуации для живых существ, играющих ключевую роль в экосистеме. К тому же некоторые из доисторических животных выглядят настолько круто, что того, кто попытается высказаться против их возвращения к жизни, разъяренные восьмиклашки просто закидают своими завтраками. К этим животным относятся мамонты.

Мамонты — родственники слонов, существовавшие в самых разнообразных видах. Одним из их самых крупных представителей был степной мамонт, 200 000 лет тому назад топавший по просторам Евразии со своими 10–15 тоннами веса и высотой в плечах 4,5 м.

По сравнению с самым крупным мамонтом, вымершим 740 000 лет назад, карликовый мамонт, обитавший на острове Крит и по своей высоте едва ли доходивший человеку до пупка, показался бы гораздо более милым. Когда говорят о мамонтах, обычно имеют в виду классических шерстистых мамонтов. Они были немного выше сегодняшних слонов, а их вес доходил до 8 тонн. Их гигантские бивни поднимались вверх и могли весить до 100 килограммов. Своим названием эти животные обязаны меху, достигавшему 90 сантиметров в длину, который защищал их от сибирского холода. Пик распространения шерстистых мамонтов пришелся на время минувшего ледникового периода, причем последние представители их вида умудрились дожить до среднеевропейского бронзового века.

Палеонтологи так и не пришли к единому мнению по поводу того, что же на самом деле послужило причиной для исчезновения волосатых хоботных: стремительное изменение климата или скорее тот факт, что из их меха наши предки с удовольствием шили себе одежду.

Рисовать убитых мамонтов на стенах пещеры было популярно задолго до того, как люди научились загружать в Instagram фотографии еды, приготовленной в микроволновке. Сегодня, спустя тысячелетия после исчезновения этих прекрасных животных, возрождение доисторических гигантов древности уже не относится к области научной фантастики. Смущенное «простите, мы вас истребили, но такое никогда больше не повторится» со стороны человечества.

Если вы собираетесь возродить шерстистого мамонта, то для этого прежде всего потребуется его генетическая информация. На сегодняшний день уже выкопано и исследовано достаточно замороженных экземпляров, чтобы узнать практически полный геном мамонта. Но это не вернет животных, ведь мы пока не умеем строить целый геном из ничего, даже если нам известна последовательность его букв. Но, возможно, вам и не придется заново изобретать мамонта. Представьте, что хотите спортивный автомобиль, но на вашем счете не хватает денег на покупку. Но раз уж вы не готовы отказаться от своей мечты, то во время ежегодного технического осмотра автомобиля попросите механика, чтобы он заменил детали от вашего ржавого Volkswagen на запчасти от Ferrari. Если он будет регулярно делать это на протяжении многих лет, вы в один прекрасный день застрянете в пробке, находясь в новеньком, отполированном Ferrari. Для автомобиля это, скорее всего, останется всего лишь мысленным экспериментом. А вот в случае с мамонтами может действительно сработать.

Разница между человеком и шимпанзе с точки зрения генетики больше, чем между слоном и мамонтом.

Африканские слоны генетически примерно в два раза ближе к своим холодостойким кузенам, чем вы к шимпанзе.

Если сравнить генетический материал мамонта и африканского слона, то они все равно будут отличаться несколькими миллионами букв, в результате чего изменяется последовательность ДНК тысяч генов, образующих белок. Но на сегодняшний день мы умеем целенаправленно модифицировать гены. Итак, можно ли превратить современного слона в его доисторического волосатого кузена?

Профессор из Гарварда Джордж Макдональд Черч уже приблизил нас к этой цели. Не только потому, что роскошная борода молекулярного биолога заставляет непроизвольно вспоминать о шерстистом мамонте, но прежде всего потому, что он уже смог пробудить к жизни несколько мамонтовых генов с помощью технологии CRISPR, в разработке которой принимал непосредственное участие. В 2015 году Черч объявил, что он со своей командой сумел привнести в клетки азиатского слона немного мамонтовой ДНК [81]. При этом они сосредоточились в первую очередь на 14 генах, связанных с устойчивостью животных к холоду, например таких признаках, как уши меньшей величины, более густой волосяной покров, увеличенное количество подкожного жира или клетки крови, которые эффективно переносят кислород даже при низких температурах. Исследователи сравнили вариант этих генов у слонов с теми же генами их вымерших кузенов и использовали CRISPR, чтобы перезаписать 14 генов слона с соответствующей мамонтовой версией. В общем, удалось получить кучу слоновьих клеток, имеющих небольшую долю одного процента мамонтовой ДНК. Шаг в правильном направлении, но по Сибири эти клетки гулять пока не готовы.

Чтобы клонировать организм, нужно ввести его живую клетку в яйцеклетку, очищенную от ДНК.

Вовсе не лень причина того, что Черч довольствовался модификацией всего лишь 14 генов. В настоящее время изменение генома ограничивается возможностью одновременного изменения всего нескольких генов. Хотя это число постепенно увеличивается, в настоящее время мы далеки от переписывания генома слона, который, кстати, больше человеческого, в геном мамонта. Поэтому Черч занялся в первую очередь теми генами мамонта, которые, скорее всего, заставят слона выглядеть как мамонт, выработают соответствующее поведение и повысят выносливость животных к холоду. Но это лишь первый шаг на пути превращения в покрытое шерстью хоботное животное.

Клонирование предполагает наличие живой клетки организма животного, чтобы можно было ввести ее ядро в яйцеклетку, освобожденную от ДНК.

В результате введения ядра живой клетки донора в яйцеклетку, освобожденную от ДНК, развивается генетически точная копия донора клетки. Этот метод с 1990-х годов позволяет нам создавать клоны десятков видов. Но с мамонтами генетики будут вынуждены пойти на хитрость, потому что от этих животных, к сожалению, не осталось живых клеток. Но их возвращение можно провести пошагово. В этом случае пришлось бы действовать следующим образом.

1. С помощью CRISPR перезаписать некоторые гены в слоновьих клетках с соответствующей мамонтовой версией. Джорджу Черчу уже удалось преодолеть этот этап.

Взять у слона яйцеклетки и удалить из них генетическую информацию. Теперь в такую «пустую» яйцеклетку следует ввести ядро клетки слона с ДНК мамонта.

2. Подобно простому искусственному оплодотворению, дождаться, пока яйцеклетка, оплодотворенная клеточным ядром, не начнет делиться, а затем поместить скопление клеток в матку слонихи, которая впоследствии и произведет животное на свет.

Для будущих клонированных мамонтов уже нашли дом — плейстоценовый парк в Восточной Сибири.

В результате родится не настоящий мамонт, а слон, обладающий несколькими характерными чертами мамонта. По мнению Черча, этого может быть достаточно для разведения животных, которые выглядят и ведут себя как мамонты. После того как животные станут половозрелыми, следующему поколению можно будет ввести еще больше мамонтовых генов, так что с каждым новым поколением животные будут становиться все более похожими на своих сородичей из ледникового периода. При продолжительности жизни поколения слонов, составляющей около 20 лет, следует ожидать, что эксперимент выльется в довольно долгосрочный проект. Однако в перспективе вполне может появиться животное, достаточно похожее на мамонта, которое возьмет на себя его экологическую роль. Это не только порадует генетиков, но и благоприятно скажется на общепланетарном климате, что является одним из немногих аргументов в пользу возрождения шерстистого мамонта, не сопровождаемых словом «круто».

По оценкам исследователей, в вечной мерзлоте Арктики содержится около 1400 гигатонн углерода, что примерно в два раза превышает его количество, обнаруженное в земной атмосфере.

Изменение климата заставляет вечную мерзлоту Арктики таять и выделять парниковые газы в атмосферу. В этой ситуации мамонты могли бы пригодиться. Крупные стадные животные могут утаптывать выпавший снег, открывая землю холодному сибирскому воздуху и охлаждая ее еще сильнее. Таким образом, мамонты могут помочь сохранить холодный климат в тундре. Процесс оттаивания вечной мерзлоты и связанный с ним выброс парниковых газов в атмосферу будут замедляться.

Для волосатых хоботных животных даже нашелся их первый дом — плейстоценовый парк в Восточной Сибири.

Российский ученый Сергей А. Зимов собирается восстановить в плейстоценовом парке Восточной Сибири ландшафт, преобладавший там в плейстоценовый период, который начался 2,588 миллиона лет назад и закончился около 9660 года до нашей эры [99]. На огороженной территории площадью 160 квадратных километров предстоит выяснить, действительно ли исчезновение крупных травоядных животных в результате интенсивной охотничьей деятельности привело также и к исчезновению плейстоценовой экосистемы. Лоси, бизоны, мускусные быки и другие поселившиеся там обитатели были бы рады снова увидеть своего старого знакомого, мамонта.

Уготовано ли мамонтам стать решением климатической проблемы? Скорее всего, только если им удастся растоптать все электростанции, работающие на угле. Но их роль в экосистеме — это по крайней мере одна из причин для возвращения этих животных к жизни, которая вполне может быть заявлена темой специальной конференции.