Что движет разнообразием

Ученые развили представления о прогрессивном развитии живого мира. Они подчеркивали, что носителями этого прогресса могут быть как высоко -, так и низкоорганизованные формы. В общей форме успех организмов в борьбе за существование может достигаться различными путями. Одним из них, как полагали некоторые биологи, может служить приспособление организмов к меняющимся условиям внешней среды путем увеличения численности вида, расширения площади его расселения. В услож­няющейся биосфере Земли на определенных этапах живое могло сохраниться только за счет увеличения форм растительного и животного царства.

Мейен считал, что в эволюции феномен разнообра­зия играет столь же важную самостоятельную роль, как прогресс и приспособление. Более того, стимул к раз­витию разнообразия генетически наследуется. Если какой-либо разнообразный ряд орга­низмов порождает мутанта, то и этот мутант, выжив, обеспечивает аналогичный ряд полиморфных организмов с такими свойствами, которыми обладали особи роди­тельского отряда, но не он сам.

При анализе явлений разнообразия как одной из движущих сил прогрессивного развития необходимо учитывать биологический уровень этого разнообразия: видовой, групповой, организменный, клеточный, моле­кулярный. Уже давно стало очевидным, что критерием биологического прогресса вида служит не количествен­ное представительство его особей, которое неизбежно должно иметь какую-то конечную величину, а разно­образие групп внутри вида или видов в более крупных сообществах. Появлению этих групп способствовало приобретение каких-либо полезных приспособительных признаков или реакций.

Среди двух сообществ, наиболее успешно завоевавших сушу,— насекомых и млекопитающих — также наметилось выраженное разнообразие видов. В одном случае оно было движимо такими биоло­гически признаками, как хитиновый покров, трахейное дыхание, бы­строта завершения эмбрионального развития. В случае млекопитающих приспособительными стимулами яви­лись теплокровность, живорождение, центральная нерв­ная система, иммунитет, сознание.

Гетерогенность — это общебиологическое явление, расширяющее норму реакций, увеличивающее приспособительные, адаптивные способности организма, обеспечивающее, в конечном счете, разнообразие особей. Сужение границ реактивности на любом уровне (мо­лекулярном, клеточном, организменном) ведет к умень­шению для популяции шансов уцелеть при любых экологических катастрофах или опустошительных ин­фекциях.

Итак, с одной стороны, жесткие границы индивиду­альности, с другой — неограниченный простор для ваяния различий.

Паразитизм и защита

У организма человека много врагов. Врагов внешних и внутренних. К неблагоприятным воздействиям, кото­рые объединены понятием факторов окружающей сре­ды, за многие миллионы лет организм приспособился достаточно хорошо. Понижается температура тела — суживаются кровеносные сосуды, замедляются сокра­щения сердечной мышцы, становится реже дыхание, приостанавливается потоотделение, усиливается энерге­тический обмен. Возникает тревожная ситуация: уси­ливается секреция гормонов надпочечниками и гипофи­зом, с увеличенной нагрузкой работает щитовидная железа, учащается пульс, активизируется перистальтика кишечника, мобилизуются все органы чувств, «прояс­няется» сознание. Все эти бессознательные реакции, отработанные эволюцией и основанные, как мы говорим, на безусловных рефлексах, требуют кооперации миллио­нов клеток, включения миллиардов клеточных рецепто­ров, фундаментом которых служат белки ТС.

В понятие внешней среды входит и окружающий нас микромир. Мы — его часть, мало чем отличающаяся по исходному биохимическому материалу. Белки микроор­ганизмов, растений и животных состоят из 20 одинако­вых аминокислот. Образование молочной кислоты в бак­териях, мышцах животных и человека требует участия одних и тех же ферментов. Генетический код всего жи­вого универсален. Жизнь едина и потому, что существу­ет поразительное сходство между метаболическими про­цессами у низших и высших организмов. В какой-то мере общими являются и методы приспособления даже далеких видов к наилучшему выживанию.

Выживание биологического вида определяют многие факторы. К ним относятся соотношение полов и репро­дуктивный потенциал вида, т. е. число жизнеспособных потомков, приходящихся на одного родителя в единицу времени. Сюда же относят сумму факторов, от которых зависят добывание пищи и скорость разрушения инди­видуума. Важнейшим фактором выживания является система самозащиты организмов от врагов внешних— патогенных микроорганизмов и внутренних клеток, выходящих из-под организменного контроля.

Для успешной конкуренции паразиту необходимо, чтобы процесс его роста был быстрым и эффективным, поэтому конечная цель его деятельности — новая клетка.

Большинство изученных микробов размножается очень быстро, время удвоения их биомассы составляет 20 мин — 2ч.

Но даже самые злые из них ищут и убивают неполноценные клетки хозяина, а организм в целом их не интересует. При накоплении микробов или их токсинов хозяин оказывается убитым «как бы заодно».

В ходе эволюции скорость мутации атакующего и атакуемого видов возрастала. Паразит мутировал в сто­рону лучшей адаптации к индивидуальным белкам хозяина и защиты от его иммунитета. Мутации хозяина сообщали ему устойчивость к паразиту, в результате множился полиморфизм представителей данного вида. В ходе такого «соревнования» каждый вид избежал губительного контакта с какими-то опасными возбуди­телями болезней. Косвенным указанием на это служит естественная устойчивость человека к ряду заболеваний животных (чуме собак, сибирской язве или оспе рога­того скота), а те, в свою очередь, оказались невоспри­имчивыми к ряду людских болезней.

Человек живет в непосредственном контакте с са­мыми разными паразитами — микробами, вирусами, грибками, заполняющими воздух, воду, почву и пищу. Каждый из нас находится в постоянной осаде со сто­роны этих агрессоров, но, к счастью, незаметно для себя он отражает штурм за штурмом. Захватчиков устраня­ют кожный барьер, естественные пестициды пота, слю­ны, слез, желудочного и кишечного соков. Их погло­щает слизь носоглотки, чтобы отторгнуть при чихании или кашле, когда внешняя защита не сработала. Но если все же патогенные микроорганизмы свяжутся с тканями, то пугающая быстрота разрушения клеток организма за­ставляет вступить в сражение всю армию иммунитета.

Можно лишь поражаться гибкости иммунной систе­мы. Количество возможных рецепторов, распознающих «свое» и «чужое» на Т- и Б-лимфоцитах, необозримо, Все это разнообразие обеспечивается с помощью ком­пактного набора из 100 тыс. генов.

Гены и болезни

Примеров неодинаковой чувствительности людей к тем или другим заболеваниям можно приводить мно­го. Известно, что при любой эпидемии гриппа некото­рые люди не болеют вообще, а другие болеют по несколько раз в сезон.

Примеры достоверной связи некоторых заболеваний с группами крови были получены при математическом анализе и сравнении представительных групп здоровых и больных. Оказалось, что лица с 0 группой крови чаще болеют гриппом, но реже ангинами и ревмокардитом, вызываемым гемолитическим стрептококком. Эпидемии да­вали материал, свидетельствующий, что при прочих равных условиях люди с группой крови 0 чаще заража­ются чумой, а с группой А — чаще болеют оспой. У носителей группы А чаще встречается рак желудка, при группе крови 0 пре­обладает язвенная болезнь двенадцатиперстной кишки. Кровеносные сосуды людей с группой крови А более подвержены закупорке сгустками крови, а при группе крови 0, напротив, отмечается склонность к кровоте­чениям.

Значительно более убедительный материал по генетической предрасположенности к болезням был по­лучен при анализе «природного феномена»- близнецовости. Именно у генетически тождественных однояйцевых и сближенных двуяйцевых близнецов можно выявить те физиологические и патологические реакции, которые являются очевидно врожденными, а не форми­руются условиями жизни и окружением.

У однояйцевых близнецов полностью совпадают груп­пы крови, у них одинаковы кожные узоры на кончиках пальцев, ладонях и губах, идентично строение зубов и каркаса зубной эмали, совпадают вкусовые восприя­тия, темперамент, эмоциональные реакции. Любые ин­теллектуальные или психологические тесты дают мини­мальный разброс. Они одинаково реагируют на меди­каментозные средства и дают сходные аллергические реакции. У двуяйцевых близнецов все эти признаки могут не совпадать.

Если один из однояйцевых близнецов заболел корью, то вто­рого эта болезнь поражает в 98% случаев (у двуяйцевых—в 94% случаев), при коклюше эти цифры соот­ветственно 97 и 93%, при свинке—82 и 74%. Воз­можно, что высокий процент совместного заболевания объясняется в таких случаях одновременным инфицированием детей, но это не согласуется с отмеченной раз­ницей между генетически тождественными и нетожде­ственными близнецами.

Еще более разительны результаты изучения болезней зрелого возраста. Туберкулезом второй идентичный близнец заболевает в 67% случаев (неидентичный близ­нец—в 23% случаев), ревматизмом—в 47 и 17, сахар­ным диабетом — в 65 и 18, шизофренией — в 69 и 10, эпилепсией—в 67 и 3%. При ряде недугов высоки не только вероятность заболевания второго близнеца, но одинаковы клиническая картина заболевания, особен­ности его течения и исхода.

Генетическая обусловленность многих заболеваний на примере близнецов прослеживается уже при рожде­нии.

Очень показательны также наблюдения, касающиеся так называемых «редких» болезней. Не так уж часто встречается форма красной волчанки, сопровождающая­ся расплавлением (некрозом) головки бедренной кости. Имеется наблюдение над идентичными близнецами, раз­лученными в 3 месяца после рождения и выросшими в разной среде. Диагноз красной волчанки у одной из сестер был поставлен в возрасте 14 лет, у другой—в 21 год. Асептический некроз развился соответственно через 2 года и 6 лет после начала волчанки. Это лиш­нее свидетельство того, что многие заболевания, тради­ционно объясняемые изменениями обмена или инфек­цией, связаны достаточно тесно с наследственными осо­бенностями организма.

Кто не болеет раком

Рак стоит среди других болезней особняком, потому что раковая клетка — это своя же клетка, но ведет она себя, как чужая. Когда клетка встает на путь «бунта» против организма, начинается шквал событий, в итоге которого организму приходится капитулировать. Рак оценивают даже как своеобразную плату за многоклеточность организма. Опухоли считают доброкачествен­ными, если они растут только в одном месте, локально; злокачественные опухоли имеют тенденцию к распро­странению. Но не у всех животных опухоли способны принимать злокачественное течение.

Несколько лет назад средства массовой информации живо обсуждали проблему катрекса — вещества, полу­ченного из печени черноморской акулы и обладающего, по мнению ряда исследователей, активным противоопу­холевым действием.

Биологам хорошо известно, что у некоторых животных рак либо совсем не встречается, либо излечивается естественным образом. В мире насчитывается около 300 видов акул, и у всех их, от экземпляров в 30 см до многотонных гигантов, рак почти не встречается. Та­кая же картина имеет место у скатов.

Своеобразна судьба злокачественных новообразова­ний у китов. Киты в целом болеют теми же заболе­ваниями, что и люди; у них встречаются ангины, плев­риты, пневмонии, цирроз печени, почечные камни, в ста­рости — атеросклероз. Описан и случай с кашалотом, у которого были найдены следы недавно перенесенного инфаркта миокарда. Болеют киты и раком, однако их организм каким-то волшебным образом справляется с этим заболеванием: опухоль обволакивается живыми тканями и заключается в своеобразную капсулу, лишен­ную кровеносных и лимфатических сосудов. Рак в таких случаях не дает метастазов, а потому и не является смертельным недугом. Защитный механизм, лежащий в основе такой изоляции раковых клеток, остается неиз­вестным.

Но те вещества, которые помогают данному виду животных избегать рака, не обязательно должны явиться спасительным лекарством для человека. И это активное вещество в столь же активном состоянии еще нужно выделить из экстракта разрушенных клеток жи­вотного. Раковые клетки необычайно быстро приспосабливаются к любому неблагоприятному для них агенту. Появляют­ся новые резистентные клоны тех же клеток и растут, высокоизменчивые и неуязвимые.

Профиль раковой клетки

Слово «рак» является, вероятно, самым пугающим в медицинском лексиконе. Хотя раком согласно статистике болеют в 10 раз реже, чем сердечно-сосудистыми забо­леваниями, боятся этого диагноза в 100 раз больше. Ежегодно около 20% смертей вызваны раком.

В какой-то неуловимый момент ранее послушная организму клетка перестает подчиняться общим для всех элементов тела командам и начинает неупорядо­ченно размножаться. Это свойство передается всем ее потомкам. Дочерние клетки, еще более агрессивные, чем клетки первичного опухолевого узла, разносятся током крови или лимфы в отдаленные участки тела, образуя метастазы. Налицо нарушение того биологического про­цесса, который сформулировал Сент-Дьерди: «Все жи­вое стремится расти и размножаться до бесконечности, но когда клетки участвуют в совместном создании сложного организма, их рост должен регулироваться с учетом интересов целого».

К раковым клеткам применим термин «дедифференцировка», или развитие вспять. Некое «омоложение» малигнизированных клеток сопровождается потерей тех функций, которые были возложены на них эволюцией, т. е. железистой клетке — выделять пот или слизь, мы­шечной клетке — сокращаться, нервной клетке — приво­дить импульс.

Секрет малигнизации кроется в изменении дыхательных ферментов и потере клеткой способности нормально дышать. Раковая клетка переходит на бескислородное дыхание, как бы обращаясь к способу добывания энергии древними организма­ми, существовавшими на Земле до эпохи фотосинтеза. В силу этого раковая клетка становится «сластеной» — свои потребности в энергии она восполняет за счет глю­козы, расщепление которой она тоже не доводит до конца. При этом теряется львиная доля заложенной в углеводах энергии, а промежуточными продуктами брожения отравляется организм.

Раковые клетки являются не только «ловушками» глюкозы, но и «перехватчиками» нуклеотидов, белков, азотистых оснований, витаминов. Чем полноценнее пи­тание организма, тем больший пищевой ассортимент получает опухоль, постоянно выигрывающая конкурен­цию со здоровыми клетками за усвоение полезных мо­лекул. Это нелишне помнить в связи с распространен­ным мнением, что онкологические больные нуждаются в особо полноценной диете.

Между живыми клетками тоже соблюдается опреде­ленная дистанция, регулируемая силами сцепления и от­талкивания. Это не только контактное торможение, но и действие растворимых факторов роста. Деление стро­го упорядочено для разных типов тканей, некоторые клетки вообще не делятся (нейроны, эритроциты). Но раковые клетки не слушаются законов контактного тор­можения (у них нарушена клеточная мембрана) и ро­стовых факторов (фактор роста они вырабатывают са­ми). Нормальные клетки прихотливы к условиям внеш­ней среды, они с трудом поддаются культивированию вне организма. Раковые клетки растут в стеклянных сосудах в несколько слоев покры­вая своей плотной массой все свободное пространство.

Малигнизацию нормальных клеток вызывают хими­ческие канцерогены, радиация, ультрафиолетовое облу­чение, травма, онкогенные вирусы. Независимо от характера воздействия нормальная клетка, чтобы стать раковой, должна утратить способность слушаться двух важнейших организменных сигналов: одного—стиму­лирующего дифференцировку, другого — стимулирую­щего деление, рост. В ней должно произойти некое генетическое преобразование, в ходе которого нормальные регуляторные гены под действием внутренних и внешних причин превратятся в гены рака. Белки, кодируе­мые онкогенами (генами рака), отличаются от нормальных белков минимально, подчас это замена единственной амино­кислоты.

Самое опасное следствие раковой эмбриолизации — это способность клеток рака, кстати, как и нормального эмбриона, подавлять иммунные реакции. Для нормаль­ного эмбриона — это свойство, обеспечивающее жизнен­но важную его защиту от материнского иммунитета. Для рака—это заимствованный механизм.

В любом случае о раке нужно говорить как об иммунологическом диверсанте, действующем в обход ка­рательной армии защитников организма. И тогда в до­бавление к вышеперечисленным характеристикам рако­вых клеток следует добавить их свойство к местному и общему подавлению иммунитета.

Итак, раковые клетки умеют упрощенное строение, они неупорядоченно растут, необычайно быстро утили­зируют пищевые вещества и физиологические метаболиты, вырабатывают автономный фактор роста, укло­няются от дифференцировочных сигналов и способны к самостоятельной иммуносупрессии. Но, несмотря на эти общие для всех раковых клеток характеристики, имеются существенные индивидуальные отличия в сте­пени их выраженности. Рак—это тоже болезнь с инди­видуальным профилем.

Обман иммунитета

Нам уже приходилось упоминать, что мембрана рако­вых клеток видоизменена. Изменения эти достаточно многообразны. Способность раковых клеток к инвазии, т. е. прорастанию в другие ткани, сопровождается из­менением набора их поверхностных белков. На мембра­не раковых клеток, кроме исходных белков, должны появиться рецепторы, характерные для клеток соседних и отдаленных тканей. Раковые клетки вызывают непомерное размножение супрессорных лимфоцитов, которые останавливают соб­ственную же «карательную армию» на подступах к опу­холи. Возможно, что эти лимфоциты «отравляют» всю близлежащую территорию своими продуктами, которые мы называем блокирующими факторами.

В кровеносной системе и межклеточных простран­ствах раковые клетки контактируют с клетками имму­нитета. Примечательно, что следствием такой встречи является приобретение лимфоцитами информации об особенностях данного рака. Этот процесс распознавания первым свидетельствует о том, что раку присущи ни на что не похожие молекулы, которые мы называем опухолеспецифическими белками. Доказательством тому слу­жат многие реакции, в которых лимфоциты ведут себя по отношению к раковым клеткам, как к клеткам чу­жого организма. Распространенное мнение, что рак— это своя же, ничем не измененная, а потому и неузна­ваемая ткань, ошибочно. У нее уже изменена «внутрен­няя архитектура». Столь же ошибочным служит утверж­дение, что иммунитета к раку нет, на основании того, что он не препятствует развитию рака. Иммунитет есть, но он ослаблен, даже исковеркан раком. И мы не знаем, сколько раз иммунитет уже выходил победи­телем в борьбе с начинавшимся, но не состоявшимся раком. Мы видим уже финал этих событий.

Раковые клетки должны обладать особой жизненной устой­чивостью, ибо им приходится держать много экзаменов. Они должны освободиться от основной опухоли, приоб­рести новые молекулы, обеспечить рост кровеносных сосудов в новой среде обитания, ибо метастаз без пита­ния не выживет. Каждое из этих свойств контролирует­ся особой молекулярной системой, но все вместе они входят составной частью в главную клеточную програм­му, обеспечивающую опухоли автономную жизнь внутри породившего эту клеточную массу организма.

Рак служит ярким примером посягательства на индивидуальность организма со стороны собственных же составных элементов. Его вызывают глубокие измене­ния генетической программы клеток, результатом чего является характерная триада признаков: утрата клетками индивидуальной специфичности, упрощение облика белков ТС на клеточной мембране, умение ускользнуть от иммунологического контроля. Эта группа признаков присуща всем раковым клеткам. Конечным итогом этой борьбы клеток за собственную свободу и бесконтрольное размножение является гибель организма.

Врачи регистрируют постоянное увеличение процен­та детей, родившихся с генетическими отклонениями; из всех младенцев, появившихся в нашей стране за послед­ние годы, 5% страдают наследственными пороками. В некоторых регионах каждый четвертый новорожден­ный — аллергик. Смертность от бронхиальной астмы за два последних года возросла в мире вдвое. Заболеваемость туберкулезом в регионах, пораженных СПИДом, подскочила на 30%. Неуклонно растет забо­леваемость злокачественными опухолями, сахарным диа­бетом, поражениями системы крови. Создается впечат­ление, что болезни стирают нашу индивидуальность, не делая выбора между все возрастающим числом жертв.

Экологический дисбаланс прежде всего нарушает иммунную систему, которая, как никакая другая, свя­зана с внешней средой. Это наиболее уязвимое звено в цепи уже хотя бы потому, что в созревающих лимфо­цитах в тысячу раз более интенсивны процессы мута­ции, чем в других клетках тела. Иммунная система вынуждена сверх всяких нагрузок реагировать на мно­жество дополнительных белков — аллергенов, токсинов, мутагенов, а ее способности не беспредельны, она истощается. Как бы мы ни отгораживались от природы одеждой или кондиционером, на иммунную систему маску надеть нельзя.

Физические и химические факторы окружающей сре­ды накапливаются в живых организмах. Промышленные красители, пищевые пестициды, атмосферные яды, бы­товые аллергены — все они, кроме непосредственного влияния на организм, имеют еще и опосредованный эффект, видоизменяя наши белки ТС, влияя на их угле­водный компонент и водородные связи. Редкое за­болевание протекает теперь без аллергического или аутоиммунного компонента. А если молекулы, опреде­ляющие нашу индивидуальность, постоянно «перешифровываются», то нарушается их распознавание соб­ственными лимфоцитами. Диапазон колебательных дви­жений в системе увеличивается, что ведет к ранней ее изнашиваемости.

Человеческое тело — самый совершенный организм, ибо оно может само себя ремонтировать. Мелкий ре­монт — удел тканей, но крупное восстановление всегда связано с безотказностью иммунной системы. Ее клетки вырабатывают ростовые факторы, в частности, необхо­димые для сращения костей, восстановления мышц, лик­видации ожогов. Эта система создала телесную инди­видуальность, и она же ее нарушит, перестанет обере­гать, если против нее ополчатся силы природы. В ка­ком-то смысле так и происходит при СПИДе.

Рост врожденных пороков, увеличение смертности среди новорожденных, наконец, очевидно повышающийся процент женщин, не способных нормально выносить беременность,— это грозные симптомы. Естественный отбор в природе зависит от преимущественного размно­жения приспособленных особей. Когда страдает дето­родная функция даже у части вида, его естественная история оказывается под угрозой.

Все виды, к которым для примеров нам приходилось обращаться в этой книге, имеют естественную историю, исчисляемую девяти-десятизначной цифрой. Человече­ство — самый молодой вид, его история на несколько порядков короче. Чтобы полноценно адаптироваться к опасностям, людям пришлось тренировать и совершенствовать самое надежное приспособление— интеллект. Именно он обозначил превосходство нового вида; человек — единственное существо, имеющее поня­тие о будущем, способное предвидеть грядущие опас­ности.

Расселившись по всей Земле благодаря географиче­ским, климатическим и социальным факторам, чело­вечество достигло необычайного разнообразия. Оно построило города, создало цивилизации и культуры. Но в своем стремлении покорить природу и удовлетворить все растущие потребности люди как бы утратили чув­ство биологической меры. Разрушение Всемирной Эко­системы, незаметное в первые десятилетия технического прогресса, с какого-то момента стало все ускоряющим­ся и драматичным. Под угрозой оказались разнообра­зие самой природы, адаптационные возможности чело­века. А когда механизмы биологической компенсации, достигнутые в ходе долгой эволюции живого, чрезмерно разлаживаются, жизнь оказывается в опасности.

Единственным противовесом разрушительным про­цессам является здравый смысл, инстинкт самосохра­нения индивидуума, общества, нации, человечества. Альтернативы жизни нет, поэтому вся наша надежда на наш общий разум.