ЖИЗНЬ - ПАМЯТЬ О ПРЕДЫДУЩИХ СОСТОЯНИЯХ

В Ереване прошла международная научная конференция, посвященная проблемам моделирования эволюции жизни, в которой наряду с армянскими учеными приняли участие 25 крупнейших зарубежных ученых. Конференцию открыл президент Армении Армен Саркисян. Организаторами конференции стали доктор физ.-мат. наук, ведущий научный сотрудник Национальной научной лаборатории имени А. Алиханяна Давид Саакян и член Национальной академии наук США, лауреат премии Г. Гамова, ведущий научный сотрудник Национального центра биотехнологической информации, главный редактор журнала Biology Direct Евгений Кунин - один из самых авторитетных биологов мира (индекс Хирша - 200).

В своем эксклюзивном интервью "ГА" Евгений КУНИН говорит об исследованиях в области эволюционной биологии.

- Г-н Кунин, расскажите, пожалуйста, о ваших исследованиях.

- Если в общих чертах, то мы с коллегами пытаемся понять, как происходит эволюция жизни от примитивных молекул до популяций человека и животных. Разумеется, невозможно построить общую теорию эволюции в рамках одного проекта, это огромная работа для многих лабораторий. Но у нас две стартовые точки, одна - весьма общая теория, пришедшая к нам из физики, которая включает запись максимально разумных параметров эволюционных процессов и попытки эти уравнения решать. Вторая - знание полных последовательностей геномов разнообразных организмов - человека, животных, растений, простейших, бактерий, вирусов, что дает огромные возможности для сравнения геномных последовательностей исходя из конкретных данных эволюции. Думаю, лучшее представление о развитии жизни дает пересечение этих подходов - теоретического и эмпирического, связанного с изучением геномов и закодированной в них информации.

- Само появление жизни обусловлено только случайным воздействием нескольких факторов или обусловлено и процессом развития?

- Тяжелый вопрос, но постараюсь ответить. В ходе эволюции Вселенной я не вижу необходимости, закономерности возникновения жизни. Это случайный эффект, но он потребовал множества разных условий, в том числе планеты с определенными характеристиками. И если даже существует бесконечное число вселенных, как предполагают некоторые космологические модели, то в их огромном большинстве нет жизни. Но, когда она возникает, начинают действовать интересные закономерности.

- Какие?

- Основа жизни - передача информации с запоминанием предыдущих состояний, когда имеется некоторая запись с последовательностью букв, которые мы называем нуклеотидами. В биологии существует механизм воспроизведения этой информации с некоторой разумной точностью. И на этот процесс накладываются случайные факторы. Когда эти условия сложились, эволюция живых систем, несущих некоторую информацию и способных ее воспроизводить, передает память о предыдущих состояниях и сохраняет ее в нескольких поколениях. Это и есть жизнь в обобщенном понимании. Когда такая система возникает, ее эволюция идет относительно предсказуемыми путями.

- Вы сказали, что не было никакой необходимости в возникновении жизни, но, может быть, это лучший путь сохранения информации?

- Нет, потому что нельзя передавать информацию, которой нет.

- Но ведь Вселенная была…

- Но в ней не было информации в понимании эволюции жизни.

- Но ведь сам Большой взрыв, дальнейший процесс образования Вселенной содержал какие-то обусловленности, закономерности… Это же тоже своего рода информация…

- Действительно, в любой системе может быть определена энтропия. Всюду, где она определяется, может быть определена информация. Это две стороны одной медали.

- А жизнь не противоположность энтропии?

- Интересный вопрос. Согласно второму закону термодинамики, энтропия замкнутой системы может только возрастать. Если существует система, в которую из окружающей среды не поступает никакой энергии, то энтропия, беспорядок только возрастают. Но это относится к энтропии полной системы. Второй закон термодинамики не исключает того, что в одной части системы энтропия уменьшается, а в другой - возрастает. Относительно целой системы второй закон термодинамики соблюдается, но он ничего не говорит о ее частях. В некоторой части системы можно понизить энтропию за счет того, что кругом она повышается.

- И как приложить это к жизни?

- Первый и второй законы термодинамики относятся к системам, находящимся в равновесии, когда все скорости прямых и обратных процессов равны. К неравновесным системам относятся другие правила и законы, разработанные позже. Жизнь - это диссипативные структуры, но не все они могут считаться живыми. Если взять планетарную систему, например, Солнечную, это диссипативная структура, но, за исключением маргинальных авторов, никто не назовет ее живой. Для жизни нужно что-то другое.

- Живой организм сопротивляется энтропии?

- Да, но путем получения и преобразования энергии извне. Любая биологическая система - это то, что в неравновесной термодинамике называется диссипативной структурой, то есть поддерживающей существенную упорядоченность путем преобразования формы энергии с низкой энтропией в форму энергии с высокой энтропией.

- Механизмы сопротивления организма энтропии известны?

- Для простоты скажем: да. Начнем с того, как организм преобразует энергию. Почти вся преобразуемая энергия идет от Солнца - организм поглощает свет и преобразует эту энергию в синтез сложных биологических молекул. При этом выделяется тепло, то есть законы термодинамики не нарушаются. Но локально энтропия может и понижаться, что не противоречит законам физики. О механизмах преобразования энергии, пути от кванта света до молекулы белка мы знаем много, хотя не все. Следует помнить, что энергетическая перспектива недостаточна для понимания феномена жизни. Необходима и более интересная перспектива - информационная, в соответствии с которой информация об эволюционирующих организмах хранится в последовательности символов, последовательности определенных частей молекул. Способности организма закодированы в последовательностях нуклеиновых кислот. Эта информация - субстрат эволюции. Чтобы феномен жизни существовал долго, необходима достаточно точная передача информации о фенотипе, которая передается следующим поколениям. Это происходит путем копирования.

- Но, наверное, при копировании происходят какие-то сбои?

- Обязательно. Передачи информации без сбоев не бывает. Но сбои ценны, поскольку обеспечивают возможность эволюции, которая происходит с использованием ошибок в процессе возобновления генетической информации. Важно, чтобы ошибок не было слишком много, иначе передача информации становится невозможной. В то же время допустимая частота ошибок приводит к эволюции, иногда к позитивным результатам, повышению приспособленности, выживаемости организма. На современном этапе эволюции это происходит редко, большинство ошибок, называемых мутациями, являются вредными, многие популяции просто вымирают.

- Они, скорее, вымирают из-за сбоев передачи информации или под влиянием внешних факторов?

- Сложный вопрос. Есть и какая-то внутренняя динамика. Вымирание видов - закономерный процесс, небольшая популяция всегда вымрет по чисто случайным причинам.

- В своих исследованиях вы часто обращаетесь к космологии. Это поиск общих закономерностей, моделей, работающих в совершенно разных системах?

- Любой исследователь, пытающийся построить теорию, стремится сделать ее максимально общей, вывести закономерности, относящиеся к максимально широкому классу систем, но важно не переходить границу обобщений - в этом квалификация теоретика.

- Насколько мне известно, некоторые ваши исследования могут иметь практическое значение…

- Да, мы пытаемся изучать эволюцию раковых опухолей, это тоже эволюционирующая система. В этом случае эволюция происходит очень быстро. Геном опухоли меняется гораздо быстрее, чем меняются организмы. Эти исследования помогают понять общие закономерности эволюции.

- На чем должен быть основан принцип лечения?

- Создать условия, при которых замедляется эволюция, но еще важнее использовать уязвимые места эволюционирующих популяций с тем, чтобы они вымирали, не нанося вреда другим клеткам. Есть и более прикладные исследования. Появились новые разнообразные методы воздействия на геномы. Менять в геномах можно практически все. Открыты новые молекулярные механизмы, защищающие бактерии от вирусов. Они могут использоваться для редактирования геномов. Это уже прикладной аспект, который может быть использован в сельском хозяйстве, а медицинская практика - дело будущего, хотя недалекого.

- У вас есть научные контакты с Арменией?

- Я работаю с доктором Давидом Саакяном. Это сугубо теоретические исследования, которые, возможно, позволят лучше понять механизмы эволюции.

- Как вы оцениваете уровень науки в Армении?

- Я не очень хорошо знаком с ситуацией в целом, но уровень теоретической физики в области эволюционной биологии высокий. Это замечательно. На нынешней конференции я слышал очень интересные доклады армянских ученых.

- Сегодня от армянских ученых требуют практических результатов. Это адекватный подход?

- Давайте поймем, что такое научные результаты. Рассматривать их с прикладной точки зрения - порочный подход. Нельзя требовать от науки результатов, которые можно быстро использовать практически. Наука - получение фундаментальных знаний о том, как устроена природа. Результатами принято считать публикации в авторитетных научных журналах, а уже через какое-то время - цитируемость. Поэтому государство должно вкладывать прежде всего в фундаментальную науку. Понятно, что в небольшой стране нельзя распылять средства. Нужно выделить приоритетные направления, которые могут быть и теоретическими. Тем более что теоретическая наука стоит дешево. По цене одного танка можно финансировать много серьезных ученых.

- Но нам и танки нужны…

- Но при развитии фундаментальной науки вооружение становится лучше, и оно более эффективно используется. Главное - понимание роли науки и ее влияния на все сферы жизни общества.