Анатомия страсти - Аркадий Эйзлер

Ученые из клиники Мейр и университета Бар-Иллан совершили еще одно открытие в этой области: видимые лучи света повышают двигательную функцию сперматозоидов, благодаря чему можно улучшить результаты экстракорпорального оплодотворения. В 40% всех случаев обращений супружеских пар за помощью вина за невозможность зачатия возлагается на недееспособные сперматозоиды. Исходя из этого, ученые направили усилия на изучение подвижности сперматозоидов, для чего подвергли пробы спермы световому облучению и при этом установили, что при длине волн от четырехсот до семисот нанометров подвижность сперматозоидов повышается. Световые волны как носители энергии содержат мельчайшие молекулы продуктов распада кислорода, активирующие мобильность сперматозоидов. Если дальнейшие тесты подтвердят результаты исследований, можно рассчитывать на более качественное лечение бесплодия у неспособных к зачатию пар.

Но и это еще не все. Группа специалистов из университета в Шеффильде опубликовала в британском журнале «Nature» данные о необыкновенном открытии (Bild der Wissenschaft, № 4, 2004). Оказывается, у лесных мышей групповое движение сперматозоидов к яйцеклетке обладает не только коллективным разумом, но и является более выигрышным по сравнению с движением «одиночек», преодолевая путь к цели в полтора раза быстрее. Объединение сотен семенных клеток происходит сразу после эрекции посредством специальных крючков на головках сперматозоидов, после чего такие «коллективы» дружно устремляются к финишу. Этот принцип кооперативного движения к цели усиливает для мужских особей так называемый эффект попадания. Одновременно этот трюк не позволяет конкурентам-одиночкам «примазаться» к главному потоку, создавая тем самым оптимальные условия для передачи самцами своих генных структур будущему поколению.

В 40% всех случаев обращений супружеских пар за помощью вина за невозможность зачатия возлагается на недееспособные сперматозоиды. Исходя из этого, ученые направили усилия на изучение подвижности сперматозоидов, для чего подвергли пробы спермы световому облучению и при этом установили, что при длине волн от четырехсот до семисот нанометров подвижность сперматозоидов повышается.

Однако при таком внешне демократическом движении равноправие отдельных членов группы внутри общего потока неодинаково, и многие теряют способность к воспроизводству. Она приносится в жертву групповому движению. Для того чтобы распустить групповой поток спермы, необходима новая энергия за счет реализации биохимических реакций, называемых «акросомными», нужных сперматозоиду, чтобы достичь яйцеклетки матки и внедриться в нее. Они позволяют выделить «победителя» из среды транспортируемой спермы на финишной фазе: он покидает группу и достигает цели в одиночку, передавая наследственный потенциал дальше. В то же время, обеспечив своему коллеге победу, оставшаяся сперма выбывает из гонки оплодотворения. Стремление к цели, коллективизм, способность к ориентации и чувство локтя – качества, типичные для мужского характера, как мы видим, являются важными стимуляторами также и для маленьких семенных клеток.

Кроме клеточной борьбы и соревновательной конкуренции сперматозоидов, существует еще и общая эволюционно-селекционная «драма» выживания, которая противоречит законам природы, обеспечивающим биологическое равновесие. Многие мужские и женские гены уже на уровне эмбриона ведут между собой настоящую борьбу за господство. Если у одного из «противников» не хватает ресурсов, происходит неправильное развитие эмбриона.

Это подтверждается тем, что, например, в процессе клонирования важную роль играют так называемые отличительные гены. В экспериментах над животными важно, кто будет «родителем» – «отец» или «мать». Ученым известны гены IGF2 и IGF2R, причем IGF2 способствует росту эмбриона, а IGF2R затормаживает его. Изучая мышей, удалось установить, что IGF2 активней у самца, а IGF2R – у самки. Это показывает, что с мгновения зарождения уже начинается борьба клона за выживание, и неизвестно, к каким последствиям и результатам она способна привести. Так, естественная защитница видов – природа – выстраивает препятствия уже на стадии экспериментов, вызывая острую борьбу мнений среди ученых.

Но и это не все: оказывается, природа наделила все биологические организмы действенными механизмами антиселекционной защиты. Сюда относится, прежде всего, способность самовосстановления и проведения «ремонтных работ» в участках ДНК, измененных в результате посягательств. Большинство таких защитных систем работает по принципу «всё или ничего». Если анализирующий контрольный механизм получает информацию от ДНК, что ущерб, нанесенный ей, не может быть компенсирован, клетка отмирает.

Правомерен вопрос: не слишком ли дорого обходится клетке защитный механизм, требующий самоликвидации ее важнейших органелл (постоянных структур)? По-видимому, здесь мы должны учитывать два обстоятельства. Во-первых, существует так называемая эшелонированная оборона клетки, в которой митоптоз – защита от токсичных активных форм кислорода (АФК) – является последним редутом. Этот механизм включается только в тех случаях, когда все предшествующие линии антиоксидантной защиты оказываются недостаточными. Во-вторых, есть все основания считать, что клетка может идти на самые серьезные жертвы в случаях, когда под угрозой оказывается ее геном, подвергающийся атакам АФК, что служит главной причиной повреждения генетического аппарата. А так как защита ДНК представляет собой важнейший приоритет для любого организма, то нарушение генетической программы, создаваемой миллиардами лет, может привести к необратимым и трагическим последствиям не только для клетки, но и для всего организма, его популяций и даже самого вида.

Вот почему, когда возникает серьезный риск потери жизнеспособности ДНК, вступает в действие жестокий принцип «самурайского закона биологии»: «Лучше умереть, чем ошибиться», – означающий, что любая сложная биологическая система всегда готова к самоликвидации. Она кончает с собой, если ее состояние становится опасным для существования другой системы, занимающей более высокую ступень в иерархии организации жизни.

Есть основания полагать, что данный принцип используется живыми системами в целях защиты не только ДНК, но и других наиболее сложных программ, определяющих, например, поведение высших организмов.

Израильский ученый Ц. Ливнех (Z. Livneh), однако, доказал, что механизм не настолько бескомпромиссен: существует шкала толерантности выявленных ошибок ДНК, и если степень повреждения лежит в нижней ее части, то восстановительные работы продолжаются. При этом очень часто возникают мутации, что позволило Ливнеху сделать выводы о быстром привыкании организма, например, к антибиотикам (Proceedings of the National Academy of Sciences, 97).

Существует еще один до сих пор не известный феномен защиты биологических существ от селекционных ножниц перманентной эволюции.

Предполагается, что общей праматерью всего человечества является «митохондриальная Ева», проживавшая в Африке сто-двести тысяч лет назад. Митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, что дает право предположить, что все современное человечество – потомки выходцев из Африки, хотя не исключено и смешение с более древним евразийским населением. Основанием для такого предположения послужили исследования митохондрий – так называемых энергетических фабрик клеток, обладающих собственной ДНК, относительно образования которых существуют различные теории.

Возможно, их предшественницы некогда были самостоятельными организмами. По-видимому, они все еще ведут себя как оккупанты, что свойственно исключительно человеку, т.е. они «внедрились» в хромосомы уже после того, как шесть-восемь миллионов лет назад появился Homo sapiens sapiens, каким он является в наши дни. Тогда наследственность ДНК еще не сконцентрировалась в ядре клетки: так называемые настоящие ядра клеток развились позже. Многоцелевые организмы, образовавшиеся из них, оказались лишь вариациями одной и той же темы, которые характеризовали не только развитие ядра, но и образование из них новых частей, перенимающих определенные задачи, точно так же, как различные части человеческого организма реализуют различные функции его жизнедеятельности. Поскольку митохондриальная ДНК не подвергается рекомбинации, изменения в ней могут происходить исключительно посредством редких случайных мутаций.

Митохондриальная ДНК наследуется только по материнской линии, что дает право предположить, что все современное человечество – потомки выходцев из Африки, хотя не исключено и смешение с более древним евразийским населением.

Сравнивая последовательность митохондриальной ДНК с возникшими в ней со временем мутациями, ученые могут не только определить степень родства современных людей, но и приблизительно вычислить время, необходимое для накопления мутаций в той или иной популяции. Так можно вычислить и эпоху, когда мутация еще не существовала, а предковая популяция людей была генетически однородной.