Во что мы верим, но не можем доказать: Интеллектуалы XXI века о современной науке - Джон Брокман

В свое время атом, атомное ядро и протон тоже считали элементарными и неделимыми, но позже оказалось, что они состоят из еще более элементарных «строительных блоков». И разве мы можем быть настолько высокомерными, чтобы исключить возможность того, что это произойдет снова? Зачем природе создавать 12 разных объектов, с упорядоченными паттернами электрических зарядов и «цветных сил» с простыми соотношениями зарядов между, на первый взгляд, не связанными между собой частицами (например, электроном и кварком) и с паттернами массы, которые, кажется, возникли в результате лотереи? Разве это не указывает на наличие подчастиц еще меньшего размера?

Нет абсолютно никаких экспериментальных данных, подтверждающих существование таких подчастиц. Нет никакой удовлетворительной теории, которая могла бы объяснить, как такие легкие и крошечные частицы способны содержать объекты, движущиеся с огромной энергией (требование квантовой механики). Именно поэтому, видимо, общепринятое представление специалистов по физике частиц заключается в том, что мы уже достигли самого элементарного уровня структуры материи.

Уже больше 20 лет мы надеемся на то, что весь этот богатый спектр так называемых элементарных частиц удастся объяснить по мере того, как будут созданы разные модели взаимодействия струн. Мы предположили, что в основании иерархии, описывающей структуру материи, лежат крошечные струны, или мембраны, а не точечные объекты. Однако, несмотря на блестящие и оригинальные догадки и математические расчеты, до сих пор никакие экспериментальные данные не удалось объяснить с помощью гипотезы струн.

На основании здравого смысла и наблюдения за паттернами известных частиц, безо всяких экспериментальных данных и без какой-либо целостной теории, я уже много лет продолжаю верить, что электрон, нейтрино и кварк являются делимыми частицами. Возможно, они состоят из разных комбинаций небольшого числа (двух?) еще более крохотных подчастиц. Возможно, эти подчастицы не имеют структуры струн и сами могут – или не могут – состоять из более простых частиц.

Доживем ли мы до того дня, когда увидим, из чего состоит электрон?

Дональд Вильямсон

Дональд Вильямсон – биолог Порт-Эринской морской лаборатории Ливерпульского университета (Великобритания). Автор книги «Происхождение личинок».

Я верю, что могу объяснить Кембрийский взрыв.

Кембрийским взрывом называют появление огромного количества видов животных за относительно короткий период геологического времени, начавшийся больше 500 миллионов лет назад. Я верю, что это произошло благодаря скрещиванию.

Многие хорошо сохранившиеся ископаемые Кембрийского периода были найдены в сланцах Бёрджесс в канадских Скалистых горах. Среди этих ископаемых – множество маленьких мягкотелых животных. Некоторые из них относятся к видам планктона, но среди них вообще нет личинок. У некоторых из этих ископаемых передняя часть тела напоминает одно животное, а задняя часть – другое. В этом они похожи на современные личинки: личинки не похожи на взрослых особей своего вида. Они больше напоминают других животных. Я накопил достаточно свидетельств того, что основные формы личинок действительно появлялись как животные других групп, и что такие формы передавались путем скрещивания. Животные, имеющие личиночную стадию, называются «последовательными химерами». У этих существ начальная форма тела – личинка – в процессе развития сменяется другой формой, взрослой. Я верю, что в Кембрийский период не существовало настоящих личинок. Были только псевдоличинки, у которых начальная форма превращалась в переднюю часть взрослого животного. Скрещивания, происходившие в Кембрийский период, привели к появлению «параллельных химер» – состоящих из двух отдаленно связанных между собой форм.

Около 600 миллионов лет назад, незадолго до начала Кембрийского периода, впервые появились многоклеточные животные. Я согласен с предположением Дарвина, что существовало несколько разных форм многоклеточных, – он говорил о четырех или пяти. Я считаю, что эти формы возникли в результате скрещивания между разными одноклеточными, живущими колониями. (Одноклеточные организмы часто живут в колониях, состоящих из множества похожих клеток.) Все кембрийские животные были морскими, и, как большинство современных морских животных, они выпускали яйца и сперму в воду, где и происходило оплодотворение. Яйца одного вида часто встречались со спермой другого вида, а механизмы, препятствующие скрещиванию, были еще плохо развиты. У ранних животных были небольшие геномы, и поэтому у их клеток было достаточно генетической емкости. Эти факторы часто приводили к успешному скрещиванию животных разных видов. В результате возникли «параллельные химеры». Скрещивались между собой не только первоначальные многоклеточные, но и новые животные, уже возникшие в итоге межвидового скрещивания. Это и привело к бурному развитию разных форм животных.

Скрещивания, в результате которых появились первые личинки, начались намного позже, когда в клеточных ядрах почти не было места для новых генов, и этот процесс продолжается до сих пор. У иглокожих (к этой группе относятся морские ежи и морские звезды) не было личинок ни в Кембрийский, ни в последующий Ордовикский период. Возможно, это относится и к другим основным группам животных. Я думаю, что обретение частей тела (а не личинок) с помощью скрещивания продолжалось в течение этих двух периодов, а может быть, и позже. Но геномы становились все больше и заполняли доступное пространство в ядрах клеток. Поэтому более поздние скрещивания все реже и реже приводили к изменению взрослых форм. Возможно, они приводили к возникновению личинок. Механизмы, препятствующие оплодотворению яиц спермой животных другого вида, постепенно совершенствовались. В итоге успешных скрещиваний становилось все меньше, но случайные скрещивания имеют место до сих пор.

Гибридогенез (возникновение новых организмов благодаря скрещиванию) и симбиогенез (возникновение новых организмов благодаря симбиозу) – это быстрые процессы, подразумевающие смешение видов, в то время как дарвинское «происхождение видов посредством модификации» – их постепенное разветвление. Эти формы эволюции идут параллельно, и естественный отбор оказывает влияние на ее результаты.

Я не могу доказать, что кембрийские животные обладали некоторой специфичностью и большой генетической емкостью, но это предположение имеет смысл.

Ян Уилмут

Ян Уилмут – руководитель группы Отдела функционирования и развития генов Рослинского института под Эдинбургом. Лидер команды, создавшей в 1996 овцу Долли, первое животное, клонированное из взрослой клетки. Автор книги «Второе творение» (в соавторстве с Кейтом Кемпбеллом и Колином Таджем).

Я верю, что можно изменить взрослые клетки из одного фенотипа в другой.

Эту гипотезу доказывает рождение овечки Долли, первого животного, клонированного из взрослой особи (любого вида). До этого биологи считали, что механизмы, направляющие формирование различных тканей взрослого организма, настолько сложны и так жестко фиксированы, что уже необратимы. Рождение Долли доказало, что механизмы, действующие в ядре клетки, перенесенные из клетки эпителия млекопитающего, могут претерпеть обратное развитие в неоплодотворенной яйцеклетке реципиента.

Нам кажется естественным, что эмбрион, состоящий из единственной клетки, дает начало разнообразным тканям взрослого организма. Почти все взрослые клетки организма несут одну и ту же генетическую информацию. Предполагается, что различия между ними возникают в результате последовательных расхождений в функциях генов. Мы все больше узнаем о том, какие факторы способствуют этим последовательным изменениям, хотя нам почти ничего не известно об их конкретной роли. Я верю, что если мы лучше поймем эти механизмы, то сможем использовать клетки одной ткани взрослого организма для формирования другой.

Мы уже привыкли к той идее, что клетки подвергаются влиянию окружающей среды, и в лаборатории мы используем особые методы культивирования тканей, позволяющие контролировать их функции. В будущем мы научимся увеличивать активность этих «внутриклеточных» факторов – возможно, посредством прямого воздействия протеинов, используя препараты низкомолекулярных соединений, управляющие проявлениями ключевых регуляторных генов, или стимулируя их слабые и неустойчивые функции. Нам предстоит еще многое выяснить, чтобы найти оптимальный подход: например, нужно ли влиять на процесс дифференциации на ранних стадиях, направляя его определенным образом, или можно добиться «трансдифференциации» напрямую между разными типами ткани? Ответы могут быть разными, в зависимости от типа ткани, и результаты будут очень полезны для медицины. Клетки специфической ткани можно будет брать у самих пациентов для изучения генетических различий либо для их собственной терапии.