Гуттман Б., Гриффите Э. и др. - Генетика

Генетика. Бартон Гуттман, Энтони Гриффите, Дэвид Сузуки, Тара Куллис.

Гуттман Б., Гриффите Э., Сузуки Д., Куллис Т.

Г97 Генетика / Бартон Гуттман, Энтони Гриффите, Дэвид Сузуки, Тара Куллис. — Пер. с англ. О. Перфильева. — М.: ФАИР-ПРЕСС, 2004. — 448 с: ил. — (Наука & Жизнь).

Книга излагает основные понятия генетики как науки и формирует основу для более полного понимания современных дискуссий по поводу производства генетически модифицированных продуктов и клонирования человека. Она поможет понять, как работает современная наука, как она вписывается в более широкий контекст общечеловеческой культуры, каковы ее логика и границы.

Для широкого круга читателей.

Предисловие

Огромное влияние на жизнь человечества в наши дни оказывают генетика и связанные с ней исследования физиологических особенностей размножения человека. При написании книги мы ориентировались на хорошо образованного читателя, который желает больше узнать об основах этой науки, о том, какие вопросы она поставила перед человечеством, но, возможно, немного подзабыл основы генетики в том объеме, в каком ее изучают в школе. В книге излагаются основные понятия генетики как науки и формируются основы для более полного понимания современных дискуссий по поводу производства генетически модифицированных продуктов или клонирования человека.

Современные люди часто не помнят или забывают о прошлом и считают, что интерес к генетике и связанным с ней вопросам возник недавно. Порой даже предполагается, что споры по поводу наследственности или искусственного воспроизводства организмов начались в связи с развитием молекулярной генетики в последние десятилетия. Одна из задач данной книги заключается в том, чтобы развеять это убеждение. Достаточно обратиться к истории, почитать древние мифы и сочинения, посмотреть на самые ранние произведения искусства наших далеких предков, дающие представление об их чувствах и образе мысли. Можно даже утверждать, что интерес к вопросам размножения столь же древен, как и наш собственный биологический вид. Размножение — основное проявление жизнедеятельности для любого вида, даже если его представители этого и не осознают. Мы, конечно, никогда не узнаем, что думали Homo habilis и Homo erectus миллионы лет назад, когда они только начали познавать окружающий мир и интересоваться вопросами существования. Однако совершенно очевидно, что в какой-то давний период предки человека поняли, что существование их рода зависит от размножения, то есть от рождения новых людей, и тогда они задумались, каким образом происходит это рождение и почему дети похожи на своих родителей. Насколько нам известно, вопросы наследственности и размножения приобрели особую остроту, когда началось одомашнивание животных и растений.

В этой книге мы не забыли и о прозрениях людей, вдохновленных произведениями искусства и литературы. Мы считаем, что они должны занять достойное место в истории науки: ведь они неотделимы от суммарного человеческого знания, поэтому старались упоминать о них там, где необходимо. Таким образом, наша книга адресована всем, кто хочет понять, как наука вписывается в более широкий контекст общечеловеческой культуры. Включив примеры из искусства и истории в качестве дополнения к научному изложению, мы постарались реалистично рассказать, как развивается современная наука. В то же время следует осознавать логику и границы науки, рассматривая ее как часть общего культурного феномена.

Что касается противоречий, порожденных современной генетикой, то мы старались излагать их непредвзято и уравновешенно. Конечно, мы не во всем согласны друг с другом и потому старались написать так, чтобы книга удовлетворила всех. Если же разногласия оставались, то они не выходили за рамки либерального гуманизма, который, как нам кажется, оправдан в современной биологии. Мы отнюдь не восхваляем науку во всех ее проявлениях, поскольку осознаем опасность практически каждого открытия; вместе с тем мы и не «луддиты», критикующие любые научные и технические достижения. Когда была разработана технология рекомбинантных ДНК, многие уважаемые ученые предупреждали о возможных опасностях этой технологии. Конечно, специалисты обязаны были предвидеть все опасности и предупредить о них, но теперь, когда разработаны разумные методы контроля, совершенно очевидно, что благодаря новым технологиям человечество может получить много преимуществ и благ с минимальными негативными последствиями. Ко всякому открытию следует подходить с такой же ответственностью. Каждое открытие ставит серьезные социальные и моральные вопросы, которые образованные и информированные члены общества обязательно должны обсуждать. Мы постарались дать хотя бы краткое изложение этих вопросов, чтобы читатели узнали об основных точках зрения.

Мы верим также в человечество как вид и в биологическую равноценность всех людей, без исключения. В эпоху, когда многих людей оскорбляют только за то, что у них «не тот» цвет кожи или что они говорят «не на том» языке, когда во многих странах активизируется движение неонацистов, ученые должны понять, что наука не может оставаться «морально нейтральной», как выразился ученый и писатель Ч. П. Сноу, и поэтому должны четко излагать основные понятия биологии. Среди групп людей наблюдается большое генетическое разнообразие, но все отличия укладываются в общий диапазон признаков человека и не доказывают врожденного превосходства или неполноценности той или иной группы. Мы постарались хотя бы вкратце затронуть нравственные вопросы, обращаясь к тем, кто еще не определил своего отношения к ним.

Глава первая. Генетика: прошлое, настоящее и будущее

«Почему у Джимми рыжие волосы, как у мамы, а у его папы черные?» «Почему у людей не рождаются щенки?» «А если конь женится на корове, у них будут дети?» «Почему Мэри такая высокая, а ее родители низкорослые?» Детские вопросы, такие наивные и простодушные, зачастую проникают в самую суть таинственных загадок жизни. Подобные вопросы всегда волновали философов и ученых, начиная с глубокой древности. В поисках ответов люди обращались к мифам, суевериям и так называемому здравому смыслу.

Известно, что все без исключения живые организмы продолжают свой род поколение за поколением: у коров рождаются телята, семена моркови вырастают в зрелую морковь, женщины рожают детей. Авторов Библии этот неизменный закон поражал настолько, что они сочли достойным упомянуть его на страницах этой великой книги и объясняли его божественным вмешательством (Быт. 1:11, 21):

И сказал Бог: да произрастит земля зелень, траву, сеющую семя, дерево плодовитое, приносящее по роду своему плод, в котором семя его на земле.

И сотворил Бог рыб больших и всякую душу животных пресмыкающихся, которых произвела вода, по роду их, и всякую птицу пернатую по роду ее.

Вместе с тем отдельные представители вида часто весьма сильно отличаются друг от друга по внешнему облику и форме. Достаточно посмотреть на людей, проходящих по любой городской улице. Каждый ребенок обязательно наследует черты своих родителей. Словно внутри человека находится предписание производить потомство не только «по роду своему», но и по своему росту, весу, цвету кожи, глаз, волос и т. д. Люди всегда считали это чем-то само собой разумеющимся, но не могли найти подходящего объяснения. Возникали различные мифы и суеверия.

Порой люди настолько отличаются друг от друга, что возникает вопрос: «А не может ли у женщины родиться нечто, вовсе не похожее на человека?» И в самом деле, иногда рождаются дети с очень большими аномалиями развития, но эти случаи очень редки, и человеческая фантазия преобразовала их в фантастические существа. Обычно у людей рождаются самые обычные дети, правда, с уникальными признаками, делающими их неповторимыми среди окружающих представителей нашего вида. Так откуда же такое постоянство и одновременно различие? Этот биологический парадокс удалось разрешить только благодаря недавним открытиям в исследовании законов наследственности. Наука, изучающая наследственность, называется генетикой. Как наука генетика возникла в 1900-х годах, когда были сформулированы основные законы передачи наследственных признаков от одного поколения к другому. Эти законы, применимые ко всем растениям, животным и даже к одноклеточным организмам, доказали фундаментальную общность всего живого и позволили людям вмешиваться в процессы наследственности, конструировать свои формы живого. Генетики научились создавать высокопродуктивные породы домашних животных, сорта растений и штаммы грибков, производящих антибиотики, не говоря уже об экзотических цветах и красивых золотых рыбках. По мере того как мы постигаем молекулярные основы жизни, все наши мечты о создании новых ее форм переходят из области научной фантастики в реальную жизнь. Телевидение и газеты почти ежедневно сообщают о достижениях в области генной инженерии.

Применив полученные знания в медицине, мы узнали, как передаются наследственные заболевания, как наследуются те или иные черты внешности или особенности поведения. Эти открытия обнажают суть человеческой природы. Генетика наряду с эндокринологией, физиологией и эмбриологией многое дала для понимания человека как вида, но в то же время поставила очень серьезные нравственные и этические вопросы. Например, в каком случае родителям стоит решиться на прерывание беременности: в случае значительного физического или психического дефекта, заячьей губы или просто нежелательного пола ребенка? Когда развивающийся плод становится человеком в полном смысле этого слова? (И стоит ли вообще задавать такой вопрос?) В 1947 году, понимая, как велика мощь незадолго до того изобретенной атомной бомбы, Олдос Хаксли осознавал, насколько опасен потенциал генетических исследований. В предисловии к своему роману «О дивный новый мир» он писал:

Освобождение атомной энергии знаменует собой великую революцию в истории человечества, но это далеко не последняя и не самая дерзкая революция... Поистине революционная революция свершится не во внешнем мире, а в душах и телах людей.

Его пророчество сбывается в наши дни. Вступая в новую эру, мы должны задумываться об исторических и социальных аспектах новых технологий.

Поиски порядка и смысла

Микробиолог и генетик Франсуа Жакоб однажды заметил, что «человеческому мозгу просто необходимо найти какой-то порядок во Вселенной». Любой ребенок сразу после рождения не имеет никакой системы, с помощью которой он мог бы осознать поток своих впечатлений и опыта. Но очень скоро вместе с языком он получает и своего рода каркас, социальную схему, которая помогает постигать жизнь ребенку из первобытного племени яномами на границе Бразилии и Венесуэлы, сыну богатых белых родителей в Далласе или чернокожему обитателю Гарлема в Нью-Йорке. Без такой основы жизнь утратила бы всякий смысл, и по мере того как люди совершенствовали свой язык и способность к обобщениям, они всегда пытались внести какой-то порядок в окружающий их мир.

Древние люди, наблюдая загадочный мир, пытались найти законы, связывающие их с обществом и со всем мирозданием. Поэтому они придумывали объяснения того, откуда взялся человеческий род, как он связан с животными и растениями, почему рождаются дети и почему дети похожи на своих родителей и в то же время отличаются от них. Не довольствуясь простой констатацией факта, они пытались найти причины существующего миропорядка, хотя сегодня их объяснения кажутся слишком примитивными и фантастическими. Неизвестное всегда страшит своей непредсказуемостью, поэтому, заменив окружающий хаос вымышленным порядком, первобытные люди приобретали уверенность. Поскольку смысл подразумевает взаимосвязь различных единиц информации, древние люди, как выражается Клод Леви-Стросс, «тотализировали», то есть объединяли, разрозненные крупицы опыта в общий корпус знания. Они разработали сложные и оригинальные схемы классификации, объяснявшие окружающий мир посредством взаимосвязей различных объектов, причем взаимосвязи эти строились на основе сравнений и метафор. По мере наблюдения за природой и постижения механизмов природных явлений объяснения этих феноменов люди включали в мифы, легенды и религиозные понятия, которые давали ответ на необъяснимые иным образом вопросы. Сочетание наблюдаемых фактов и игры воображения и стало прообразом современной науки. В свое время подобные гипотезы и теории считались истиной и в дальнейшем послужили основой изобразительного искусства и литературы.

Мы часто воспринимаем мифы как древние наивные легенды о приключениях богов, героев и демонов, полагая, что древние люди придумали эти истории для объяснения окружающего мира, понять который без достижений современной науки было невозможно. Однако было бы ошибкой называть мифы примитивными и устаревшими, не имеющими никакой ценности для современного человечества. Ученые Джозеф Кэмпбелл и Клод Леви-Стросс показали, что общие мотивы мифов различных народов говорят об общих основных вопросах, волновавших человечество во все времена. Чем ближе мы подходим к объединенному обществу — так называемой глобальной деревне, тем сильнее проявляются общие для всех людей черты. Изучение мифологии помогает понять глубинные основы человеческой психики, мотивы и образцы поведения человека, его страхи и надежды. И хотя мы не имеем возможности обсуждать здесь подобные темы, при изучении биологии человека следует обязательно учитывать все эти факторы, помогающие уяснить общие принципы науки.

Более того, Марк Шорер предложил определение мифологии как «широкий контролирующий образ, придающий философский смысл фактам повседневности; то есть придающий ценность опыту... Все серьезные убеждения в той или иной степени суть мифология»11. С этой точки зрения наука тоже является мифологией. Те, кто занимается научной работой, убеждены в ценности своего труда; мы верим, что приобретать знания и лучше понимать естественный мир, как правило, хорошо; полученные нами знания помогают улучшить нашу жизнь и расширяют наше понимание мира. Мы верим, что естественный мир состоит из реальных объектов и явлений и между ними существуют связи, образующие сложную структуру, механизм которой мы и стараемся понять. Более того, научное исследование мира придает смысл нашей повседневной жизни. Доказать истинность или ложность таких утверждений нельзя. Мы и не стремимся доказать их истинность, мы просто руководствуемся определенными взглядами, придающими нашей работе смысл.

Слова Шорера особо подчеркивают роль мифологии как схемы, помогающей понять конкретные события жизни. Наука имеет дело с общими явлениями и процессами. В законе всемирного тяготения, например, утверждается, что все тела притягиваются друг к другу с силой, прямо пропорциональной их массе и обратно пропорциональной расстоянию между ними. Эксперименты подтверждают, что все тела падают на землю с ускорением 9,8 м/с2. И если, допустим, из окна падает цветочный горшок, то мы можем рассчитать, когда и с какой скоростью он долетит до тротуара. Но наука ничего не говорит о конкретных событиях: она не объясняет, почему горшок упал именно на вашу голову в тот момент, когда вы проходили под окном. Однако люди продолжают задавать вопросы о смысле событий: «Почему именно я?» «Из всех забегаловок во всех городах во всем мире она зашла именно ко мне», — сокрушается Рик в «Касабланке». Все мы стремимся найти смысл в любых, даже самых простых вещах. Поэтому, если мы не довольствуемся только теорией вероятности и желаем найти глубинный смысл событий, нам следует обратиться к иным сферам духовной и интеллектуальной мысли—к своего рода мифологии. Сегодня наше знание состоит из отдельных кусков и заключено как бы в разных отделениях багажа — в науке, искусстве, политике, экономике, ритуале, религии и мифологии. Вместо одной общей системы мы имеем ряд независимых систем, увидеть взаимосвязи между которыми могут лишь немногие. Неудивительно поэтому, что современному человеку постоянно угрожает опасность утратить смысл существования.

Современный образ науки

Генетика — важнейшая область современной биологии, и для того, чтобы лучше понять ее, нужно сначала уяснить, что такое наука в целом. Наука — это разновидность человеческой деятельности, важная составляющая общечеловеческой культуры. Сбор и обработку информации, пожалуй, можно назвать одной из основных черт деятельности человека как вида. Помимо других целей, мы, авторы данной книги, ставили перед собой задачу показать, как делается наука, какой это мощный и увлекательный вид деятельности. Однако важно не забывать о том, что культура подразумевает и другие виды деятельности, которые, ни в каком случае нельзя назвать наукой.

Хотя наука, прежде всего, ориентирована на познание естественного мира, с начала своего развития она ставила себе идеалом облагодетельствование человечества и поэтому всегда стремилась к контролю над природой, повышению качества жизни. К тому времени, когда были записаны книги Ветхого Завета, человек уже имел некоторый свод упорядоченных знаний о природе, отраженный в известных заповедях, имевших далеко идущие последствия для цивилизации:

Плодитесь и размножайтесь, и наполняйте землю, и обладайте ею, и владычествуйте над рыбами морскими, и над птицами небесными, и над всяким животным, пресмыкающимся по земле (Быт. 1:28).

Очевидно, что первая заповедь содержит указания на будущий демографический взрыв. Другая заповедь утверждает роль человека в иудео-христианской традиции: он должен стать властителем природы.

Как мы увидим в гл. 2, интерес человека к генетике можно проследить до времен неолита (9000— 7000 лет до н. э.), когда люди начали приручать животных и одомашнивать растения. Вскоре они поняли, что улучшить свойства растений и животных можно посредством искусственного отбора. Результаты настолько поразили их воображение, что возникла идея улучшения и человеческого рода. Плутарх пишет, что в древнегреческой Спарте законодатель Ликург учредил особые советы, которые следили за тем, чтобы у супругов рождались дети, подходящие под спартанские представления о должном развитии. Младенцев, не прошедших проверку, оставляли умирать у подножия горы Тайгет. Даже такой мудрец, как Сократ, живший в Афинах, в этой интеллектуальной и культурной столице Древней Греции, говорил, что если люди с усердием разводят охотничьих собак и птиц, то государство тем более должно следить за улучшением породы своих граждан. И хотя на практике эти идеи никогда не получали широкого распространения, продолжающиеся несколько тысячелетий споры свидетельствуют о том, что человечество не прекращает стремиться к совершенству. К этому вопросу мы вернемся в гл. 15. Преобразовывать и совершенствовать природу невозможно без знаний. Английский философ XVII века Фрэнсис Бэкон в своем известном изречении «Знание — сила» выразил мысль, что научное знание, подкрепленное техническими достижениями, способно стать могущественной силой, ведущей человечество по пути прогресса. Прогресс же, по Бэкону, измеряется степенью следования библейской заповеди о владычестве человека над природой. И хотя современные исследователи несколько преувеличивают роль Бэкона в развитии науки, его представления об экспериментальном методе и концепция прогресса оказали огромное влияние на членов Королевского общества (основанного в 1662 году). Идеи Бэкона послужили базисом для так называемой научной революции и важной составляющей философского осмысления науки.

Сегодня главной действующей силой общества стало техническое применение научных идей. В зависимости от темперамента люди зачастую высказывают диаметрально противоположные взгляды на современную науку: либо они приветствуют науку и относятся к ней как к своего рода религии, либо в страхе отвергают ее. В пьесе Роджерса и Хаммерштейна «Король и я» король Сиама, решивший модернизировать свою страну, поддерживает многие начинания только потому, что они «научные», и критикует предложения англичанки Анны за то, что они «не научные». Составители реклам часто расхваливают свою продукцию в соответствии с традицией считать «научное» хорошим, достойным восхищения. Некоторые ученые и общественные деятели всячески поддерживают направление мысли, называемое сциентизмом: наука может все и способна дать ответы на все волнующие человечество вопросы. Они даже пытаются найти формулы чувств и красоты, исследуют произведения искусства при помощи компьютерных программ, объясняют красоту солнечного заката особой циркуляцией электрического тока в нейронах и т. д. Дай им волю — и они станут ограничивать любое проявление неординарности и оригинальности, лечить «отклоняющихся от нормы» химическими препаратами и электродами, контролировать воспроизводство населения методами искусственного отбора.