* * *

Человеческая жизнь за минувшие тысячелетия невероятно изменилась, но наиболее стремительные перемены пришлись на последнее столетие. На протяжении почти всей двухсоттысячелетней истории нашего вида Homo sapiens мы оставались во власти биологии: собирали плоды, орехи и растения; охотились и рыбачили; подобно гну и зебрам, откочевывали на новое место, когда на прежнем ресурсы начинали иссякать. Даже с возникновением земледелия и цивилизации, с развитием городов мы по-прежнему оставались очень уязвимы для капризов погоды, страдали от голода и эпидемий.

Но всего за пару сотен лет мы переломили ход событий и одолели биологию. Вирус оспы, погубивший в первой половине XX в. не менее 300 млн человек (гораздо больше, чем погибло во всех войнах вместе взятых), был не только укрощен, но и практически стерт с лица земли. Туберкулез – бактериальное заболевание, которым в XIX в. инфицировались 70–90 % всех горожан. Туберкулез убивал по меньшей мере каждого седьмого американца, а сегодня в развитых странах он почти искоренен. В настоящее время существует более двух десятков вакцин от заболеваний, которые когда-то поражали, калечили и убивали людей миллионами, в том числе вакцины от полиомиелита, кори и коклюша. Смертельные заболевания, которые в XIX в. еще не существовали, – например, ВИЧ/СПИД – уже сегодня отступают перед инновациоными препаратами.

Заготовка пищи преобразилась не менее радикально, чем медицина. Древнеримский крестьянин вполне узнал бы крестьянский инвентарь, использовавшийся в 1900 г., – плуг, мотыгу, борону, грабли, – но и помыслить не мог о той революции, которая впоследствии произошла. Всего за 100 лет средний урожай кукурузы увеличился более чем вчетверо – с 22 до 97 центнеров с гектара. Аналогичный прирост был достигнут для пшеницы, риса, арахиса, картофеля и других культур. Благодаря развитию биологии с появлением новых сортов зерновых, пород скота, инсектицидов, гербицидов, антибиотиков, гормонов, удобрений, а также благодаря механизации прежние сельскохозяйственные угодья позволяют прокормить увеличившееся вчетверо население. Однако при этом в сельском хозяйстве занято менее 2 % трудоспособного населения, тогда как 100 лет назад более 40 % людей трудились на земле.

Медицинские и агротехнические достижения прошлого века оказали колоссальный суммарный эффект на биологию человека. Население планеты стремительно увеличилось с 2 млрд человек в начале прошлого века до сегодняшних более чем 7 млрд. Человечеству понадобилось 200 000 лет, чтобы превысить численность в 1 млрд (это произошло в 1804 г.), а теперь каждые 12–14 лет число людей увеличивается на 1 млрд. Ожидаемая продолжительность жизни американцев, родившихся в 1900 г., составляла 46 лет для мужчин и 48 – для женщин. Для тех, кто родился в 2000 г., эти показатели равны соответственно 74 и 80 годам. По сравнению с темпами изменений в дикой природе такой двукратный прирост за столь краткий период ошеломителен.

Как верно отметил Пол Саймон, «настали времена чудес».

Нашим господством, нашей властью над растениями, животными и человеческим телом мы обязаны тому, что научились контролировать биологию на молекулярном уровне, и число этих знаний и сегодня растет лавинообразно. Однако самый важный усвоенный нами урок о человеческой жизни на молекулярном уровне таков: все подчинено правилам. Вот что имеется в виду под данным общим тезисом.

• Все молекулы в организме – от ферментов и гормонов до липидов, солей и других соединений – присутствуют в определенной концентрации. Так, некоторые молекулы встречаются в крови в 10 млн раз чаще молекул других веществ.

• Все виды клеток в организме – эритроциты, лейкоциты, клетки кожи, слизистая оболочка кишечника, а также клетки еще более чем 200 других тканей – порождаются и существуют в организме в определенном количестве.

• Все процессы в организме – от деления клеток до расщепления сахара, овуляции и сна – регулируются определенным веществом или набором веществ.

Оказывается, что большинство болезней возникают в результате сбоя этих процессов, когда возникает недостаток или избыток тех или иных веществ. Например, когда поджелудочная железа синтезирует слишком мало инсулина, возникает диабет. А когда в крови накапливается слишком много «вредного» холестерина, может начаться атеросклероз и случиться сердечный приступ. Когда выходит из строя механизм, регулирующий нормальное деление клеток, может развиться рак.

Чтобы бороться с болезнью, мы должны знать, каким законам она подчиняется. Задача молекулярного биолога (этим термином я именую любых ученых, изучающих жизнь на молекулярном уровне) – выяснить, какие «игроки» (молекулы), если выражаться спортивным языком, вовлечены в тот или иной процесс и по каким правилам они «играют». В течение последних пятидесяти с лишним лет мы изучали законы, от которых зависит уровень различных веществ в организме – разнообразных гормонов, сахара в крови, холестерина, нейровеществ, желудочной кислоты, гистаминов, – а также кровяное давление, иммунитет к патогенам, деление клеток в различных тканях и многое другое. Множество Нобелевских премий по физиологии и медицине было вручено за открытие таких «игроков» и «правил», которым они подчиняются.

Сегодня аптечные полки заставлены плодами полученных знаний. Вооружившись информацией о молекулярной природе биологической регуляции, мы разработали массу лекарств, нормализующих уровни критически важных молекул или типов клеток, возвращающих их концентрацию в нормальный, «здоровый» диапазон. Действительно, большинство из 50 важнейших фармацевтических препаратов (суммарная выручка от продажи которых в 2013 г. составила 187 млрд долл.) непосредственно связаны с революцией в молекулярной биологии.

Когорта молекулярных биологов, к которой принадлежу и я, по праву гордится своим общим вкладом в человеческое долголетие и качество жизни. Драматические достижения в расшифровке информации генома человека предвосхищают новую волну прорывных открытий в медицине, поскольку позволяют разрабатывать более избирательные и мощные препараты. Революция в понимании тех правил, которым подчиняется наша биология, будет продолжаться. Одна из целей данной книги – рассмотреть эту революцию в ретроспективе и подумать, куда она нас ведет.

Но жизнь подчиняется законам не только на молекулярном уровне, а молекулярная биология – не единственная биологическая дисциплина, преобразившаяся за последние полвека. Биология стремится понять законы, управляющие жизнью на всех уровнях. Наряду с вышеупомянутой революцией в биологии совершается еще одна революция, правда, менее заметная. За ней стоят биологи, открывающие законы природы в гораздо более крупных масштабах. Эти законы не менее важны для нашего благополучия в будущем, чем любые механизмы молекулярной биологии, которые мы когда-либо можем открыть.

Вторая революция началась, когда некоторые биологи задались простыми, казалось бы, даже наивными вопросами: «Почему наша планета зеленая?», «Почему животные едят не всякую пищу?», «Что происходит, когда некоторые животные покидают места обитания?» Поиск ответов на эти вопросы позволил понять, что существуют не только молекулярные законы, регулирующие содержание различных молекул и клеток в организме, но и законы экологические, регулирующие количество и биоразнообразие животных и растений в любом месте.