Но к Алферу все же пришла и собственная слава, правда недолгая. 13 апреля 1948 г. он защитил диссертацию при переполненном зале, где кроме физиков было немало журналистов. Сообщения о том, что «мир начался в течение пяти минут» (неточно, но эффектно), облетели большую и малую прессу Америки. Впрочем, уже через несколько недель об этом мало кто помнил.
Спустя всего несколько месяцев Алфер и Роберт Герман (Robert Herman) уже без участия Гамова пришли к выводу, что Вселенная должна быть заполнена микроволновым излучением, возникшим примерно через триста тысяч лет после ее начала. Это было предсказанием принципиально нового явления, еще не известного науке. Регистрация микроволнового излучения, осуществленная в 1964 г. Арно Пензиасом (Arno Penzias) и Робертом Вилсоном (Robert Wilson), исторически оказалась самым сильным аргументом в пользу теории горячего рождения Вселенной, которой (теории), правда, пришлось выдержать серьезнейшую схватку с конкурирующей космологической моделью (тогда и было придумано выражение «Большой Взрыв»). Впрочем, это уже совсем другая история.
АНАЛИЗЫ: Все чудесатей и чудесатей
Наука: Набор инструментов генного инженера
Спустя всего несколько месяцев Алфер и Роберт Герман (Robert Herman) уже без участия Гамова пришли к выводу, что Вселенная должна быть заполнена микроволновым излучением, возникшим примерно через триста тысяч лет после ее начала. Это было предсказанием принципиально нового явления, еще не известного науке. Регистрация микроволнового излучения, осуществленная в 1964 г. Арно Пензиасом (Arno Penzias) и Робертом Вилсоном (Robert Wilson), исторически оказалась самым сильным аргументом в пользу теории горячего рождения Вселенной, которой (теории), правда, пришлось выдержать серьезнейшую схватку с конкурирующей космологической моделью (тогда и было придумано выражение «Большой Взрыв»). Впрочем, это уже совсем другая история.
АНАЛИЗЫ: Все чудесатей и чудесатей
Автор: Ваннах Михаил
Информационные технологии двояки по своей сути. Подобно классическим инженерным дисциплинам они оперируют сущностями материального мира, создавая устройства обработки информации. Подобно гуманитарным наукам они организуют информационные процессы по принципам, аналогичным тем, что задавались риторикой, диалектикой, гомилетикой, философией для передачи сообщений в среде традиционных белковых систем. Может быть, небезынтересно будет рассмотреть, как современная теология трактует такое понятие, как чудо.
Словарь Владимира Ивановича Даля определял чудо как всякое явление, кое не может быть объяснено по известным законам природы. Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона образца 1909 года формулировал так: «Чудо (богосл.) — явление, нарушающее законы природы и объясняемое непосредственным вмешательством силы Божества».
Однако современные словари сдержаннее. Ожегов: «ЧУДО, В религиозных представлениях: явление, вызванное вмешательством божественной силы, а также вообще нечто небывалое». Оксфордский словарь: «Необычное событие, знаменующее божественное вмешательство в человеческие дела». Обратим внимание — и словарь, составленный в СССР времен государственного атеизма, и издание, увидевшее свет в политкорректной постхристианской Европе, не говорят о нарушении законов природы. Хотя о божественной силе упоминают. Пусть и без малейшего пиетета.
Да потому, что теологи Западной церкви тоже давным-давно не говорят о нарушении законов природы. Даже в связи с чудесами. Путаница же с интерпретацией и чудес, и законов природы связана с тем, что взгляды гуманитариев, к сфере которых традиционно относилось составление словарей, слишком уж сильно промодулированы наследием классической античности.
А античная наука все же существенно отличалась от науки нового времени. Если смотреть труды Гиппарха и Птолемея, это различие не очень заметно. Добротные каталоги наблюдений небесных светил, хоть и выполненные угломерными инструментами без оптики. Но ведь еще в ХХ веке не только на кораблях Рожественского при Цусиме, но даже на советских истребителях Второй мировой использовались коллиматорные, не-оптические, прицелы. Разница не в технологии наблюдений — в методах их интерпретации и больше того — в самой общей парадигме.
Вот как блистательный Гераклит излагал причины движения небесных тел: «Солнце не преступит [положенных] мер, а не то его разыщут Эринии, союзницы Правды»[Фрагменты ранних греческих философов. Часть 1. Изд. Лебедев А.В. — М.: 1989, 220 с.]. То есть постоянство хода светил обусловлено страхом перед кошмарными старухами Алекто, Тисифоной и Мегерой, порождениями Ночи и Эреба. Теми самыми созданиями со змеями вместо волос, что преследовали матереубийцу Ореста.
Но за Ореста, как повествует Эсхил, заступились Аполлон и Афина, объяснившие его деяние местью за отца, небезызвестного Агамемнона, погубленного коварной супругой. Так что, может, кто из антропоморфных божеств Эллады заступится и за небесные светила, сошедшие с привычных орбит, подобно шаловливому Фаэтону. Фаэтон ведь был испепелен молнией Зевса за сход упряжки Гелиоса с положенного пути по шалости и неумению. Ну а если сделать то же самое, но по важным причинам, внушающим уважение своей добродетельностью? Или, скажем, сопроводить изрядным количеством бакшиша человекоподобным, а следовательно, корыстным жителям Олимпа? Тут-то законы природы и порушатся в желаемом направлении, подобно тому, как продажный судейский направляет ход разбирательства к желаемому и проплаченному результату.
Именно такой ход мыслей привел неоплатоников Ямвлиха и Прокла к практической теургии, то есть чудотворству. Именно через их посредство европейская культура Темных веков приняла представление о практической магии, дошедшее (взгляните на страничку объявлений любого таблоида) и до наших дней!
Началось все, конечно, не с греков. Еще писцы, создавшие библиотеку Ашурбанипала, говорили о планетах как повинующихся «решениям, установленным Богом-Создателем в начале времени». Элладе унаследовать такой взгляд было естественно — ее божества были могучи, прекрасны или уродливы, бессмертны, но ограничены в своих возможностях, отнюдь не всеведущи и, главное, имманентны, присущи управляемому ими миру. Здесь вполне может идти речь о постоянных доделках законов природы, сопряженных с необычными, ранее не встречавшимися явлениями. Ну так, как умелый отделочник, лишь вчера покинувший отроги Памира, по восемь раз переклеивает обои. Или же мудрый сисадмин после колледжа информатики, бывшего ПТУ, бессчетное число раз переустанавливает систему.
Но представление о чудесах как о нарушении законов природы, унаследованное иудео-христианской цивилизацией, признающей всемогущего, всеведущего и вездесущего Бога Живого, несколько удивляет. Оно ведь идет вразрез и с вышеуказанными атрибутами, и с верностью и постоянством благого Творца. А представление это просуществовало долго. Довольно приличные деньги, собранные жрецами всяческих конфессий с поклонников всевозможных чудотворных артефактов, это, знаете ли, еще цветочки! А были ведь и процессы над колдунами и ведьмами. В римо-католицизме — инквизиционные, когда судебная власть вела и следствие, просуществовавшие до Века пара и электричества. В англо-саксонском праве — вполне соревновательные, с участием обвинителя и защитника. Упомянутые процессы сошли на нет после дела сайлемских ведьм в 1692-м. В результате деятельности этих достойных институтов численность испанского населения падала с десяти до шести миллионов (сожгли не всех, евреев и морисков просто обобрали и изгнали), а в австрийских деревнях образовывалась острая нехватка невест — опять же на костер не каждую девицу, кое-кого просто в монастырь пожизненно.
Тут не только объяснимое человеческое желание подзаработать на волшебном артефакте. Тут еще и особенности философии, «обслуживавшей» теологию и, практически до Нового времени, унаследованной от греков-политеистов. Тут особенности языка средневековой науки и богословия, латыни, воспринятой от хозяйственных римлян, договаривающихся со своими Марсами таровато: «Do ut des», «Даю, чтобы ты дал».
Наука Нового времени в значительной степени творилась верующими учеными: каноником Николаем Коперником, оптиком и примасом Хорватии де Доминисом, первыми звездами Королевского общества — Валлисом, Гуком, Реном, членами римской Academia de Lincei — Академии Рысьеглазых (1609—1632), к которым принадлежал и Галилей… Из своих религиозных взглядов они выводили не произвол чудес, творящихся по мановению волшебной палочки или согласно бормотанию малограмотного седого волхва, но две важные вещи. Постоянство законов природы, проистекающее из вечной сути Бога иудео-христианства, и их познаваемость, следующая из подобия человека образу Творца. Последнее представление увековечено на каминной доске в Принстоне эйнштейновым «Raffiniert ist der Herr Gott, aber boshaft ist er nicht» — «Господь Бог изощрен, но не злонамерен».
Вопрос о чудесах как о нарушении законов природы ярче всего был решен Бенедиктом Спинозой в труде с длинным названием: «Богословско-политический трактат, содержащий несколько рассуждений, показывающих, что свобода философствования не только может быть допущена без вреда благочестию и спокойствию государства, но что она может быть отменена не иначе, как вместе со спокойствием государства и самим благочестием» (1670). «О чудесах» рассказывала шестая глава этой книги. «Чего только ни припишет себе глупость толпы, не имеющей никакого здравого понятия ни о природе, ни о Боге, смешивающей решения Бога с решениями людей, и, наконец, воображающей природу до того ограниченной, что думает, будто человек составляет самую главную ее часть» — горько писал проницательный амстердамский оптик. Логически развивая догматы монотеизма, Спиноза утверждал, что «так как законы природы простираются на бесконечное и мыслятся нами под некоторым видом вечности и природа поступает согласно им в известном и неизменном порядке, то постольку они сами в какой-то мере показывают нам бесконечность, вечность и неизменность Бога. Итак, мы заключаем, что чрез чудеса мы не можем познать Бога и его существование и промысел, но об этом гораздо лучше можно заключать из прочного и неизменного порядка природы»[Спиноза Б. Богословско-политический трактат. — Минск: 1998, с.145-168.]. То есть даже для человека, придерживающегося одной из Аврамических религий, чудо как нарушение законов природы содержит в себе логическое противоречие с его религиозными взглядами. И уж конечно, вывести религиозные взгляды из чуда логически непротиворечиво невозможно.
Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646— 1716), создатель дифференциального исчисления и первый президент Берлинской Академии наук, в молодости не был чужд общения с алхимиками. Однако это не привело его к признанию тауматургии — плодом герметических штудий стал саксонский фарфор. А единственным чудом этот выдающийся философ и богослов считал предустановленную гармонию Мироздания. Довольно жестоко в своем «Исследовании о человеческом познании» даже с самыми достоверными чудесами, вроде отрастания ампутированной ноги у церковного сторожа вследствие втирания освященного масла, обошелся Давид Юм (1711—1776). Хоть российская медицина и признает подобные чудеса, из-за чего ампутантов обязывают регулярно проходить ВТЭК, ехидный шотландец писал, что «Наша святейшая религия основана на вере, а не на разуме, и подвергать ее испытанию, которого она не в состоянии выдержать, — значит ставить ее в опасное положение»[Юм Д. Сочинения, т.2. — М.: 1965, с.109-134.]. Калининградец Иммануил Кант (1724—1804) издевался над и поныне известными видениями Сведенборга в своих «Грезах духовидца». А окончательно для западного богословия проблему чуда закрыл Фридрих Даниэль Эрнст Шлейермахер (1768—1834), обозначивший чудо специальным религиозным термином как событие, почему-либо возбудившее религиозный интерес и внимание. Этот интерес и внимание могут быть подлинными, но они всегда субъективны, ибо вера не может иметь рациональных оснований.
И наивно предполагать, что наука новейшего времени — с ее квантовомеханическим воздействием наблюдателя на систему, с нелокальностью, с черными дырами, меняющими местами пространство и время, — хоть в чем-то покушается на философское представление о законах природы как о необходимых, существенных, устойчивых, повторяющихся отношениях между явлениями. Законы остаются. Другое дело, что они малопонятны — как и учил Спиноза — толпе проэволюционировавших обезьян, чей желтый карлик отнюдь не занимает центрального места даже в Галактике, не говоря уже о Вселенной. Но мы пользуемся этими законами — даже в практической инженерной деятельности, свидетельством чему почти все физические основы ИТ-индустрии.
Итак, мы подходим вплотную к понятию «технологического чуда». В богословии чудо — некоторое естественное событие, которое вселяет в человека веру в то, что не может быть постигнуто разумом принципиально, ибо потусторонне.
Ну а технология все чаще подсовывает нам чудеса, порожденные вполне позитивистскими науками, вроде квантовой электродинамики, которые не могут быть описаны на естественном языке и объяснены с понятий дорогого Д. Юму здравого смысла. Однако они существуют, производятся и продаются. И не исключено, что эти чудеса дадут возможность людям получать субъективное, но мировоззренчески и практически полезное представление о том, что выходит за рамки обыденности.
Информационные технологии двояки по своей сути. Подобно классическим инженерным дисциплинам они оперируют сущностями материального мира, создавая устройства обработки информации. Подобно гуманитарным наукам они организуют информационные процессы по принципам, аналогичным тем, что задавались риторикой, диалектикой, гомилетикой, философией для передачи сообщений в среде традиционных белковых систем. Может быть, небезынтересно будет рассмотреть, как современная теология трактует такое понятие, как чудо.
Словарь Владимира Ивановича Даля определял чудо как всякое явление, кое не может быть объяснено по известным законам природы. Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона образца 1909 года формулировал так: «Чудо (богосл.) — явление, нарушающее законы природы и объясняемое непосредственным вмешательством силы Божества».
Однако современные словари сдержаннее. Ожегов: «ЧУДО, В религиозных представлениях: явление, вызванное вмешательством божественной силы, а также вообще нечто небывалое». Оксфордский словарь: «Необычное событие, знаменующее божественное вмешательство в человеческие дела». Обратим внимание — и словарь, составленный в СССР времен государственного атеизма, и издание, увидевшее свет в политкорректной постхристианской Европе, не говорят о нарушении законов природы. Хотя о божественной силе упоминают. Пусть и без малейшего пиетета.
Да потому, что теологи Западной церкви тоже давным-давно не говорят о нарушении законов природы. Даже в связи с чудесами. Путаница же с интерпретацией и чудес, и законов природы связана с тем, что взгляды гуманитариев, к сфере которых традиционно относилось составление словарей, слишком уж сильно промодулированы наследием классической античности.
А античная наука все же существенно отличалась от науки нового времени. Если смотреть труды Гиппарха и Птолемея, это различие не очень заметно. Добротные каталоги наблюдений небесных светил, хоть и выполненные угломерными инструментами без оптики. Но ведь еще в ХХ веке не только на кораблях Рожественского при Цусиме, но даже на советских истребителях Второй мировой использовались коллиматорные, не-оптические, прицелы. Разница не в технологии наблюдений — в методах их интерпретации и больше того — в самой общей парадигме.
Вот как блистательный Гераклит излагал причины движения небесных тел: «Солнце не преступит [положенных] мер, а не то его разыщут Эринии, союзницы Правды»[Фрагменты ранних греческих философов. Часть 1. Изд. Лебедев А.В. — М.: 1989, 220 с.]. То есть постоянство хода светил обусловлено страхом перед кошмарными старухами Алекто, Тисифоной и Мегерой, порождениями Ночи и Эреба. Теми самыми созданиями со змеями вместо волос, что преследовали матереубийцу Ореста.
Но за Ореста, как повествует Эсхил, заступились Аполлон и Афина, объяснившие его деяние местью за отца, небезызвестного Агамемнона, погубленного коварной супругой. Так что, может, кто из антропоморфных божеств Эллады заступится и за небесные светила, сошедшие с привычных орбит, подобно шаловливому Фаэтону. Фаэтон ведь был испепелен молнией Зевса за сход упряжки Гелиоса с положенного пути по шалости и неумению. Ну а если сделать то же самое, но по важным причинам, внушающим уважение своей добродетельностью? Или, скажем, сопроводить изрядным количеством бакшиша человекоподобным, а следовательно, корыстным жителям Олимпа? Тут-то законы природы и порушатся в желаемом направлении, подобно тому, как продажный судейский направляет ход разбирательства к желаемому и проплаченному результату.
Именно такой ход мыслей привел неоплатоников Ямвлиха и Прокла к практической теургии, то есть чудотворству. Именно через их посредство европейская культура Темных веков приняла представление о практической магии, дошедшее (взгляните на страничку объявлений любого таблоида) и до наших дней!
Началось все, конечно, не с греков. Еще писцы, создавшие библиотеку Ашурбанипала, говорили о планетах как повинующихся «решениям, установленным Богом-Создателем в начале времени». Элладе унаследовать такой взгляд было естественно — ее божества были могучи, прекрасны или уродливы, бессмертны, но ограничены в своих возможностях, отнюдь не всеведущи и, главное, имманентны, присущи управляемому ими миру. Здесь вполне может идти речь о постоянных доделках законов природы, сопряженных с необычными, ранее не встречавшимися явлениями. Ну так, как умелый отделочник, лишь вчера покинувший отроги Памира, по восемь раз переклеивает обои. Или же мудрый сисадмин после колледжа информатики, бывшего ПТУ, бессчетное число раз переустанавливает систему.
Но представление о чудесах как о нарушении законов природы, унаследованное иудео-христианской цивилизацией, признающей всемогущего, всеведущего и вездесущего Бога Живого, несколько удивляет. Оно ведь идет вразрез и с вышеуказанными атрибутами, и с верностью и постоянством благого Творца. А представление это просуществовало долго. Довольно приличные деньги, собранные жрецами всяческих конфессий с поклонников всевозможных чудотворных артефактов, это, знаете ли, еще цветочки! А были ведь и процессы над колдунами и ведьмами. В римо-католицизме — инквизиционные, когда судебная власть вела и следствие, просуществовавшие до Века пара и электричества. В англо-саксонском праве — вполне соревновательные, с участием обвинителя и защитника. Упомянутые процессы сошли на нет после дела сайлемских ведьм в 1692-м. В результате деятельности этих достойных институтов численность испанского населения падала с десяти до шести миллионов (сожгли не всех, евреев и морисков просто обобрали и изгнали), а в австрийских деревнях образовывалась острая нехватка невест — опять же на костер не каждую девицу, кое-кого просто в монастырь пожизненно.
Тут не только объяснимое человеческое желание подзаработать на волшебном артефакте. Тут еще и особенности философии, «обслуживавшей» теологию и, практически до Нового времени, унаследованной от греков-политеистов. Тут особенности языка средневековой науки и богословия, латыни, воспринятой от хозяйственных римлян, договаривающихся со своими Марсами таровато: «Do ut des», «Даю, чтобы ты дал».
Наука Нового времени в значительной степени творилась верующими учеными: каноником Николаем Коперником, оптиком и примасом Хорватии де Доминисом, первыми звездами Королевского общества — Валлисом, Гуком, Реном, членами римской Academia de Lincei — Академии Рысьеглазых (1609—1632), к которым принадлежал и Галилей… Из своих религиозных взглядов они выводили не произвол чудес, творящихся по мановению волшебной палочки или согласно бормотанию малограмотного седого волхва, но две важные вещи. Постоянство законов природы, проистекающее из вечной сути Бога иудео-христианства, и их познаваемость, следующая из подобия человека образу Творца. Последнее представление увековечено на каминной доске в Принстоне эйнштейновым «Raffiniert ist der Herr Gott, aber boshaft ist er nicht» — «Господь Бог изощрен, но не злонамерен».
Вопрос о чудесах как о нарушении законов природы ярче всего был решен Бенедиктом Спинозой в труде с длинным названием: «Богословско-политический трактат, содержащий несколько рассуждений, показывающих, что свобода философствования не только может быть допущена без вреда благочестию и спокойствию государства, но что она может быть отменена не иначе, как вместе со спокойствием государства и самим благочестием» (1670). «О чудесах» рассказывала шестая глава этой книги. «Чего только ни припишет себе глупость толпы, не имеющей никакого здравого понятия ни о природе, ни о Боге, смешивающей решения Бога с решениями людей, и, наконец, воображающей природу до того ограниченной, что думает, будто человек составляет самую главную ее часть» — горько писал проницательный амстердамский оптик. Логически развивая догматы монотеизма, Спиноза утверждал, что «так как законы природы простираются на бесконечное и мыслятся нами под некоторым видом вечности и природа поступает согласно им в известном и неизменном порядке, то постольку они сами в какой-то мере показывают нам бесконечность, вечность и неизменность Бога. Итак, мы заключаем, что чрез чудеса мы не можем познать Бога и его существование и промысел, но об этом гораздо лучше можно заключать из прочного и неизменного порядка природы»[Спиноза Б. Богословско-политический трактат. — Минск: 1998, с.145-168.]. То есть даже для человека, придерживающегося одной из Аврамических религий, чудо как нарушение законов природы содержит в себе логическое противоречие с его религиозными взглядами. И уж конечно, вывести религиозные взгляды из чуда логически непротиворечиво невозможно.
Готфрид Вильгельм Лейбниц (1646— 1716), создатель дифференциального исчисления и первый президент Берлинской Академии наук, в молодости не был чужд общения с алхимиками. Однако это не привело его к признанию тауматургии — плодом герметических штудий стал саксонский фарфор. А единственным чудом этот выдающийся философ и богослов считал предустановленную гармонию Мироздания. Довольно жестоко в своем «Исследовании о человеческом познании» даже с самыми достоверными чудесами, вроде отрастания ампутированной ноги у церковного сторожа вследствие втирания освященного масла, обошелся Давид Юм (1711—1776). Хоть российская медицина и признает подобные чудеса, из-за чего ампутантов обязывают регулярно проходить ВТЭК, ехидный шотландец писал, что «Наша святейшая религия основана на вере, а не на разуме, и подвергать ее испытанию, которого она не в состоянии выдержать, — значит ставить ее в опасное положение»[Юм Д. Сочинения, т.2. — М.: 1965, с.109-134.]. Калининградец Иммануил Кант (1724—1804) издевался над и поныне известными видениями Сведенборга в своих «Грезах духовидца». А окончательно для западного богословия проблему чуда закрыл Фридрих Даниэль Эрнст Шлейермахер (1768—1834), обозначивший чудо специальным религиозным термином как событие, почему-либо возбудившее религиозный интерес и внимание. Этот интерес и внимание могут быть подлинными, но они всегда субъективны, ибо вера не может иметь рациональных оснований.
И наивно предполагать, что наука новейшего времени — с ее квантовомеханическим воздействием наблюдателя на систему, с нелокальностью, с черными дырами, меняющими местами пространство и время, — хоть в чем-то покушается на философское представление о законах природы как о необходимых, существенных, устойчивых, повторяющихся отношениях между явлениями. Законы остаются. Другое дело, что они малопонятны — как и учил Спиноза — толпе проэволюционировавших обезьян, чей желтый карлик отнюдь не занимает центрального места даже в Галактике, не говоря уже о Вселенной. Но мы пользуемся этими законами — даже в практической инженерной деятельности, свидетельством чему почти все физические основы ИТ-индустрии.
Итак, мы подходим вплотную к понятию «технологического чуда». В богословии чудо — некоторое естественное событие, которое вселяет в человека веру в то, что не может быть постигнуто разумом принципиально, ибо потусторонне.
Ну а технология все чаще подсовывает нам чудеса, порожденные вполне позитивистскими науками, вроде квантовой электродинамики, которые не могут быть описаны на естественном языке и объяснены с понятий дорогого Д. Юму здравого смысла. Однако они существуют, производятся и продаются. И не исключено, что эти чудеса дадут возможность людям получать субъективное, но мировоззренчески и практически полезное представление о том, что выходит за рамки обыденности.
Наука: Набор инструментов генного инженера
Автор: Илья Кельмансон
Припомним теорию: вся информация об устройстве нашего организма записана в длиннющих молекулах ДНК, которые состоят из четырех типов нуклеотидов (назовем их A, T, G и C), последовательно соединенных друг с другом. Каждая клетка организма содержит полный набор ДНК — так называемый геном.
Каждый ген кодирует один белок. Белки тоже являются полимерными молекулами, но в отличие от ДНК они построены не из нуклеотидов, а из двадцати типов аминокислот. Три последовательно соединенных нуклеотида ДНК однозначно кодируют одну аминокислоту белка: например, триплет A-T-G кодирует одну и ту же аминокислоту как у человека, так и у какой-нибудь бактерии. Благодаря такой унифицированности мы можем переносить гены из одного живого существа в другое.
В принципе, любую последовательность нуклеотидов можно синтезировать химически. Однако мы пока не можем сами придумать ген, определяющий нужные нам свойства. Зато мы можем попытаться найти живое существо, обладающее такими свойствами (в нашем случае — способность к флуоресценции), и выделить нужный ген из него. Для этих целей выберем морские кораллы. Обычно их окраска флуоресцентная: если в темноте посветить на живой коралловый риф синей лампочкой (например, из детектора валюты), он засияет всеми цветами радуги. Это светятся так называемые GFP-подобные белки, содержащиеся в кораллах, — среди них есть голубые, зеленые, желтые и красные. Наша задача заключается в выделении из коралла и подготовке к внедрению в мышь гена, кодирующего зеленый флуоресцентный белок.
Аккуратно отщипываем от коралла маленький (чуть больше спичечной головки) кусочек ткани и помещаем в пробирку. В нее же наливаем реагент для разрушения ткани и начинаем теребить кусочек коралла пипеткой. Все надо делать быстро, иначе РНК успеет развалиться. Когда большая часть ткани растворится, начинаем крутить пробирку в центрифуге. Осадок трогать не станем, отберем только жидкость и перенесем ее в другую пробирку.
Теперь мы имеем раствор, в котором содержатся белки, ДНК, РНК и масса других компонентов. Из всей этой смеси нам нужна только РНК. Для разделения (фракционирования) разных классов биологических молекул используется, как правило, изменение их растворимости — например, если добавить в наш раствор спирта и немного соли, большая часть ДНК и РНК выпадут в осадок. Еще раз «прокрутив» пробирку на центрифуге и удалив жидкость, мы получим обогащенный РНК образец. Эту процедуру придется повторять несколько раз, добавляя в смесь разные вещества; в итоге мы избавимся от большинства примесей и получим относительно чистый раствор молекул РНК, часть которых, как мы надеемся, кодирует нужный нам белок.
Для дальнейшей работы уже недостаточно физико-химических методов. Тонкие операции с биологическими молекулами мы будем проводить, используя инструментарий, позаимствованный у природы, а именно ферменты.
В молекулярной биологии применяется множество ферментов, выделенных из разных организмов, — если их поместить в подходящий по составу солевой раствор и добавить все необходимые для реакции компоненты, ферменты заработают в пробирке так же, как и внутри клетки. Выделять нужные ферменты нам не придется, все они продаются специализированными компаниями.
Для работы ревертазе требуется так называемая затравка — короткий фрагмент ДНК, заранее прикрепленный к молекуле РНК. Когда ревертаза натыкается на затравку, она «садится» на РНК и ползет по ней в направлении от конца к началу молекулы. При этом ревертаза захватывает из раствора отдельные нуклеотиды и присоединяет их к затравке, тем самым удлиняя цепочку ДНК. РНК при этом играет роль матрицы.
У животных все молекулы РНК, кодирующие белок (есть и другие, но сейчас нам это не важно), заканчиваются несколькими десятками идущих подряд нуклеотидов А (поли-А). Благодаря этому мы можем использовать в качестве затравки первый праймер, содержащий комплиментарную последовательность, поли-Т. Присоединяя нуклеотиды к праймеру поли-Т, ревертаза ползет по РНК, синтезируя ее ДНК-копию. Когда ревертаза доходит до самого начала молекулы РНК, происходит еще одно важное для нас событие. Разогнавшийся фермент не останавливается сразу, а достраивает еще три лишних нуклеотида С. Тут в игру вступает второй праймер, до сих пор свободно плававший в растворе. К его концу химически присоединен маленький кусочек РНК, состоящий всего из трех нуклеотидов, G-G-G. Этими нуклеотидами он «прилипает» к свешивающейся с только что синтезированной ДНК последовательности C-C-C, как бы продолжая собой цепочку РНК. Обманутая ревертаза обнаруживает, что матрица еще не кончилась, и достраивает на конце молекулы ДНК последовательность, комплиментарную «прилипшему» праймеру.
Таким образом, мы получили набор одноцепочечных молекул ДНК, комплиментарных РНК коралла, но дополнительно содержащих на концах известные нам нуклеотидные последовательности праймеров (адаптеры). Правда, искать среди этих молекул ген зеленого флуоресцентного белка пока рано, у нас для этого слишком мало материала. Чтобы наработать достаточное количество кДНК, мы воспользуемся одним из самых важных достижений молекулярной биологии — методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Изучение компактификации белков — процесса «окончательной сборки» молекул, выражаясь в терминах машиностроения, — является интереснейшей научной задачей, имеющей бесчисленное множество приложений.
Чрезвычайно важно понять, как осуществляется правильная укладка молекулы, где хранится план укладки и где записан технологический процесс компактификации, представляющей собою последовательность операций, каждая из которых должна происходить в свое время и выполняться над соответствующей частью исходной молекулы.
В клетке организма «цехом окончательной сборки» белков является удивительная структура, получившая название шаперон. О работе шаперонов и их устройстве мы знаем не так уж много. Известно, что они обладают потрясающим быстродействием, учитывая сложность выполняемых функций. Их «конструкция» очень сложна. Существует мнение, что в структуре шаперонов каким-то образом записан «чертеж» собираемой молекулы белка, но достоверно мы об этом не знаем. Зато известно, что кроме укладки молекул шапероны способны «ремонтировать» неправильно скомпактифицированные белки, если их структура под влиянием каких-то внешних воздействий будет повреждена.
Продукты высоких технологий — постоянная тема публикаций «Компьютерры», однако чаще всего речь в них идет о микросхемах, новейших устройствах хранения и обработки данных, визуализации и тому подобных вещах, которые постепенно становятся все более привычными, утрачивая неповторимый флёр новизны… Другое дело — изделия размером с молекулу. Собственно, это и есть молекулы, но — одновременно — сконструированные нами устройства, способные выполнять сложнейшие действия. О, это совсем не избитая тема!.. Вот где сегодня пролегает передний край «битвы за высокие технологии».Рассказ о работе удивительных молекул, ставших инструментами генных инженеров, будет гораздо понятнее, если рассмотреть какую-нибудь занятную технологическую задачу. Например, поставить перед собой цель создать трансгенную светящуюся мышь. В хозяйстве она вряд ли пригодится, зато у ваших соседей наверняка такой не окажется.
Впрочем, надо признать, что разнообразные технологические операции над отдельными молекулами еще долго были бы нам недоступны, если б в природе не существовал большой ассортимент сконструированного — увы, не нами — уникального и высокопроизводительного «технологического оборудования» — молекул, обладающих свойствами определенным образом химически связывать друг с другом те или иные вещества, разрезать в заданных местах и вновь «сшивать» молекулы ДНК, распознавать заданные конфигурации белков, маркировать и отбраковывать молекулы, «изготовленные» с отступлениями от «чертежа», и выполнять множество других операций.
Изучение «конструкции» и принципа действия этих молекулярных «станков» рано или поздно позволит нам научиться проектировать и изготавливать их.
Не нужно быть специалистом в области хайтека, чтобы понимать — массовый выпуск дешевых нанотехнологических изделий не наладишь с помощью атомно-силовых микроскопов (АСМ). Чтобы сравнение было более наглядным, скажу так: когда-то на смену паяльникам пришли микроэлектронные технологические комплексы. Современные АСМ — наш «передний край» — не более чем «паяльники», на смену которым непременно придут высокопроизводительные автоматические «молекулы-станки» наподобие тех, о которых рассказывает в своей статье Илья Кельмансон, взяв в качестве примера профессионально близкую ему генную инженерию.
Юрий Романов.
Припомним теорию: вся информация об устройстве нашего организма записана в длиннющих молекулах ДНК, которые состоят из четырех типов нуклеотидов (назовем их A, T, G и C), последовательно соединенных друг с другом. Каждая клетка организма содержит полный набор ДНК — так называемый геном.
Каждый ген кодирует один белок. Белки тоже являются полимерными молекулами, но в отличие от ДНК они построены не из нуклеотидов, а из двадцати типов аминокислот. Три последовательно соединенных нуклеотида ДНК однозначно кодируют одну аминокислоту белка: например, триплет A-T-G кодирует одну и ту же аминокислоту как у человека, так и у какой-нибудь бактерии. Благодаря такой унифицированности мы можем переносить гены из одного живого существа в другое.
В принципе, любую последовательность нуклеотидов можно синтезировать химически. Однако мы пока не можем сами придумать ген, определяющий нужные нам свойства. Зато мы можем попытаться найти живое существо, обладающее такими свойствами (в нашем случае — способность к флуоресценции), и выделить нужный ген из него. Для этих целей выберем морские кораллы. Обычно их окраска флуоресцентная: если в темноте посветить на живой коралловый риф синей лампочкой (например, из детектора валюты), он засияет всеми цветами радуги. Это светятся так называемые GFP-подобные белки, содержащиеся в кораллах, — среди них есть голубые, зеленые, желтые и красные. Наша задача заключается в выделении из коралла и подготовке к внедрению в мышь гена, кодирующего зеленый флуоресцентный белок.
Включаем центрифугу…
Для начала необходимо раздобыть живой коралл, убедиться, что под ультрафиолетовой лампой он светится (то есть содержит нужный нам белок), и выделить из него РНК. Как правило, поиск нового гена начинается именно с РНК — она не содержит ненужных нам некодирующих белок участков. Однако в работе с РНК есть свои сложности: в частности, она быстро разрушается специальными ферментами, обильно выделяемыми нашим организмом для защиты от вирусов. Поэтому заранее поставим одноразовые пластиковые пробирки на лед (при низкой температуре ферменты работают хуже) и наденем резиновые перчатки. Кроме пробирок нам понадобятся настольная центрифуга, несколько автоматических пипеток с одноразовыми наконечниками и набор реактивов для выделения РНК.Аккуратно отщипываем от коралла маленький (чуть больше спичечной головки) кусочек ткани и помещаем в пробирку. В нее же наливаем реагент для разрушения ткани и начинаем теребить кусочек коралла пипеткой. Все надо делать быстро, иначе РНК успеет развалиться. Когда большая часть ткани растворится, начинаем крутить пробирку в центрифуге. Осадок трогать не станем, отберем только жидкость и перенесем ее в другую пробирку.
Теперь мы имеем раствор, в котором содержатся белки, ДНК, РНК и масса других компонентов. Из всей этой смеси нам нужна только РНК. Для разделения (фракционирования) разных классов биологических молекул используется, как правило, изменение их растворимости — например, если добавить в наш раствор спирта и немного соли, большая часть ДНК и РНК выпадут в осадок. Еще раз «прокрутив» пробирку на центрифуге и удалив жидкость, мы получим обогащенный РНК образец. Эту процедуру придется повторять несколько раз, добавляя в смесь разные вещества; в итоге мы избавимся от большинства примесей и получим относительно чистый раствор молекул РНК, часть которых, как мы надеемся, кодирует нужный нам белок.
Для дальнейшей работы уже недостаточно физико-химических методов. Тонкие операции с биологическими молекулами мы будем проводить, используя инструментарий, позаимствованный у природы, а именно ферменты.
В молекулярной биологии применяется множество ферментов, выделенных из разных организмов, — если их поместить в подходящий по составу солевой раствор и добавить все необходимые для реакции компоненты, ферменты заработают в пробирке так же, как и внутри клетки. Выделять нужные ферменты нам не придется, все они продаются специализированными компаниями.
Ревертаза
Теперь на основе каждой молекулы РНК мы должны синтезировать соответствующую ей (комплиментарную) молекулу ДНК (кДНК). ДНК более стабильна, а главное, для работы с нею существует гораздо больше методов. Правда, большинство живых существ не умеет строить ДНК по РНК (наоборот, ДНК является матрицей, с которой обычно синтезируется РНК), однако из этого правила есть исключения. Так называемые ретровирусы (к ним относится, например, ВИЧ — вирус, вызывающий СПИД) почему-то выбрали именно РНК для хранения своей наследственной информации. Для размножения ретровирус должен встроить свои гены в геном жертвы, поэтому с вирусной РНК должна сперва считаться ДНК-копия. Такая реакция называется обратной транскрипцией. Ретровирусы «изобрели» для нее специальный фермент, ревертазу, чем сильно поспособствовали прогрессу молекулярной биологии.Для работы ревертазе требуется так называемая затравка — короткий фрагмент ДНК, заранее прикрепленный к молекуле РНК. Когда ревертаза натыкается на затравку, она «садится» на РНК и ползет по ней в направлении от конца к началу молекулы. При этом ревертаза захватывает из раствора отдельные нуклеотиды и присоединяет их к затравке, тем самым удлиняя цепочку ДНК. РНК при этом играет роль матрицы.
Праймеры
Синтез кДНК мы проведем с помощью набора реактивов SMART, выпускаемого фирмой Clontech (США). Кроме ревертазы и солевого буфера, в котором этот фермент работает, в набор входят также два коротких (длиной около пятидесяти нуклеотидов) фрагмента одноцепочечной ДНК — праймеры. Каждая цепочка синтезированной нами кДНК будет начинаться с одного из этих праймеров и заканчиваться последовательностью нуклеотидов второго праймера. Для чего это нужно, мы скоро узнаем.У животных все молекулы РНК, кодирующие белок (есть и другие, но сейчас нам это не важно), заканчиваются несколькими десятками идущих подряд нуклеотидов А (поли-А). Благодаря этому мы можем использовать в качестве затравки первый праймер, содержащий комплиментарную последовательность, поли-Т. Присоединяя нуклеотиды к праймеру поли-Т, ревертаза ползет по РНК, синтезируя ее ДНК-копию. Когда ревертаза доходит до самого начала молекулы РНК, происходит еще одно важное для нас событие. Разогнавшийся фермент не останавливается сразу, а достраивает еще три лишних нуклеотида С. Тут в игру вступает второй праймер, до сих пор свободно плававший в растворе. К его концу химически присоединен маленький кусочек РНК, состоящий всего из трех нуклеотидов, G-G-G. Этими нуклеотидами он «прилипает» к свешивающейся с только что синтезированной ДНК последовательности C-C-C, как бы продолжая собой цепочку РНК. Обманутая ревертаза обнаруживает, что матрица еще не кончилась, и достраивает на конце молекулы ДНК последовательность, комплиментарную «прилипшему» праймеру.
Таким образом, мы получили набор одноцепочечных молекул ДНК, комплиментарных РНК коралла, но дополнительно содержащих на концах известные нам нуклеотидные последовательности праймеров (адаптеры). Правда, искать среди этих молекул ген зеленого флуоресцентного белка пока рано, у нас для этого слишком мало материала. Чтобы наработать достаточное количество кДНК, мы воспользуемся одним из самых важных достижений молекулярной биологии — методом полимеразной цепной реакции (ПЦР).
Цех окончательной сборки
Белковые молекулы чрезвычайно сложны как по химическому составу, так и по «механической» конструкции. Белок не сможет выполнять свою функцию «молекулярной машины», если в процессе синтеза цепочка составляющих его аминокислот не будет правильным образом уложена (скомпактифицирована) в пространстве.Изучение компактификации белков — процесса «окончательной сборки» молекул, выражаясь в терминах машиностроения, — является интереснейшей научной задачей, имеющей бесчисленное множество приложений.
Чрезвычайно важно понять, как осуществляется правильная укладка молекулы, где хранится план укладки и где записан технологический процесс компактификации, представляющей собою последовательность операций, каждая из которых должна происходить в свое время и выполняться над соответствующей частью исходной молекулы.
В клетке организма «цехом окончательной сборки» белков является удивительная структура, получившая название шаперон. О работе шаперонов и их устройстве мы знаем не так уж много. Известно, что они обладают потрясающим быстродействием, учитывая сложность выполняемых функций. Их «конструкция» очень сложна. Существует мнение, что в структуре шаперонов каким-то образом записан «чертеж» собираемой молекулы белка, но достоверно мы об этом не знаем. Зато известно, что кроме укладки молекул шапероны способны «ремонтировать» неправильно скомпактифицированные белки, если их структура под влиянием каких-то внешних воздействий будет повреждена.