^ другими клетками своего типа вдоль стенок сосудов, вместо тог^ чтобы нестись посередине в протоплазменном потоке, влекущем красные тельца к месту их назначения. Белые тельца используют кровоток только как средство передвижения и просачиваются сквозь стенки капилляров в ту точку окружающей ткани, где в них может оказаться нужда. Белые тельца готовы к немедленному действию. Они быстро собираются к месту заражения или к ране, кидаются на проникшие внутрь бактерии и берут их в полное ок ружение и плен. Одна-единственная клетка может схватить и переварить не менее двадцати бактерий, но ущерб при этом нано сится обеим сторонам. Тельца часто погибают от токсинов, и гной, появляющийся на месте схватки, есть не что иное, как скопление мертвых белых кровяных телец. Очевидно, что нашему телу не обходимы эти всеядные бойцы, справляющиеся не только с по стоянной угрозой вторжения бактерий, но и поглощающие час тички разложения, нападающие на все, чуждое системе. Если в организме мало белых кровяных телец - это катастрофа, но ца рящая в нем демократия подвергается серьезному испытанию и в том случае, если размеры армии слишком велики. Перепроизвод ство белых кровяных телец приводит к лейкемии.
В нормальных условиях организм поддерживает равновесие. Тело избегает вредного демографического взрыва, воспроизводя новые клетки по Мере отмирания старых. Ему не приходится ждать, поскольку гибель старых клеток в значительной степени предопределена. Каждый день кто-то из нас умирает, чтобы ос тальные могли жить. Очевидно, что неизбежно приходящая смерть не может быть случайностью, произвольным результатом конку ренции, обеспечивающей выживание самых приспособленных. Смерть имеет определенную задачу. Она включена в программу жизни, и выживание организма возможно лишь в том случае, если происходит планомерное отмирание некоторых его частей.
Недавний эксперимент с птенцами, проведенный двумя амери канскими эмбриологами, убедительно подтвердил этот факт. Эмб риологи показали, что крылья птиц могут стать функциональ ными, только если особые мезодермные клетки развивающегося крыла зародыша отмирают в установленные сроки и позволяют другим клеткам развиться в летательные мышцы. Смерть этих клеток является неотъемлемой частью роста всех летающих птиц. Сходный процесс запланированного убийства включен в программу развития лягушки. Головастики живут в воде, где они питаются водными растениями и передвигаются посредством волнообразных движений длинного мускулистого хвоста. По мере развития они меняют способ питания, включая в свой рацион личинок и червей, и постепенно придвигаются, все ближе и ближе к берегу, где могут рассчитывать на более разнообразную пищу
из насекомых. У головастиков отрастают конечности, и примерно в возрасте четырнадцати недель молодые лягушата выбираются на твердую землю, хвост им теперь только мешает. На этой стадии развития хвост постепенно исчезает - он поглощается изнутри специальными подвижными клетками, которые ведут себя точно так же, как белые кровяные тельца, нападающие на бактерии, с той только особенностью, что здесь мы наблюдаем акт канниба лизма. Жизнь движется, уничтожая самое себя.
Мы привели примеры того, как жизнь поддерживается с по мощью смерти в пределах единичного организма. Однако нам го раздо ближе и понятнее то, как смерть помогает сохранить необ ходимое равновесие в целой популяции, не позволяя ей слишком разрастись и стать неуправляемой. Не будь смерти, мир завоевали бы организмы, размножающиеся быстрее остальных. Одна малень кая невидимая бактерия может самостоятельно произвести за несколько часов огромное потомство, равное весу человека, а каж дый грамм почвы содержит 100 миллионов таких потенциальных патриархов. Менее чем за два дня вся поверхность Земли была бы покрыта зловонными дюнами бактерий всех цветов радуги. Бес препятственно размножаясь, простейшие дадут нам такую же картину за сорок дней; комнатной мухе потребуется четыре года, крысе - восемь лет, растения клевера смогут покрыть всю Землю за одиннадцать лет; но прежде, чем нас вытеснят слоны, пройдет не меньше века.
К счастью, рост популяции многих видов является самоограни чивающимся. В классическом случае ботанической преемствен ности растение-пионер, расцветающее на почве с низким содер жанием азота, продвигается затем на открытую площадку. Здесь оно пышно разрастается и в результате добавляет азот в почву. Таким образом, процветание становится причиной разрушения самого условия успешного развития. Для ограничения тех видов, которые лишены такого самоконтроля, существуют хищники, взимающие с них свою дань.
Жизнь питается жизнью, и в итоге мы получаем цикл, в кото ром атомы, образующие данную конкретную часть живой мате рии, бесконечно переходят из одной живой формы в другую. Зе леные растения производят жизнь из почвы, воды и энергии солнца. Они умеют извлекать свое сырье прямо из неживой мате рии, но затем растение съедается гусеницей, которую подхваты вает пролетающий воробей, попадающий, в свой черед, в когти ястреба, а тот умирает позже от обморожения и становится пищей жуков, роющихся в отбросах... и так далее. Попав в сеть живой материи, атомы захватываются чем-то вроде органической инер ции, проносящей их через бесконечные жизненные циклы, длящие ся веками. Может даже показаться, что жизнь способна внести
мистическое начало в неживую материю одним своим соприкос новением с ней, и, попав однажды в живую клетку, материя пре терпевает превращения, ведущие к возможности ее повторного вхождения в живую ткань. Позже мы увидим, что эти превраще ния постепенно учатся измерять.
Биофизик Джозеф Гоффман называет этот непрерывный про цесс "атомным водоворотом жизни" и напоминает, что за редким исключением вся наша пища была недавно частью другого живого существа, что рост растений зависит от наличия прежде жившей материи, даже если она, как, например, зола, была впоследствии сожжена. Ясно, что изменение, вносимое жизнью в материю, не имеет чисто химической природы.
И снова мы сталкиваемся с понятием степеней смерти. Остан ки живых организмов еще хранят следы жизни и Должны, вероят но, рассматриваться как ее часть. Каждая отдельная частичка живой материи, находящаяся ныне на поверхности земли, была со творена жизнью, и, вероятно, многие ее фрагменты несут на себе ее следы. По всем традиционным определениям, перегной мертв, но он тем не менее существенно отличается от камней. Гоффман пред полагает, что "живые существа знают гораздо больше, чем могут поведать", и что дерево раскидывает семена "в надежде", что им встретится не только голый камень. Учитывая известную нам связь между отдельными растениями и другой живой природой, трудно не согласиться, что сеть жизни заброшена так широко, что включает даже недавно "умершее".
На границе органической и неорганической материи находят ся весьма живучие бактерии. В отличие от аномальных вирусов эти организмы действительно образуют мост между живой и не живой субстанциями. Бактерии, безусловно, являются живыми, и, хотя они лучше чувствуют себя в теплой влажной среде, их можно встретить в самых разнообразных средах обитания. Многие из них могут существовать без кислорода, некоторые могут жить в воде почти при температуре кипения, и большинство выживает при температуре гораздо ниже нуля. Несколько разновидностей обладают способностью к фотосинтезу и, подобно растениям, получают энергию непосредственно от солнечного света, осталь ным же требуется органическая пища. Чтобы ее раздобыть, бак терии способствуют процессу разложения, при котором сложные органические компоненты разрушаются или превращаются в мине ралы, уступая тем самым место более простым Неорганическим химическим веществам. Бактерия поглощает то, что ей необхо димо, оставляя все прочее на долю природы. Многие из продук тов жизнедеятельности бактерий не возникают сами по себе, и, если бы не работа, бактерий, они бы навечно остались в формах, недоступных другим живым существам, и всякая жизнь на Земле вскоре прекратилась.
Сами бактерии, как мы видим, практически бессмертны. Вы растая до самого благоприятного размера, что занимает только двадцать минут, они просто делятся, и две новые бактерии пи таются и растут и вновь делятся. В идеальных условиях защи щенности от вирусов и белых кровяных телец ни одна из бакте рий никогда не умрет. Они не знают смерти от старости и не ста новятся трупами, кроме случаев их насильственного разрушения. Так, смерть становится бессмысленным понятием для большинства простейших сгустков живой материи, предназначенных к жизни внутри единичной клетки. Один короткий шаг - и эволюция как бы перешла от совершенно мертвой неорганической материи к вечной самовоспроизводящейся жизни. Сложные и гибкие взаимо отношения между жизнью и смертью оказываются изощренным новшеством, привнесенным в природу по каким-то особым при чинам.
Большинство простых организмов, состоящих из единичной клетки, воспроизводятся по методу бактерий, используя двой ное деление, когда родительская клетка делится на две дочерние. в каждой из которых содержится примерно половина первоиачаль ного материала. Если в клетке есть ядро, то оно делится первым так что каждая дочерняя клетка получает равную долю наслед ственного вещества организма. Если в клетке есть непарные струк туры, например единственный пищевод у инфузории-туфельк) (Pararnecium), то одна дочерняя клетка получает структуру це ликом, а другая вынуждена вырастить свою собственную, руко водствуясь инструкцией, содержащейся в ее доле ядра. Про стейшие паразиты, такие как Plasmodiunn, живущие в жидкой среде тела хозяина, защищены от опасностей внешней среды и просто купаются в пище, которую они всасывают через стенки клетки. В таких идеальных условиях воспроизводство происхо дит очень быстро. Отвергая двойное деление как слишком мед ленное, эти организмы используют множественное деление, когдг ядро быстро расщепляется на множество частей, каждая из ко торых оказывается окруженной крошечным кусочком протоплаз мы и становится отдельной клеткой. Потрясение, испытываемою организмом, когда в его кровотоке происходит неожиданное мно жественное деление и одновременное возникновение биллионом крошечных паразитов, вызывает симптомы малярии. Этот способ деления обеспечивает как Pararnecium, так и Plasmodium бес смертную непрерывность, свойственную бактериям.
Поднявшись выше по лестнице эволюции, можно встретить и другие бессмертные существа. Одно маленькое беспозвоночное вида Coelenterata носит имя мифического чудовища гидры вслед ствие своей способности отращивать новую голову или отпочко вывать совершенно самостоятельных индивидов прямо от боковых
поверхностей своего тела. Если плоского червя Planaria разре зать на кусочки, то из него получатся два, а то и несколько, совер шенно законченных особей, хотя любой другой вид, безусловно, погибает от такой операции. Конечность, отделенная от морской звезды, вскоре отращивает четыре недостающих органа и прини мается жить самостоятельно. Любой организм, для которого быст рое воспроизведение является необходимостью или преимущест вом, сочтет такую способность очень полезной, но есть здесь и своя ловушка. Каждая дочерняя клетка и каждое новое отпочко вание порождает потомство, ничем не отличающееся от родителей. Это прекрасно, но лишь до тех пор, пока условия остаются не изменными. В нашей динамичной системе выигрывают лишь те организмы, которые могут меняться вместе с изменениями окру жающей среды.
Жизнь нашла решение этой задачи, введя половые различия. Пока большая часть бактерий занималась делением, некоторые особи начали эксперимент по прямому обмену наследственным материалом между индивидами. В 1947 г. Джошуа Ледерберг из Колумбийского университета показал, что обитательница толстой кишки бацилла Escherichia, миллионы которой имеются в теле каждого человека, иногда встречается в двух формах, имеющих элементарные мужские и женские признаки. Время от времени вытянутая клетка мужского штамма приближается к округлой пухлой клетке женского типа, проталкивает короткий отросток через стенку женской клетки и вводит в нее генетический материал. Этот процесс переноса занимает около двух часов, значит, спа ривание бактерий длится в шесть раз дольше, чем неполовое вос производство. Похоже, что это приятный способ продления жизни.
Такой перенос ценен тем, что клетки, произведенные на свет женской бактерией, соединяют мужские и женские характерис тики. Впервые за эволюцию потомство имеет двух родителей и отличается от каждого из них. Преимущества этого способа раз вития для нужд приспособления к окружающей среде весьма ощу тимы, и половое размножение начинает играть все возрастающую роль в жизни организмов. В череде поколений оно поначалу сосу ществует с неполовой техникой деления и почкования, но со временем преимущества полового воспроизводства помогли ему одержать верх над всеми 'другими способами. В результате раз вились организмы, наделенные всеми половыми различиями. Это означало, что они могли быть либо мужскими, либо женскими осо бями и размножались только в том случае, если вкладывали час тички своих тел в союз, дающий жизнь новым индивидам. Впер вые организмы превратились в подлинно отдельные существа с конечным жизненным циклом. Они рождались, росли, достигали зрелости и размножались, а затем (в отличие от бактеоий. которые
просто делились и начинали все сначала) старились и умирали. Смерть - вот цена, которую мы уплатили за половые различия.
Взамен утраченного бессмертия организм обрел индивидуаль ность. Не просто временные фазы в бесконечном процессе, а от дельные существа со своими собственными особыми чертами. "Процесс воспроизводства был нарушен" - и это, пожалуй, все, что можно сказать о бактериях, зато аналогичное событие в мире насекомых описывается иначе: "кузнечик погиб". С появлением индивидов стал возможен переход от обобщения типа "смерть наступила" к точному указанию, кто конкретно умер. Но тут же вырисовывается новая проблема. Мы уже пришли к выводу, что организм остается живым, несмотря на то что некоторые из состав ляющих его клеток погибли. Мы даже предположили, что мертвые клетки могут считаться живыми на том основании, что они про должают играть определенную роль в выживании организма как целого. Индивиды, входящие в очень тесно связанное сообщество, могут оказаться в таком же положении.
Зоолог Клейборн Джоунз указывает, что выделить индивиду альную особь нисколько не легче, чем дать определение вида. Так, например, есть предположение, что рабочая пчела является вов се не организмом, а чем-то, что придумано человеком. А вот улей и есть единый организм. А если это так, то что происходит, когда погибает рабочая пчела: она ли умирает, или улей попросту те ряет один из своих компонентов? Существуют веские основания считать улей и муравейник целостными организмами. Одиночные рабочие пчелы или муравьи стерильны и так же неспособны раз множаться, как красные кровяные тельца. В самом деле, они осу ществляют ту же миссию доставки, и их шансы на самостоятель ное выживание столь малы, что не превышают возможностей изо лированной клетки крови. Так кто же может претендовать на индивидуальность - пчела или улей? Если улей является единым организмом, то зависит ли его выживание от количества живых ра бочих компонентов? Сколько нужно изъять пчел, чтобы счесть улей мертвым? Вероятно, на все эти вопросы можно дать один и тот же ответ, а именно: жизнь и смерть существуют бок о бок, и осмыс ленное определение любого из этих понятий неизбежно включает в себя оба полюса.
Возможность существования общественных организмов и груп повых индивидуальностей ставит еще один вопрос. Предположим, какая-то внешняя разрушительная сила разбила улей, не повредив ни одной пчелы, а просто разметав их по окрестностям. Улей исчез, но погиб ли организм? А если не погиб, то как назвать си туацию, когда разогнанные пчелы вливаются в новый улей, ста новясь его составными частями? Если убит и растерзан своими сородичами волк, мы говорим, что он умер. Так ли это? Дилемма
разрастается. Где помещается жизнь, пока ее части перестраи ваются? Это не просто философский вопрос. Развитие хирургиче ской пересадки органов ставит эту проблему в ряд важнейших моральных и юридических задач.
Морские губки состоят из массы клеток, организованных в сообщество, функционирующее как одно целое и представляющее собой, по мнению большинства зоологов, единый организм. Но если вы разрежете губку и протрете кусочки через шелковую ткань так, чтобы все клетки отделились друг от друга, эта неорга низованная кашица в скором времени вновь соединится, превра тившись в полноценную губку. Очень удачный эксперимент такого рода производился над красно-ржавой губкой Microciona prolifera и желто-зеленой губкой Cliona selata. Образчики обеих губок были мелко растерты и растворы тщательно перемешаны. Через двадцать четыре часа красные и желтые клетки реорганизовались и вновь соединились в форму первоначальных губок. К началу эксперимента имелись два разных живых организма. Встает во прос: что в них оставалось живым, а что погибло в смешанном растворе? Все клетки остались живы, но на какой стадии мы имеем право приписывать каждому из этих организмов индивидуальную .жизнь? И как объяснить тот странный факт, что несколько крас ных клеток благополучно встроились в желтую губку?
Можно оспорить право губок считаться отдельными организма ми на том основании, что это скорее колонии, но вот Теодор Хаушка проделал необычный опыт с несомненным организмом - мышью. Он взял зародыши мыши на тринадцатый день внутриутробного развития и размолол их так мелко, что они смогли пройти сквозь тонкую иглу шприца. Раствор с зародышами он ввел в полости девственных женских особей той же породы. Через пять недель у всех этих животных обнаружились в брюшной полости координи рованные массы костей и тканей. Они достигали размера недель ных зародышей. Очевидно, отдельные клетки оказались способны объединиться и развиваться в направлении образования закончен ных животных, только каких? Вероятно, мышей, но какого вида? Того же, какой сформировался бы в матке мыши-донора? А если нет, то что произошло с эмбрионами? Умерли?
Поведение индивидуальных клеток - ведущая нить всего клуб ка вопросов. В подходящих условиях многие типы клеток продол жают свободно размножаться вне тела. Технология выращивания тканей требует определенной температуры и сложного питатель ного раствора, содержащего до сотни различных ингредиентов. Большинство специалистов знают особые хитроумные приемы, помогающие началу процесса роста культуры. Клетки кост ного мозга или клетки слизистой кишечника свободно размножа ются в самом теле, и поэтому весьма велика вероятность их поста
и вне организма. Зародышевые клетки - тоже подходящие кан дидаты, поскольку они начинают быстро расти еще до начала опы та и переносят, видимо, часть инерции роста в новую ситуацию.
За последние годы удалось вырастить ткани из клеток уток, кроликов, коров, овец, лошадей, мышей, крыс, морских свинок, обезьян и людей. Зародышевые клетки часто группируются в со ответствующие данному биологическому виду структуры: напри мер, мышцы или кости имеют нормальный размер и форму. Из изо лированных клеток растений можно получить новый самостоятель ный организм. Культура ткани, выращенной из одной-единствен ной клетки ростка табака, развилась в лабораторных условиях во взрослое растение, с корнями, листьями и цветами. В каждой клетке любого живого организма скрывается потенциальная воз можность роста. В каждом ядре содержатся все необходимые инструкции для воспроизводства полностью функциональной ком бинации клеток, повторяющей форму особей данного вида. Хотя целое животное пока еще не удалось вырастить, теоретически препятствий к созданию новых индивидов, полностью тождествен ных первоначальному донору, не существует.
На практике есть одна неувязка. Она известна как предел Хейфлика. Л. Хейфлик, специалист по выращиванию тканей из Вистаровского института в Филадельфии, обнаружил, что куль тура зародышевой клетки человека способна размножаться толь ко на протяжении пятидесяти поколений. Даже в самых лучших условиях культура не может перешагнуть этот предел, и даже в самом теле клетка не способна размножаться дольше. Если мы вернемся к начальному моменту оплодотворения яйца, то сможем, пожалуй, добавить еще несколько поколений, а общая цифра в семьдесят поколений обеспечивает замену всех клеток тела 20 мил лионов раз. Разумеется, этого более чем достаточно для любой человеческой жизни. Но мы не располагаем сейчас свидетельст вами, что ограничение Хейфлика относится к клеткам, находящим ся на своем законном месте. Однако нам ясно, что изолированно выращиваемые клетки утрачивают со временем свою жизне способность. Позже мы увидим, что уже выделен фактор, который исчезает при искусственном выращивании. Усовершенствование методов проведения опытов может привести, я полагаю, к сохра нению или замене недостающего фактора и преодолению предела Хейфлика.
В области исследования тканей меня больше всего поражает открытие, связанное с поведением изолированной культуры, когда она приближается к названному пределу. Клетки, которые в начале их роста легко распознать как явно человеческие, утрачи вают постепенно определенную принадлежность. Клетки, побужда емые к многократному размножению, не ведущему к производст
ву специфического для данного вида органа или структуры, как бы "забывают", что в них заложено. Предел Хейфлика разли чен для каждого отдельного вида, но, приближаясь к точке рас пада, клетки любого организма претерпевают одно и то же пре вращение - они, похоже, "теряют память". Длительный процесс культивирования придает всем клеткам, независимо от их проис хождения, один и тот же вид. Очень различные по строению час тички слюнных желез фруктовой мухи, яичников овцы, внутрен него уха мыши или лепестков цветка неизбежно превращаются в однородную массу, в аморфные чешуйчатые клетки, лишенные специфической формы и знаков своего происхождения или назна чения. Они становятся своего рода произрастающими идиотами.
Эти анонимные изолированные клетки продолжают нести ка кие-то отпечатки генетического кода, они еще питаются и растут, их цитоплазма бьется и кипит, в нужный момент они делятся, но при этом остаются самовоспроизводящимися автоматами без опре деленной задачи. Они растеряли свою сущность и назначение и полностью утратили способность реализации потенциала, закоди рованного в их хромосомах. Код не затрагивается этим процес сом. Он сохраняет все инструкции, необходимые для жизни, но клетки разучиваются читать.
Невежественные клетки возвращаются, по-видимому, в состо яние, роднящее их с самыми первыми из когда-либо существовав ших живых организмов. Они снова становятся чем-то вроде об щих знаменателей низшего порядка, строительными блоками об щего назначения, способными двигаться в любом направлении. Но в истощенной культуре они никуда не направляются, а просто умирают. Существует один-единственный способ их спасти дать им новые инструкции. Если изгнанные из тела человеческие клетки подкармливать смесью, содержащей лошадиную серу, они начинают походить на клетки лошади и идут в этом направлении с обновленной энергией. Если же в одной из клеток происходит му тация, ситуацией овладевает новая линия, обладающая собствен ной энергией, и культура начинает расти уже за пределом Хейфли ка. Именно это и происходит с раковой клеткой. Претерпев мута цию, она получает команды, отличные от инструкций родитель ских клеток, и с этого момента выходит из-под их влияния. Ткань принимает иной вид, имеющий свои ограничения, а они, в свою очередь, могут подвергаться дальнейшим изменениям и мутациям.
Еще один способ оживления ослабевшей культуры - возвра тить ее в тело первоначального донора. Если клетки уже мутиро вали, они могут подчас породить злокачественные или раковые опухоли, но если генетический материал не претерпел никаких изменений, они начинают функционировать с прежней силой, вновь стремясь к определенной цели в полном соответствии со
своим местонахождением в организме. Глазные клетки зародыша лягушки можно отделить от глазницы и поместить в какую-либо часть желудка лягушки, и там они будут производить слизистую желудка, а не внутренний глаз. В организме существует сис тема координации, предусматривающая выполнение клетками то го, что требуется в данной области тела, хотя каждая клетка по тенциально способна выполнять любые другие задачи. Без такой координации группа клеток, пущенная в рост в каком-либо органе тела, породила бы нечто совершенно неподходящее. В какой по стоянной тревоге мы бы жили, если незначительный порез или ссадина на локте могли спровоцировать неорганизованную ре генерацию и появление на этом месте, скажем, младенца. Пример не так нелеп, как кажется, ведь существуют виды, например реч ная гидра, у которых именно так все и происходит. Бессмертные существа сохраняют ту свободу, которая позволяет каждой клетке воспроизводить целое, смертные же подчиняются общему проек гу, который распространяется и на отдельные органы.
Координационные центры, выполняющие генетические коман ды, не ограничиваются мозгом или эндокринными железами; они никогда не принадлежали какому-то одному органу, присутст вуя везде. Пример с табачной клеткой, которая выросла в целое правильно скоординированное растение, показывает, что управля ющая сила должна присутствовать в отдельно взятой клетке. Воз можно, этим свойством обладают все единичные клетки и в один прекрасный день мы создадим технологию, позволяющую вырас тить любое растение или животное из любой, даже самой малень кой его частички. Пока что из изолированных клеток животных можно производить только ткани ограниченного размера, но мы сделали одно существенное открытие, имеющее далеко идущие последствия. Тот факт, что изолированные клетки со временем теряют свои биологические характеристики, утрачивают связь с жизнью, впервые позволяет нам глубоко проникнуть в природу жизни и смерти.
В нормальных условиях организм поддерживает равновесие. Тело избегает вредного демографического взрыва, воспроизводя новые клетки по Мере отмирания старых. Ему не приходится ждать, поскольку гибель старых клеток в значительной степени предопределена. Каждый день кто-то из нас умирает, чтобы ос тальные могли жить. Очевидно, что неизбежно приходящая смерть не может быть случайностью, произвольным результатом конку ренции, обеспечивающей выживание самых приспособленных. Смерть имеет определенную задачу. Она включена в программу жизни, и выживание организма возможно лишь в том случае, если происходит планомерное отмирание некоторых его частей.
Недавний эксперимент с птенцами, проведенный двумя амери канскими эмбриологами, убедительно подтвердил этот факт. Эмб риологи показали, что крылья птиц могут стать функциональ ными, только если особые мезодермные клетки развивающегося крыла зародыша отмирают в установленные сроки и позволяют другим клеткам развиться в летательные мышцы. Смерть этих клеток является неотъемлемой частью роста всех летающих птиц. Сходный процесс запланированного убийства включен в программу развития лягушки. Головастики живут в воде, где они питаются водными растениями и передвигаются посредством волнообразных движений длинного мускулистого хвоста. По мере развития они меняют способ питания, включая в свой рацион личинок и червей, и постепенно придвигаются, все ближе и ближе к берегу, где могут рассчитывать на более разнообразную пищу
из насекомых. У головастиков отрастают конечности, и примерно в возрасте четырнадцати недель молодые лягушата выбираются на твердую землю, хвост им теперь только мешает. На этой стадии развития хвост постепенно исчезает - он поглощается изнутри специальными подвижными клетками, которые ведут себя точно так же, как белые кровяные тельца, нападающие на бактерии, с той только особенностью, что здесь мы наблюдаем акт канниба лизма. Жизнь движется, уничтожая самое себя.
Мы привели примеры того, как жизнь поддерживается с по мощью смерти в пределах единичного организма. Однако нам го раздо ближе и понятнее то, как смерть помогает сохранить необ ходимое равновесие в целой популяции, не позволяя ей слишком разрастись и стать неуправляемой. Не будь смерти, мир завоевали бы организмы, размножающиеся быстрее остальных. Одна малень кая невидимая бактерия может самостоятельно произвести за несколько часов огромное потомство, равное весу человека, а каж дый грамм почвы содержит 100 миллионов таких потенциальных патриархов. Менее чем за два дня вся поверхность Земли была бы покрыта зловонными дюнами бактерий всех цветов радуги. Бес препятственно размножаясь, простейшие дадут нам такую же картину за сорок дней; комнатной мухе потребуется четыре года, крысе - восемь лет, растения клевера смогут покрыть всю Землю за одиннадцать лет; но прежде, чем нас вытеснят слоны, пройдет не меньше века.
К счастью, рост популяции многих видов является самоограни чивающимся. В классическом случае ботанической преемствен ности растение-пионер, расцветающее на почве с низким содер жанием азота, продвигается затем на открытую площадку. Здесь оно пышно разрастается и в результате добавляет азот в почву. Таким образом, процветание становится причиной разрушения самого условия успешного развития. Для ограничения тех видов, которые лишены такого самоконтроля, существуют хищники, взимающие с них свою дань.
Жизнь питается жизнью, и в итоге мы получаем цикл, в кото ром атомы, образующие данную конкретную часть живой мате рии, бесконечно переходят из одной живой формы в другую. Зе леные растения производят жизнь из почвы, воды и энергии солнца. Они умеют извлекать свое сырье прямо из неживой мате рии, но затем растение съедается гусеницей, которую подхваты вает пролетающий воробей, попадающий, в свой черед, в когти ястреба, а тот умирает позже от обморожения и становится пищей жуков, роющихся в отбросах... и так далее. Попав в сеть живой материи, атомы захватываются чем-то вроде органической инер ции, проносящей их через бесконечные жизненные циклы, длящие ся веками. Может даже показаться, что жизнь способна внести
мистическое начало в неживую материю одним своим соприкос новением с ней, и, попав однажды в живую клетку, материя пре терпевает превращения, ведущие к возможности ее повторного вхождения в живую ткань. Позже мы увидим, что эти превраще ния постепенно учатся измерять.
Биофизик Джозеф Гоффман называет этот непрерывный про цесс "атомным водоворотом жизни" и напоминает, что за редким исключением вся наша пища была недавно частью другого живого существа, что рост растений зависит от наличия прежде жившей материи, даже если она, как, например, зола, была впоследствии сожжена. Ясно, что изменение, вносимое жизнью в материю, не имеет чисто химической природы.
И снова мы сталкиваемся с понятием степеней смерти. Остан ки живых организмов еще хранят следы жизни и Должны, вероят но, рассматриваться как ее часть. Каждая отдельная частичка живой материи, находящаяся ныне на поверхности земли, была со творена жизнью, и, вероятно, многие ее фрагменты несут на себе ее следы. По всем традиционным определениям, перегной мертв, но он тем не менее существенно отличается от камней. Гоффман пред полагает, что "живые существа знают гораздо больше, чем могут поведать", и что дерево раскидывает семена "в надежде", что им встретится не только голый камень. Учитывая известную нам связь между отдельными растениями и другой живой природой, трудно не согласиться, что сеть жизни заброшена так широко, что включает даже недавно "умершее".
На границе органической и неорганической материи находят ся весьма живучие бактерии. В отличие от аномальных вирусов эти организмы действительно образуют мост между живой и не живой субстанциями. Бактерии, безусловно, являются живыми, и, хотя они лучше чувствуют себя в теплой влажной среде, их можно встретить в самых разнообразных средах обитания. Многие из них могут существовать без кислорода, некоторые могут жить в воде почти при температуре кипения, и большинство выживает при температуре гораздо ниже нуля. Несколько разновидностей обладают способностью к фотосинтезу и, подобно растениям, получают энергию непосредственно от солнечного света, осталь ным же требуется органическая пища. Чтобы ее раздобыть, бак терии способствуют процессу разложения, при котором сложные органические компоненты разрушаются или превращаются в мине ралы, уступая тем самым место более простым Неорганическим химическим веществам. Бактерия поглощает то, что ей необхо димо, оставляя все прочее на долю природы. Многие из продук тов жизнедеятельности бактерий не возникают сами по себе, и, если бы не работа, бактерий, они бы навечно остались в формах, недоступных другим живым существам, и всякая жизнь на Земле вскоре прекратилась.
Сами бактерии, как мы видим, практически бессмертны. Вы растая до самого благоприятного размера, что занимает только двадцать минут, они просто делятся, и две новые бактерии пи таются и растут и вновь делятся. В идеальных условиях защи щенности от вирусов и белых кровяных телец ни одна из бакте рий никогда не умрет. Они не знают смерти от старости и не ста новятся трупами, кроме случаев их насильственного разрушения. Так, смерть становится бессмысленным понятием для большинства простейших сгустков живой материи, предназначенных к жизни внутри единичной клетки. Один короткий шаг - и эволюция как бы перешла от совершенно мертвой неорганической материи к вечной самовоспроизводящейся жизни. Сложные и гибкие взаимо отношения между жизнью и смертью оказываются изощренным новшеством, привнесенным в природу по каким-то особым при чинам.
Большинство простых организмов, состоящих из единичной клетки, воспроизводятся по методу бактерий, используя двой ное деление, когда родительская клетка делится на две дочерние. в каждой из которых содержится примерно половина первоиачаль ного материала. Если в клетке есть ядро, то оно делится первым так что каждая дочерняя клетка получает равную долю наслед ственного вещества организма. Если в клетке есть непарные струк туры, например единственный пищевод у инфузории-туфельк) (Pararnecium), то одна дочерняя клетка получает структуру це ликом, а другая вынуждена вырастить свою собственную, руко водствуясь инструкцией, содержащейся в ее доле ядра. Про стейшие паразиты, такие как Plasmodiunn, живущие в жидкой среде тела хозяина, защищены от опасностей внешней среды и просто купаются в пище, которую они всасывают через стенки клетки. В таких идеальных условиях воспроизводство происхо дит очень быстро. Отвергая двойное деление как слишком мед ленное, эти организмы используют множественное деление, когдг ядро быстро расщепляется на множество частей, каждая из ко торых оказывается окруженной крошечным кусочком протоплаз мы и становится отдельной клеткой. Потрясение, испытываемою организмом, когда в его кровотоке происходит неожиданное мно жественное деление и одновременное возникновение биллионом крошечных паразитов, вызывает симптомы малярии. Этот способ деления обеспечивает как Pararnecium, так и Plasmodium бес смертную непрерывность, свойственную бактериям.
Поднявшись выше по лестнице эволюции, можно встретить и другие бессмертные существа. Одно маленькое беспозвоночное вида Coelenterata носит имя мифического чудовища гидры вслед ствие своей способности отращивать новую голову или отпочко вывать совершенно самостоятельных индивидов прямо от боковых
поверхностей своего тела. Если плоского червя Planaria разре зать на кусочки, то из него получатся два, а то и несколько, совер шенно законченных особей, хотя любой другой вид, безусловно, погибает от такой операции. Конечность, отделенная от морской звезды, вскоре отращивает четыре недостающих органа и прини мается жить самостоятельно. Любой организм, для которого быст рое воспроизведение является необходимостью или преимущест вом, сочтет такую способность очень полезной, но есть здесь и своя ловушка. Каждая дочерняя клетка и каждое новое отпочко вание порождает потомство, ничем не отличающееся от родителей. Это прекрасно, но лишь до тех пор, пока условия остаются не изменными. В нашей динамичной системе выигрывают лишь те организмы, которые могут меняться вместе с изменениями окру жающей среды.
Жизнь нашла решение этой задачи, введя половые различия. Пока большая часть бактерий занималась делением, некоторые особи начали эксперимент по прямому обмену наследственным материалом между индивидами. В 1947 г. Джошуа Ледерберг из Колумбийского университета показал, что обитательница толстой кишки бацилла Escherichia, миллионы которой имеются в теле каждого человека, иногда встречается в двух формах, имеющих элементарные мужские и женские признаки. Время от времени вытянутая клетка мужского штамма приближается к округлой пухлой клетке женского типа, проталкивает короткий отросток через стенку женской клетки и вводит в нее генетический материал. Этот процесс переноса занимает около двух часов, значит, спа ривание бактерий длится в шесть раз дольше, чем неполовое вос производство. Похоже, что это приятный способ продления жизни.
Такой перенос ценен тем, что клетки, произведенные на свет женской бактерией, соединяют мужские и женские характерис тики. Впервые за эволюцию потомство имеет двух родителей и отличается от каждого из них. Преимущества этого способа раз вития для нужд приспособления к окружающей среде весьма ощу тимы, и половое размножение начинает играть все возрастающую роль в жизни организмов. В череде поколений оно поначалу сосу ществует с неполовой техникой деления и почкования, но со временем преимущества полового воспроизводства помогли ему одержать верх над всеми 'другими способами. В результате раз вились организмы, наделенные всеми половыми различиями. Это означало, что они могли быть либо мужскими, либо женскими осо бями и размножались только в том случае, если вкладывали час тички своих тел в союз, дающий жизнь новым индивидам. Впер вые организмы превратились в подлинно отдельные существа с конечным жизненным циклом. Они рождались, росли, достигали зрелости и размножались, а затем (в отличие от бактеоий. которые
просто делились и начинали все сначала) старились и умирали. Смерть - вот цена, которую мы уплатили за половые различия.
Взамен утраченного бессмертия организм обрел индивидуаль ность. Не просто временные фазы в бесконечном процессе, а от дельные существа со своими собственными особыми чертами. "Процесс воспроизводства был нарушен" - и это, пожалуй, все, что можно сказать о бактериях, зато аналогичное событие в мире насекомых описывается иначе: "кузнечик погиб". С появлением индивидов стал возможен переход от обобщения типа "смерть наступила" к точному указанию, кто конкретно умер. Но тут же вырисовывается новая проблема. Мы уже пришли к выводу, что организм остается живым, несмотря на то что некоторые из состав ляющих его клеток погибли. Мы даже предположили, что мертвые клетки могут считаться живыми на том основании, что они про должают играть определенную роль в выживании организма как целого. Индивиды, входящие в очень тесно связанное сообщество, могут оказаться в таком же положении.
Зоолог Клейборн Джоунз указывает, что выделить индивиду альную особь нисколько не легче, чем дать определение вида. Так, например, есть предположение, что рабочая пчела является вов се не организмом, а чем-то, что придумано человеком. А вот улей и есть единый организм. А если это так, то что происходит, когда погибает рабочая пчела: она ли умирает, или улей попросту те ряет один из своих компонентов? Существуют веские основания считать улей и муравейник целостными организмами. Одиночные рабочие пчелы или муравьи стерильны и так же неспособны раз множаться, как красные кровяные тельца. В самом деле, они осу ществляют ту же миссию доставки, и их шансы на самостоятель ное выживание столь малы, что не превышают возможностей изо лированной клетки крови. Так кто же может претендовать на индивидуальность - пчела или улей? Если улей является единым организмом, то зависит ли его выживание от количества живых ра бочих компонентов? Сколько нужно изъять пчел, чтобы счесть улей мертвым? Вероятно, на все эти вопросы можно дать один и тот же ответ, а именно: жизнь и смерть существуют бок о бок, и осмыс ленное определение любого из этих понятий неизбежно включает в себя оба полюса.
Возможность существования общественных организмов и груп повых индивидуальностей ставит еще один вопрос. Предположим, какая-то внешняя разрушительная сила разбила улей, не повредив ни одной пчелы, а просто разметав их по окрестностям. Улей исчез, но погиб ли организм? А если не погиб, то как назвать си туацию, когда разогнанные пчелы вливаются в новый улей, ста новясь его составными частями? Если убит и растерзан своими сородичами волк, мы говорим, что он умер. Так ли это? Дилемма
разрастается. Где помещается жизнь, пока ее части перестраи ваются? Это не просто философский вопрос. Развитие хирургиче ской пересадки органов ставит эту проблему в ряд важнейших моральных и юридических задач.
Морские губки состоят из массы клеток, организованных в сообщество, функционирующее как одно целое и представляющее собой, по мнению большинства зоологов, единый организм. Но если вы разрежете губку и протрете кусочки через шелковую ткань так, чтобы все клетки отделились друг от друга, эта неорга низованная кашица в скором времени вновь соединится, превра тившись в полноценную губку. Очень удачный эксперимент такого рода производился над красно-ржавой губкой Microciona prolifera и желто-зеленой губкой Cliona selata. Образчики обеих губок были мелко растерты и растворы тщательно перемешаны. Через двадцать четыре часа красные и желтые клетки реорганизовались и вновь соединились в форму первоначальных губок. К началу эксперимента имелись два разных живых организма. Встает во прос: что в них оставалось живым, а что погибло в смешанном растворе? Все клетки остались живы, но на какой стадии мы имеем право приписывать каждому из этих организмов индивидуальную .жизнь? И как объяснить тот странный факт, что несколько крас ных клеток благополучно встроились в желтую губку?
Можно оспорить право губок считаться отдельными организма ми на том основании, что это скорее колонии, но вот Теодор Хаушка проделал необычный опыт с несомненным организмом - мышью. Он взял зародыши мыши на тринадцатый день внутриутробного развития и размолол их так мелко, что они смогли пройти сквозь тонкую иглу шприца. Раствор с зародышами он ввел в полости девственных женских особей той же породы. Через пять недель у всех этих животных обнаружились в брюшной полости координи рованные массы костей и тканей. Они достигали размера недель ных зародышей. Очевидно, отдельные клетки оказались способны объединиться и развиваться в направлении образования закончен ных животных, только каких? Вероятно, мышей, но какого вида? Того же, какой сформировался бы в матке мыши-донора? А если нет, то что произошло с эмбрионами? Умерли?
Поведение индивидуальных клеток - ведущая нить всего клуб ка вопросов. В подходящих условиях многие типы клеток продол жают свободно размножаться вне тела. Технология выращивания тканей требует определенной температуры и сложного питатель ного раствора, содержащего до сотни различных ингредиентов. Большинство специалистов знают особые хитроумные приемы, помогающие началу процесса роста культуры. Клетки кост ного мозга или клетки слизистой кишечника свободно размножа ются в самом теле, и поэтому весьма велика вероятность их поста
и вне организма. Зародышевые клетки - тоже подходящие кан дидаты, поскольку они начинают быстро расти еще до начала опы та и переносят, видимо, часть инерции роста в новую ситуацию.
За последние годы удалось вырастить ткани из клеток уток, кроликов, коров, овец, лошадей, мышей, крыс, морских свинок, обезьян и людей. Зародышевые клетки часто группируются в со ответствующие данному биологическому виду структуры: напри мер, мышцы или кости имеют нормальный размер и форму. Из изо лированных клеток растений можно получить новый самостоятель ный организм. Культура ткани, выращенной из одной-единствен ной клетки ростка табака, развилась в лабораторных условиях во взрослое растение, с корнями, листьями и цветами. В каждой клетке любого живого организма скрывается потенциальная воз можность роста. В каждом ядре содержатся все необходимые инструкции для воспроизводства полностью функциональной ком бинации клеток, повторяющей форму особей данного вида. Хотя целое животное пока еще не удалось вырастить, теоретически препятствий к созданию новых индивидов, полностью тождествен ных первоначальному донору, не существует.
На практике есть одна неувязка. Она известна как предел Хейфлика. Л. Хейфлик, специалист по выращиванию тканей из Вистаровского института в Филадельфии, обнаружил, что куль тура зародышевой клетки человека способна размножаться толь ко на протяжении пятидесяти поколений. Даже в самых лучших условиях культура не может перешагнуть этот предел, и даже в самом теле клетка не способна размножаться дольше. Если мы вернемся к начальному моменту оплодотворения яйца, то сможем, пожалуй, добавить еще несколько поколений, а общая цифра в семьдесят поколений обеспечивает замену всех клеток тела 20 мил лионов раз. Разумеется, этого более чем достаточно для любой человеческой жизни. Но мы не располагаем сейчас свидетельст вами, что ограничение Хейфлика относится к клеткам, находящим ся на своем законном месте. Однако нам ясно, что изолированно выращиваемые клетки утрачивают со временем свою жизне способность. Позже мы увидим, что уже выделен фактор, который исчезает при искусственном выращивании. Усовершенствование методов проведения опытов может привести, я полагаю, к сохра нению или замене недостающего фактора и преодолению предела Хейфлика.
В области исследования тканей меня больше всего поражает открытие, связанное с поведением изолированной культуры, когда она приближается к названному пределу. Клетки, которые в начале их роста легко распознать как явно человеческие, утрачи вают постепенно определенную принадлежность. Клетки, побужда емые к многократному размножению, не ведущему к производст
ву специфического для данного вида органа или структуры, как бы "забывают", что в них заложено. Предел Хейфлика разли чен для каждого отдельного вида, но, приближаясь к точке рас пада, клетки любого организма претерпевают одно и то же пре вращение - они, похоже, "теряют память". Длительный процесс культивирования придает всем клеткам, независимо от их проис хождения, один и тот же вид. Очень различные по строению час тички слюнных желез фруктовой мухи, яичников овцы, внутрен него уха мыши или лепестков цветка неизбежно превращаются в однородную массу, в аморфные чешуйчатые клетки, лишенные специфической формы и знаков своего происхождения или назна чения. Они становятся своего рода произрастающими идиотами.
Эти анонимные изолированные клетки продолжают нести ка кие-то отпечатки генетического кода, они еще питаются и растут, их цитоплазма бьется и кипит, в нужный момент они делятся, но при этом остаются самовоспроизводящимися автоматами без опре деленной задачи. Они растеряли свою сущность и назначение и полностью утратили способность реализации потенциала, закоди рованного в их хромосомах. Код не затрагивается этим процес сом. Он сохраняет все инструкции, необходимые для жизни, но клетки разучиваются читать.
Невежественные клетки возвращаются, по-видимому, в состо яние, роднящее их с самыми первыми из когда-либо существовав ших живых организмов. Они снова становятся чем-то вроде об щих знаменателей низшего порядка, строительными блоками об щего назначения, способными двигаться в любом направлении. Но в истощенной культуре они никуда не направляются, а просто умирают. Существует один-единственный способ их спасти дать им новые инструкции. Если изгнанные из тела человеческие клетки подкармливать смесью, содержащей лошадиную серу, они начинают походить на клетки лошади и идут в этом направлении с обновленной энергией. Если же в одной из клеток происходит му тация, ситуацией овладевает новая линия, обладающая собствен ной энергией, и культура начинает расти уже за пределом Хейфли ка. Именно это и происходит с раковой клеткой. Претерпев мута цию, она получает команды, отличные от инструкций родитель ских клеток, и с этого момента выходит из-под их влияния. Ткань принимает иной вид, имеющий свои ограничения, а они, в свою очередь, могут подвергаться дальнейшим изменениям и мутациям.
Еще один способ оживления ослабевшей культуры - возвра тить ее в тело первоначального донора. Если клетки уже мутиро вали, они могут подчас породить злокачественные или раковые опухоли, но если генетический материал не претерпел никаких изменений, они начинают функционировать с прежней силой, вновь стремясь к определенной цели в полном соответствии со
своим местонахождением в организме. Глазные клетки зародыша лягушки можно отделить от глазницы и поместить в какую-либо часть желудка лягушки, и там они будут производить слизистую желудка, а не внутренний глаз. В организме существует сис тема координации, предусматривающая выполнение клетками то го, что требуется в данной области тела, хотя каждая клетка по тенциально способна выполнять любые другие задачи. Без такой координации группа клеток, пущенная в рост в каком-либо органе тела, породила бы нечто совершенно неподходящее. В какой по стоянной тревоге мы бы жили, если незначительный порез или ссадина на локте могли спровоцировать неорганизованную ре генерацию и появление на этом месте, скажем, младенца. Пример не так нелеп, как кажется, ведь существуют виды, например реч ная гидра, у которых именно так все и происходит. Бессмертные существа сохраняют ту свободу, которая позволяет каждой клетке воспроизводить целое, смертные же подчиняются общему проек гу, который распространяется и на отдельные органы.
Координационные центры, выполняющие генетические коман ды, не ограничиваются мозгом или эндокринными железами; они никогда не принадлежали какому-то одному органу, присутст вуя везде. Пример с табачной клеткой, которая выросла в целое правильно скоординированное растение, показывает, что управля ющая сила должна присутствовать в отдельно взятой клетке. Воз можно, этим свойством обладают все единичные клетки и в один прекрасный день мы создадим технологию, позволяющую вырас тить любое растение или животное из любой, даже самой малень кой его частички. Пока что из изолированных клеток животных можно производить только ткани ограниченного размера, но мы сделали одно существенное открытие, имеющее далеко идущие последствия. Тот факт, что изолированные клетки со временем теряют свои биологические характеристики, утрачивают связь с жизнью, впервые позволяет нам глубоко проникнуть в природу жизни и смерти.