Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Рагувир Партасарати

Элементы 2.0

Биофизик Рагувир Партасарати объясняет, как четыре физических принципа – самосборка, регуляторные схемы, предсказуемая случайность и масштабирование – определяют структуру и поведение биологических систем, от укладки молекул белка и активности генов до судьбы бактерий в кишечном сообществе. Эти закономерности лежат в основе всего многообразия живой природы и позволяют развивать немыслимые прежде биотехнологии. Действие физических правил автор разбирает на массе примеров, включая упаковку вирусной ДНК, устройство мембран, закладку плана тела в эмбриогенезе, органы на чипе, редактирование генома, прионные болезни и муковисцидоз.

В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Рагувир Партасарати

Простое начало. Как четыре закона физики формируют живой мир

Памяти моих родителей

Калиани и Сампата Партасарати

© 2022 by Princeton University Press

© З. Мамедьяров, перевод на русский язык, 2024

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2024

© ООО “Издательство Аст”, 2024

Издательство CORPUS ®

Введение

Как устроена жизнь? Этот вопрос может показаться обескураживающим и даже абсурдным. Как один и тот же ответ может быть справедливым по отношению и к стремительному гепарду, и к неподвижному дереву, и к вашей уникальности, и к триллионам бактерий, которые живут внутри вас? Опыт даже одного-единственного организма головокружительно разнообразен: представьте, например, как маленькая курочка вылупляется из яйца, как затем она впервые взмахивает крыльями, как стучит ее сердце при виде лисы и как пища и вода внутри нее превращаются в ее собственные яйца. Можно ли уместить все это в какой-то одной интеллектуальной рамке?

Поиск ответа на этот вопрос – поиск какого-то единства в разнообразии жизни – отражается в нашем исконном стремлении к категоризации живых существ на основе сходств в их внешнем виде и поведении. Аристотель делил животных на группы по таким признакам, как яйце- и живорождение. В древнеиндийских текстах применялся целый ряд критериев, включая и способ появления на свет: «те, что из яйца; те, что из зародыша; те, что из влаги; те, что из ростка»

. Современная таксономия выросла из трудов Карла Линнея, ученого XVIII века, который систематизировал названия живых существ и разработал применяемую по сей день иерархическую систему классификации на основе общих характеристик организмов. И все же одной классификации недостаточно. Мы хотим понимать, почему появляются общие черты, объединяющие организмы, а не только знать, каковы они.

В этой книге мы будем рассматривать то самое «почему» сквозь призму физики и прольем свет на удивительную изящность и упорядоченность биологии. Разумеется, это не единственный ракурс, позволяющий заглянуть в глубины жизни. С позиции биохимии, например, можно увидеть, как из атомов формируются молекулярные компоненты органического вещества, как энергия запасается в химических связях и извлекается из них и как из постоянного преобразования вещества и энергии в ходе химических реакций выстраивается метаболизм живых организмов. Но с помощью одной лишь химии сложно переключаться с масштаба молекул на масштаб окружающих нас животных, растений и даже отдельных клеток, а также постигать концепцию формы.

Столь же всеобъемлющую картину рисует и теория эволюции. С середины XIX века, когда на Чарльза Дарвина и Альфреда Рассела Уоллеса снизошло озарение, мы видим в тех или иных чертах живых существ проявления более глубоких исторических процессов. Сходства – что в видимых анатомических характеристиках, что в скрытой от глаз структуре ДНК – могут говорить о происхождении от общих предков, и это позволяет нам строить дерево взаимосвязей, объединяющее все живое на планете. Различия возникают по воле случая и закрепляются под давлением неодинаковых факторов среды – опять же в современных формах жизни отражается история. Теория эволюции дает нам прекрасную систему координат для изучения жизни, однако не займет в этой книге центральное место. Отчасти потому, что ей посвящено немало популярной литературы