Эволюция под мышкой

Есть цитаты, повторять которые уже просто неприлично, потому что их приводят все и всегда, вообще ни один разговор соответствующей тематики без них не обходится. Тем не менее, фраза Феодосия Добржанского «ничто в биологии не имеет смысла кроме как в свете эволюции» не теряет своей актуальности и неизменно просится в текст при обсуждении вообще любого вопроса, хоть как-то связанного с живой природой.

В контексте моей книжки про лженауку универсальность эволюционных принципов очередной раз всплыла в главе про вакцинацию. Дело даже не в том, что эволюционируют бактерии и вирусы (и их направленная эволюция позволяет создавать новые эффективные вакцины). Дело в том, что классический эволюционный процесс — с наследственностью, изменчивостью и отбором — ежесекундно происходит в нашем собственном теле. Это базовый принцип работы иммунной системы.

У человека примерно 25 тысяч генов. Число молекул, к которым мы можем сформировать антитела (по сдержанной оценке, которая приводится в учебнике по иммунологии Александра Ярилина) — около миллиона. Очевидно, что эти потенциально возможные антитела не могут быть закодированы в нашей ДНК. Они получаются в результате эволюции.

Базовых условий у любого эволюционного процесса три. Во-первых, нужна изменчивость: объекты эволюции (в данном случае B-лимфоциты) должны отличаться друг от друга, чтобы было из чего выбирать. Во-вторых, нужна наследственность — однажды появившееся свойство должны унаследовать потомки. В-третьих, нужен отбор: разные особи (или клетки) должны выживать и размножаться с разной вероятностью в зависимости от своей приспособленности. Все это мы наблюдаем внутри нашего организма.

Когда в костном мозге формируются новые B-лимфоциты, в них запускается процесс реаранжировки генов. ДНК, кодирующая тот участок будущих антител, который будет связываться с молекулами врага, подвергается масштабным перестройкам: часть нуклеотидов удаляется, часть достраивается, причем случайным образом. В результате получаются клетки, способные вырабатывать совершенно новые антитела. С чем они будут связываться и будут ли с чем-нибудь связываться вообще, пока совершенно неизвестно.

После этого проходит отрицательная селекция: клетки тестируются на способность взаимодействовать с собственными белками организма. Если такое взаимодействие происходит, это плохо — это чревато аутоиммунными заболеваниями. Поэтому клетки, уличенные в такой способности, проходят еще один цикл реаранжировки генов, а если и это не помогло — уничтожаются.

Юные B-лимфоциты выходят в кровь, путешествуют по межклеточному пространству, тусуются в лимфоидной ткани кишечника, и везде пытаются встретить врага и связаться с ним. Если удалось с чем-нибудь связаться, В-лимфоцит это что-нибудь захватывает, съедает, тащит в лимфатический узел (например, в подмышечный, чтобы оправдать заголовок). Там он должен получить сигнал от другой клетки иммунной системы, Т-хелпера, который тоже нашел такого же врага. Если это произошло, В-лимфоциты начинают размножаться — и при этом гены, кодирующие их антитела, интенсивно мутируют. Антитела большинства потомков будут связываться с найденным врагом хуже, чем у лимфоцита-основателя, но зато некоторые будут связываться с ним идеально. Именно такие лимфоциты образуют плазматические клетки, которые уже будут синтезировать антитела в огромных количествах, и еще B-клетки памяти, которые запомнят, какие именно антитела нужны против такого патогена. Когда подходящие антитела уже есть, у возбудителя болезни практически нет шансов: он весь будет облеплен антителами, они будут мешать заражать новые клетки, привлекать внимание макрофагов и запускать всякие прочие системы уничтожения патогена.

Практический вывод из этой истории в том, что процесс отбора подходящих антител (в котором, естественно, есть еще куча деталей и тонкостей, которые тут не описаны) занимает довольно много времени: около недели с момента первого контакта с возбудителем. Этого времени более чем достаточно, чтобы бактерия или вирус успели вызвать серьезное заболевание или даже убить человека. А вот если способ синтеза нужных антител уже известен, отбор уже пройден, то на разворачивание полноценного иммунного ответа потребуется 1-3 дня, так что болезнь пройдет в легкой форме или даже вообще останется незамеченной. Собственно, именно поэтому нужна вакцинация: она предоставляет организму возможность подготовиться ко встрече с опасностью в спокойной обстановке.

Философский вывод из этой истории в том, что эволюция везде. Что, если бы она не происходила с нашими собственными лимфоцитами, то мы бы уже сто раз померли. Здесь мне понадобится еще одна известная цитата, на этот раз из «Рождения сложности» Александра Маркова: «Я наивно полагал, что в наши дни, когда мы так много знаем об устройстве и историческом развитии органического мира, быть креационистом может только идиот. Я испытал шок, когда осознал, что быть идиотом для этого необязательно — достаточно просто не знать биологии».