Почему гены не дают всех ответов биологам
Хотя многие до сих пор верят, что ген — основа жизни, а его открытие объяснило, как все живые существа контролируются унаследованными факторами, учёные и философы начинают сомневаться в релевантности гена для понимания биологии.
Несмотря на столетнюю центральную роль, универсального и постоянного определения гена так и не существует. Попытки связать человеческие черты с генами имели ограниченный успех.
Наше понимание генов и того, как они определяют признаки (включая наследственные болезни), постоянно меняется. В книге The Gene: From Genetics to Postgenomics авторы прослеживают эту историю. С появлением технологий быстрого и дешёвого секвенирования целых геномов стало возможным изучать сложные биомолекулярные системы в развитии.
Функция генов теперь понимается как зависящая от систем эпигенетического наследования и сигналов окружающей среды. Активация гена для производства белка зависит от его "упаковки" в хромосомы и информации, получаемой организмом из среды.
Важнейшее открытие, связанное с геном в начале XX века: порядок работы генов не отражает порядок развития организма. Один ген не связан с одним признаком — многие гены контролируют многие признаки. И наоборот, один признак часто контролируется сотнями генов, образующих сложные сети взаимодействий.
Изучение генов было сложным с самого начала. Законы Менделя, переоткрытые в 1900 году, ранние генетики не воспринимали как описание реальности. Они служили отправной точкой для картирования генов на хромосомы и изучения их взаимодействий в сложных экспериментах.
В 1930-1940-х годах, используя насекомых, плесень, бактерии и вирусы, учёные начали переносить гены, наблюдая разные реакции. Радиация использовалась для измерения их размера.
После идентификации ДНК как наследственного материала в 1953 году появилась возможность напрямую манипулировать генетическим кодом. Однако выяснилось, что гены — не чётко определённые участки ДНК, напрямую переводящиеся в структуру белка.
Гены могут состоять из отдельных блоков, распределённых по геному и имеющих разные функции. Они могут перекрываться и считываться разными способами. Их продукты, в свою очередь, могут разрезаться и сшиваться различными путями. Все эти активности зависят от множества сигналов — из клетки, других клеток или окружающей среды.
Именно эти открытия сделали единое жёсткое определение гена невозможным. Вместо этого разрабатывались экспериментальные системы, в которых гены определялись гибко, чтобы отслеживать процессы развития и эволюции организмов.
Вариативность гена
То, что значит быть геном, сильно варьируется, как и всё в биологии, поскольку гены — не столько автономные единицы жизни, сколько продукт эволюции.
Биологи, конечно, продолжат говорить о генах. Но гены больше не будут рассматриваться как "чертёж жизни", даже если технологические и медицинские применения генной инженерии наводят на эту мысль. Вместо этого они всё чаще рассматриваются лишь как один из многих ресурсов, которые организмы используют для адаптации к вызовам среды.
Для решения медицинских и экологических проблем учёным придётся работать в составе всё более крупных команд с компьютерщиками, физиками, биохимиками и эволюционными биологами. Эта работа будет трудоёмкой и сложной для объяснения. Им нужно будет яснее показать общественности, что иногда исследования — это процесс, не дающий чёткого пути в будущее.
Узнавая больше о гене, мы всегда будем сталкиваться с неожиданностями. История гена, некогда считавшегося одним из величайших триумфов науки XX века, показывает, насколько запутанной и непредсказуемой может быть наука.