О генах, кодирующих управление биохимическими процессами

Индивидуальный набор молекул ДНК называется геномом, а генотипом называется совокупность всех наследственных признаков особи. Современная наука полагает, что вся информация о генотипе находится именно в геноме, т. е. на физическом уровне. Однако, это справедливо лишь отчасти.

Прежде мы говорили о молекулах ДНК, которые задают набор белков, из которых строятся органы и ткани тела, а также упоминали о тех молекулах ДНК, в которых гены (определенные отрезки этих молекул) кодируют – в соответствии с информацией на программном уровне – совокупность всех признаков, определяющих облик и строение тела.

Конечно же, этим не исчерпывается назначение молекул ДНК. Следует сказать о тех из них, в которых гены кодируют те или иные пакеты программ для управления биохимическими процессами в организме на самых разных уровнях его организации: от синтеза в клетках молекул какого‑либо определенного типа до гомеостаза тела, т. е. поддержания в норме его биохимических показателей. Отличительной особенностью таких генов является то, что они могут быть задействованы не все время. Так, несмотря на наличие в наборе ДНК гена, кодирующего синтез некоторого гормона, этот гормон не будет синтезироваться до тех пор, пока не произойдет т. н. экспрессия этого гена. В рамках нашего подхода явление экспрессии гена означает просто включение и функционирование того пакета программ, которому соответствует данный ген. Одна и та же часть гомеостаза, например, может управляться – в зависимости от состояния тела и параметров окружающей среды – различными пакетами программ, обеспечивающими различные режимы ее работы (в том числе аварийные); кроме того, для важнейших пакетов могут быть созданы резервные копии. И каждый предназначенный к использованию пакет программ должен иметь соответствующий только ему ген в наборе ДНК.

Важно отметить, что лишь гены, кодирующие строительные белки организма, являются прямыми носителями соответствующего кусочка генотипа. Гены же, кодирующие управление биохимическими процессами – как и гены, кодирующие облик и строение тела – не являются носителями той информации, которую они кодируют. Эти гены являются лишь ключами к информации, находящейся на программном уровне. Информационная емкость гена, определяемая составом и конфигурацией входящих в него атомов, и даже исчисляемая в единицах измерения информации – байтах – говорит лишь о степени секретности замка, а отнюдь не о мощности программного обеспечения, находящегося под этим замком. Так, ген емкостью в несколько килобайт может служить ключом к пакету программ в десятки гигабайт (при этом мы понимаем мощность программ в том же смысле, что и емкость генов: если уж строение молекул можно описывать на языке байтов, то этот язык годится и для программ, определяющих биохимические процессы, которые сводятся к превращениям молекул). Таким образом, реальный задействованный объем информации совершенно несопоставим с информационной емкостью генома и может превышать эту емкость на много порядков. Впрочем, чрезмерная величина этого превышения имеет серьезный практический недостаток, связанный с риском потери доступа к большим массивам информации, т. е. с риском ощутимого ухудшения управления, при небольших повреждениях генома. Поэтому существуют какие‑то оптимальные величины массивов, которые кодирует один ген – надо полагать, что Программисты знают теорию оптимального кодирования не хуже, чем люди.

Важным правилом при вводе в работу новых генов является нежелательность их межвидового дублирования – генофонд каждого биологического вида должен быть уникален. Если в геноме твари случайно окажется ген, который задействован в другом биологическом виде, то к этой твари окажется подключенным чужое управление, которое, мягко говоря, не пойдет ей на пользу. Если же использовать чужой рабочий ген намеренно, например, с целью паразитирования, и сознательно строить на этой основе жизнедеятельность своих тварей‑упырей, то это чревато другими неприятностями. Фокусы такого рода очень быстро раскрываются, и Программист, который опекает обворовываемый биологический вид, может, например, перекодировать соответствующий пакет программ и, таким образом, отключить у тварей‑упырей ворованное жизнеобеспечение. Кстати, правило уникальности генофонда каждого биологического вида имеет интересное следствие. Если при конструировании генов наращивание числа атомов в них производится по мере того, как исчерпываются возможности обойтись меньшим числом атомов, то средняя информационная емкость гена, как ключа, продиктована не степенью секретности – она обусловлена, главным образом, видовым многообразием, из которого вытекает совокупное количество потребных генов. Вот почему представители тех видов, которые в ходе эволюции появлялись на планете все позже, имели, как правило, все более емкие геномы – а не потому, что их тела радикально усложнялись. Этим и можно объяснить генетические парадоксы из разряда тех, когда особи очень похожих видов имеют существенно различающиеся по величине геномы, а особи видов, весьма сильно различающихся по сложности строения тел, имеют геномы практически одинаковой величины. Неудивительно, что геном новейшего вида какой‑нибудь мошки может оказаться больше генома, скажем, акулы или кита.

Итак, «генетическая чистота» биологических видов – это правило, нарушать которое остерегаются даже Программисты. Но что до этого нашим генным инженерам, которые работают в поте лица, чтобы научиться искусственно нарушать генетическую чистоту и уже достигли здесь некоторых успехов!