Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают
Анна Витальевна Иванова
Подпишись на науку. Книги российских популяризаторов науки
Почему в обществе так много страха перед генетически модифицированными организмами? Аббревиатура ГМО за последние десятилетия превратилась в имя нарицательное, в клеймо позора на упаковке продуктов. Как правило, книги в защиту ГМО рассказывают читателю о том, почему ГМО не стоит бояться. Автор этой книги, биоинформатик и аналитик медицинских данных, задалась другой целью – показать, как же ГМО создаются, и распутать детективную историю об испорченной репутации.
Анна Иванова
Как ГМО спасает планету и почему люди этому мешают
В оформлении переплета использована фотография: Vasiliy Koval / Shutterstock.com
Используется по лицензии от Shutterstock.com
Во внутреннем оформлении использованы фотографии и иллюстрации: Jon Benedictus, Gigoliver, Anastasia Averina, Natspace, Mateusz Atroszko, Katerina Davidenko, StocKNick, meechai39 / Shutterstock.com
Используется по лицензии от Shutterstock.com
© Иванова Анна, текст, 2022
© Иволга М.В., иллюстрации, 2022
© ООО «Издательство «Эксмо», 2023
От автора
– Возьмите корм вот этой марки, они без ГМО.
– Вы считаете ГМО опасными?
– Нет. Я вообще на биофаке учусь. Просто люди такие лучше берут.
Этот диалог произошел несколько лет назад в зоомагазине на следующий день после внезапного появления в нашей жизни кошки. Не знаю, зачем записала его в тот день, но это оказалось правильным решением: он натолкнул меня не только на написание этой книги, но и на желание разобраться в тех механизмах человеческого мышления, работа с которыми и есть основная задача популяризатора науки.
Некоторые читатели блога сознавались мне, что когда-то предпочитали брать с полки продукты с маркировкой «без ГМО», хотя уже тогда не имели перед ГМО никаких явных страхов или вовсе были безразличны к вопросу. Такое поведение кажется контринтуитивным, но на самом деле ему есть совершенно научное объяснение. За исследования формирования суждений и принятия решений в условиях неопределенности в 2002 году израильско-американский психолог Даниел Канеман даже был удостоен Нобелевской премии по экономике. Профессор Канеман вместе с коллегами ввели понятия система 1 (С1) и система 2 (С2) для двух различных механизмов принятия решения[1 - Канеман Даниел. «Думай медленно… решай быстро».]. Каждый человек обладает обеими системами.
С1 – система быстрого реагирования, она постоянно находится в режиме «включено». Это она помогает нам реагировать на светофоре на выскочившую машину, выбирать вкус мороженого на десерт или отвечать улыбкой на улыбку незнакомца. Когда-то, в давние-давние времена, это она заставляла нас убегать от внезапно мелькнувшей тени, не дожидаясь, окажется эта тень проплывающим мимо облаком или пещерным медведем.
С2 – наш медленный и обстоятельный рациональный друг. Она обдумывает не только решение, но и его последствия, задействует имеющиеся знания, прошлый опыт и статистические данные.
У каждой из них свое место в наших жизнях: не миновать беды, если С2 решит взять поводья в свои руки перед летящей на вас на красный свет машиной. Как не миновать ее, если мы доверим С1 решать, стоит ли вакцинироваться от новой коронавирусной инфекции.
Кроме введения самого понятия двух систем, группа Даниела Канемана и Амоса Тверски пришла к выводу, что люди склонны подменять рациональные ответы (С2) интуитивными (С1), но при этом могут находиться в уверенности, что решение было тщательно обдумано и взвешено. Такая подмена почти всегда ведет к ошибкам (и иногда фатальным).
Согласно выводам авторов работы «Психологические факторы принятия решения о вакцинации», часть российских родителей не оценивает реальные риски побочных явлений при вакцинации или риски самого заболевания. Их решение склонно формироваться под влиянием психологических защитных механизмов[2 - В. К. Солондаев, Е. В. Конева, Н. Л. Черная. Психологические факторы принятия решения о вакцинации // Сибирский психологический журнал. 2016. № 59. С. 125–136. УДК 159.9:614.253 DOI: 10.17223/17267080/59/8]. Вспомнить громкую историю с родительского форума об осложнениях у некоего ребенка мозгу проще, чем столбики статистических данных. В итоге родителям кажется, что риски от вакцинации выше, чем риски самого заболевания. То есть для принятия важного для жизни ребенка решения родители иногда используют С1 вместо С2!
Но что служит пищей для С1? Наш личный опыт и опыт близких людей, наши эмоции и система ценностей, окружающая среда и предпочтение нулевого риска[3 - Предпочтение нулевого риска – когнитивное искажение. Из-за него мы склонны поступать так, чтобы полностью исключить один из нескольких рисков, вместо частичного снижения сразу нескольких рисков, которое может привести к уменьшению общего риска. Например, люди часто предпочитают выбрать бездействие вместо одного из возможных вариантов действия, полагая, что так они смогут избежать самой проблемы. «Спрятать голову в песок» – иногда говорят про такое поведение.]… Именно поэтому информация, вызывающая в нас эмоциональный отклик, так сильно влияет на принимаемые нами решения. Еще одним из важных пунктов в этом списке можно назвать влияние информационного поля – той информации, которую мы получаем из СМИ, интернет-ресурсов, постов в соцсетях[4 - Даниел Канеман – РБК: «Неразумные решения – путь к большому успеху. https://pro.rbc.ru/demo/5ce561759a79472ea92a6890]. Той информации, которая окружает нас в течение жизни. К сожалению, злую шутку здесь сыграли так горячо любимые мною технологии машинного обучения. Стремясь сделать алгоритмы выдачи поисковых систем и формирования лент новостей в соцсетях наиболее персонализированными, человечество само загнало себя в опасную ловушку. Каждый из нас погрузился в собственный информационный пузырь и оказался во власти иллюзии, что мир вокруг него таков, каким он видит его через экраны своего компьютера и мобильного телефона. Если человек однажды усомнился в пользе вакцинации, существовании ВИЧ или шарообразности Земли, то услужливые алгоритмы подгонят ему множество новостей, подтверждающих его точку зрения, а соцсети сами найдут ему в Сети единомышленников. Чем больше человек будет находиться в этом коконе, тем больше настроенной под это информации он получит. Тем сильнее укрепится в своих позициях.
Не так давно создатели крупных соцсетей осознали свою ошибку и размер нанесенного обществу ущерба в вопросах вакцинации. Теперь при каждом запросе о вакцинации при любой его формулировке пользователю первыми в выдаче будут показаны официальные ресурсы с достоверной, научно обоснованной информацией. Следующий удар системе персонализации новостей нанесла пандемия Covid-19. Любое упоминание пользователем ключевых слов на множестве разных ресурсов вызывает автоматический показ ссылок на научные данные. К сожалению, популяризаторам науки, бьющимся на полях сражений с мифами о плоской Земле, с отрицанием глобального потепления и высадки человека на Луну, с хемофобией и ГМО-фобией, с опасными для здоровья диетами и упражнениями, такой подмоги ждать не приходится.
Именно поэтому задача формирования информационного поля, основанного на научных данных, кажется мне первостепенной для популяризаторов, научных журналистов и коммуникаторов, всех неравнодушных сторонников критического мышления. Иными словами: мы не можем заставить людей использовать С2 для принятия решений. Настоящая наша задача – это калибровка С1, чтобы товары без маркировки «не содержит ГМО» были «интуитивно» более привлекательны покупателю, чтобы первой ассоциацией на слово «вакцина» всплывало слово «защита» и чтобы при первых признаках простуды рука сама «на всякий случай» не тянулась к заначке антибиотиков. Цель автора этой книги – внести свой вклад в этот процесс.
В моей работе биоинформатика и специалиста по анализу биологических и медицинских данных мне постоянно приходится смотреть на вещи под разными углами. Так я вижу их как математик, чтобы учитывать статистические процессы и математические модели, лежащие в их основе. Так я изучаю их глазами биолога, чтобы понять причины и следствия, определить механизмы и уложить их на фундамент научных знаний о мире. А затем трогаю их руками программиста, чтобы соединить результаты работы первого и второго. Затем в гости к этой шайке обязательно заглядывает популяризатор и неизменно пытается устроить еще больший балаган, где раскрашивает выводы глупыми (и не очень) аналогиями и травит байки из истории науки. Вся эта банда (в лице уставшего от их постоянного гвалта автора) искренне надеется, что у нее получится достичь этой светлой цели в интересной для читателя форме.
Часть 1. Или часть-матчасть
Введение
В чем только не соревновались мы в детстве с одноклассниками! Кто первым съедет верхом на стуле по лестнице с третьего этажа до первого, кто сможет на большее время задержать дыхание, кто быстрее всех произнесет английский алфавит и даже кто сможет с первого раза без единой запинки произнести «дезоксирибонуклеиновая кислота». К сожалению, ровно на этом знания генетики у 11 «Л» класса и заканчивались.
Последние 6 лет, которые я с переменным успехом занимаюсь популяризацией науки, в многочисленных разговорах с читателями блога LabMouse вырисовалась совсем нерадостная картина: многим из них повезло не больше. Я точно знаю, что в мире есть совершенно потрясающие школьные учителя биологии (и мне очень повезло быть лично знакомой с несколькими из них), которые любят свой предмет, постоянно обновляют собственные знания, могут заинтересовать ученика и даже помочь ему найти любимую профессию. Но если вдруг по этой или иной причине вам кажется, что перед чтением этой книги вам стоило бы освежить свои знания генетики, то первая глава книги написана специально с этой целью. Если же знания биологии постоянно находятся в вашей активной памяти, то главу 1 вы можете бегло пролистать. Однако не пропускайте ее совсем уж полностью. Среди привычно знакомой вам информации я постаралась встроить немного интересных данных, полученных учеными за последние годы.
Попробуйте провести эксперимент: задайте произвольному человеку вопрос «что такое ГМО?». Я готова поспорить, что большинство из вас получит ответ, который можно сформулировать как-то так: ученые пошли против природы и специально изменили гены таких организмов. Это убеждение невероятно популярно. И в следующих нескольких главах мы поговорим о том, сколько же в нем правды.
Глава 1, в которой мы вспоминаем, как все устроено
Вот ведь что странно. Когда физик пишет популярную книгу об элементарных частицах, от него никто не требует начинать с объяснения того, что такое молекула, атом, атомное ядро. Считается, что все это и так знают. Но любая попытка писать о современных проблемах генетики, не объяснив сначала, что такое гены и хромосомы, решительно пресекается редактором и рецензентами.
Нет, – говорят они, – так непонятно.
Но как же, ведь и устройство ДНК, и законы Менделя учат в школе!
Это ничего не значит. Мало ли чему учат в школе. Вот я, например, – говорит редактор, – понятия не имею о том, что такое гетерозигота и чем она отличается от гомозиготы.
Но ведь чтобы это все объяснить, – начинаю оправдываться я, – нужно написать отдельную большую книгу вовсе не о том, о чем хочу написать я.
А вы коротенько, в первой главе объясните все фундаментальные понятия, а потом уж пишите, что хотите про ваших кошек.
П. М. Бородин. Кошки и гены
Честно говоря, с редактором Павла Михайловича я скорее согласна. Уж лучше в самом начале договориться, что вы планируете говорить об одном и том же, чем очень долго спорить каждый о своем. Эта мысль возникла у меня впервые пару лет назад, после многочасовых споров о том, почему традиционная селекция ничем не безопаснее[5 - Такой предмет спора и постановка вопроса сами по себе бессмысленны, но к обсуждению этого мы еще много раз вернемся на страницах этой книги.] генной модификации. И только пару километров сообщений спустя случайно выяснилось, что под той самой традиционной селекцией мы с собеседником понимаем совсем разные вещи. Но об этом я предлагаю поговорить в отдельной главе. Пока же последуем мудрому совету и… будем говорить о пицце.
1.1. Говорить о пицце
Вы умеете готовить пиццу? Я – нет. Но я попробую пофантазировать, что все-таки умею. По традиции тесто следует готовить самостоятельно. Смешать муку из твердых сортов пшеницы с водой, дрожжами, солью и свежевыжатым оливковым маслом, а затем по всем правилам завести. Собрать на собственном огороде за домом самые спелые и ароматные томаты и приготовить томатный соус. За сыром нужно отправиться в… хлев – будущий сыр надо сначала добыть из упрямой козы.
Сколько же деталей! Хорошо бы подробно записать их все для будущих поколений. Создать настоящую энциклопедию о пицце с тысячами рецептов мировых кухонь и новомодных экспериментов от шеф-поваров известных ресторанов. Вот это вышла бы книга!
А ведь подобной кулинарной книгой запаслась каждая клетка нашего тела. Да и не только нашего – все живые существа, от помидора до бактерии, живущей на его спелом боку, таскают с собой такую энциклопедию. Правда, готовить по ней нужно не пиццу, а много куда более интересных вещей.
Мы зовем эту книгу геномом. Геном живого существа – это кулинарная книга, генеральный строительный план, по которому будет изготовлена каждая деталь и собран сложный механизм – живое существо. Но что представляет собой этот план?
Как кулинарная книга состоит из отдельных глав – рецептов, так наш геном состоит из генов[6 - И не только. Но об этом мы поговорим далее.]. Как повар читает рецепт перед началом готовки, так специальные молекулярные «машинки» внутри каждой клетки читают информацию с генов и переводят ее в молекулы РНК. Прочитав кулинарный рецепт, повар начинает готовить блюдо. Например, соус для пиццы. По прочитанному с гена «рецепту» механизмы клетки готовят белок[7 - На самом деле в генах записана информация не только для создания белков, но и для создания разных необходимых для работы клетки молекул РНК. Но в упрощенном случае принято говорить, что ген – это «инструкция» именно по построению белка.]. Тесто, сыр, соус и, наконец, сама пицца – это все уже не буквы на бумаге. Это вещественное и съедобное, результат работы повара. Результат работы «молекулярной кухни» внутри клетки – аминокислотные последовательности и сложенные из них впоследствии белки.
Представьте дальше, что нашу энциклопедию о приготовлении пиццы мы разослали в разные уголки мира. В ресторанчике на Крайнем Севере вряд ли станут готовить пиццу по рецепту с тропическими фруктами. А в ресторане в самом сердце австралийской пустыни повару не по возможностям пицца с ломтиками свежего лосося. Хотя книга рецептов и будет одинакова на каждой кухне, но готовить из нее повара будут по разным рецептам. Так и каждая клетка тела любого живого организма содержит одинаковый[8 - Почему это не совсем так, мы поговорим далее в этой же главе. А тут я просто добавлю, что есть еще такие явления, как мозаицизм и химеризм, о которых я не имею возможности рассказать на страницах этой книги, но поглубже самостоятельно закопаться в эту тему читателю очень рекомендую (например, вот тут «Геномная головоломка: открой в себе мозаика». https://biomolecula.ru/articles/genomnaia-golovolomka-otkroi-v-sebe-mozaika). Там просто море всего шокирующего и интересного. А еще есть наши клетки иммунной системы, раковые клетки… Короче говоря, главное правило генетики в том, что на любое правило в ней обязательно найдется исключение. Но в настоящей науке и не бывает простых ответов. Зато бывают невероятно интересные поиски ответов настоящих!] геном, но в каждой клетке читается только та часть генов, что нужна именно этой клетке для выполнения ее функций.
Пожалуй, пора перейти от абстрактных сравнений к скучным деталям.
• Геном – это совокупность всех молекул ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) или РНК (рибонуклеиновой кислоты, как, например, у некоторых вирусов), которые расположены в клетке.
• В живых клетках ДНК не «разбросана» просто так, а уложена в аккуратные структуры, в поддержке которых участвуют специальные белки.
• Каждая отдельная молекула ДНК с прикрепленными к ней белками называется хромосомой. К примеру, геном человека состоит из 46 хромосом, расположенных в ядре клетки, и множества небольших молекул ДНК, которые находятся в митохондриях[9 - Митохондрии – это небольшие внутриклеточные органеллы, которые выполняют в них функции энергетических станций. История появления в ядерных организмах митохондрий в процессе эволюции жизни на Земле сама по себе достойна отдельных книг. И их написано уже немало. К примеру, замечательно рассказана эта история в книге «Рождение сложности. Эволюционная биология сегодня: неожиданные открытия и новые вопросы» А. Маркова].
• В геноме бактерий, как правило, всего одна хромосома и несколько очень маленьких молекул ДНК, которые называются плазмидами.
Запомните это слово. Ведь благодаря механизму обмена плазмидами, о котором мы еще поговорим далее, бактерии умеют становиться настоящими суперзлодеями и приобретать антибиотикорезистентность. Но для нас гораздо интереснее то, что благодаря этому же механизму ученые смогли поставить бактерии на службу во благо человечества. Плазмиды – один из главных инструментов генетической модификации!
Геномы растений и вовсе космос. Без пол-литра крепкого чая с ними разобраться никаких шансов. Одна только простая и привычная пшеница способна свести с ума любого неподготовленного биолога сложностью устройства своего генома[10 - Shifting the limits in wheat research and breeding using a fully annotated reference genome The International Wheat Genome Sequencing Consortium (IWGSC), Rudi Appels1 et al Science 17 Aug 2018: Vol. 361, Issue 6403, eaar7191 DOI: 10.1126/science.aar7191.]. А некоторые растения и вовсе обзавелись в процессе эволюции тысячами хромосом! И это я еще промолчу, что в клетках растений есть хлоропласты со своими собственными геномами. Очень хорошо представляю, как легко запутаться во всем этом с ходу и забросить эту книжку как можно дальше. Поэтому мы начнем по порядку.
1.2. По порядку
В основе всего атомы. Если вернуться к аналогии про приготовление пиццы, то атомы будут отдельными крупинками муки.
Все в мире состоит из атомов. Атомы могут соединяться друг с другом, образуя молекулы. Сами атомы настолько малы, что без применения сложных технических подходов разглядеть их невозможно[11 - Не так давно David Nadlinger из Оксфордского университета все-таки смог сделать это с атомом стронция, сфотографировав его на обычный фотоаппарат при помощи некоторых технических ухищрений.] даже в самый сильный микроскоп. Но можно, например, пытаться увидеть не саму молекулу, а восстановить ее вид по «теням», которые отбрасывают ее атомы в рентгеновских лучах, – этот метод носит название «рентгеноструктурный анализ». Еще молекулу можно поместить в магнитное поле, затем подвергнуть действию других магнитных полей, считать сигналы поведения атомов, возмущенных таким безобразием, и проанализировать их при помощи компьютера, воссоздав трехмерную структуру их расположения. Метод, основанный на явлении ядерно-магнитного резонанса (ЯМР), называется ЯМР-спектроскопия. А вот еще популярный метод: молекулу можно превратить в замороженный кристалл и «фотографировать» уже его. Это криоэлектронная микроскопия.
В общем, вот из таких микроскопических частиц (атомов) состоит и кристалл соли, и частица космической пыли у далекой звезды, и воздух, которым мы с вами дышим. И даже мы с вами. Не знаю, как вам, а мне удивительно сознавать, что я состою из тех же самых частиц, что миллиарды и миллиарды лет назад были частью далеких, ныне ярко погибших звезд.
В этом месте можно справедливо отметить, что все вокруг (и включая) нас лишь физика. Или химия. Все зависит только от того, физик или химик возьмется рассказывать эту историю.
В основе любого организма, живущего на планете Земля, лежат атомы углерода и водорода. Они – кирпичики, из которых построены все органические (то есть обязательно имеющие в своем составе углерод) вещества. Вполне возможно, на иных планетах и в иных Вселенных совсем другие атомы являются основой жизни. Эта идея уже много десятилетий любима не только писателями-фантастами, но и серьезными учеными. Однако на старушке Земле все сложилось именно так.
Часто вместе с упомянутой выше парочкой можно встретить также кислород, азот, фосфор и серу, а иногда и более экзотических ребят. Некоторые органические вещества, например, не стесняются иметь в своем составе атом магния или железа. Но кто их решится за это осуждать.
Основные молекулы, с которыми нам обязательно нужно познакомиться как можно ближе для комфортного чтения этой книги, называются аденин, тимин, гуанин и цитозин. Они – основные строительные и информационные единицы самой главной молекулы всего живого – молекулы ДНК[12 - Не в обиду молекуле РНК, чью важность преуменьшить просто невозможно. Но ради любопытства спросите разных ученых о том, какая молекула в клетке главная. Исследователи РНК вам ответят, что это, конечно, РНК, а исследователи ДНК скажут то же самое о ДНК. Я работаю с геномными данными, а поэтому принадлежу ко второму лагерю.]. Всю их группу называют азотистые основания (а иногда просто основания). Каждое азотистое основание в ДНК соединено с остатком молекулы сахара – дезоксирибозы. Она тоже состоит из атомов углерода, кислорода и водорода.
А теперь мне потребуется ваше воображение. Представьте себе, что молекула сахара – это такое смешное одушевленное существо, у которого есть две цепких лапки. Одну из лапок оно протянет к какому-то из азотистых оснований, например к тимину, и крепко за него ухватится. Вторую лапку протянет к другой такой же молекуле сахара и ухватится за нее. Но не «голыми руками», а через связку с использованием атома фосфора – этакую «фосфатную рукавичку». Взгляните на картинку. Такую конструкцию можно назвать «позвоночником» молекулы ДНК. Или сахарофосфатным остовом, поскольку он состоит из сахаров и фосфатных (содержащих в себе фосфор) групп. Вторая молекула сахара тоже не лыком шита: она точно так же имеет две лапки, одной из которых поймает свое азотистое основание – пусть это будет молекула гуанина, – а второй через такую же фосфатную рукавичку ухватит третий сахар. Эта третья молекула сахара тоже имеет две лапки…
