Откуда внутри каждого из нас бирюзовая команда и отряд заправских партизан? Чем сходен кондовый индусский код и архитектура биологических систем? Что армия позаимствовала у биологии? И вообще, почему мы так мало знает о том, что творится внутри нас?

Предпосылки

Случилось как-то автору влезть в курсы нейробиологии. Просто было интересно и любопытно. А там слово за слово и за углом иммунология стояла. Пошёл на неё посмотреть. И оказалось, что очень много шаблонов да подходов к разработке и организации различных систем эволюция заиспользовала задолго до того, как мы – люди узнали о них и начали применять их у себя в быту. Вот про эти маленькие личные "открытия" и хочу рассказать.

Замечания

Всё нижеследующее — это творчество программиста поверхностно знакомого с биологией, но честно старающегося, не упустив сути, рассказать о происходящем простыми словами. Если вы хорошо разбираетесь в теме, пожалуйста, помогите улучшить повествование.

Про иммунитет

Сия штука несравнимо живописнее и интереснее, чем описывают её в школе в виде "белых кровяных телец, которые борются с заразой". Почему вторую по сложности систему (а может даже и первую?) так обидели в школьной программе, я не знаю, но попробую в двух словах описать, что там примерно происходит. Цель: облегчить дальнейшее понимание аналогий сравнения наших "внутренностей" со структурами и объектами, которые наш вид "придумал" сильно позже.

Если совсем коротко: иммунная система — это несколько десятков различных агентов, которые работают совместно, но без какой-либо централизации, которые находятся во всех местах нашего организма и сохраняют нас в таком виде, в каком мы привыкли представлять любого человека. Например, в ходе чтения этих строк у вас по роговице ползают тысячи амёбообразных штуковин и чистят её от всяких инородных штук. Этих амёб вы не увидите, поэтому не путайте их с "мушками", которые летают перед глазами и являются неоднородностями стекловидного тела.

Так вот, на вооружении иммунной системы есть следующие "агрегаты":

• химический "дырокол", который может проделывать отверстия в оболочках врагов и тем самым уничтожать их;
• киллеры, которые могут проглотить и переварить, либо как-нибудь иначе аннигилировать неприятеля;
• всевозможные аналитики и целеуказатели, так как первые две системы далеко не во всех случаях хорошо работают без наводки;
• огромное ассорти из лазутчиков, разведчиков, библиотекарей и помощников, которых по разнообразию значительно превышают разнообразие "огневой мощи"; прямо как в армии: эдакая служба тыла, которая глазу не видна, но занимает объём сравнимый с танками и самолётами.

Всё это довольно грубо, но должно дать понять масштаб "скрытой" от нас информации, которую недодали в школе. И с этим представлением можно идти дальше.

Борьба со зловредами и индусский код

Теперь давайте сразу с места в карьер. Давным давно организм наш понял, что за скоростью изменений зловредов (бактерий, вирусов, грибов и их коллег по цеху) ни за что не угнаться, ибо наш многоклеточный бюрократический аппарат слишком медлителен на фоне этих микроскопических засланцев. В итоге было принято гениальное решение: давайте заранее сделаем сигнатуры для всех возможных внешних зловредов и всегда будем иметь их наготове. Где-то в этот момент у меня появилась стойкая аналогия с индусским калькулятором.

Сказано — сделано. В итоге внутри каждого из нас в крови и в лимфатической системе постоянно дислоцируется порядка 1 миллиона разнообразных вариаций анализаторов зловредов (B-лимфоциты). Естественно, каждый из них не в единственном экземпляре. Но каждый умеет реагировать строго на одну штуку, которую ему "нарандомили" при рождении (об этом чуть позже). Таким образом есть определитель ржавого гвоздя в пятке, вируса гриппа, бубонной чумы и ещё многих сотен тысяч штук, часть из которых, скорее всего, в нашем мире пока не представлена, но может там внезапно оказаться после очередной мутации случайно пролетавшей мимо колонии бактерий.

Военная хунта и бюрократия

Казалось бы, расквартировать отряд РХБЗ с миллионом различных приборов для анализа любых угроз — не самое крутое решение, но то ли ещё будет! Далее, где-то в ходе эволюции, появилась мысль: "таки что это, солдаты будут определять когда на нас враг напал и на красную кнопку жать без спроса?!" И решили параллельно с отрядом солдат организовать отряд из младшего офицерского состава (Т-хелперы 2-го типа) и выдать им… почти такие же щупы, только с чуть большим (на два порядка) набором вариаций, которые они могут задетектить. Численность отряда сделали почти такой же как у исходного отряда РХБЗ. Цель нового отряда — помогать исходному подразделению в понимании есть ли враг или нет.

В итоге, рядовому запрещается палить во все вокруг. Но если врагов столько, что они плотно окружают рядового — ему разрешается самостоятельно принять решение о начале атаки и стрелять на поражение. Нюанс в том, что такое, обычно, случится не раньше пары месяцев от начала атаки (заражения организма). Если на простуду организм начнёт реагировать на третий-пятый месяц, то жить он будет плохо и недолго. Поэтому был придуман хитрейший механизм "упредительной" работы. Результат его — устраивать ответ ранее неизветсным врагам не за пару месяцев, а за полторы-две недели.

Ускоренное военное положение

Алгоритм "ускоренного" перехода на военное положение получился следующим:

• солдат из отряда РХБЗ, сумевший задетектировать своим уникальным щупом заразу — получает "медаль" на грудь в виде специального белка;
• представитель младшего офицерского состава сумевший задектировать заразу своим уникальным щупом — тоже получает "медаль" на грудь;
• если на просторах интернета организма два вышеозначенных господина, распознавших что-то неладное, встретятся да ещё окажется, что детекторы их настроены на одно и тоже, то "счастье" и они в обнимку организовывают военное положение на подконтрольной им территории.

Особая удивительность ситуации, лично для меня, заключается в порядках величин: общее возможное количество различных детекторов — более миллиарда штук. В организме присутствует выборка из этого набора в размере миллионов экземпляров в рамках в двух разных групп клеток; обе группы не знают ничего друг о друге и рождаются независимо, то есть явной связи по типам детекторов нет… но при всём этом оно работает! Клетки активируются, находят пару, устраивают иммунный ответ и это неоднократно переживал каждый из нас!

Другая красота заключается в том, что все знаки отличия, процессы активации, опознавания друг друга и даже добрая половина зловредов — это белки и их взаимодействие друг с другом, ибо нет больше ничего в биологическом мире. Тут у меня в голове пока только цитата про "а зомби зомби зомби" и я искренне удивляюсь тому, что оно работает.

Про метапрограммирование на биологическом уровне

Немного отвлечёмся от военного положения и посмотрим на военный лагерь по подготовке личного состава. Сие есть красный костный мозг. И с ним была связана очень любопытная непонятка. Как было сказано выше, существуют миллионы и миллионы вариаций детекторов. Но детектор — это тоже белок, а белки у нас жёстко прошиты в исходниках на уровне ДНК. Однако расшифровка ДНК показала, что в ней не более 30 тысяч белков закодировано, а это минимум на четыре порядка меньше нужного. В итоге дебит с кредитом не сходился, а у биологов были предположения разной степени безумности:

• может где-то есть отдельный склад ДНК, в котором хранится инфа о белках для иммунной системы?
• Может там волюнтаризм биологический и новая уникальная механика работы?
• Может там клетки особо самодеятельные и сами себя меняют?
• А может просто все эксперименты криво ставят и нет там многомиллионного разнообразия?

В общем ребята долго думали, пока не пришёл Tonegawa Susumu со своими исследованиями, за которые и получил впоследствии Нобелевку.

Всё оказалось довольно просто, но красиво: в красном костном мозге творится управляемый мутагенез. Это когда исходники собираются на лету из заранее заготовленных компонентов. То есть каждый инстанс получается немного отличным от любого иного. Иными словами, каждая клетка немного мутант. Отсюда это безумное разнообразие детекторов, хотя в самой ДНК резервируется довольно немного места так как исходных "кубиков" из которых компилятся детекторы порядка сотен. Также вносится разнообразие в ходе "сшивания" кубиков, эдакий алгоритм который умышленно не умеет собирать что-либо ровно и каждый раз где-нибудь да накосячит.

Тут важно отметить, что мутации — это довольно опасная и не шибко свойственная штука для долгоживущих организмов. Это бактериям и прочей мелочи удобно экспериментировать: численность большая, время жизни маленькое, время на инстанцирование и вовсе гомеопатическое, поэтому можно крутить как вздумается и что-нибудь да получится. В масштабах же долгоживущего существа, мутации — это опасно. Никто не любит эксперименты в продакшене, особенно когда он не stateless и инстанс разворачивается десятки лет.

Про бирюзовые команды, холакратию и партизан

Вышеозначенная аналогия про рядовых и младший офицерский состав не совсем корректна. На самом деле никакой вертикали власти в иммунной системе не видно и вся эта организация не имеет никакой централизации, кроме места первоначальной тренировки "солдат". Нет никаких полководцев, генералиссимусов и самодуров. Все решения принимаются на местах. Мало того, всё находится в постоянном движении и то, что вчера несло боевое дежурство в лимфатическом узле под челюстью, через месяц может оказаться в районе левой пятки. Нет никакой системы в распределении анализаторов (B-лимфоцитов, дендритных клеток), помогаторов (Т-хелперов), убиваторов (Т-киллеров, натуральных киллеров, фагоцитов) и прочего многообразия частей иммунной системы по организму. Они просто мигрируют туда сюда и могут собираться в кучки ради помощи собратьям.

Так же нет способа договориться со всей системой. Можно только пытаться её отвлечь, либо устраивать ковровые бомбардировки, да массированные газовые атаки. Всё в лучших традициях борьбы с партизанскими отрядами.

При всём этом есть очень жёсткие протоколы взаимодействия каждого типа клеток друг с другом. Там, как в любой армейской системе, дублирование и триплирование проверок и всё по уставу. Например, когда разведчик нашёл кусок зловреда и притащил его в лагерь, то осматривать этот кусок начинают только после идентификации разведчика и после специального процесса стыковки с разведчиком (белок CD4 при взаимодействии с HLA класса II).

Поэтому иммунная система для меня — это пока единственный пример оправданной глубокой бюрократической машины, представляющей собой холакратию (или анархическое партизанское движение, что, в общем-то, одно и то же).

Баги сложных систем

Как и в любой большой системе здесь есть много возможностей для "творчества": нюансы реализации, недоработки, бекдоры, недокументированное поведение и всё в таком духе. Дело дополнительно осложняется тем, что приобретённый иммунитет (а именно про него была бОльшая часть вышеизложенного) является довольно новой фичей. Его не дебажили миллионы лет эволюции и поэтому он частенько косячит. Тут же приходит аналогия со всё тем же метапрограммированием, которое появилось в разработке далеко не в первых рядах и с которым связаны самые эпические и неотлавливаемые баги.

Мало того, по статистике, добрая половина читающих эти строки умрёт от причин связанных с предметом повествования. То есть та самая "молодая" иммунная система имеет все шансы вас убить через N лет и пока ничего с этим не сделать. Наука, конечно, не стоит на месте, но на текущий момент онкология и аутоиммунные заболевания в топ 10 смертей сразу после проблем с сердцем и сосудами.

Так вот, ближайший пример — это ВИЧ. Он влияет на те самые T-хелперы, которые имеют CD4 и изучают добычу разведчиков. Если совсем грубо, то хелперы вымирают, а без них время реакции иммунитета на новую заразу растягивается на месяцы. Чем это заканчивается, думаю, все знают.

Другой пример — это кусок иммунитета, отвечающий за борьбу с паразитами. Судя по всему, в былые времена этот кусок был ох как востребован и помог нам дожить до настоящего момента. Но теперь этому бравому отряду делать особо нечего, так как современный общественный строй не располагает к сосуществованию с паразитами. В итоге получается, что те бравые особисты-контразведчики, которые раньше гоняли червей, теперь предоставлены сами себе и кошмарят простой люд. Отсюда явная зависимость по всему миру: чем меньше у населения паразитов, тем больше процент страдающих аллергией. Поэтому передний край науки иммунологической во всю занят придумыванием полновесного муляжа глистов, чтобы иммунитет занялся делом и не мешал организму. Так что получается классическое армейское: "Солдат обязан быть занят. Если у солдата появляется свободная минута — он начинает думать фигню, или, не дай Бог, её совершать."

А вообще, просто посмотрите в сторону механики чего-угодно аутоиммунного. Будет местами страшно, местами смешно, а местами и то и другое одновременно. А может и "болезнь" третьего курса меда разовьётся :)

К чему всё это?

Любопытства ради и развлечения для. Плюс было бы неплохо знать себя, потому что всё вышесказанное живёт в каждом из нас. Да и говорят иммунная система — вторая по сложности после нервной. Однако про мозг и электрические импульсы знает каждый первый, а про иммунную систему сверх лейкоцитов из школьной программы мало кто в курсе.

В общем, здоровья всем и жизни интересной.

Источники

Всё это появилось из общего жизненного опыта взаимодействия с военными, под впечатлением от лекций проекта АРХЭ, например, про анархию, а так же под влиянием товарища Вячеслава Дубынина в целом и от лекций про химию мозга да иммунитет в частности.