Глава 3
Ошибочная эволюция
Рассказ о 10 тысячах способов, которые не действуют, о девочке, упавшей с пони, о нескольких сотнях морских свинок и ошибках в ДНК, которые заставляют нас двигаться вперед.
Капля пота спускается по моему лбу между бровями, на какой-то момент задерживается на кончике носа и с тихим шлепком падает на острие сабли, которую бородач держит возле моего горла. «Это была твоя ошибка, каналья /» – орет он, вынуждая меня сделать еще шажок по доске, выступающей за борт. Балансируя над грязной водой портовой акватории, я вынужден в какой-то мере признать его правоту. Да, сегодня я действительно совершил ряд промахов.
Проснувшись утром от звонка будильника, я сразу вспомнил, что меня ждут нелегкие испытания, так как у Хедвиг сегодня день рождения. И как всегда, когда она отмечала его у нас в Гамбурге, этот день совпадал с праздником в порту. Значит, нам в очередной раз предстоит путешествие на прогулочном теплоходе и кофе с вишневым тортом. И никаких возражений. Я застонал. Каждый раз одно и то же.
Не успел я еще выбраться из постели, как жена озабоченно поинтересовалась: «А ты билеты на теплоход купил?»
Конечно же нет, черт возьми! «Ну разумеется, дорогая. Не беспокойся». И почти искренняя улыбка в придачу. Теперь мне мог помочь только Калле из администрации порта. Пока готовился завтрак, я заперся в туалете. «Билеты на теплоход? Сегодня? В праздничный день? Да ты свихнулся/» – доносилось из мобильника. Пять минут я отчаянно умолял и давал самые абсурдные обещания. В конце концов мне удалось добиться от Калле, что он «поговорит с нужными людьми».
Пока за завтраком звучали дежурные поздравления в адрес Хедвиг, которая принимала их с обычным стоическим видом, телефон пискнул, давая сигнал о поступлении СМС: «11:30, “Кровавая Лиза”». Хедвиг взглянула на меня. Не дай Бог, онаузнает, что я забыл про ее день рождения. «Дорогая Хедвиг, в этот радостный день мы, как всегда, приглашаем тебя на теплоходную прогулку. Но в этот раз мы поплывем не на “Фризии” а на “Кро…”, ну, в общем, на “Лизе”. Это тоже замечательный корабль».
Потратив целую вечность на то, чтобы протиснуться через толпы туристов, мы наконец добрались до нужного причала. «Кровавая Лиза» оказалась небольшим и довольно потрепанным одномачтовым парусником, глядя на который с трудом верилось, что во время прогулки будут еще подавать и кофе. Все семейство с тревогой посмотрело на меня.
«Я слышал, что капитан готовит изумительный вишневый торт по рецепту из Шварцвальда», – импровизировал я, ведя всех к трапу. Хедвиг молча оглядела парусник, повертела в руках красный зонтик от солнца и взошла на борт. Едва мы успели подняться, кто-то крикнул: «Все на борту!»
«Хорошо, – проворчал коренастый мужчина, который стоял на палубе спиной к нам, широко расставив ноги. – Отдать концы! Да пошевеливайтесь вы, тухлые макрели!» Босоногие матросы, головы которых украшали треуголки и платки, втащили трап на палубу. Капитан повернулся к нам. Положив левую руку на эфес сабли, он спросил: «Это вы те самые сухопутные крысы, о которых мне говорил четырехпалый Калле?» Когда он говорил, сквозь спутанные черные усы и бороду поблескивал золотой зуб.
О Господи! Похоже, эту посудину зафрахтовали ребята из клуба розыгрышей, в котором состоял Калле, а мы попали сюда за компанию. Я бросил взгляд на Хедвиг. Она стояла со скрещенными на груди руками и, приподняв одну бровь, рассматривала капитана. Я сделал последнюю попытку предотвратить надвигавшуюся катастрофу: «Давайте оставим все эти пиратские штучки и побудем просто нормальными взрослыми людьми. Для разнообразия это тоже неплохо…»
Но договорить до конца я не успел. Лицо капитана Свена (по прозвищу Кровавая Рука) налилось кровью, и вокруг нас сомкнулось кольцо головорезов, которые были на удивление хорошо вооружены для офисных клерков. Как я уже говорил, это была моя ошибка…
«Ступай поздоровайся с рыбами! – рявкнул капитан (в обычной жизни продавец мебельного магазина), загоняя меня на доску. Его золотой зуб блестел в предвкушении развлечения, но тут со стороны тети Хедвиг послышалось: «Слушай, парень, если кто поднимет руку на мою семью, ему придется иметь дело со мной!» Свен недоуменно оглянулся. В это мгновение тетушка зацепила его ногу рукояткой зонта и сильно толкнула в грудь. Он пошатнулся и плюхнулся в воду.
Когда команда вновь вытащила его на палубу, ему оставалось только убедиться в том, что корабль полностью перешел под командование Хедвиг. Она стояла за штурвалом и отдавала команды, направляя парусник на «Фризию», где публика на палубе наслаждалась кофе и солнечной погодой. Вся семья собралась вокруг нее, укоризненно поглядывая на меня.
«Извините, я просто забыл вовремя заказать билеты…» – бормотал я себе под нос.
Хедвиг долго смотрела на меня, а потом произнесла: «Ошибки случаются у каждого, мой мальчик. Главное – это уроки, которые мы из них извлекаем. А теперь я хочу получить свой торт, треска ты сушеная! Приготовиться к абордажу!»
На мачте взвился черный флаг. На «Фризию» полетели абордажные крючья. Свен, с которого по-прежнему стекали капли воды, стал ловко взбираться по канату вместе с тремя радостно вопящими программистами. Похоже, зарождалась новая традиция праздновать день рождения, и она нравилась мне куда больше. Я улыбнулся и, зажав в зубах лопаточку для торта, тоже отправился за добычей.
Давайте взглянем фактам в лицо: допустить ошибку может каждый – и вы, и я, и королева Англии, и Чак Норрис. Человеку свойственно ошибаться, и это совершенно нормально. Не забывайте, что ошибки тоже приносят пользу. Ну если честно: когда вы сидите вечером с друзьями и травите всякие байки, то самые интересные из них обычно начинаются с того, что кто-то где-то сел в лужу. Мы все время стараемся сделать все как можно лучше, но перфекционизм далеко не всегда является частью нашей натуры. Отказывая себе и другим в праве на ошибку, мы пытаемся выдать желаемое за действительное, а это ведет только к разочарованиям.
Наука не является исключением. В ней тоже случаются ошибки. А если уж совсем по-честному, то здесь они нужнее всего! Ведь самые лучшие учителя – это ошибки, заблуждения и неожиданности. Поэтому неудавшийся эксперимент не менее важен, чем совершенный план.
В лабораториях царит конкретика. У вас есть научная проблема, вы придумываете подходящую теорию и хотите быстро и убедительно ее доказать. Но уже через некоторое время оказываетесь с разбитой вдребезги теорией и кучей новых вопросов на руках. Однако зачастую именно эти вопросы ведут к прогрессу. Русский писатель-фантаст и биохимик Айзек Азимов однажды сказал: «В науке самым распространенным словом является не “эврика!” а “странно…”».
Хороший пример такой странности продемонстрировал нам в 1928 году бактериолог Александр Флеминг. Изучая болезнетворные стафилококки, он в один прекрасный день сделал их очередной посев в чашках Петри. Возможно, в тот день Флеминг был более рассеян, чем обычно, потому что ему предстояло несколько дней отдыха. В такой ситуации каждый может допустить ошибку. Расставив чашки на столе, он отправился в короткий отпуск, а когда вновь вернулся в лабораторию, обнаружил в чашках не только бактерии, но и плесень. Видимо, первым делом Флеминг сказал: «Вот дерьмо!» – или что там говорят в таких случаях шотландцы. Скорее всего, во время проведения опыта он не соблюдал правила стерильности, поэтому в чашки проникли плесневые грибки.
Подобная ошибка может загубить весь эксперимент. Флемингу следовало бы выбросить все образцы и забыть о неудаче, но он поступил по-другому: еще раз внимательно рассмотрел результаты, наморщил лоб и пробормотал: «Странно…» Бактерии довольно равномерно распределились по питательной среде, но вокруг плесени их не было. Выходит, плесень мешает размножению бактерий?
Флеминг исследовал эту проблему и обнаружил, что плесневые грибки вида Penicillium выделяют вещество, убивающее определенные виды бактерий, но безвредное для человеческих клеток. Он назвал это вещество пенициллином. Но путь от неудавшегося эксперимента до, пожалуй, самого знаменитого медикамента в истории оказался очень длинным, и Флемингу не удалось его пройти. Дело сдвинулось с мертвой точки лишь после того, как несколько американских ученых в поисках антибактериальных средств наткнулись на работы Флеминга. Первые испытания нового лекарства на людях были проведены только в 1941 году.
Результаты оказались потрясающими! Состояние здоровья пациентов улучшилось практически сразу же после введения пенициллина. Правда, в связи с трудностями производства лекарство было настолько дефицитным, что даже предпринимались попытки повторно добывать его из мочи пациентов. Чтобы наладить широкое применение пенициллина в лечении, надо было найти способы увеличения его производства. Наряду с попытками усовершенствовать производство велись и поиски нового штамма пенициллиновых грибков, который позволил бы увеличить выпуск.
С привлечением Военно-воздушных сил США по всему земному шару собирались образцы почвы, которые затем исследовались в научной лаборатории Иллинойса. Но находка была сделана буквально под носом. Сотрудница лаборатории Мэри Хант в поисках плесени регулярно обходила местные продуктовые лавки. В один прекрасный день 1943 года она с гордым видом притащила слегка подгнившую дыню. Проба была подвергнута исследованию, и оказалось, что этот штамм плесени – Penicillium chrysogenum – является ключом к масштабному производству пенициллина. Остатки легендарной дыни были съедены персоналом лаборатории. В 1944 году Александру Флемингу за ошибку, вызванную небрежностью в работе, был пожалован дворянский титул. Спустя год он получил Нобелевскую премию.
Но ошибки допускают не только биологи. Наш наследственный материал тоже постоянно борется с их последствиями. По сегодняшним оценкам, в каждой человеческой клетке каждый день происходит 10 тысяч событий, способных повредить ДНК. Некоторые ученые доводят эту цифру до 50 тысяч. Это чрезвычайно много. Такое развитие событий очень быстро свело бы нас в гроб, если бы клетки не занимались постоянно ремонтом механизма наследственности. Это поистине сизифов труд, постоянная борьба. Наш геном использует более 160 различных генов для противодействия внешним влияниям (например, ультрафиолетовому и рентгеновскому излучению и вредным химическим веществам). Но самая большая опасность исходит от фактора, возникшего на ранней фазе зарождения жизни. Пожалуй, величайшим убийцей в истории планеты следует считать… сине-зеленые водоросли.
Согласен, в наши дни это выглядит как некое преувеличение, но в свое время сине-зеленые водоросли натворили немало дел. По-видимому, это выглядело следующим образом: примерно два с половиной миллиарда лет назад наша планета была уже в достаточной степени заселена, правда только одноклеточными организмами. И вот однажды у одного из видов бактерий (предшественника сегодняшних сине-зеленых водорослей), плавающего в океане, развилась способность эффективно добывать огромное количество энергии из солнечного света. Единственной загвоздкой во всей этой истории было то, что в качестве отходов выделялся свободный кислород, который в такой форме в атмосфере тогда практически отсутствовал. Поначалу это не представляло особой проблемы, поскольку он быстро вступал в реакцию с ионами железа и органическими соединениями, содержавшимися в окружающей среде. В связи с этим свободный кислород исчезал так же быстро, как и появлялся.
В течение первой пары миллионов лет все шло замечательно, и производители кислорода просто процветали благодаря своему прогрессивному способу получения энергии. Но подобное загрязнение окружающей среды должно было когда-нибудь сказаться, и однажды условия резко изменились. Почему? На этот счет существует несколько теорий, но, скорее всего, были исчерпаны запасы веществ, вступавших в реакцию с кислородом. Как бы то ни было, он начал накапливаться сначала в воде, а потом и в атмосфере. Сегодня это считается положительным фактором, но для тех времен подобное явление означало катастрофу. Ведь, попадая в живую клетку, этот газ образует в ней агрессивные соединения (например, перекись водорода, применяемую для обесцвечивания волос), которые начинают реагировать со всем, что только попадается на пути. При этом разрушаются мембраны клеток, ферменты и ДНК.
Ситуация осложнялась еще и тем, что кислород был не просто ядом. Ко всему прочему он изменил состав атмосферы, на 300 миллионов лет ввергнув мир в ледниковый период. Разразилась «великая кислородная катастрофа». Считается, что в то время погибла большая часть всех живых организмов. Пожалуй, это было величайшее массовое вымирание в истории планеты. Если бы этот эпизод вошел в кинофильм, мы увидели бы, как последние задыхающиеся микробы толпятся в нише скалы и в отчаянии смотрят на завывающую снежную бурю. После этого очертания пейзажа расплываются… затемнение на экране. Конец фильма.
Но на самом деле все было несколько иначе. Мы до сих пор живы, а это значит, что микробы все-таки сумели справиться с бедой. Но как? Выжили не только те, кто прятался в местах, недоступных для кислорода, но и те, кто научился переносить этот новый яд и даже извлекать из него пользу.
Так, например, кислород позволяет очень эффективно добывать энергию из пищи. Если дрожжи растут без доступа кислорода, то выход энергии просто ничтожен и в ходе процесса брожения виноградный сахар превращается в алкоголь и углекислый газ. Если же в реакции участвует кислород, то дрожжевые грибки получают в пятнадцать раз больше энергии. На выходе остаются только углекислый газ и вода, как будто сахар полностью сгорел в огне. Сегодня клетки всех высших живых организмов вынуждены иметь дело с кислородом. В них, как и прежде, в качестве побочного продукта обмена веществ образуются агрессивные соединения. Особой производительностью отличаются митохондрии – сложные структуры, разлагающие питательные вещества с помощью кислорода и при этом добывающие большое количество энергии. Митохондрии обычно называют «электростанциями» клеток. Но им больше подошло бы название «атомных электростанций», поскольку они имеют дело с очень опасным веществом (кислородом) и оставляют огромное количество вредного мусора.
Чтобы выжить, клеткам пришлось найти способы, позволяющие защититься от негативных воздействий. В нашем организме есть ряд ферментов, задача которых заключается в нейтрализации агрессивных соединений. Насколько это важно для выживания, можно понять хотя бы по тому, что в данную группу входит, пожалуй, самый эффективный из всех известных ферментов – каталаза, – которая «обезвреживает» пять миллионов молекул перекиси водорода в секунду, разлагая их на воду и кислород. Но стопроцентной защиты не бывает, поэтому порой агрессивные соединения все-таки повреждают ДНК в клетках.
Как это может происходить? В данной связи ученые охотно цитируют один из законов Мерфи: «Если что-то может пойти не так, то это обязательно случится». Иными словами, любое негативное воздействие на наследственный материал, которое вы только можете себе представить, может быть оказано в действительности. Но давайте рассмотрим ежедневную деятельность по ремонту ДНК поближе, так сказать изнутри.
Осмотревшись в клеточном ядре, мы обнаружим большое количество белков, которые, подобно слизнякам, ползают по ДНК и методично проверяют каждую «ступеньку» на предмет повреждений. Наткнувшись на участок, подвергшийся химическим изменениям и не подлежащий считыванию, они вырезают его. Такие повреждения случаются постоянно, например, в результате взаимодействия с агрессивными соединениями кислорода, о которых мы уже рассказывали. Когда первая партия ремонтных белков, выполнив свою работу, продолжает двигаться дальше, в последовательности ДНК остается пустое место. Это опасно, но уже через короткое время сюда прибывают другие ремонтные белки и заделывают его.
Обычно все протекает гладко и без проблем. Но иногда случается так, что в ходе ремонта или копирования наследственного материала при делении клетки в структуру ДНК незаметно внедряется неправильный фрагмент, и между обеими нитями возникают разногласия, так как неизвестно, какая информация является истинной. Но и на этот случай в клетке предусмотрено решение. Ее ремонтные системы в состоянии определить, чем является спорный фрагмент – оригиналом или плохой копией. В соответствии с этим вносятся коррективы. Итак, пока все идет хорошо.
Углубимся дальше в ядро клетки и понаблюдаем за тем, как взаимодействуют белки, РНК и ДНК. Внезапно мы видим вспышку света. Очевидно, человек решил позагорать и ультрафиолет, входящий в состав солнечного света, попал на ДНК и намертво склеил два соседних основания Ц таким образом, что считать с них информацию уже невозможно. Но ремонтная бригада ДНК готова и к такому развитию событий. Поврежденное место быстро обнаруживается и вырезается, а недостающая последовательность оснований восстанавливается с помощью неповрежденной второй нити спирали. Клетка легко справляется с этим, если только не возникает необходимость одновременного ремонта сразу большого количества повреждений, как, например, при сильном солнечном ожоге. В этом случае клетки, на которые падает такая чрезмерная нагрузка, просто отмирают.
Для устранения повреждений, вызванных ультрафиолетовым облучением, существует еще одна, более практичная ремонтная система. Речь идет о так называемых ДНК-фотолиазах.
Они находят поврежденные места и обращают вспять реакции, приведшие к дефектам. При этом ничего не удаляется и не воссоздается заново. Особую элегантность данному процессу придает тот факт, что необходимая для ремонта энергия добывается непосредственно из солнечного света. Таким образом, мы имеем дело с энзимами, работающими на солнечной энергии. Они вступают в работу именно тогда, когда повреждения вызываются ультрафиолетовыми лучами. Плохо лишь одно: этот чрезвычайно практичный механизм отсутствует у людей и вообще у млекопитающих, хотя наши далекие предки им обладали. Почему мы его лишились, не совсем понятно, но одно из возможных объяснений заключается в том, что во всем виноваты динозавры! Первые млекопитающие обычно выполняли роль закуски для динозавров, поэтому отваживались покидать свои норы и укрытия только по ночам. Жизнь в темноте оставила свои следы, и до сих пор глаза у млекопитающих приспособлены к яркому свету хуже, чем у птиц и рептилий. Зато, как правило, лучше развиты слух, обоняние и осязание. Как видно, эффективная ремонтная система, работавшая на солнечной энергии, была абсолютно бесполезна для существ, ведущих ночной образ жизни, поэтому они навсегда лишились ее.
Наряду с ультрафиолетовым облучением нашим клеткам приходится бороться и с другими лучами, обладающими куда более высокой энергией. Настолько высокой, что они способны выбивать электроны из атомов и за счет этого создавать заряженные и очень агрессивные частицы – ионы. Эти лучи приходят к нам из глубин космоса или возникают в результате распада радиоактивных элементов в непосредственной близости от нас (или даже внутри тела).
Желающие могут увидеть следы такого излучения в так называемой камере Вильсона (инструкцию по ее конструированию вы найдете в интернете). Камера заполняется влажным переохлажденным воздухом, в котором заряженные частицы высоких энергий оставляют хорошо заметные следы конденсата. Это зрелище очень впечатляет, но вместе с тем и пугает. Однако не стоит слишком сильно переживать: даже если вы постоянно подвергаетесь бомбардировке такими лучами, ваши клетки к этому готовы.
Когда заряженная частица попадает в клетку, она оставляет след, в котором возникают высокоактивные соединения, способные повредить ДНК и другие клеточные структуры. При точном попадании в ДНК излучение может даже разделить обе нити и двойная спираль распадется. Все повреждения, о которых мы говорили до этого, затрагивали только одну нить генетической лестницы и могли приводить лишь к незначительным изменениям в отдельных генах. Но повреждение двух нитей сразу – это полная катастрофа. Хромосома распадается на две части, и отделившийся кусок может запросто потеряться, прихватив с собой сотни генов. Скорее всего, это означает смерть клетки. Но пока дело до этого не дошло, ремонтные бригады все равно включаются в работу, стараясь любой ценой устранить повреждения.
В самом удачном случае, когда поблизости находится вторая целая хромосома (а в человеческой клетке содержится два набора по 23 хромосомы в каждом), она может послужить образцом для ремонта поврежденного участка. Но, если такой образец вблизи отсутствует, клетка начинает импровизировать. Поврежденные концы, которые невозможно соединить друг с другом, удаляются. При этом, естественно, теряется часть информации. Кроме того, соединенные «зачищенные» концы, возможно, не имеют никакого отношения друг к другу, так как принадлежат разным фрагментам. Установить это невозможно. Ремонт получается грубым и неточным, но для клетки это единственное спасение.
Ремонтные механизмы клеток день за днем совершают невероятную работу и, несмотря на все трудности, умудряются сохранять наш наследственный материал в целости. Однако время от времени в нем все же происходят изменения – как незначительные, так и довольно серьезные (это может наблюдаться, в частности, при копировании). Виды мутаций разнообразные. Они могут заключаться в том, что отдельные фрагменты ДНК меняются местами, теряются или добавляются со стороны. В некоторых случаях довольно крупные участки ДНК переселяются с одной хромосомы на другую.
Но не все ошибки смертельны. Наша наследственность отличается поразительной устойчивостью. Если, к примеру, один фрагмент ДНК меняется местами с другим, то последствия могут оказаться самыми разными. Во-первых, ошибка необязательно происходит в гене или другом важном фрагменте наследственного материала, но даже если и так, то генетический код в значительной степени способен компенсировать ее (вспомните: для многих аминокислот существует более одного кодона, таким образом, если, к примеру, ЦЦЦ превратится в ЦЦА, все равно будет синтезироваться пролин). Но, если даже изменится тип белка, все еще может закончиться благополучно, поскольку не все его части имеют одинаковую значимость и измененный белок зачастую функционирует так же (или почти так же), как оригинал. В конце концов, если в «Ламборгини» установить зеркало заднего вида от «Лады», оно тоже будет выполнять свое предназначение. Даже если дело зайдет настолько далеко, что вследствие мутации будет заменен и двигатель (что, конечно, существенно снизит мощность), то в клетке имеется второй набор хромосом, в котором, возможно, хранится целая копия гена. Если какой-то ген поврежден или уничтожен, то второй копии зачастую достаточно, чтобы избежать больших проблем. (Исключением является ситуация, когда речь идет о мужчине и мутация происходит в X- или Y-хромосоме, потому что они имеются у него в единственном экземпляре. Если здесь что-то пошло не так, исправить положение вряд ли удастся. Поэтому некоторые наследственные заболевания встречаются у мужчин заметно чаще, чем у женщин.) Таким образом, количество мутаций, ведущих к серьезным последствиям, в том числе смерти, относительно невелико.
Но не стоит забывать о том, что не каждое изменение вредно. Некоторые имеют нейтральный характер или даже дают определенные преимущества. Эти «полезные ошибки» являются двигателем эволюции и дальнейшего развития наших генов. С их помощью жизнь до сих пор справлялась со всеми препятствиями, встававшими на ее пути, включая астероиды-убийцы и коварные сине-зеленые водоросли.
Но каков путь от случайной полезной мутации до возникновения совершенно нового биологического вида? Другими словами, как выглядит связь между мутациями и эволюцией? Если сегодня мы довольно хорошо знаем, как происходит данный процесс, то благодарить за это надо главным образом Джона Бёрдона Сандерсона Холдейна, который с помощью математических методов соединил эволюционную теорию Дарвина с законами наследственности Менделя. Он был не единственным ученым, работавшим над тем, чтобы придать эволюционным процессам некоторую предсказуемость, но именно ему удалось стать движущей силой и одним из основоположников современной эволюционной генетики.
Об эволюции он начал задумываться уже в раннем возрасте. Холдейн, которого все звали Джеком, родился в 1892 году в Эдинбурге и в восемь лет начал помогать в научных экспериментах отцу – знаменитому физиологу. В 1901 году отец разрешил ему присутствовать на докладе, посвященном трудам Менделя, и это произвело на Холдейна-младшего неизгладимое впечатление. Всегда ли действуют принципы, открытые Менделем в ходе статистических подсчетов, или они годятся только для гороха? И что все это может значить?
Еще будучи подростком, Холдейн с 1908 года начал активно искать ответы на эти вопросы. Стартовым выстрелом для его работ стал глухой звук падения, с которым его одиннадцатилетняя сестра Наоми свалилась с пони. В результате у нее начисто пропала любовь к лошадям и она переключилась на морских свинок. С этого все и началось. Джек совместно с Наоми, которая научилась различать своих питомцев по писку, решили выяснить, применимы ли законы наследственности Менделя к грызунам, продемонстрировавшим такую тягу к размножению, что уже через несколько месяцев их поголовье выросло с одной пары до 300 особей. И надо же: они действовали и в данном случае! Для полной уверенности Джек и Наоми повторили эти эксперименты на мышах и уже вскоре опубликовали свою первую научную работу.
Позднее Джек изучал математику и классическую филологию в Оксфорде. В 1914 году он с отличием окончил университет, но диссертацию так и не защитил. Все познания в биологии он получил за счет самообразования. Однако отсутствие формального образования не помешало ему стать одним из величайших биологов своего времени. Юный Джек с годами превратился в Дж. Б. С. Холдейна и приобрел импозантный внешний вид: стал высоким и широким, словно шкаф, и вдобавок отрастил усы, как у Сталина. Он был известным упрямцем и спорщиком, а также марксистом, гуманистом и атеистом. Ни за какие деньги Холдейн не соглашался держать язык за зубами и всегда высказывал свою точку зрения. Короче говоря, он был ярким примером того, как проще всего потерять друзей и обзавестись врагами среди влиятельных людей. Об успешной карьере не могло быть и речи, поскольку для этого требовались такие качества, как тактичность в общении с людьми и определенная склонность к консерватизму. К счастью, его мало интересовала карьера в классическом понимании. Единственное, чего он хотел, – это чтобы его оставили в покое и дали возможность заниматься наукой.
С помощью математики Холдейн определенным образом упорядочил многие области биологии, пребывавшие до этого в хаотическом состоянии, и постоянно занимался проблемами эволюции. В частности, ему не давала покоя загадка талассемии, или средиземноморской анемии, – особого вида малокровия. Причиной этого заболевания являются мутации в генах гемоглобина – белка, отвечающего за транспортировку кислорода в красных кровяных тельцах. Если ребенок получал дефектные гены от обоих родителей, заболевание могло оказаться смертельным. Если же был поражен только один набор хромосом, то последствия были значительно мягче и иногда почти не сказывались на здоровье. Но почему эти опасные вариации генов встречались так часто? И почему они были сосредоточены в средиземноморском регионе? Если эта мутация смогла закрепиться, то в чем ее преимущества для выживания людей?
У Холдейна возникла идея на этот счет, и в 1948 году он представил ее общественности. По его мнению, все дело было в малярии. В последние тысячелетия она сильно распространилась в регионе Средиземного моря, унося тысячи жизней, и перед эволюцией встала насущная задача по выработке стратегии, позволяющей избежать если уж не самой болезни, то, по крайней мере, ее самых тяжелых последствий. Генетическое изменение, создававшее устойчивость к малярии, давало такие преимущества, которые перевешивали все побочные эффекты. Именно в этом, по предположению Холдейна, заключалось значение талассемии: болезнь изменяла красные кровяные тельца, то есть как раз те клетки, в которых размножались возбудители малярии. Если талассемия позволяет уберечься от малярии, то становится понятным, почему эта мутация получила такое распространение, несмотря на все негативные эффекты.
Спустя несколько лет выяснилось, что Холдейн прав. То, что на первый взгляд представлялось непростительной ошибкой в генетическом материале, на самом деле оказалось преимуществом (хотя и купленным дорогой ценой). Сегодня малярия истреблена во многих местах распространения, а там, где это пока не сделано, применяются профилактические меры. Кроме того, ее научились лечить. Теперь недостатки, возникшие вследствие мутации гемоглобина, уже перевешивают былые преимущества, и можно ожидать, что в будущем эта генетическая ошибка станет встречаться реже или вообще исчезнет.
Таким образом, ошибки и возможные мутации, вносимые в наследственный материал, играют большую роль в выживании вида. Но при этом очень важно соблюдать баланс. Если ошибок возникает слишком много, то погибает большое количество особей, а если слишком мало, то популяция недостаточно быстро приспосабливается к условиям окружающей среды.
Благодаря своим работам, посвященным эволюции и другим темам, Холдейн быстро приобрел международную известность. В то время он был одним из немногих ученых, умеющих доходчиво доносить до общественности научные истины в своих докладах, статьях и книгах. Холдейн был яркой фигурой и не стеснялся время от времени наступать кому-нибудь на мозоли. При этом неизбежно возникали скандалы, и он стал персонажем нескольких из них. В 1924 году Холдейн влюбился в молодую замужнюю журналистку Шарлотту Берге. Они хотели пожениться, но для этого ей сначала нужно было развестись, что в то время было не так просто. В конце концов пара наняла частного детектива, который зафиксировал факт, что они вместе провели ночь в отеле. План сработал, и развод состоялся, но последовавший скандал в прессе едва не стоил Холдейну места в Кембридже. Его поведение сочли аморальным. В конце концов Джон и Шарлотта поженились и прожили вместе 20 лет. В 1945 году они расстались, после чего Холдейн в том же году женился на Хелен Спервей, которая писала под его руководством научную работу и была на 25 лет моложе его. Во время Суэцкого кризиса Холдейн вместе с Хелен уехал в Индию, так как не мог больше переносить английских порядков и называл Великобританию «преступной страной». Там он продолжил свои исследования и больше никогда не возвращался на родину.
Мутации, двигающие эволюцию вперед, очень важны для выживания, но несут с собой риски. В связи с этим возникает вопрос: какое количество мутаций следует считать «правильным»? Ответ во многом зависит от того, с каким видом живых организмов мы имеем дело. Если для вида характерен большой геном, а количество особей невелико, то ему (виду) приходится прилагать большие усилия, направленные на сохранение генома. Каждая особь при этом будет на счету. Поэтому клетки человека работают намного точнее, чем бактерии, которых насчитывается так много, что потеря миллионов или даже миллиардов пройдет незамеченной. Это делает бактерии намного более гибкими в генетическом плане. Но частоту мутаций определяют не только особенности организма, но и окружающая среда.
Если живой организм очень хорошо адаптирован к окружающей среде, то шанс на то, что случайное изменение приведет к дальнейшему улучшению, слишком мал. Поэтому для него важнее избегать ошибок и производить как можно больше потомства с неизменными свойствами. Если же организм не слишком хорошо справляется с вызовами окружающей среды, то для него приобретает важность повышенная частота мутаций, поскольку в результате изменений возрастает шанс на выигрыш.
И действительно, мы наблюдаем, что микроорганизмы, которые живут в условиях, далеких от оптимальных, целенаправленно активизируют «аварийные» программы, повышающие частоту мутаций и ускоряющие таким образом адаптацию к окружающей среде.
Сложные организмы приспосабливаются к среде труднее, чем бактерии. Тем не менее многие животные, например лебеди, в случае осложнения условий пытаются повысить вариативность своих генов. Правда, это делается не за счет галопирующей частоты мутаций, а происходит более романтично – путем выбора партнера. Если жизненные условия оптимальны, то лебедь останавливает свой выбор на партнерше, которая максимально похожа на него и, возможно, даже приходится ему какой-то дальней родней. Такая особь, вероятнее всего, обладает схожим набором генов. Разумеется, это не единственный критерий для выбора партнера, но он тоже присутствует. Если же дела идут не слишком хорошо и птицы находятся в стрессовом состоянии, то они тяготеют к партнерам, которые сильно отличаются от них самих и, по всей вероятности, обладают другими генами, которые могут оказаться полезными для потомства.
Дж. Б. С. Холдейн был знаменит еще и тем, что любил проводить эксперименты на самом себе и добровольных помощниках. Все это было небезопасно, но у него всегда было оправдание: «Трудно узнать, как чувствует себя подопытный кролик. На самом деле подавляющее большинство кроликов вовсе не горят желанием сотрудничать с учеными».
Работая вместе с отцом над конструкцией противогаза в годы Первой мировой войны, он надышался ядовитым газом. Во время научной лекции Холдейн продемонстрировал слушателям слезоточивый газ на основе кайенского перца, в результате чего пришлось эвакуировать всю публику из аудитории. Он проводил эксперименты в барокамере, следствием чего стали не только судороги, но и разорванные барабанные перепонки у большинства участников. Комментарий Холдейна по этому поводу был сух: «Барабанные перепонки обычно зарастают. Если же останется небольшое отверстие, то человек, конечно, будет немного хуже слышать, но зато у него появится возможность выпускать табачный дым из ушей, что создает определенные социальные преимущества».
А как у людей? По всей видимости, примерно также. Это очень элегантно продемонстрировало одно исследование, проведенное в 2010 году в Германии. Пятидесяти мужчинам предъявили фотографии обнаженных женщин и исследовали возникшие у них реакции. Чтобы избежать ложных предположений, сразу скажем, что измерялись непроизвольные подергивания мышц, управляющих движениями глаз. При позитивной реакции на увиденное они проявляются сильнее, а при негативной – слабее. Некоторые фотографии были подвергнуты предварительной обработке, и черты лица женщин изменили таким образом, чтобы они стали похожими на испытуемых (то есть подсознательно воспринимались ими как генетически близкие). Анализ полученных данных показал, что измененные фотографии воспринимались как более привлекательные, чем реальные. Если же на испытуемых в ходе эксперимента оказывалось стрессовое воздействие (они должны были рассматривать фотографии, засунув руку в холодную воду), то эффект был противоположным и они более положительно воспринимали женщин, далеких в генетическом плане. Таким образом, люди далеко не избавлены от контроля со стороны своих генов, как принято считать.
Конец ознакомительного фрагмента.