Физика будущего

В фильме «Парк Юрского периода» ученые выделили ДНК из останков динозавров, ввели ее в яйца пресмыкающихся и таким образом вернули динозавров к жизни. Хотя никому до сих пор не удалось извлечь из динозавровых останков хоть что-нибудь пригодное к использованию, некоторые данные все же позволяют надеяться на то, что исполнение этой мечты все же возможно. К концу XXI в. в зоопарках вполне могут появиться существа, исчезнувшие с поверхности Земли тысячи лет назад.

Как мы уже упоминали, Роберт Ланца сделал первый серьезный шаг в этом направлении, клонировав бантенга — существо вымирающего вида. Стыдно, если этот редкий дикий бык все-таки вымрет, считает Ланца. Сейчас ученый работает над другим проектом: создать еще одно клонированное животное, на этот раз противоположного пола. У млекопитающих пол организма определяется X- и Y-хромосомами. Ланца считает, что, поиграв с этими хромосомами, он сможет из той же замороженной туши клонировать еще одно животное, но другого пола. Если так, то зоопарки смогут наблюдать, как животные давно вымерших видов заводят детенышей.

Однажды мне довелось обедать с Ричардом Докинзом из Оксфордского университета, автором книги «Эгоистичный ген». Так вот, Докинз заходит еще дальше. Он рассуждает о том, что когда-нибудь человек сможет воскресить множество форм жизни, которые не просто находятся в опасности, а давно вымерли. Для начала он отмечает, что каждые 27 месяцев общее число секвенированных генов удваивается. Затем подсчитывает, что в ближайшие десятилетия стоимость секвенирования любого генома упадет до 160 долларов. Он предвидит время, когда биологи будут носить с собой портативные аппараты, способные за несколько минут считать полный геном любой встреченной формы жизни.

Докинз идет еще дальше и говорит о том, что к 2050 г. человек сможет выстроить организм просто по записи генома. Он пишет в своей книге: «Я считаю, что к 2050 г. мы научимся читать на языке [жизни]. Мы будем загружать геном неизвестного животного в компьютер, который восстановит по генной записи не только внешний облик животного, но и — в подробностях — мир, в котором его предки… жили, включая тех, кто на них охотился или на кого охотились они, тех, кто на них паразитировал или на ком паразитировали они сами, места, где они устраивали логова, даже их надежды и страхи». Цитируя работу Сидни Бреннера (Sydney Brenner), Докинз выражает надежду, что когда-нибудь нам удастся реконструировать геном «недостающего звена» между обезьяной и человеком.

Это стало бы поистине замечательным достижением. Судя по ископаемым останкам и ДНК, мы отделились от других высших приматов около 6 млн лет назад.

ДНК человека отличает от ДНК шимпанзе всего лишь 1,5% генов. В будущем компьютерная программа сможет, вероятно, проанализировать ДНК человека и шимпанзе и восстановить методами математической аппроксимации состав ДНК общего предка, давшего начало обоим видам. Как только гипотетический геном нашего с обезьянами общего предка будет реконструирован методами математики, компьютерная программа сможет провести визуальную реконструкцию облика этого существа и его характеристик. Докинз называет этот проект «Геном Люси» в честь знаменитых останков самки вида Australopithecus.

Он даже говорит о том, что, как только компьютер воссоздаст математически геном недостающего звена, можно будет по кирпичику сложить молекулы ДНК этого существа, внедрить их в человеческую яйцеклетку и подсадить в матку женщины, которая затем родит нашего предка.

Всего несколько лет назад подобный сценарий был бы отвергнут как совершенно абсурдный, но уже сегодня существуют некоторые факты, указывающие на то, что его реализация вполне возможна.

Во-первых, немногие гены, что отделяют нас от шимпанзе, сегодня подвергаются тщательному и очень подробному изучению. Один из интереснейших примеров — ген ASPM, отвечающий за размеры мозга. Несколько миллионов лет назад человеческий мозг по непонятным причинам резко увеличился в размерах. Мутация этого гена вызывает микроцефалию — генетическое нарушение, при котором человек рождается с маленьким черепом и мозгом на 70% меньше среднего — примерно таким, каким обладали наши предки миллионы лет назад. Компьютерный анализ истории этого гена показывает, что за последние 5 или 6 миллионов лет — с момента разделения человека и шимпанзе — он мутировал 15 раз, что совпадает с историей увеличения размеров мозга в этот период. Интересно также, что по сравнению с родственниками среди высших приматов у человека этот ключевой ген менялся быстрее всех.

Еще интереснее так называемая область HAR, генома, содержащая всего 118 «букв» генетического алфавита. В 2004 г. ученые обнаружили, что важнейшее различие между человеком и шимпанзе в этом сегменте включает всего 18 букв, или нуклеиновых кислот. Шимпанзе и куры разошлись 300 млн лет назад, но состав оснований в сегменте HAR, у них различается всего на две буквы. Это означает, что на протяжении многих миллионов лет эволюции участок HAR, оставался замечательно стабильным, — но лишь до тех пор, пока не появился человек. Так что вполне может оказаться, что гены, делающие нас людьми, находятся именно здесь.

Но существует один наглядный фактор, который делает предложение Докинза еще более реальным. Уже восстановлен полный геном нашего ближайшего генетического соседа, давно вымершего неандертальца. Возможно, компьютерный анализ этих трех геномов — человека, шимпанзе и неандертальца — позволит при помощи чистой математики реконструировать геном недостающего звена.

Стоит ли возвращать неандертальца?

Вероятно, современный человек и неандерталец разошлись около 300 000 лет назад. В Европе эти существа вымерли около 30 000 лет назад, и долгое время считалось, что извлечь пригодную к использованию ДНК неандертальца из таких древних останков невозможно.

Однако в 2009 г. было объявлено, что команде ученых под руководством Сванте Пяябо (Svante Paabo) из лейпцигского Института эволюционной антропологии общества Макса Планка удалось, анализируя ДНК шести неандертальцев, получить первый набросок полного генома этого вида. Это громадное достижение. Геном неандертальца, как и ожидалось, очень похож на человеческий (в том и другом по 3 млрд пар оснований), но отличается от него в некоторых ключевых моментах.

Антрополог Ричард Клейн из Стэнфордского университета, комментируя работу Пяябо и его коллег, сказал, что эта реконструкция, возможно, будет полезна при ответе на давний вопрос о поведенческих особенностях неандертальцев и поможет выяснить наконец, могли ли они говорить. У человека по сравнению с шимпанзе в гене FOXP2 имеется два конкретных изменения, которые, в частности, позволяют нам произносить тысячи различных слов. Тщательный анализ показывает, что у неандертальца в гене FOXP2 присутствуют эти же два генетических изменения. Можно предположить, что неандерталец, как и человек, способен был произносить слова.

Поскольку неандертальцы были нашими ближайшими генетическими родственниками, интерес к ним в научной среде очень велик. Некоторые ученые даже говорят о возможности воссоздать когда-нибудь ДНК неандертальца и вживить в человеческую яйцеклетку, которая в один прекрасный день вырастет в живого неандертальца. Если так, то однажды вымерший тысячи лет назад неандерталец вновь пройдет по земле.

Джордж Чёрч (George Church) из Медицинской школы Гарварда подсчитал даже, что возвращение неандертальца к жизни стоило бы всего лишь 30 млн долларов, и даже составил план работ по соответствующему проекту. Сначала следовало бы поделить геном человека на отдельные отрезки по 100 000 пар оснований в каждом. Затем каждый из них необходимо было вживить в бактерию, после чего изменить генетически таким образом, чтобы этот участок соответствовал геному неандертальца. Из измененного отрезка предполагалось собрать фрагмент полной молекулы ДНК неандертальца, — и так необходимое число раз. Полученную неандертальскую клетку следовало «перепрограммировать», т. е. вернуть в зародышевое состояние, а затем подсадить в матку самке шимпанзе.

Однако Клейн из Стэнфорда выразил в связи с этим проектом вполне обоснованную тревогу, задав вопрос: «И куда вы его собираетесь девать после этого? В Гарвард или в зоопарк?»

Докинз предупреждает, что все эти разговоры о возвращении к жизни давно вымерших видов, таких как неандерталец, «несомненно, породят этические проблемы». Будут ли неандертальцы обладать человеческими правами? Что произойдет, если он или она захочет найти себе пару? Кто будет отвечать, если это существо пострадает или нанесет кому-нибудь вред?

Но если существует техническая возможность вернуть к жизни неандертальца, то, может быть, ученые смогут создать зоопарк вымерших животных, таких как мамонты?

Верните мамонта!

Вообще, эта идея не настолько безумна, как кажется. Ученые уже сумели в значительной степени секвенировать геном вымершего сибирского мамонта. Если прежде удавалось извлекать из замороженных десятки тысяч лет назад в Сибири трупов мамонтов лишь крошечные кусочки ДНК, то Вебб Миллер (Webb Miller) и Стивен Шустер (Stephan С. Schuster) из Университета штата Пенсильвания совершили невозможное: они извлекли из этих замороженных туш 3 млрд пар оснований. До этого рекордный размер ДНК-последовательности, полученной из вымерших видов, составлял лишь 13 млн пар оснований, или менее 1% полного генома животного. (Прорыв стал возможен благодаря новому секвенсеру, известному как секвенирующее устройство высокой пропускной способности. Этот новый прибор позволяет считывать не по одному гену, а по несколько тысяч генов за раз.) Еще одна хитрость Миллера и Шустера — надо знать, где искать древнюю ДНК. Ученые выяснили, что лучше всего молекулы ДНК сохранились не в теле древнего шерстистого мамонта, а в волосяных луковичках.