Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде

Что же почти погубило их? Потребление энергии. Примитивные микроорганизмы тратят 2 % всей своей энергии на копирование и поддержание ДНК, но целых 75 % уходит на производство белков из ДНК. Так что даже если микроб развивает ДНК для того, чтобы сформировать выигрышную эволюционную черту (например, закрытое ядро, или «пузо» для переваривания других микробов, или аппарат для коммуникации с себе подобными), на практике производство новой черты очень сильно ослабляет организм. О добавлении сразу двух новых черт не может идти и речи. В подобных обстоятельствах эволюция бесполезна; клетки не могут стать более сложными. Достающаяся почти даром митохондриальная энергия расширила эти рамки. Митохондрия, как и, например, молния, накапливает столько энергии, сколько ей позволяет размер, а подвижность митохондрий позволяет их владельцам одновременно накапливать много новых свойств и развиваться до многоклеточных организмов. На самом деле митохондрии позволяют клеткам расширить свой запас ДНК в 200 тысяч раз, не только изобретать новые гены, но и в больших количествах добавлять регуляторную ДНК, делая клетки гораздо более податливыми для использования генов. Этого могло никогда не произойти с митохондриями, и мы могли бы никогда не пролить свет на эти темные времена в эволюции, если бы не теория Маргулис.

Митохондриальная ДНК позволила открыть совершенно новые отрасли науки – к примеру, генетическую археологию. Поскольку митохондрии могут воспроизводить самих себя, генов мтДНК в клетках более чем достаточно, гораздо больше, чем хромосомных генов. Поэтому когда ученые собираются покопаться в телах пещерных людей, мумиях или чем-то подобном, они часто извлекают и изучают именно митохондриальную ДНК. Специалисты могут использовать эту ДНК и для того, чтобы с беспрецедентной точностью проследить генеалогию. Сперматозоиды несут лишь немногим больше полезной информации, чем ядерная ДНК, поэтому дети получают все свои митохондрии из гораздо более просторных источников – материнских яйцеклеток. Митохондриальная ДНК таким образом передается по женской линии в практически неизменном виде от поколения к поколению, что делает ее идеальной для того, чтобы отследить родословную по матери. Более того, поскольку ученые знают, как медленно в митохондриях накапливаются изменения – одна мутация в 3500 лет – они могут использовать мтДНК в качестве часов. Для этого они сравнивают мтДНК двух людей, и чем больше мутаций находится, тем больше лет прошло с тех пор, как у этих двоих был общий предок по материнской линии. Фактически эти часы способны показать нам, что все семь миллиардов людей, живущих на Земле, могут проследить свои родословные по материнской линии к одной-единственной женщине, которая жила в Африке 170 тысяч лет назад, – так называемой митохондриальной Еве. Конечно, эта Ева никогда не была единственной женщиной на Земле. Она была самым старым предком по материнской линии каждого человека, который сейчас живет на нашей планете [28] .

28

Руководствуясь той же логикой, специалисты также утверждают, что митохондриальная Ева имела партнера. Все мужчины наследуют Y-хромосому исключительно от своих отцов, так как у женщин ее нет. Соответственно, родословную каждого мужчины можно проследить по отцовской линии далеко в глубь веков, чтобы найти Y-хромосомного Адама. Загвоздка в том, что в то время как простые математические законы доказывают, что и Адам, и Ева должны были существовать, те же законы доказывают, что Ева должна жить на несколько тысяч лет раньше Адама. Соответственно, пара из Эдема никогда не могла встретиться друг с другом, даже если принимать во внимание, что библейские персонажи жили чрезвычайно долго.

Кстати, можно быть не столь принципиальными и рассматривать не строго отцовскую и не строго материнскую линию, а поискать последнего предка, в котором сохранилось хоть немного ДНК от каждого живущего человека – полученной от мужчины или женщины. И окажется, что такой человек жил всего лишь пять тысяч лет назад, когда люди уже вовсю распространились по планете. Человек – существо коллективное и ограниченное в передвижении, но гены всегда найдут способ распространиться.

После того как митохондрии оказались столь важными для науки, Маргулис воспользовалась моментом, чтобы продвигать прочие неординарные идеи. Так, она начала доказывать, что микроорганизмы еще и подарили различные двигательные приспособления животным, например хвостики сперматозоидам, даже несмотря на то, что у этих структур никакого ДНК нет. Она перестала считать клетку всего лишь накопителем запчастей, а провозгласила грандиозную теорию, которая объявляла эндосимбиоз двигателем всей эволюции, оставляя естественному отбору и мутациям второстепенные роли. Согласно этой теории, мутации изменяют живые организмы лишь незначительно. Настоящие изменения происходят лишь тогда, когда гены скачут от вида к виду или когда целые геномы сливаются вместе, скрещивая совершенно различных существ. Только после подобных «горизонтальных» трансферов в ДНК начинается естественный отбор, который просто занимается «редактурой», препятствуя появлению уж совсем безнадежных монстров. А небезнадежные монстры, получившие выгоду от слияния, процветают.

Хотя Маргулис называла эту теорию революционной, в каком-то смысле ее теория слияния лишь расширяет классический спор между биологами, которые выступают (почему – попробуйте расспросить их сами) за быстрые скачки и спонтанное образование видов, и биологами, поддерживающими консервативные суждения и постепенное образование видов. «Архиградуалист» Дарвин рассматривал постепенные изменения и общее происхождение как закон природы и поддерживал идею постепенно растущего древа жизни без всяких ответвлений. Маргулис же примкнула к радикалам. Она доказывала, что слияния могут создавать настоящих химер – смешанных существ, которые технически не отличаются от русалок, сфинксов или кентавров. С этой точки зрения старомодное древо Дарвина должно уступить дорогу небрежно сплетенной паутине жизни с пересекающимися под разными углами линиями.

Несмотря на то, что она далеко забрела в своем радикализме, Маргулис заслужила право на инакомыслие. Это даже немного двулико, хвалить человека за то, что он придерживается нетрадиционных научных взглядов, и ругать – за нонконформизм в других ситуациях; нельзя просто так выключить часть сознания, отвечающую за предрассудки, только тогда, когда вам удобно. Известный биолог Джон Мейнард Смит однажды признался: «Думаю, что она [Маргулис] часто ошибалась, но большинство людей, которых я знаю, уверены, что ее присутствие важно, так как ее ошибки связаны со столь плодотворными областями исследования». И не будем забывать, что ее первая крупная идея оказалась потрясающе верной. Прежде всего, ее работа напоминает нам, что красивые растения и позвоночные животные не доминируют в истории жизни. Доминируют микробы, и именно они составляют эволюционный исходный материал, откуда произошли все мы – многоклеточные организмы.

* * *

Линн Маргулис получала удовольствие от конфликтов, а вот ее старшая современница Барбара Мак-Клинток старалась их избегать. Она предпочитала спокойные размышления публичной конфронтации, и ее весьма своеобразные идеи возникли не от стремления к бунтарству, а от чистой воды эксцентричности. Мак-Клинток весьма своевременно посвятила свою жизнь изучению своеобразной генетики растений вроде кукурузы. Взяв на вооружение всю странность этого растения, Мак-Клинток расширила наши представления о том, на что способна ДНК. Она нашла очень важные подсказки для понимания второй великой тайны нашего эволюционного прошлого: как ДНК строит многоклеточные организмы из описанных Линн Маргулис сложных, но одиночных клеток.

Биографию Барбары Мак-Клинток можно разделить на два периода: до 1951 года она вела счастливую полноценную жизнь ученого, после 1951 – горькую жизнь отшельника. Впрочем, до 1951 года все тоже было не то чтобы идеально. С раннего детства Барбаре приходилось постоянно ссориться с матерью: в основном из-за того, что девочка упорно интересовалась наукой и спортом – в частности, катанием на коньках – а не более характерными для девочек занятиями, которые, по мнению ее матери-пианистки, должны были улучшить ее перспективы выйти замуж. Мать даже наложила запрет на мечту Барбары поступить в Корнелльский университет, чтобы (как Херманн Миллер и Уильям Фридман когда-то) изучать генетику: потому что хорошие мальчики не женятся на слишком умных девочках. К счастью для науки, отец Барбары, врач, вмешался в дело до наступления осеннего семестра 1919 года и отправил дочь в северную часть штата Нью-Йорк на поезде.

В Корнелльском университете Барбара Мак-Клинток преуспевала, став президентом женского первого курса и выйдя на главные роли в научных лабораториях. Тем не менее однокурсники не всегда ценили ее острословие, особенно когда девушка критиковала их работу с микроскопом. В то время изготовление препаратов для микроскопа (а для этого надо было нарезать клетки, как ветчину, и поместить их желеобразное содержимое на многочисленные стеклышки, ничего не пролив) было сложной и ответственной работой. Само использование микроскопа тоже было непростым занятием: даже опытный ученый не всегда точно мог отличить одно пятнышко внутри клетки от другого и определить, что эти следы обозначают. Но Барбара Мак-Клинток освоила искусство обращаться с микроскопом очень быстро, к выпуску став признанным специалистом мирового класса. Будучи магистрантом Корнелла, она усовершенствовала метод давленых препаратов, который позволял ей разравнивать целые клетки пальцем и сохранять их нетронутыми на одном препарате, облегчая тем самым их изучение. Используя этот метод, она стала первым ученым, который смог идентифицировать все десять хромосом кукурузы (что не так-то легко: в этом может убедиться каждый, кто когда-либо наблюдал мешанину похожих на спагетти хромосом в живой клетке).

В 1927 году Корнелльский университет предложил Мак-Клинток заняться исследовательской и преподавательской работой на постоянной основе, и она начала изучать взаимодействие хромосом с помощью своей лучшей студентки – Харриет Крайтон. Обе эти «амазонки» коротко стриглись и часто одевались как мужчины: носили бриджи и высокие носки. Они были похожи друг на друга, даже анекдоты о них рассказывали одни и те же. Например, молва так и не могла определиться, кто из «биологинь» однажды утром поднимался по водосточной трубе на второй этаж, забыв ключи от кабинета. Харриет Крайтон все же была более открытым человеком. Так, в честь окончания Второй мировой войны она купила драндулет и отправилась на нем в Мексику. Сдержанная Мак-Клинток никогда бы так не поступила. Тем не менее они образовали отличную команду и вскоре сделали выдающееся открытие. Ученики Моргана, специализировавшиеся на дрозофилах, к тому времени уже несколько лет как продемонстрировали, что хромосомы могут пересекаться своими плечами и обмениваться некоторыми участками. Однако их доказательства оставались голой статистикой, основанной на абстрактных предположениях. И хотя многие ученые под микроскопом наблюдали переплетение хромосом, никто не мог сказать, действительно ли они обмениваются генетическим материалом. Мак-Клинток и Крайтон, которые знали, как выглядит каждый бугорок и нарост на каждой хромосоме кукурузы, смогли определить, что хромосомы физически обмениваются своими сегментами. Они даже смогли связать эти обмены с изменением в работе генов, что послужило решающим доказательством. Мак-Клинток не торопилась публиковать результаты своих опытов, но когда о них узнал Морган, он убедил ее сделать это немедленно. Публикация вышла в 1931 году. Два года спустя Морган получил Нобелевскую премию.

Мак-Клинток была довольна своей работой, которая, в частности, привела к тому, что их с Крайтон биографии попали в известную книжную серию «Люди науки», но она хотела достичь большего. Ей хотелось изучать не только хромосомы сами по себе, но и то, как они изменяются и мутируют, как подобные изменения приводят к созданию сложных организмов с различной расцветкой, формой корней и листьев. К сожалению, как только она попыталась открыть собственную лабораторию, против нее сыграли социальные обстоятельства. В университетах того времени (как, например, и в церковных приходах) кафедру могли получить только мужчины (кроме кафедры домоводства), и в Корнелле не собирались делать исключение для Мак-Клинток. Против своей воли она покинула родной университет и временно работала вместе с Морганом в Калифорнии. Стажировалась в Миссури и Германии, но ни там, ни там ей не понравилось.

Честно говоря, у Мак-Клинток было много других проблем, если не считать принадлежности к «неправильному» полу. Характер у нее был не сахар, а после одной неприятной истории она и вовсе заслужила репутацию неуживчивой эгоистки. В течение долгого времени Мак-Клинток разрабатывала незаметно от своего коллеги ту же проблему, что и он, и опубликовала результаты раньше, чем он закончил работу. Столь же проблематичным оказалось то, что Мак-Клинток работала с кукурузой.

Да, в генетические исследования кукурузы вкладывались хорошие деньги, потому что кукуруза – продовольственная культура. Один из лучших американских генетиков, Генри Уоллес – будущий вице-президент в правительстве Франклина Делано Рузвельта – сделал себе состояние, управляя семенной компанией. Кроме того, кукуруза имеет богатую научную родословную: ее изучали и Дарвин, и Мендель. К мутациям кукурузы проявляли интерес и военные. Когда США начали проводить ядерные испытания на атолле Бикини в 1946 году, ученые из правительства размещали под бомбами кукурузные зерна, чтобы узнать, как радиация повлияет на растение.