Наука Плоского мира. Книга 3. Часы Дарвина - Джек Коэн

До начала 1960-х большинство биологов тоже так полагало. А в 1950-х двое известных ученых Дж. Б. С. Холдейн и сэр Рональд Фишер написали важные статьи, в которых и изложили эти взгляды. Они считали, что из популяции в 1000 особей лишь треть продолжателей может «потеряться» из-за плохих генов или быть вытеснена организмами с лучшими их вариантами, не приведя к вымиранию этой популяции. Они подсчитали, что лишь десять генов могу иметь варианты (так называемые «аллели»), количество которых возрастало или уменьшалось пропорционально размеру популяции. Вероятно, таким образом могло изменяться и двадцать генов, если они по своей «приспособленности» не отличались от обычных аллелей. Такое представление о популяции подразумевало, что практически все особи того или иного вида обладают почти одинаковым набором генов – кроме нескольких носителей хороших аллелей, которые появляются извне и побеждают, и плохих, которые устраняются[66]. Эти исключения и были мутантами, красиво, но глупо изображаемыми в научно-фантастических фильмах.

Как бы то ни было, в начале 1960-х годов группа Ричарда Левонтина пошла новым путем исследования генетики диких (да и вообще любых) организмов. Они решили узнать, сколько вариантов общих белков можно обнаружить в крови или клеточных экстрактах. Если существовал только один вариант, то организм получал одинаковые аллели от обоих родителей; для такого случая придуман специальный термин – «гомозиготность». Если два варианта – по одному от каждого родителя, это называется «гетерозиготностью».

То, что они обнаружили, никак не вписывалось в картину Фишера – Холдейна.

Они выяснили – и это позже многократно подтвердилось в тысячах диких популяций, – что у большинства организмов около 10 % генов являются гетерозиготными. Сейчас благодаря проекту «Геном человека» мы знаем, что имеем около 34 000 генов. Значит, гетерозиготны примерно из них 3400, а не десять, как предполагали Холдейн и Фишер.

Более того, если взять образцы разных организмов, то окажется, что около трети всех генов имеют различные аллели. Некоторые из них встречаются редко, но немало и таких, которые присутствуют более чем у 1 % популяции.

Истинная картина генной структуры популяций никоим образом не может быть согласована с классическим представлением популяционной генетики. Естественный отбор почти всегда должен распознавать различные комбинации древних мутаций. Дело не в появлении новых мутаций, которые сразу же проходят через отбор, – они обычно задерживаются на миллионы лет до тех пор, пока естественный отбор не обращает на это внимания и не выбрасывает их.

Сейчас, оглядываясь на прошлое, кажется очевидным, что все современные породы собак были «доступными» и для первых одомашненных волков – в том смысле, что необходимые аллели уже тогда существовали где-то в их популяции. У современных собак просто не было столько времени, чтобы накопить все необходимые мутации. Дарвин знал и о множестве загадочных и очевидных вариаций голубей. Но его последователи, шедшие по горячим следам молекулярных основ жизни, упустили волков и голубей из виду. И даже почти забыли о клетках. ДНК оказалась довольно сложной: клеточную биологию, казалось, невозможно понять, что уж говорить о самих организмах…

Для нашего представления о наследственности и эволюции открытие Левонтина стало знаменательным переломным моментом. Оно было как минимум столь же разительным, что и гораздо более растиражированная революция, заменившая ньютонову физику эйнштейновой, и, возможно, даже имело большее значение. Мы скоро увидим, что за последний год или около того был проведен еще один, даже более разительный пересмотр нашего представления об управлении клеточной биологией и развитием генов. Все учение о ДНК, матричной РНК и белках подверглось проверке на соответствие действительности, и внутренние «аудиторы» от науки признали его таким же древним, как популяционная генетика Фишера.

Сегодня принято считать – не только среднестатистическим продюсером получасовой научно-популярной телепередачи, но и большинством авторов научно-популярных книг, – что ДНК, «тайна жизни», эволюция и ее механизмы стали для нас открытой книгой. Вскоре после открытия структуры и механизма репликации ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком в конце 1950-х массмедиа – равно как и учебники по биологии всех уровней – начала именовать ее «чертежом жизни». Многие книги 1970-х во главе с «Эгоистичным геном» Докинза поддерживали мнение, что мы, поняв механизм наследственности, нашли ключ ко всем важным загадкам биологии и медицины – и особенно к эволюции.

Вскоре применение этого ошибочного взгляда в медицине привело к крупной трагедии. Седативное средство под названием талидомид стало все чаще выписываться и отпускаться без рецепта как средство от тошноты и прочих мелких недомоганий в ранние месяцы беременности. Лишь спустя некоторое время стало известно, что в редких случаях он вызывает порок развития, известный как фокомелия – когда руки и ноги новорожденного оказываются недоразвитыми и напоминают тюленьи ласты.

Для того чтобы заметить это, потребовалось некоторое время – отчасти по той причине, что до 1957 года с фокомелией на практике сталкивались лишь немногие врачи. Более того, редко кто вообще ее видел, но с 1957-го она стала встречаться по два-три раза в год. Вторая причина заключалась в том, что связать этот порок с каким-либо лекарством или микстурой было крайне трудно: беременные женщины, как известно, принимают множество различных диетических добавок к пище и зачастую не запоминают, что именно они принимали. Тем не менее к 1961 году благодаря некоторому медицинскому расследованию этот всплеск фокомелии удалось увязать с талидомидом.

Американские врачи принялись поздравлять друг друга с искоренением данной патологии благодаря Фрэнсис Келси, медицинской сотруднице Управления по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных средств, у которой возникли опасения при тестировании лекарства на животных. В итоге они не подтвердились, но все же избавили американцев от больших страданий. Она заметила, что это лекарство не тестировалось на беременных животных, так как в то время не существовало таких требований. Все знали, что эмбрион развивается по собственному сценарию отдельно от матери. Но эмбриологи, которые обучались на кафедре биологии, в отличие от медиков были знакомы с работами Сесила Стокарда, Эдварда Конклина и других эмбриологов 1920-х. Из них следовало, что многие распространенные вещества могли вызывать чудовищные пороки развития. Соли лития, примененные на эмбрионах рыб, к примеру, легко приводили к циклопии, то есть развитию единственного глаза посередине. Эти альтернативные варианты, вызванные химическими изменениями, принесли нам немало знаний о биологическом развитии организмов и особенностях управления им.

Они также научили нас тому, что развитие организма не строго определено ДНК своих клеток. Внешние неблагоприятные факторы могут направить ход развития по патологическому пути. Кроме того, генетика организмов, в том числе диких, обычно устроена таким образом, что «нормальное» развитие происходит, несмотря на изменения в некоторых генах. Это так называемое «канализированное» развитие имеет большое значение для процессов эволюции, из-за постоянных перепадов температуры, химического дисбаланса, паразитических бактерий и вирусов; растущий организм должен быть «огражден» от этих вариаций. Пути развития должны быть гибкими, чтобы «такие же» хорошо приспособленные создания происходили на свет, независимо от поведения окружающей среды. По крайней мере, в допустимых пределах.