Тимо Зибер - Дикие гены

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».