Тимо Зибер - Дикие гены

Но если степень родства с тетушкой можно проследить по старым пожелтевшим документам, то с более дальними родственниками дело обстоит сложнее. Кто на генеалогическом древе сидит ближе ко мне: горилла, с наслаждением поедающая бананы прямо в кожуре, или орангутан, висящий на одной руке, а другой ковыряющий в носу? А какое место занимает чепрачный тапир по отношению к голому землекопу? Ученые долгое время пытались ответить на эти вопросы, основываясь главным образом на внешнем сходстве. Так, например, они судили о родстве по числу зубов. Но тут можно впасть в заблуждение. Вы можете прочесть на упаковке: «Только 52 зубчика являются защитой от подделки» [2] Рекламный слоган сорта сливочного печенья с 52 зубчиками по периметру. – Прим. перев. . Но, сунув туда руку в надежде выудить вкусное сливочное печенье, вы можете нарваться на злобного сумчатого муравьеда с его 52 зубами, которыми он вцепится в ваш палец. В этом нет ничего хорошего.

Но нашелся человек, который счел подобное положение дел совершенно неприемлемым. Это был Карл Вёзе. Вы можете представить его себе расхаживающим по университетскому городку в Иллинойсе во фланелевой рубашке в черно-красную клетку (мы уже встречались с ним раньше, так как он был одним из соавторов гипотезы мира РНК). В 1960-е годы он получил должность профессора Иллинойсского университета и собственную лабораторию в придачу. Но его больше интересовали родственные связи не с кусачими сумчатыми млекопитающими, а то, в каком родстве между собой (и с нами) состоят бактерии. Клетки нашего тела, как и клетки животных, растений и даже дрожжевых грибков, относятся к эукариотам (от греч. ей – хороший, настоящий и karyon – ядро). Они относительно велики, имеют сложную внутреннюю структуру и обладают ядром. Бактерии по сравнению с ними значительно меньше и имеют более простое строение. Их наследственный материал разбросан без должной упаковки по всей клетке, потому что у них нет ядра. Поэтому их относят к прокариотам (от греч. pro – до и karyon – ядро).

Большинство ученых в то время не задумывались о родстве между бактериями, так как поиски чего-то осмысленного в данном контексте представлялись совершенно безнадежным делом. Ведь внешние признаки, по которым подразделялись бактерии, давали для этого мало оснований. Бактерии могли быть круглыми, продолговатыми или спиралевидными. При некоторой доле везения мы могли получить кое-какие данные об их образе жизни, и на этом наука заканчивалась. Но Вёзе этим не удовлетворился. Ему хотелось создать систему.

Итак, он уселся в своем кабинете, положил ноги в потрепанных туфлях на стол и задумался. Проблема была в том, что все биологи, занимавшиеся вопросами эволюции, интересовались главным образом животными и растениями, но отнюдь не теми, которых можно было рассмотреть только под микроскопом. А микробиологам, которые занимались микроорганизмами, вопросы эволюции были неинтересны, поскольку отслеживать эволюцию микробов – настоящий кошмар, состоящий из предположений и теорий, которые очень редко согласуются между собой. Поэтому очень многие ученые придерживались мнения, что можно прекрасно прожить и без генеалогического древа бактерий. Однако Вёзе был убежден, что для подлинного понимания мира микробов необходимо знать историю их развития. А для этого надо было найти следы эволюции там, где она происходит, то есть в генах.

И Вёзе решил создать в одиночку генеалогическое древо бактерий. Задача представляется монументальной, но как ее решить? Давайте проведем небольшой мысленный эксперимент.

Для этого нам понадобятся свисток, секундомер, бабушкин рецепт ванильного кекса, пачка клейких листочков для записей и 20 автобусов с туристами, не слишком хорошо владеющими немецким языком, каждому из которых выдается шариковая авторучка.

Попросим участников выйти из автобусов и построиться в виде правильного треугольника. Прямо перед вами стоит первый турист. Сзади становятся еще двое, а за каждым из них – еще по двое, то есть уже четверо, и так далее. Когда все построятся, достаньте бабушкин рецепт и дайте первому туристу, который должен дословно переписать его на свой листок и приклеить себе на лоб. Два туриста из второго ряда тоже переписывают рецепт, но уже не с оригинала, а со лба первого. Через две минуты вы свистите снова, давая старт следующему кругу. Через 22 минуты очередь доходит до последнего ряда (как видите, эксперимент требует не так уж много времени и его можно провести в обеденный перерыв). В конце вы собираете все записи по рядам вплоть до последнего, благодарите участников за помощь, возвращаетесь к себе в кабинет и начинаете в спокойной обстановке анализировать результаты.

В переписанных рецептах наверняка будет куча ошибок (но вы ведь, честно говоря, именно на это и рассчитывали).

На одних вместо «маргарин» написано «мандарин». Сравнивая листки между собой, на основании этой ошибки можно сделать вывод о том, кто у кого списывал. Ведь все рецепты со словом «мандарин» имеют одного общего «предка». Даже если у вас нет возможности пообщаться с ним лично (потому что он тем временем уже изучает особенности немецкой истории и культуры в какой-нибудь пивной), вы можете уверенно сказать, что он здесь был. Если мы далее подробно рассмотрим все рецепты со словом «мандарин», то можем обнаружить, что в некоторых из них слово «кефгер» заменено на «зефир». Значит, один из потомков «мандарина» допустил новый огрех и также передал его по наследству. Так продолжается до тех пор, пока мы на основании всех допущенных ошибок не вычислим полное генеалогическое древо участников эксперимента и не поймем, кто, что, где, когда, у кого и как списывал с ошибками.

Именно это и собирался делать Карл Вёзе – только без туристов и клейких листочков. Чтобы заглянуть в прошлое, ему нужен был только фрагмент генетической информации (рецепт ванильного кекса), который можно встретить в любом живом существе и который с очень большим трудом изменяется при копировании. Как найти такую информацию? Это было совсем не просто, поскольку в то время биологи еще только расшифровывали генетический код. Наши знания о генах и их последовательности были весьма ограниченными.

Но не только эволюция может похвастать своим прошлым. Сам Карл Вёзе на протяжении многих лет до этого занимался рибосомами – теми самыми «машинами», которые изготавливают в клетках новые белки. Эти «машины» состоят из белков и фрагментов РНК – рРНК, которые необходимы для правильного функционирования рибосом. Они требуются всем живым существам на планете. А поскольку рРНК так универсальны и важны для выживания, Вёзе был уверен, что они не подвержены быстрым случайным мутациям. Это, разумеется, не значит, что с ними ничего не может случиться. Просто очень мала вероятность того, что произойдут настолько полезные (или даже нейтральные) изменения, которые смогут сохраниться для передачи по наследству. Это то же самое, что угадать шесть цифр в «Спортлото». Шанс составляет примерно 1 к 15 миллионам. Главный выигрыш с ходу крайне маловероятен, но если играть несколько миллионов лет подряд, то время от времени вы будете возвращаться из банка с полной тачкой денег. Именно так Вёзе представлял себе ситуацию с рРНК: она должна меняться постоянно, но очень медленно, что даст возможность заглянуть далеко в прошлое.