Питер Уорд - Эволюция будущего

Количество видов домашних растений относительно невелико. Существует более двухсот тысяч видов покрытосеменных, или цветковых растений, хотя лишь десять из них дают львиную долю человеческой пищи. В числе этих десяти – травы и хлебные злаки, такие, как пшеница, рис и кукуруза; для них всех характерны семена, богатые крахмалом и белком. Хлебные злаки высаживаются на 70 % обрабатываемых земель в мире и производят примерно 50 % калорий, используемых человечеством. Другие растения из первой десятки – это сахарный тростник, ямс, картофель, бананы, соя и маниок. По всему миру в пищу человеком используется примерно три тысячи видов растений, но лишь примерно двести из них стали домашними.

Генная инженерия, которую наши предки использовали для того, чтобы придать новые свойства своим возделываемым пищевым растениям и домашним животным, была грубой, но эффективной: сохрани благоприятствуемые вариации и позволь им размножаться; уничтожь остальных. Но в двадцатом веке появился новый тип генной инженерии – тот, который изменяет непосредственно сам геном. Этот новый путь привнесения новизны охватил сельскохозяйственные районы Земли, и его последствия, несомненно, будут непредсказуемыми. Может случиться так, что способы, которыми трансгенная революция привнесёт новизну в биоту, станут почти невообразимыми – и не все из них окажутся желательными. Она стоит, например, на грани создания «суперсорняков».

Современная генетическая технология позволяет перемещать генетический материал от одного вида к другому. Эта новая генетическая информация непрерывно объединяется в геноме второго вида, придавая ему новые особенности. Всякий раз, как это делается, новый тип организма с различными намерениями и целями выпускается в биосферу. Организм, преобразованный таким образом, называется трансгенным растением, животным или микроорганизмом. Эти трансгенные существа не возникали путём естественного процесса эволюции, но они являются одним из самых зловещих объектов для работы будущей эволюции на этой планете.

Трансгенные организмы возможны из-за существования определённых генов, способных «перепрыгивать» из одной хромосомы в другую. Первое открытие прыгающих генов было сделано американским генетиком Барбарой МакКлинток в 1940-х годах. МакКлинток изучала генетику маиса (кукурузы) и наблюдала явление, когда некоторые гены, такие, как гены, отвечающие за цвет семян, демонстрировали способность к перемещению из одной хромосомы в другую. Значением этого открытия в значительной степени пренебрегали до 1970-х годов, когда оно было вновь независимо открыто другими исследователями, изучающими способы выработки некоторыми бактериями устойчивости к антибиотикам. Гены, или участки ДНК, кодирующие эти специфические признаки у бактерий, не «скачут» как таковые; вместо этого они производят собственные копии, которые встраиваются в других местах, как на хромосомах, так и в других органеллах, несущих генетический код и называемых плазмидами.

Открытие этих прыгающих генов, получивших техническое название транспозонов, дало начало целой волне исследований в 1980-х и 1990-х годах. Эти специфические цепочки ДНК способны неоднократно вырезать и встраивать самих себя в различные участки генетического кода организма. Их сделало известными – и, в конечном счёте, возможно, печально известными – то, что транспозоны одного организма можно использовать, чтобы встроить новую генетическую информацию в ДНК совершенно неродственных организмов.

Многие из исследований, использующих транспозоны, проводились на плодовых мушках. Плодовая мушка Drosophila – один из основных объектов экспериментальной генетики, поскольку она быстро размножается и её генетический код хорошо известен. В начале 1980-х годов Джеральд Рубин и Алан Спрэдлинг из Института Карнеги обнаружили у Drosophila транспозон, который можно использовать, чтобы включить в геном этих мух новую генетическую информацию. Им удалось изменить генетический код транспозона и повторно встроить его в геном мухи. Благодаря этому действию им удалось создать муху с новым генетическим кодом, который мог передаваться следующему поколению. Они создали трансгенный вид – совершенно новый вид, с генетическим кодом, созданным не природой, а наукой.

Эти ранние эксперименты изменили в новой мухе очень немногое. Большая часть её генетического кода была такой же, как у не изменённого вида. Но некоторые признаки, вроде цвета или типа глаз, могли быть изменены. Дальнейшая работа показала, что некоторые транспозоны плодовых мушек можно использовать не только для изменения генетического кода у плодовых мушек, но также можно поместить в совершенно неродственный вид. Метод был усовершенствован, что позволило заниматься истинной генной инженерией насекомых.

Цели генетического изменения насекомых похвальны. Насекомые сеют опустошение в человеческом обществе двумя способами: они являются переносчиками болезней (например, малярии, жёлтой лихорадки и некоторых видов сонной болезни) и потребляют значительную часть урожая, выращенного людьми. Генная инженерия пытается смягчить остроту обеих этих проблем. Однако результаты этой работы появляются медленно. У некоторых москитов, распространяющих болезни, генетики пока смогли изменить цвет глаз, но пока не изменили структуры, участвующие в распространении микробов, вызывающих болезни. Чтобы в дальнейшем способствовать этому процессу, генетики заразили насекомых, являющихся целью исследования, вирусами, которые ведут себя подобно транспозонам. Вирус, однажды попавший в тело насекомого-хозяина, может изменять способ передачи болезни. Некоторых вредителей сельского хозяйства, например, средиземноморскую плодовую муху и личинок мясной мухи, удалось успешно побороть с использованием трансгенного или других генетических методов (напр., выводя стерильных представителей вида, которые распространяются среди жизнеспособных членов популяции).

Хотя трансгенные методы только начинают использоваться для контроля над насекомыми-вредителями, такие инструменты уже широко применяются для работы с продовольственными культурами. Генная инженерия добилась успеха в добавлении новых генов к ДНК различных пищевых растений, тогда как разведение традиционным способом лишь создаёт варианты уже существующего генетического комплекса. Так, когда одомашнивание лишь усиливает ценные качества многих видов растений, трансгенные работы добавляют совершенно новые характеристики, типа большей стойкости к жаре и засухе, более успешного сопротивления болезням и поеданию насекомыми, а также большей урожайности.