Нил Шубин - Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Через какое-то время он все же к ним заглянул. Должно быть, в первое мгновение он подумал, что кто-то сюда заходил, поскольку теперь в клетке было два вида саламандр. Во-первых, родители – крупные водные существа с жабрами. Но, кроме них, здесь находились и другие животные. Они тоже были крупными, но выглядели как сухопутные: без жабр, без рыбьего хвоста – ничего, что могло бы напоминать об их способности жить в воде. Внимательно исследуя их анатомическое строение и сравнивая с уже описанными в научной литературе видами, Дюмериль понял, что этим существам несколько лет назад уже было присвоено имя. У них были точно такие же признаки, как у представителей рода Ambystoma — хорошо известных полностью сухопутных саламандр.

Животные настолько не походили друг на друга, что по системе Линнея их следовало отнести к разным родам, а не только к разным видам. Как будто Дюмериль посадил в клетку шимпанзе, а вернувшись через год, обнаружил мирно соседствовавших в клетке шимпанзе и горилл.

Появилась ли новая форма жизни из воздуха? Произошло ли в клетке Дюмериля в Париже крупное эволюционное превращение? Какую магию явили саламандры в этот раз?

На протяжении многих столетий, глядя на эмбрионы, люди на интуитивном уровне понимали, что процесс превращения яйцеклетки во взрослую особь содержит ключ к разгадке законов, определяющих различия между видами животных. На самом деле к тому времени, когда Дюмериль ломал голову над историей со своими саламандрами, развитие эмбриона – не важно, рыбы, лягушки или курицы – воспринималось как призма, через которую следовало рассматривать разнообразие живых существ на Земле.

Еще с тех пор, как Аристотель разглядывал содержимое куриного яйца, куриные эмбрионы были объектом восхищения. Куры зарождаются в собственном контейнере, который можно открыть, как окно. Вы можете пробить дырочку в скорлупе, просунуть внутрь источник света и посмотреть в микроскоп, чтобы увидеть эмбрион. Эмбрион начинает свое существование как небольшой сгусток белых клеток на поверхности желтка. Со временем он растет, и постепенно проявляются узнаваемые элементы: голова, хвост, спина, конечности. Этот процесс протекает как хорошо отрепетированный танец. Все начинается с того, что оплодотворенная яйцеклетка делится: одна клетка превращается в две, две превращаются в четыре, четыре в восемь и т. д. По мере увеличения их числа эмбрион превращается в шарик из клеток. Через несколько дней из полого шарика он превращается в клеточный диск, окруженный структурами, которые должны его защищать, обеспечивать питание и поддерживать правильные условия для его развития. Из простого диска клеток возникает целое существо. Ничего удивительного, что эмбриональное развитие всегда было источником гипотез и объектом научных исследований.

Шарль Бонне (1720-1793) полагал, что эмбрион, по сути, представляет собой маленькое, но полностью оформленное существо. И время пребывания в матке затрачивается на то, чтобы увеличить уже существующие органы. Эти маленькие “гомункулусы”, как их назвали, были основой его теории эволюции. Женские особи носят в себе все будущие поколения своего потомства. Гомункулусы могут переживать катастрофы, и из предшествующих поколений женских особей со временем de novo образуются новые формы жизни. На конечном этапе когда-то в будущем из гомункулусов в человеческой матке должны выйти ангелы.

В следующем столетии в лабораториях появлялись разные типы эмбрионов, а для их изучения применялись новые оптические методы. Когда ученые смогли увидеть настоящие эмбрионы, идея Бонне умерла, но вопрос о том, каким образом возникают столь разные существа, как слоны, птицы и рыбы, оставался открытым.

В 1816 году два студента-медика стали одними из первых ученых, кто глубоко проник в проблему формирования биологического разнообразия на уровне эмбрионов. Карл Эрнст фон Бэр (1792-1876) и Христиан Пандер (1794-1865) росли в высокопоставленных семьях немецко говорящего населения Балтийского региона. В медицинской школе Вюрцбурга они последовали примеру Аристотеля и занялись изучением куриных эмбрионов. Пандер инкубировал тысячи яиц, вскрывал их в разных фазах развития и рассматривал под увеличительным стеклом, чтобы увидеть, как формируются органы. В первые годы исследований у него было очевидное преимущество: он происходил из состоятельной семьи [3] Христиан Пандер происходил из купеческой семьи, а Карл фон Бэр был дворянином. и мог позволить себе построить стеллажи для тысяч яиц, нанять помощника для извлечения эмбрионов и заказать высококачественные гравюры для публикации. Не имея таких средств, как Пандер, фон Бэр оставался на втором плане.

Карл Эрнст фон Бэр

Технологические новшества были на руку Пандеру: он сумел раздобыть лучшие увеличительные стекла для разглядывания тканей и клеток. Имея множество эмбрионов разного возраста и новые линзы, чтобы их рассматривать, он смог разглядеть то, чего до него не видел ни один человек. Эмбрионы на ранних стадиях развития не имели различимых органов, и меньше всего они походили на гомункулусов, о которых говорил Бонне. Ранние эмбрионы не были похожи на взрослых особей, а представляли собой просто клеточные диски на поверхности желтка.

Пандера интересовал не только внешний вид эмбрионов – он хотел знать, что происходит внутри. Сосредоточившись на этом, он отметил, что эмбрион зарождается как простой диск размером с несколько песчинок. Увеличиваясь в ходе развития, он приобретает три слоя ткани, похожие на три листка, расположенные один поверх другого. На этой стадии эмбрион напоминает круглый трехслойный кекс.

Имея в распоряжении тысячи яиц, Пандер проследил, что происходит в каждом из слоев куриного эмбриона, вырастающего из простого трехслойного диска до взрослой курицы с головой, крыльями и ногами. Он видел, как постепенно оформляются органы.

Работая с увеличительными стеклами и подробно зарисовывая все стадии развития, Пандер обнаружил простой общий принцип в основе этого сложного процесса. Строение тела определялось тремя слоями эмбриона. Внутренний слой в конечном итоге давал начало органам пищеварения и связанным с ними железам. Промежуточный слой превращался в кости и мышцы, а внешний становился кожей и органами нервной системы. По мнению Пандера, а также фон Бэра, который наблюдал за его открытиями, эти три слоя были важнейшим организующим принципом формирования тела курицы.

Фон Бэр подозревал, что в этих трех слоях скрывается даже нечто большее. К сожалению, не имея финансовой возможности, он не мог начать самостоятельные исследования, пока через десять лет не получил должность профессора в Кёнигсбергском университете. Теперь, имея доход, он мог заняться изучением множества неизвестных вещей относительно эмбрионов животных разных видов. В этом поиске он иногда сбивался с пути. Чтобы продемонстрировать, в каком органе образуются яйцеклетки млекопитающих, он принес в жертву собаку директора университета. Имя фон Бэра на века осталось связанным с открытием, что яйцеклетки млекопитающих образуются из фолликулов в яичниках, но история умалчивает о том, что думал директор о его экспериментальных методах.