Внутренний зоопарк

Я впервые приобщился к миру науки в 1980 году еще студентом колледжа, решив подработать волонтером в Американском музее естественной истории в Нью‑Йорке. Это была для меня замечательная возможность познакомиться с коллекциями, хранящимися в этом богатейшем музее, но, кроме того, этот опыт запомнился мне посещением проводившихся в музее весьма экстравагантных еженедельных семинаров. Каждую неделю на этих семинарах выступал какой‑нибудь специалист, рассказывавший об одной из хорошо известных лишь узкому кругу специалистов областей естественной истории. После его выступления, которое часто не производило большого впечатления, слушатели разбирали его речь по кусочкам. Делалось это со всей беспощадностью. Временами все действо напоминало большой пикник, на котором приглашенный специалист выступал в роли окорока, зажаренного на вертеле. В ходе этих дебатов участники нередко переходили на крик, топали ногами, выражая возмущение, и демонстрировали богатство мимики и жестов, достойное классического немого фильма.

Вот где я очутился! И это происходило в священных залах храма науки, на семинаре, посвященном биологической систематике! Вы, возможно, знаете – это наука о том, какие названия давать живым организмам и как их классифицировать в соответствии со схемой, которую все мы учили в школе на уроках биологии. Сложно представить себе тему, которая имела бы меньшее отношение к повседневной жизни, и тем более сложно представить, как обсуждение этой темы может довести выдающихся ученых до буйства и даже потери достоинства. Глядя на это, сторонний наблюдатель имел бы все основания сказать им: «Идиоты! Займитесь делом!»

Ирония в том, что теперь я понимаю, почему эти люди так кипятились. В то время мне еще сложно было по достоинству оценить это, но они обсуждали одну из важнейших концепций всей биологической науки. На первый взгляд, в ней нет ничего особо важного, но эта концепция лежит в основе того, как мы сравниваем разные организмы – человека и рыбу, рыбу и червя или что угодно одно с чем угодно другим. Эта концепция позволила разработать методы, с помощью которых мы изучаем наши родственные связи, находим преступников по следам их ДНК, разбираемся в том, как возник вирус СПИДа, отслеживаем расселение вирусов гриппа по планете. Эта концепция, о которой я собираюсь сейчас рассказать, служит логическим основанием для значительной части того, о чем шла речь в этой книге. Если понять суть этой концепции, мы поймем, о чем нам говорят пресловутые рыбы, черви и бактерии, которых мы находим внутри себя.

Все поистине великие идеи о законах природы были сформулированы исходя из простейших первоначальных посылок, с которыми мы сталкиваемся каждый день. Базируясь на простых понятиях, такие идеи находят более широкое применение и объясняют уже по‑настоящему значительные явления, такие как движение звезд или работа времени. В духе этих представлений я хотел бы поделиться с вами одним законом природы, с истинностью которого мы все можем согласиться. Этот закон настолько глубок, что многие из нас воспринимают его как нечто совершенно само собой разумеющееся. Но при этом он составляет отправную точку для всего, что мы делаем, занимаясь палеонтологией, биологией развития и генетикой.

Этот биологический «закон всего» состоит в том, что у каждого живого существа на нашей планете были биологические родители.

У каждого знакомого вам человека были родители. Были они и у каждой птицы, каждого тритона, каждой акулы, которых вам доводилось видеть. Новые технологии могут изменить положение дел с помощью клонирования или какого‑нибудь другого метода, который еще предстоит изобрести, но пока этот закон природы повсеместно работает. Сформулируем его более четко: каждое живое существо развилось на основе родительской генетической информации. Эта информация определяет само понятие родителя, и, пользуясь этим определением, мы можем разобраться в биологическом механизме наследственности и применять это понятие даже к таким существам, как бактерии, которые размножаются совсем не так, как мы.

Сила этого закона именно в том, что он находит очень широкое применение. Вот она во всей своей красе: все мы суть модифицированные потомки наших родителей, или их генетической информации. Я потомок своего отца и своей матери, но я отличаюсь от них. Мои родители, в свою очередь, – модифицированные потомки своих родителей. И так далее. Схема происхождения их всех и тех модификаций, которые при этом происходили, определяет генеалогическое древо моей семьи. Причем определяет так однозначно, что восстановить это древо можно даже по небольшим образцам крови – моей и моих родственников.

Представьте себе, что вы стоите в комнате, заполненной людьми, с которыми вы никогда доселе не встречались. Вам дают простое задание: определить степень вашего родства с каждым из находящихся в этой комнате людей. Как вам разобраться, кто из них ваш дальний родственник, кто очень дальний, а кто ваш семидесятипятиюродный прапрадедушка?

Чтобы решить эту задачу, нам нужен некий биологический механизм, который можно было бы положить в основу наших изысканий и который позволял бы нам проверять гипотезы, касающиеся нашего генеалогического древа. Этот механизм можно вывести из уже знакомого нам закона биологии. Знание того, как именно работает наше происхождение, сопровождаемое модификацией[2], дает нам ключ к тайнам собственной биологической истории, потому что каждый этап такого происхождения оставляет в нас следы, которые мы можем выявить.

Давайте представим себе гипотетическую скучную супружескую пару, совершенно не похожую на клоунов, и их потомство. Один из их сыновей родился с генетической мутацией, которая дала ему красный резиновый нос, способный издавать громкий писк. Этот сын становится взрослым и осчастливливает некую женщину, сочетаясь с нею браком. Он передает этот мутантный нос своим сыновьям, и все они рождаются с пищащими резиновыми красными носами. Теперь представим себе, что один из его сыновей наследует новую мутацию, из‑за которой у него развиваются огромные шлепающие ступни. В следующем поколении все его сыновья такие же, как он, – с красным пищащим носом и шлепающими ступнями. Перейдем дальше еще на одно поколение.

Родословное древо клоунов.

Представим себе, что один из детей этого поколения, правнук нашей скучной пары, получает в наследство еще одну мутацию – кудрявые ярко‑рыжие волосы. Когда эта мутация переходит в следующее поколение, все его сыновья оказываются с кудрявыми рыжими волосами, шлепающими ступнями и пищащим красным носом. В итоге все эти праправнуки нашей бедной скучной пары оказались настоящими клоунами.

Этот несерьезный пример иллюстрирует одну в высшей степени серьезную идею. В результате происхождения, сопровождаемого модификацией, образуются генеалогические деревья, ветви которых мы можем определять по их признакам. Эти ветви обладают своими характерными чертами. Представители каждого поколения определенной ветви обладают уникальными признаками, по которым их можно разделить на группы разного ранга, входящие одна в другую как матрешки. Группа «настоящих клоунов», правнука и праправнуков первоначальной пары, вся происходит от того из их внуков, у которого был пищащий нос и шлепающие ступни. Этот внук относился к группе «протоклоунов» – потомков того сына первоначальной пары, у которого был только пищащий резиновый нос. Этот «предпротоклоун», в свою очередь, произошел от родителей, совершенно не похожих на клоунов.

Эта схема происхождения, сопровождаемого модификацией, означает, что вы могли бы представить гипотетическое родословное древо клоунов, даже если бы я ничего вам о нем не рассказал. Если бы перед вами была комната, заполненная представителями разных поколений клоунов, вы бы догадались, что все клоуны, у которых есть пищащий нос, составляют группу родственников. В составе этой группы будет подгруппа с пищащим носом и шлепающими ступнями, в составе этой подгруппы будет подгруппа более низкого ранга – настоящих клоунов с оранжевыми волосами, пищащим носом и шлепающими ступнями. Главное здесь то, что по наблюдаемым признакам – таким как оранжевые волосы, пищащий нос, большие шлепающие ступни – можно выделить все эти группы. Эти признаки дают нам возможность выделять группы клоунов, состоящие друг с другом в родстве, начиная с определенного поколения.

Если рассматривать вместо этой воображаемой клоунской семьи реальные организмы, обладающие реальными признаками, возникшими за счет мутаций, видоизменявших тела их предков, то и их родословное древо можно будет восстановить по наблюдаемым признакам. Если именно так и работает происхождение, сопровождаемое модификацией, то в основе каждой ветви наших деревьев должны находиться организмы, обладающие теми или иными базовыми признаками. Эта истина обладает такой огромной силой, что позволяет нам восстанавливать генеалогические деревья, даже основываясь на одних только генетических данных, в чем мы убеждаемся из результатов целого ряда генеалогических проектов, осуществляемых в настоящее время. Разумеется, реальный мир намного сложнее, чем этот простой гипотетический пример. Восстановление генеалогических деревьев нередко оказывается непростой задачей, например, если тот или иной признак неоднократно независимо возникал у разных представителей изучаемой родственной группы, или если взаимосвязь между признаком и геном, его определяющим, непрямая, или если наблюдаемые признаки определяются не генетическими изменениями, а изменениями рациона питания или каких‑то условий окружающей среды. К счастью, восстановление схемы развития, сопровождаемого модификацией, нередко оказывается возможным, несмотря на все эти трудности, примерно также, как оказывается возможной очистка принимаемых радиосигналов от шума.

Но откуда растут все ветви этих деревьев, где их начало? Началась ли ветвь клоунов с той скучной пары? Ответ во многом зависит от того, как мы договоримся считать. Начинается ли моя ветвь с первых моих предков, носивших фамилию Шубин? Начинается ли она с украинских евреев или жителей Северной Италии? Как насчет древнейших людей? Или ее началом нужно считать микробов, живших 3,5 миллиарда лет назад или еще раньше? Все согласятся, что их родословная где‑то начинается, но весь вопрос в том, где именно ее начало.

Если наша родословная началась с древнейших микробов и если это соответствует нашему закону биологии, то мы можем приводить в систему имеющиеся у нас данные и делать специфические предсказания. Жизнь на Земле оказывается не случайным набором из разных существ, она обретает систему, все элементы которой несут общие признаки происхождения, сопровождаемого модификацией, вроде тех, что мы видели в семье клоунов. Неслучайной должна быть и структура всей геологической летописи. Признаки, появившиеся позже, должны встречаться у ископаемых из менее древних слоев горных пород, чем признаки, возникшие ранее. Точно так же, как на моем собственном генеалогическом древе я появился позже, чем мой дедушка, на общем генеалогическом древе всего живого все его элементы тоже должны иметь свое место во времени.

Чтобы увидеть, как биологи на практике восстанавливают наши родственные связи с другими живыми существами, нам нужно покинуть наш воображаемый цирк и вернуться в зоопарк, который мы посетили в первой главе этой книги.