Расшифрованный код Ледового человека: От кого мы произошли, или Семь дочерей Евы
Шрифт:
За утро, рассказывая репортерам о нашей научной статье, я изрядно устал подыскивать слова, чтобы попроще и доходчивее объяснить, что такое ДНК и тому подобные вещи. К моменту, когда позвонил корреспондент из отдела науки газеты «Обсервер», я уже дошел до ручки. После нескольких рутинных вопросов он спросил, каких открытий мы ожидаем теперь, когда стало возможным извлекать ДНК из археологических останков. Я ответил, что теперь можно будет, например, точно выяснить, действительно ли вымерли неандертальцы. Это был совершенно разумный и серьезный ответ и даже, как выяснилось впоследствии, верный прогноз. Но вслед за тем меня понесло: «Конечно, мы теперь сможем ответить и на другие вопросы, над которыми столетиями ломали головы ученые: например, мужчиной или женщиной был фараон Рамзес». Насколько мне известно, вторая возможность никогда не приходила в голову ни одному ученому. Ни у кого не возникало ни малейших сомнений в принадлежности великого фараона к мужскому полу. И все же я не слишком удивился, прочитав в воскресной газете заголовок «Рамзес Второй — фараон или фараонша?».
Спустя много лет мне посчастливилось быть приглашенным на открытие новой Египетской галереи Британского музея в Лондоне. Ужин был дан в величественной галерее египетской скульптуры, и мое место оказалось как раз напротив громадной гранитной статуи Рамзеса. Фараон неотступно глядел на меня, не отводя осуждающего взора. Ясразу понял: ему все известно о дурацкой шутке, так что в загробной жизни у меня могут возникнуть серьезные проблемы.
Одной из самых больших трудностей, с которыми мы столкнулись, извлекая ДНК из древних костей, было то, что даже при соблюдении максимальной осторожности все же имелся большой риск амплифицировать современную ДНК, чаще всего свою собственную, вместо ископаемой. Древняя ДНК даже там, где она есть, представлена в чрезвычайно малых количествах. Химические процессы, происходящие главным образом под воздействием кислорода, постепенно изменяют структуру молекулы, так что она начинает дробиться на все более мелкие фрагменты. Если хоть самая крошечная частица современной ДНК попадет в пробирку и вступит в реакцию, то копирующий фермент-полимераза сконцентрирует усилия на чистеньком современном материале и с энтузиазмом наплодит миллионы копий. Ферменту ведь невдомек, что нам-то необходимо амплифицировать именно малопривлекательные истрепанные ошметки старой ДНК. В таком случае все будет выглядеть так, словно реакция прошла вполне успешно. Поместив каплю экстракта древних костей в пробирку, на выходе получим массу ДНК. И только много позже, анализируя материал, вдруг обнаружим, что полученные молекулы ДНК не имеют ни малейшего отношения к ископаемой.
Хотя мы и были уверены, что в случае с костями из Абингдона такого не произошло, однако решили провести еще один контрольный эксперимент, используя в нем ископаемые кости, но не человека, а животного. Это позволяло легко проверить, что мы амплифицируем ДНК животного — это было в данном случае нашей целью, или ДНК человека, что свидетельствовало бы о загрязнении пробы. Мы стали думать, где бы взять старые кости животных, и решили, что самое подходящее место — это останки потерпевшего крушение корабля «Мэри Роуз». Великолепный галеон затонул в 1545 году, отражая атаку французского флота в Портсмуте. Почти никому из команды не удалось спастись. Более четырех столетий обломки корабля пролежали на илистом дне на глубине четырнадцати метров, пока в 1982 году «Мэри Роуз» не была поднята и выставлена для всеобщего обозрения в музее Портсмутской гавани. Там она хранится и в наши дни, в смеси воды и антифриза, не дающей древесине коробиться. На поднятом корабле были найдены не только скелеты несчастных моряков, но и сотни костей рыб и других животных. Когда корабль затонул, его трюмы были полны съестных припасов, в том числе коровьих и свиных туш и соленой трески. Мы уговорили сотрудника музея выдать нам для анализа одно свиное ребро. Поскольку большую часть времени ребро провело без доступа кислорода на илистом дне залива, оно находилось в прекрасной сохранности, так что нам удалось выделить изрядное количество ДНК без особых хлопот. Мы провели анализ — никаких сомнений: полученная ДНК принадлежала свинье, а не человеку.
Я описываю все это не потому, что задался целью нудно, один за другим, перечислять каждый из наших экспериментов. Мне просто хотелось, чтобы вы могли вообразить себе, какова была реакция после публикации результатов этого контрольного исследования. Еще больше телефонных звонков, новые газетные заголовки — лично мне больше всех понравился вот этот, из «Индепендент он Санди»: «Посади свинью за стол — она и ребра на стол, для исследования ДНК». Похоже, нам предстояло сплошное веселье.
Глава II
ТАК ЧТО ЖЕ ТАКОЕ ДНК И ЧТО ОНА УМЕЕТ?
Всем нам прекрасно известно, так было испокон веков, дети часто бывают похожи на своих родителей, что ребенок рождается спустя девять месяцев после оплодотворения яйцеклетки. Механизм наследования оставался тайной до самого недавнего времени, во все времена люди пытались найти ему объяснение, выдвигая всевозможные теории. В греческой литературе можно найти множество упоминаний о фамильном сходстве, а рассуждать о его причинах было излюбленным занятием античных философов. Аристотель примерно в 335 году до нашей эры высказывал догадку, что облик и все свойства будущего ребенка определяет отец, в то время как роль матери сводится к вынашиванию дитяти в утробе и заботе о нем после рождения. Эта гипотеза прекрасно отвечала патриархальной направленности западной цивилизации той эпохи. Казалось совершенно естественным, что отец, обеспечивающий в семье достаток и положение, является и «автором» всех черт и свойств своих детей. Не отрицалось, однако, и то, что подобрать подходящую супругу важно, даже необходимо. В конце концов семена, брошенные в добрую почву, всегда прорастают лучше, чем в бедной и тощей земле. Была, впрочем, одна проблема — она долгое время заставляла безвинно страдать несчастных женщин.
Если дети рождаются по образу и подобию своих отцов, откуда же берутся дочери? Аристотель ломал над этим голову всю свою жизнь и пришел к логическому заключению, что младенцы повторяют отцов во всем, включая и половую принадлежность, за исключением тех случаев, когда развитию что-то мешает во время вынашивания в утробе. Эти «помехи» могут быть совсем ничтожными, приводя к незначительным изменениям (например, волосы у ребенка рыжие, а не черные, как у отца), а более основательные помехи приводят к заметным отклонениям, вплоть до того, что ребенок может родиться с дефектами или оказаться девочкой. Такой подход имел тяжелые последствия для многих женщин, которых наказывали или подвергали преследованию за то, что им не удавалось родить сына. Эта древняя теория развилась в представление о «гомункулусе», крошечном, но уже заранее полностью сформированном существе, попадающем в организм женщины в момент полового сношения, а потом ему остается только увеличиваться в размерах. Еще в начале восемнадцатого века пионер микроскопии Антони ван Левенгук был убежден, что с помощью хорошо отполированных луп можно разглядеть крохотного гомункулуса, свернувшегося в клубочек в головке сперматозоида.
Гиппократ, чье имя увековечено в названии клятвы врачей (в прошлом эту клятву в верности медицинскому долгу давали начинающие врачи, кое-где этот обычай сохранился и поныне), придерживался менее крайних взглядов, чем Аристотель, отводивший женщинам столь незаметную роль. Он полагал, что семенную жидкость производят не только мужчины, но и женщины, а черты младенца определяются тем, чьей жидкости из родителей в момент зачатия оказалось больше. В результате дитя может получить отцовские глаза или материнский нос; если же жидкость в момент зачатия присутствует в равных количествах, то и ребенок будет похож на обоих родителей, например, цвет его волос может оказаться средним между материнским и отцовским.
Теория Гиппократа более естественным образом объясняла то, с чем не раз встречался в жизни каждый человек. «Он весь в отца» или «У нее мамина улыбка» — подобные замечания ежедневно звучат миллионы раз по всему миру. К концу девятнадцатого века большинство ученых признавали, что свойства потомства тем или иным образом определяются родителями. И Дарвину было известно не больше, именно поэтому ему никак не удавалось найти механизм, объясняющий теорию естественного отбора: по этой логике получалось, если появляется что-то новое и благоприятное, оно не может удержаться, а неизбежно будет разбавляться и сводиться на нет из-за добавления все новых признаков в каждом последующем поколении. Современные генетики снисходительно посмеиваются над тем, как долго их предшественники были слепы, однако нельзя отрицать, что теория смешения была, даже сейчас она вполне правдоподобно описывает и объясняет наследственность.
В конечном итоге два практических достижения девятнадцатого столетия послужили ключом к пониманию того, как все происходит на самом деле: одним достижением явилось изобретение новых химических красителей для текстильной промышленности, а другим — совершенствование технологии шлифовки линз для микроскопов, которое позволило намного улучшить качество увеличения. Теперь под микроскопом можно было различить отдельные клетки, а с использованием новых красителей даже увидеть их внутреннюю структуру. Отныне появилась возможность наблюдать процесс оплодотворения, слияния крупной яйцеклетки и маленького целеустремленного сперматозоида. Можно было видеть, как в делящихся клетках формируются странные, похожие на ниточки структуры, как они собираются в центре, как затем равные их количества расходятся в две новые клетки. Эти необычные структуры — они хорошо и четко прокрашивались новыми красителями — получили название хромосомы,что на греческом языке означает буквально «окрашенные тельца». Понять роль хромосом удалось лишь спустя много лет.
В процессе оплодотворения один набор таинственных нитей как будто возникал из отцовского сперматозоида, а второй — из материнской яйцеклетки. Еще раньше это было предсказано человеком, известным всему миру как родоначальник генетики. Основы этой науки Грегор Мендель, монах из чешского города Брно, заложил на опытной грядке в монастырском огороде, где он выращивал горох в 1860-е годы. Он пришел к выводу, что наследственность (у любых видов) передается в равной мере от обоих родителей к потомству. К несчастью, Мендель умер, не увидев хромосом своими глазами, но предвидение его оказалось верным (за двумя важными исключениями — митохондриальная ДНК, о которой мы еще будем говорить в этой книге, и хромосомы, определяющие пол). Гены — специфические частицы генетического кода, находящиеся в хромосомах, наследуются в равных количествах от обоих родительских хромосомных наборов. К 1903 году определяющая роль хромосом в наследственности и тот факт, что в них должно содержаться какое-то вещество наследственности, были уже общепризнанными, но потребовалось еще полвека, чтобы узнать, из чего состоят хромосомы и как они действуют в качестве физических носителей наследственной информации. В 1953 году двое молодых ученых из Кембриджа — Джеймс Д. Уотсон и Фрэнсис Крик — расшифровали молекулярную структуру вещества, о котором давно уже знали, но считали его неинтересным и неважным. Словно для того, чтобы подчеркнуть его незаметность, веществу дали длинное название — дезоксирибонуклеиновая кислота,правда, позже появилась симпатичная аббревиатура — ДНК. Хотя было проведено несколько экспериментов по выяснению предполагаемой роли ДНК в механизме наследственности, на белки делались основные ставки, как на наиболее вероятные вещества, несущие наследственную информацию. Белки имеют сложное строение, состоят из двадцати различных компонентов (аминокислот), способны принимать миллионы различных форм. Разумеется, полагали исследователи, только таким, действительно сложным структурам под силу справиться со столь грандиозной задачей, как программирование, благодаря которому из оплодотворенной клетки вырастает и развивается полностью сформированный и функционирующий организм. Не представлялось возможным, чтобы ДНК, состоявшая всего из четырех компонентов, могла справиться с такой сложной задачей. Правда, ДНК находилась как раз в подходящем месте, в клеточном ядре, но ведь она могла заниматься там и какимнибудь простеньким делом, скажем, впитывать излишки воды, наподобие губки.