Глава 6. Уцелевшие, обеспеченные Какая ДНК является наиболее древней и наиболее важной?
Глава 6. Уцелевшие, обеспеченные
Какая ДНК является наиболее древней и наиболее важной?
Всем нам в школе рассказывали о том, что в эпоху колониализма европейские купцы и монархи тратили сумасшедшие деньги на то, чтобы отыскать Северо-Западный проход – прямой морской путь через Северную Америку, который сократил бы дорогу за специями, фарфором и чаем в Индонезию, Индию и Китай. Однако менее известно, что задолго до этих поисков другие исследователи столь же упорно, с той же маниакальной решимостью пытались преодолеть Северо-Восточный проход – через морозный север России.
Один из исследователей Северо-Восточного прохода – голландец Виллем Баренц, мореплаватель и картограф из прибрежных низменностей, известный в английских документах также как Баренс, Барентц, Барентсон и Барентзон – совершил свое первое путешествие в 1594 году, отправившись в плавание вокруг Норвегии и попав в водоем, который сейчас называется Баренцевым морем. Подобные путешествия, хоть и осуществлялись сугубо по корыстным мотивам, оказались полезными и для ученых. Натуралисты, встревоженные появлением необычных чудищ на просторах диких земель, начали анализировать, как флора и фауна различаются в разных уголках земного шара. Эта работа может считаться предтечей современных трудов по определению нашего общего предка, изучению общей ДНК. Географам подобные путешествия также хорошо помогли. Многие специалисты того времени верили, что постоянные солнечные дни летом в высоких широтах приводят к тому, что в определенной точке полярные льды тают и на Северном полюсе стоит солнечная райская погода. Поэтому практически на всех картах полюс был изображен в виде монолитной черной магнитной скалы, что объясняло, почему к полюсу тянутся стрелки компасов. Целью своей вылазки в море, которое позже назовут его именем, Баренц ставил поиск ответа на вопрос: Новая Земля, лежащая к северу от Сибири, – это оконечность очередного неоткрытого континента или же просто остров, вокруг которого можно проплыть? Он оснастил три корабля – «Меркурий», «Лебедь» и «Посланник» – и отправился в плавание в июне 1594 года.
Через несколько месяцев Баренц и команда «Меркурия» оторвались от двух других кораблей и начали исследовать побережье Новой Земли. При этом они осуществили одну из самых смелых вылазок в истории морских экспедиций. В течение нескольких недель «Меркурию» приходилось уклоняться от настоящей армады льдин, рискуя жизнью на протяжении 1500 километров. В конце концов матросы Баренца настолько обессилели, что попросили начальника экспедиции повернуть назад. Баренц смягчился, поскольку уже доказал своим плаванием, что перемещаться по Северному Ледовитому океану возможно, и вернулся в Голландию в полной уверенности, что открыл легкий путь в Азию.
Конечно, легкий, если избегать чудовищ. Открытие Нового Света и изучение Африки и Азии позволили людям узнать о многих тысячах невиданных растений и животных – и создали как минимум столько же небылиц о зверях, которых моряки якобы видели. В свою очередь, картографы фантазировали с истинно босховским размахом, населяя пустые пространства морей и равнин на картах жуткими сценами: кроваво-красные кракены, ломающие суда, гигантские выдры, пожирающие друг друга, драконы, жадно жующие крыс, деревья, убивающие медведей своими ветвями-молотами – не говоря уже об известных всем русалках с женской грудью. Одна из популярнейших карт того времени, нарисованная в 1544 году, изображает задумчивых циклопов, сидящих на восточной оконечности Африки. Автор этой карты, Себастьян Мюнстер, позже выпустил авторитетный сборник карт, полных изображений грифонов и жадных муравьев, добывающих золото. Мюнстер также расположил по всему земному шару всяческих тварей, похожих на человека, в том числе блеммиев (людей с лицами на груди), киноцефалов (людей с собачьими головами) и сциоподов (наземных русалок с одной огромной ногой вместо хвоста; эту ногу в солнечные дни они использовали вместо зонтика, держа ее над головой во время отдыха). Некоторые из этих тварей – обычная персонификация древних страхов и суеверий. Но на фоне правдоподобных мифов и фантастических фактов натуралисты также старались не отставать.
На протяжении многих столетий было модно изображать всевозможных чудовищ на картах, заполняя неизученные пространства неба и земли (часть карты Скандинавии Carta Marina, составленной в 1539 году Олафом Магнусом)
Даже лучший ученый-натуралист эпохи великих географических открытий, Карл фон Линне, более известный как Карл Линней, всерьез задумывался о существовании чудовищ. В его работе «Система природы» изложена биномиальная система для называния видов, которой мы пользуемся до сих пор: Homo sapiens, Tyrannosaurus rex и т. д. Так вот, в этой книге также выделялся класс paradoxa, к которому относились драконы, фениксы, сатиры, единороги, прорастающие на деревьях гуси, Лернейская гидра и парадоксальные головастики, которые во взрослом возрасте уменьшались в размерах, при этом еще и превращались в рыбу. Сегодня над всем этим можно лишь посмеяться… Впрочем, не над всем: по крайней мере в последнем случае мы можем посмеяться только над своей недоверчивостью. Уменьшающиеся головастики существуют на самом деле, правда, отпрыски Pseudis paradoxa, вырастая, превращаются в обычных старых жаб, а не в рыбешек. Но более того, современные генетические исследования показывают, что для некоторых легенд Линнея и Мюнстера на самом деле находится легитимное основание.
Несколько ключевых генов в организме каждого эмбриона выступают «картографами» для прочих генов и наносят наши тела на карту с GPS-точностью: разграничивают право и лево, перед и зад, верх и низ. Насекомые, рыбы, млекопитающие, рептилии и все прочие животные сохранили многие из этих генов, в особенности группу так называемых гомеозисных генов (Hox-генов). Широкое распространение этих генов в мире животных объясняет, почему животные по всей земле имеют одинаковую базовую планировку тела: цилиндрическое туловище с головой на одном конце, анусом – на противоположном и различными придатками между ними. Блеммии, с лицами, расположенными так низко, что при желании их владельцы могли бы достать языком до пупка, неправдоподобны именно по этой причине.
Hox-гены (что, по правде говоря, для генов нехарактерно) остаются тесно связанными после сотен миллионов лет эволюции. Они практически всегда появляются вместе, располагаясь вдоль сплошных участков ДНК (у беспозвоночных наблюдается один участок примерно с десятью генами, у позвоночных – четыре примерно таких же). Что еще более необычно, позиция каждого из этих генов примерно соответствует положению в организме того органа, за который Hox-ген отвечает. Так, первый Hox-ген проектирует верхнюю часть головы, следующий строит что-то пониже и так далее, вплоть до последнего гена, формирующего нашу промежность и все, что ее окружает. Почему природа потребовала, чтобы пространственное планирование генов проходило сверху вниз, неизвестно, но, опять-таки, эта черта характерна для всех животных.
Ученые считают ДНК, которая появляется в одной и той же основной форме во многих и многих видах, очень «консервативной», так как живые организмы обходятся с ней очень бережно, консервативно. Некоторые Hox-гены, а также гены, подобные им, сохранились в настолько неизмененном виде, что ученые могут извлечь гены из организмов цыплят, мышей, мух, а затем обменять их друг с другом, и они начнут примерно так же функционировать. Как несложно догадаться, строгая консервация тесно связана с ДНК, о которой идет речь. И сразу видно (в буквальном смысле), почему живые существа не так уж сильно беспокоятся о состоянии своих сильно законсервированных Hox-генов. Удалите один из этих генов, и у животного могут развиться дополнительные челюсти. Измените другие – и исчезнут крылья, или появятся дополнительные пары глаз – причем там, где на них невозможно будет смотреть без страха, например на ногах или кончиках усиков-антенн. Другие мутации выращивают гениталии или ноги на голове, челюсти и антенны – в промежности. И это еще везучие мутанты: большинство существ, в ДНК которых идет вольное обращение с Hox-генами, живут совсем недолго, чтобы обращать на них внимание.
Такие гены, как Hox, не столько строят тело животного, сколько инструктируют другие гены о том, как строить организм: у каждого есть десятки подчиненных. Однако они все же не могут контролировать каждый аспект развития. В частности, они зависят от питательных веществ – таких, как витамин А.
Несмотря на название в единственном числе, витамин А представляет собой несколько родственных молекул, которые мы – не биохимики – объединяем для удобства. Эти различные витамины группы А относятся к самым распространенным питательным веществам в природе. Растения запасают витамин А как бета-каротин, который дает моркови ее характерный цвет. Животные запасают витамин А во внутренних органах, и наши тела свободно усваивают различные формы, которые нам помогают в великом множестве биохимических процессов – способствуют сохранению остроты зрения и потенциала сперматозоидов, повышают производство митохондрий и заставляют отмирать старые клетки. Поэтому нехватка витамина А считается одной из основных проблем здравоохранения по всему миру. Одним из первых генетически усовершенствованных продуктов, созданных учеными, был так называемый золотой рис, недорогой источник витамина А, с зернами, богатыми бета-каротином.
Витамин А взаимодействует с Hox-генами и смежными генами, чтобы строить головной мозг, легкие, глаза, сердце, конечности и практически все остальные органы. На самом деле витамин А настолько важен для клеток, что они строят специальные «подъемные мосты» в своих стенках, чтобы позволить этому и только этому витамину проникнуть внутрь. Однажды попав в клетку, витамин А связывается со специальными вспомогательными молекулами, а образовавшийся комплекс вступает в связь с двойной спиралью ДНК, активируя Hox и прочие гены. В то время как большинству сигнальных веществ приходится прикрепляться к клеточной стенке и сообщать свою информацию через маленькие отверстия, витамин А получает специальное разрешение: Hox-гены сумели бы построить очень мало в организме ребенка, если бы не его главное питательное вещество – витамин А.
Однако будьте осторожны: перед тем как броситься в магазин за мегадозами витамина А специально для беременной супруги, нужно вспомнить, что слишком большое количество витамина А может вызвать серьезные врожденные дефекты. На самом деле организм умеет бороться с эффектами от приема витамина А и даже обладает несколькими генами (как ген с труднопроизносимым названием Tgif), которые могут значительно уменьшить концентрацию витамина А, если она будет слишком высокой. Это происходит частично оттого, что высокое содержание витамина А в эмбрионах может помешать развитию гена Shh, имеющего более глупое название – ген ежа Соника.
Да-да, ген назван в честь персонажа видеоигры. Аспирант – один из тех чудаков-«дрозофилистов» – открыл этот ген в начале 1990-х годов и охарактеризовал его в группе генов, которые в случае мутации вызывали у мухи рост колючих шипов по всему телу, похожих на ежиные иголки. Ученые к тому времени уже открыли много «ежовых» генов и называли их в честь настоящих видов ежей: индийский еж, крысиный еж, пустынный еж… Роберт Риддл посчитал, что назвать новый ген в честь стремительного героя из игр для приставки «Сега» будет весьма забавным. Однако легкомыслие получилось неуместным, ведь ген Соника оказался одним из самых важных в организме. Недостаток или неправильное функционирование этого гена могут привести к раковым заболеваниям и врожденному пороку сердца, и биологов просто передергивает, когда они вынуждены сообщать несчастным членам семьи больного, что дорогого им человека убьет еж Соник. Один биолог в интервью «Нью-Йорк Таймс» отозвался о подобных названиях таким образом: «Когда вы выбираете название для гена репы или этих дурацких дрозофил – это вполне себе симпатичное имя. Но когда ген связан с ростом и развитием человека, подобные шутки вообще неуместны».
Как Hox-гены контролируют ориентацию нашего тела «сверху вниз», гены Shh – большинство ученых все же избегает упоминания ежа Соника – помогают контролировать осевую симметрию тела («лево-право»). Для этого создается своеобразный GPS-градиент. Когда мы еще являемся комком протоплазмы, зарождающийся позвоночный столб, который делит будущий организм посередине, начинает выделять белок, отвечающий за выработку гена Соника. Близлежащие клетки поглощают много этого белка, находящиеся вдали – гораздо меньше. В зависимости от того, сколько белка накоплено, клетки точно «знают», по какую сторону от срединной линии они находятся, и, следовательно, знают, в клетки какого типа им предстоит превратиться.
Однако если там же накапливается слишком много витамина А (или же если Shh по какой-то причине перестает вырабатываться), градиент не может быть настроен должным образом. Клетки не могут выяснить свое расположение по отношению к средней оси, и органы вырастают совершенно ненормальными и даже чудовищными. В особо тяжелых случаях головной мозг может не разделиться на правое и левое полушарие: он так и остается большим неразделенным пузырем. Та же беда может приключиться с нижними конечностями. Если они получат слишком много витамина А, то могут срастись, что приведет к сиреномелии, или синдрому русалки. И соединенные полушария, и сросшиеся ноги приводят к смертельному исходу (в последнем случае оттого, что у организма не развивается ни анальное, ни мочеиспускательное отверстия). Но самые печальные последствия нарушения симметрии проявляются на лице. Курицы с переизбытком гена Соника имеют головы с очень широкой осью симметрии – иногда настолько широкой, что это приводит к формированию двух клювов (у млекопитающих – двух носов). Недостаток этого гена может привести к появлению носа с единственной огромной ноздрей или же к полному исчезновению этого органа. В особо печальных ситуациях носы могут появляться не с той стороны – например, на затылке. Но, возможно, самое печальное последствие, вызванное недостатком гена Соника, – это два глаза, растущие не там, где следует – на расстоянии нескольких сантиметров от лицевой оси. Оба глаза в таких случаях растут прямо посередине – получаются те самые циклопы[31], которых «по глупости» рисовали картографы.
* * *
Линней не включал циклопов ни в одну из своих классификаций – в первую очередь потому, что уже начал сомневаться в существовании чудовищ. Класс paradoxa был исключен из последующих изданий «Системы природы». Но в одном случае Линней, возможно, оказался слишком категоричен, не поверив услышанной истории. Род, к которому принадлежат медведи, Линней назвал Ursus, а бурому медведю дал имя Ursus arctos, так как знал, что медведи могут жить в суровом северном климате. Тем не менее он даже говорить не хотел о существовании белых медведей – возможно, потому, что доходившие до него истории казались уж слишком сомнительными. Кто, к примеру, может поверить россказням о белом, как призрак, медведе, который гонялся за людьми по льдам и забавы ради отрывал им головы? Особенно когда – а очевидцы клялись, что так и было – путешественники убили и съели белого медведя, их постигла страшная кара: начала слезать кожа. Однако все это на самом деле произошло с людьми Виллема Баренца. Ужасная история, из-за которой они были вынуждены повернуть назад, произошла из-за того же витамина А, способного плодить циклопов и русалок.
Вдохновленные «преувеличенными надеждами» на голландского принца Морица Оранского[32], вельможи из четырех голландских городов в 1595 году снарядили семь кораблей с грузом льна, полотна и гобеленов и отправили Баренца обратно в Азию. Проволочки задержали отплытие до середины лета, и как только корабли все же оказались в море, их капитаны не послушались Баренца (который был всего лишь штурманом) и взяли курс гораздо южнее, чем он желал. Они сделали это в том числе и потому, что северный путь Баренца казался совершенно безумным, и потому, что, помимо поездки в Китай, голландские моряки были воодушевлены слухами о далеком острове, чьи берега усеяны бриллиантами. И действительно, они нашли такой остров и немедленно на него высадились.
Моряки набивали карманы прозрачными камнями в течение нескольких минут, пока, как говорится об этом в одной из английских книг, «вдруг не пришел огромный отощавший белый медведь» и не положил свою лапу на плечо одному из матросов. Думая, что это другой матрос с волосатыми руками хочет побороться, бедняга крикнул: «Кто это там меня тянет за шею?» Его товарищи, слишком увлеченные сбором камней, подняли глаза – и души их ушли в пятки. Белый медведь «прыгнул на человека, разломал ему голову и начал пить кровь».
Эта схватка открыла долгую, на несколько столетий войну между полярниками и этим «жестоким, свирепым и прожорливым зверем». Белые медведи, конечно, заслужили репутацию «коварных тварей». Где бы ни высаживались моряки, кого-нибудь из отставших обязательно задирал медведь, и за эту жестокость неизменно наступала расплата. Моряки могли всадить топор медведю в спину или выпустить шесть пуль в бок – и это, к их ярости, только раззадоривало зверя. Впрочем, медведи тоже имели все основания жаловаться. В одном историческом труде мы читаем: «Казалось, что первые полярные исследователи почитали за честь убить белого медведя»; они нагромождали целые кучи звериных черепов – прямо как охотники на буйволов, которые потом заполнят Великие Равнины. Некоторые путешественники намеренно увечили медведей, чтобы можно было держать их в неволе и водить на веревке. Один из таких медведей, привязанный к небольшому судну, взбунтовался, разорвал путы, расшвырял в стороны матросов и захватил корабль. Однако веревка, оставшаяся на шее разъяренного медведя, запуталась в рулевом колесе, и зверь вырывался, пока не выбился из сил. Храбрые матросы вернулись на судно и убили животное.
Сражаясь с командой Баренца, медведь убил еще одного матроса и, возможно, продолжал бы удачную охоту, если бы с корабля-флагмана не прибыло подкрепление. Меткий стрелок положил медведю пулю точно между глаз, но животное только отмахнулось и не прекратило свою трапезу. На помощь пришли другие матросы, пустившие в ход мечи, но они застревали в густой шерсти медведя. Наконец кто-то ударил медведя прямо в морду и ошеломил его, позволив другому матросу разрезать зверю горло от уха до уха. Оба пострадавших матроса к тому времени уже, конечно, испустили дух, и уцелевшая команда покинула место драки, оставив тела своих товарищей и сняв шкуру с медведя.
Остаток путешествия прошел для команды Баренца не менее скверно. Корабли выдвинулись в путь слишком поздно, и их бортам со всех сторон начали угрожать огромные дрейфующие льдины. Положение ухудшалось с каждым днем, и к сентябрю некоторые матросы отчаялись достаточно для того, чтобы устроить бунт. Пятеро были повешены. В конце концов даже сам Баренц пал духом, опасаясь, что неповоротливые торговые суда будут скованы льдами. Все семь кораблей вернулись в порт, и на них не было никакого другого груза, кроме того, с которым они вышли, и каждый потерял свой пышный внешний вид. Даже предполагаемые алмазы оказались никчемным битым стеклом.
Такое путешествие разрушило бы все надежды смиренного человека, но не Баренца, который понял, что не нужно полагаться на власть имущих. Он хотел плыть как можно дальше на север, и в 1596 году наскреб денег на два корабля и снова отправился в путь. Сначала все шло гладко, но затем корабль Баренца и судно под управлением его более благоразумного коллеги, капитана Рийпа, разошлись в разные стороны. И в этот раз Баренц зашел слишком далеко. Он в конце концов достиг северной оконечности Новой Земли и обогнул ее, но как только Баренцу это удалось, на экспедицию обрушился неожиданно и не по сезону лютый мороз, пришедший из Арктики. Холода преследовали корабль на всем пути в южном направлении вдоль берега Новой Земли, и найти свободное пространство между льдинами с каждым днем становилось все сложнее. Очень скоро Баренц понял, что потерпел фиаско, – вокруг был целый материк льда.
Покинув свой плавучий гроб – моряки, нет сомнений, уже знали о расширении льдов и почувствовали, как палуба трескается под ногами – команда направилась вдоль берега по одному из мысов Новой Земли в поисках пристанища. Но хоть в чем-то команде Баренца повезло: на этом безлесном острове они смогли найти запас добела отшлифованных водой бревен, прибившихся к берегу. Судовой плотник, по иронии судьбы, к тому моменту уже умер, но из этого дерева и нескольких взятых с корабля бревен двенадцать оставшихся в живых матросов построили деревянную хижину размером примерно 7 на 11 метров, крытую сосновой черепицей, с тамбуром и «парадным» входом. Они назвали свое жилище Het Behouden Huys – «Дом спасения», не столько с иронией, сколько с надеждой, и пережили там суровую зиму.
Холод донимал повсюду, но в Арктике хватало и других способов изводить зимовщиков. В ноябре солнце исчезло на три месяца, и они просто сходили с ума, томясь в темной зловонной хижине. Им угрожал даже собственный очаг: однажды ночью экипаж чуть не задохнулся из-за плохой вентиляции. Им удалось добыть немного мяса и меха, подстрелив нескольких песцов, но эти твари нанесли им больше ущерба, постоянно воруя провиант. Даже стирка представляла собой черную комедию. Голландцам приходилось чуть ли не совать одежду прямо в очаг, чтобы хоть как-то ее высушить. Но одежда все равно пропитывалась копотью и дымом с одной стороны и оставалась обледеневшей – с другой.
Но настоящим бедствием, которое приходилось переживать ежедневно, были стычки с белыми медведями. Один из людей Баренца, Геррит де Фер, отмечал в своем дневнике, что медведи практически осадили «Дом спасения», по-военному искусно совершая набеги на стоявшие снаружи бочки с говядиной, беконом, ветчиной и рыбой. Однажды вечером медведь, почуяв запах мяса из очага, подкрался к нему так незаметно, что ему удалось преодолеть заднее крыльцо, порог и забраться в хижину через дверь, и только тогда он был замечен. От геноцида моряков спас мушкетный выстрел одного из них, ранивший и испугавший зверя.
Сцены из рокового вояжа Виллема Баренца через ледяной север России. По часовой стрелке слева направо: исследователи с белыми медведями; корабль, затертый льдами; хижина, в которой команда провела суровую зиму 1590-х годов (Геррит де Фер, «Три путешествия Виллема Баренца в Арктику»)
Сытые по горло приключениями, наполовину обезумевшие, жаждавшие мести моряки высыпали наружу и шли по кровавому следу, пока не догнали и не убили медведя-захватчика. На следующий день зимовку атаковали еще два медведя – матросы убили и их. Будучи в приподнятом настроении и к тому же соскучившись по свежему мясу, люди решили набить свои животы чем-нибудь съедобным и попробовать медведя. Они грызли хрящи и расщепляли кости, высасывая мозг, они настряпали самой разнообразной свежей еды: приготовили сердце, почки, мозг и самое сочное – печень. И вот этот обед в богом забытой хижине на восьмидесятом градусе северной широты стал для европейских исследователей первым жестоким уроком генетики – уроком, который упрямые исследователи Арктики получали снова и снова, уроком, который ученые за сотни лет так полностью и не усвоили. Печень белого медведя может выглядеть точно таким же пурпурно красным куском плоти, как печень любого млекопитающего, так же аппетитно пахнуть в жареном виде и так же покачиваться на зубцах вилки, но есть одно существенное различие – на молекулярном уровне печень белого медведя перенасыщена витамином А.
Чтобы понять, почему это так ужасно, нужно внимательнее взглянуть на определенные гены – те, которые помогают не созревшим клеткам нашего организма превратиться в специализированные клетки печени, мозга и т. д. Это та часть процесса, в котором так хотела разобраться Барбара Мак-Клинток, и по поводу которого велись научные дебаты за много лет до нее.
В конце XIX века образовалось два лагеря, стремившихся объяснить клеточную специализацию. Один из них возглавлял немецкий биолог Август Вейсман[33]. Он специализировался на изучении зиготы – это то, что образовывается, когда сперматозоид сливается с яйцеклеткой, и формирует первую клетку в организме животного. Вейсман доказывал, что эта самая первая клетка, очевидно, содержит полный набор молекулярных инструкций, но с каждым делением зиготы и ее дочерних клеток половина этих инструкций теряется. В конце концов остаются только те инструкции, которые предназначены для одного конкретного типа клеток – в него незрелые клетки и превращаются. Другие ученые, напротив, утверждали, что клетки сохраняют полный набор инструкций после каждого деления, однако игнорируют большинство из них после достижения определенного возраста. Немецкий биолог Ханс Шпеман разрешил этот вопрос в 1901 году с помощью зиготы саламандры. Он поместил одну из этих широких мягких зигот под перекрестьем своего микроскопа, подождал, пока она не разделится надвое, а затем обвил вокруг одной из клеток белокурый волос своей маленькой дочери Маргритт. (Кстати, непонятно, почему он использовал именно дочкины волосы – он не был лысым и мог с тем же успехом взять волос у себя. Возможно, потому что детский волос был тоньше.) Когда Шпеман затянул петлю из волоса, две клетки окончательно разделились, и ученый положил их в два отдельных блюдца, развиваться независимо друг от друга. Вейсман в этом случае предсказал бы появление двух деформированных полусаламандр. Однако обе клетки Шпемана выросли в полноценных, здоровых особей. Фактически они были одинаковы и в генетическом плане, то есть Шпеману удалось клонировать саламандру – и это в 1901 году! Ученые незадолго до этого вновь обратили внимание на труды Менделя, и работа Шпемана намекала на то, что клетки могут сохранять инструкции, и при этом способны включать и выключать гены.
Тем не менее ни Шпеман, ни Мак-Клинток, ни кто-либо еще не смогли объяснить сам механизм того, как клетки выключают гены. Это потребовало еще нескольких десятилетий работы. Оказалось, что хотя клетки не теряют генетической информации как таковой, они могут потерять доступ к этой информации, что фактически одно и то же. Мы уже видели, что ДНК должна выполнять прямо-таки акробатические трюки, чтобы вместить всю свою длинную фигуру в крохотное клеточное ядро. Чтобы не завязаться узлом во время этого процесса, ДНК обычно оборачивается, как ниточка от йо-йо, вокруг гистонов – катушек белка, которые затем складываются вместе и прячутся в ядре. Гистоны относятся к белкам, которые были обнаружены в хромосомах на ранних стадиях; сперва ученые считали, что именно они, а не ДНК, определяют наследственность. Кроме поддержания цепочки ДНК в незапутанном виде, гистонные катушки защищают клеточные механизмы от попадания в ДНК и производства РНК, эффективно выключая ДНК. Клетки управляют этими катушками с помощью химических веществ – ацетилов. Ацетил (COCH3), прикрепленный к гистону, раскручивает ДНК; если же этот ацетил убрать, «якорь» исчезнет и ДНК свернется обратно.
Клетки также закрывают доступ к ДНК, изменяя ее с помощью молекулярных «кнопок» – метильных групп (CH3). Метилы лучше всего прикрепляются к цитозину (букве Ц в генетическом алфавите), и поскольку метилы не занимают много места – атомы углерода невелики, а водорода и вовсе самые маленькие в периодической таблице, – даже подобный небольшой бугорок может предотвратить попадание других молекул внутрь ДНК и включение гена. Другими словами, добавление метильных групп изменяет гены.
Каждый из двухсот типов клеток нашего тела обладает уникальным механизмом сворачивания и метилирования ДНК – эти механизмы устанавливаются еще в период эмбрионального развития. Клетки, которым суждено стать клетками кожи, должны отключить все гены, которые отвечают за производство ферментов печени и нейротрансмиттеров, для других клеток также характерны аналогичные процессы. Такие клетки не просто запоминают свою установку до конца жизни: они используют его каждый раз, когда делятся уже во взрослом состоянии. Когда вы слышите о включении или выключении генов, знайте, что часто виновны в этом именно метилы и ацетилы. Метильные группы в целом настолько важны, что некоторые специалисты добавляют пятую официальную букву в ДНК-алфавит[34]: А, Г, Т, Ц и вдобавок мЦ – метилированный цитозин.
Но для дополнительного (а иногда и более качественного) контроля ДНК клетки обращаются к «транскрипционным факторам» вроде витамина А. Этот витамин вкупе с другими факторами транскрипции связываются с ДНК и привлекают другие молекулы к ее расшифровке. Самое главное здесь то, что витамин А стимулирует рост и помогает быстро превратить незрелую клетку в полноценную кость, мышцу или другой орган. Витамин А особенно эффективно действует на различные слои кожи. Например, у взрослых этот витамин заставляет некоторые клетки передвигаться из внутренних слоев на поверхность, где они отмирают и превращаются в защитный наружный слой нашей кожи. Высокие дозы витамина А могут и повредить коже через «программированную гибель клеток». Эта генетическая программа, разновидность инициируемого суицида, помогает организму избавляться от больных клеток, так что клеточное «самоубийство» – это отнюдь не всегда плохо. Но, по неизвестным причинам, витамин А также может захватывать целую систему в определенных клетках кожи – и люди Баренца почувствовали это на своей шкуре.
Когда голландцы подкрепились жарким из белого медведя, содержащим кусочки бордовой печени, им стало так худо, как не было никогда в жизни. Они обильно потели, их била лихорадка и охватил жар, им ужасно скрутило кишечники – настоящая, черт побери, библейская чума! Геррит де Фер, также мучавшийся в бреду, вспоминает о медведице, которую он помогал разделывать, и стонет со страниц дневника: «Она принесла нам больше неприятностей в мертвом виде, чем в живом!» Еще страшнее стало через пару дней, когда де Фер заметил, что у многих его товарищей начала шелушиться кожа вокруг рта и губ – на тех местах, которые прикасались к медвежьей печени. Де Фер, паникуя, писал, что три человека чувствовали себя особенно плохо, и что все «реально думали, что мы теряем этих людей, так как у них сползла кожа на лице, на площади примерно одного фута»[35].
* * *
Только в середине ХХ века ученые определили, почему печень белого медведя содержит просто астрономическое количество витамина А. Белые медведи кормятся в основном охотой на нерп и морских зайцев, а эти тюлени выращивают детенышей, пожалуй, в самых жестоких условиях, какие только можно представить. Вода арктических морей, с температурой +2 градуса по Цельсию, выстудит любой организм. Витамин А позволяет тюленям выживать в такие страшные морозы: он работает подобно гормону роста, стимулируя клетки и позволяя белькам очень быстро накапливать толстые слои жира и кожи. Для этого тюленихи-мамы хранят в своей печени очень много витамина А и, выкармливая животных, следят, чтобы бельки ели вдоволь молока и получали много полезных веществ.
Белые медведи тоже нуждаются в огромных количествах витамина А, который накапливается в подкожном жире. Но еще более важно то, что их организмы толерантны к лошадиным дозам этого витамина, потому что иначе они не смогли бы есть мясо тюленей, – а больше им питаться, в сущности, и нечем. Один из законов экологии гласит, что яды накапливаются с каждым звеном пищевой цепочки, и находящиеся на ее верху хищники получают самые большие дозы. Это справедливо как для всех токсинов, так и для любого питательного вещества, которое становится токсичным в больших количествах. Но в отличие от большинства других веществ, витамин А не растворяется в воде, так что если хищник получит передозировку, он не сможет вывести излишки через мочу. Белые медведи вынуждены или как-то перерабатывать весь витамин А, который они получают с пищей, или умирать от голода. Они адаптировались, превратив свою печень в высокотехнологичный прибор по переработке биологически опасных веществ, которые фильтруют витамин А и обеспечивают, чтобы он держался подальше от остального организма. Белым медведям приходится беспокоиться о том, чтобы не трогать даже собственную печень. Они могут спокойно поедать животных, которые стоят ниже в пищевой цепочке, с меньшей концентрацией витамина А. Но некоторые биологи иронически отмечают, что если белый медведь съест собственную печень, то, скорее всего, сдохнет.
Впечатляющую способность справляться с витамином А белые медведи начали развивать около 150 тысяч лет назад, когда небольшие группы аляскинских бурых медведей отделились от других и мигрировали на север, жить во льдах. Однако биологи всегда подозревали, что важные генетические изменения, которые сделали белых медведей такими, какие они есть, произошли не постепенно, а очень быстро, практически сразу. Аргументы выглядели следующим образом. После того, как любые две группы животных разделяются географически, они начинают приобретать различные мутации ДНК. С накоплением мутаций эти группы развиваются в отдельные виды с различным строением тела, обменом веществ, поведением. Однако не вся ДНК изменяется с одинаковой скоростью. Хорошо законсервированные гены, такие, как Hox, изменяются очень медленно, на протяжении целых геологических периодов. Изменения прочих генов могут проходить быстро, особенно если их владельцы переживают стресс, связанный со сменой обстановки. Например, когда эти бурые медведи бродили по мрачным ледяным просторам за полярным кругом, любые полезные мутации, позволяющие бороться с холодом – например, возможность переваривать богатое витамином А мясо тюленей – могли дать медведям важное преимущество, позволило бы им иметь больше детенышей и лучше о них заботиться. И чем суровее была окружающая среда, тем быстрее такие гены могли распространиться во всей популяции.
Другой способ распространять эти гены основан на том, что ДНК-часы, которые принимают во внимание число и скорость мутаций в ДНК, в различных частях генома «тикают» по-разному. Поэтому ученым приходится быть осторожными, когда необходимо сравнивать ДНК двух видов и определять, как давно они разделились. Если специалисты не будут принимать во внимание законсервированные гены или ускоренные изменения, их оценки могут не иметь ничего общего с реальностью. С учетом всех этих оговорок, биологи в 2010 году установили, что белые медведи достаточно «вооружились» против арктических холодов, чтобы считаться отдельным видом, всего лишь 20 тысяч лет назад после того, как ушли от своих бурых предков. По меркам эволюции это один миг.
Как мы увидим позже, люди – новички в том, что касается мясоедения, поэтому неудивительно, что нам недостает защиты, которую имеют белые медведи, и что мы не можем обмануть пищевую цепочку и страдаем, отведав печени белого медведя. Люди имеют неодинаковую генетическую предрасположенность к отравлению витамином А (так называемому гипервитаминозу А), но любой человек скончается в ужасных мучениях всего лишь от 25–30 граммов такой печени.
Наш организм перерабатывает витамин А в ретинол, который в дальнейшем должен быть разрушен специальными ферментами (эти же ферменты разрушают большинство самых распространенных ядов, которые принимают люди, например алкоголь, содержащийся в пиве, роме, вине, виски и т. д.). Но с тем количеством витамина А, который содержится в печени белого медведя, наши бедные ферменты просто не могут справиться: прежде чем они успеют расщепить и переработать весь объем витамина, чистый ретинол начнет циркулировать у нас в крови. И это очень плохо. Клетки окружены липидными мембранами, и ретинол, выступая в качестве детергента, разрушает эту пленку. Содержимое клетки сразу же начинает вытекать, и это приводит к накоплению жидкости внутри черепа, от чего случаются головные боли, туман перед глазами, раздражительность. Так же ретинол разрушает и другие ткани (он даже может проникнуть в структуру волос, сделав их курчавыми), но больше всего страдает именно кожа. Витамин А поворачивает тысячи генетических выключателей в клетках кожи, доводя некоторые клетки до суицида, а остальные заставляет раньше времени двигаться к поверхности. Ожог витамином А уничтожает все верхние слои кожи, которая начинает сходить пластами.
Людям неоднократно пришлось усваивать подобные уроки, связанные с поеданием печени хищников. В 1980-х годах антропологи обнаружили скелет Homo Erectus, возрастом около 1,6 миллиона лет, кости которого имели поражения, характерные для отравления витамином А, которые могут быть вызваны в результате поедания мяса крупных хищников. После появления белого медведя – и после бесчисленных происшествий с человеческими жертвами – эскимосы, сибиряки и прочие северные племена (не говоря уже о птицах-падальщиках) научились избегать печени белого медведя, но европейские исследователи, появившиеся в Арктике, об этом не знали. Многие при этом считали туземный запрет на поедание печени «вульгарным предрассудком», таким же суеверием, как, например, поклонение деревьям. Еще в 1900 году британский исследователь Реджинальд Кеттлиц с удовольствием попробовал печень белого медведя, но быстро понял, что иногда табу – это весьма разумно. Через несколько часов Кеттлиц почувствовал сильное давление, нарастающее в черепе, пока вся голова не начала раскалываться изнутри. Затем началось сильное головокружение, вслед за которым ученого несколько раз вырвало. Хуже всего было то, что он даже не мог заснуть: в горизонтальном положении становилось только хуже. Другой исследователь того времени, доктор Йенс Линдгард, в целях эксперимента накормил печенью белого медведя девятнадцать человек, находившихся у него под присмотром. Всем испытуемым стало плохо, некоторым – до такой степени, что они проявляли явные признаки умопомешательства. Между тем другие недоедавшие полярники на собственном опыте узнали, что смертельные дозы витамина А в печени наблюдаются не только у белых медведей: из печени северного оленя, акулы, меч-рыбы, песца и арктической лайки тоже получалась прекрасная последняя трапеза.
В свою очередь, после отравления печенью белого медведя в 1597 году люди Баренца стали мудрее. Согласно летописцу де Феру, после злополучного обеда «в котелке над огнем оставалось еще немного печени. Но капитан взял котелок и выплеснул за двери – хватит с нас!»
К голландцам вскоре вернулись силы, но морозы продолжали разрушать их хижину, одежду и боевой дух. В конце концов в июне лед начал таять, и они смогли достать с корабля шлюпки и отправиться в море. Сначала они могли только шнырять между небольшими айсбергами – и при этом постоянно отбивать атаки «тяжелой артиллерии» в виде преследовавших лодки белых медведей. Но 20 июня 1597 года лед наконец-то растрескался, и полноценное плавание стало возможным. Как ни прискорбно, но день 20 июня также стал последним днем жизни Виллема Баренца, долго болевший мореплаватель ушел из жизни в 50 лет. Потеря навигатора подорвала мужество и решимость оставшихся двенадцати членов экипажа, которым предстояло преодолеть сотни километров по океану в открытых лодках. Однако им удалось достичь северной части России, где сердобольные аборигены снабдили их едой. Через месяц нидерландские моряки высадились в Лапландии, где помимо прочих людей встретили капитана Яна Корнелисзоона Рийпа, командовавшего тем самым кораблем, с которым той зимой разминулся Баренц. Обрадованный встречей – он-то считал их мертвыми – капитан Рийп доставил всех моряков обратно в Нидерланды[36], куда они прибыли в потертой видавшей виды одежде, но в роскошных белых песцовых шапках.
Однако их вовсе не ждал теплый прием и чествование как героев. В тот же день домой вернулась другая голландская экспедиция, на кораблях, нагруженных специями и прочими диковинками из Китая, куда они добрались, обогнув с юга Африку. Это путешествие доказало, что торговые суда могут совершить столь далекий вояж, и хотя рассказы о голоде и выживании среди льдов были захватывающими, сердца жителей Голландии оказались покорены историями не о севере, а об азиатских сокровищах. Королевская семья предоставила Голландской Ост-Индской компании монополию на путешествия в Азию вокруг Африки, так родился легендарный торговый маршрут – морской Великий шелковый путь. Баренц и его команда были забыты.
Монополия на маршрут из Азии в Африку обозначала, что другие предприниматели, осуществлявшие морские перевозки, могли искать счастья только на Северо-Восточном проходе, поэтому вылазки в Баренцево море, площадью почти полтора миллиона квадратных километров, продолжали совершаться. Наконец страстно возжелавшая двойной монополии Голландская Ост-Индская компания в 1609 году послала на север собственный экипаж – под командованием англичанина Генри Гудзона. И снова все пошло не так, как надо. Гудзон и его корабль «Полумесяц» вначале пошли на север вдоль берегов Норвегии, как и было запланировано. Однако затем экипаж из сорока человек, наполовину состоявший из голландцев, которые, конечно, наслушались баек о выживании, беззащитности во льдах и – о господи – людях, у которых с головы до ног облезает кожа, поэтому взбунтовались. Они заставили Гудзона повернуть не на восток, а на запад.
Гудзон подчинился их требованиям, пройдя на запад до самой Северной Америки. Он прошел Новую Шотландию и останавливался в нескольких местах вдоль берега Атлантического океана, включая визит по тогда еще безымянной реке мимо небольшого болотистого острова. Голландцы были раздосадованы, что Гудзон не обогнул Россию, но сняли сливки, через несколько лет основав торговое поселение под названием Новый Амстердам на этом острове – будущем Манхэттене. О людях часто говорят, что страсть к путешествиям заложена в них на генетическом уровне… В случае с основанием Нью-Йорка это можно понимать практически в буквальном смысле.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.