Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК - [49]

Когда я изучал биологию в 1970-х годах, Гольдшмит по-прежнему считался кем-то вроде парии или еретика, отважившегося опубликовать очевидно ошибочную информацию. Мало того что он такую информацию публиковал, он, по-видимому, радовался роли “белой вороны” и последние десятилетия научной деятельности занимался тем, что защищал перспективных монстров, часто осмеиваемый публикой.

Майр, Гольдшмит и их современники спорили по поводу одного из главных вопросов, касающихся разнообразия жизни: как происходят важнейшие эволюционные изменения. Идея перспективных монстров Гольдшмита казалась маловероятной, и вопрос оставался открытым. Постепенные изменения не вызывали разногласий; биологи уже давно знали, что небольшие постепенные генетические изменения могут приводить к массивным революционным преобразованиям за миллионы лет – за отрезки времени, измеряемые по геологической шкале. При анализе окаменелостей возникали более трудные загадки. Рассмотрим для примера появление скелета – одно из важнейших событий в истории нашего вида. Миллионы лет жили на Земле наши червеобразные предки с телами без костей. Кость имеет характерную структуру со строго организованными слоями клеток, производящих специфические белки и кристаллические образования, которые придают скелету прочность и регулируют направление роста костей. Появление скелета позволило нашим предкам увеличить размер и силу, чтобы разыскивать добычу, избегать хищников и перемещаться. Это изобретение стало возможным благодаря появлению нового типа клеток, способных производить белки, необходимые для формирования, питания и роста скелета. Но самые разные ткани, будь то ткани кожи, нервов или костей, состоят из клеток, производящих сотни различных белков. Нервные клетки отличаются от клеток скелета, поскольку синтезируют многие белки, которые обеспечивают возможность проводить нервные импульсы. Понятное дело, в скелете и производящих его клетках таких белков нет. Аналогичным образом хрящи, сухожилия и кости состоят из белков, которых нет в нервных клетках. И скелет – всего лишь один пример: за историю жизни животных длительностью около 600 миллионов лет возникли сотни новых тканей, обеспечивших новые способы питания, пищеварения, передвижения и репродукции.

Вот в этом и заключается трудность: для появления новых клеток и тканей из клеток и тканей предков требуются изменения сотен генов. Как могут возникать новые клетки и ткани, если для этого в геноме одновременно должно произойти множество разрозненных мутаций? Если невелика вероятность одной инкрементной мутации, одновременное появление сотен таких мутаций просто невозможно себе представить. Это сравнимо с выигрышем джекпота не на одной рулетке в казино, а на всех рулетках одновременно.

Беременность со смыслом

В спортивном зале моего коллегу из Чикагского университета Винни Линча трудно не заметить: его руки и ноги покрыты изображениями всевозможных существ, благодаря чему он выделяется даже на фоне татуированных студентов. На его конечностях представлены сцены из речной жизни рыб и стрекоз.

Картинка речной жизни – дань уважения экосистеме реки Гудзон, с детства воспитавшей в Линче любовь к науке. Он рос в городе на берегу реки и интересовался живущими у воды существами. Он записывал, зарисовывал и читал все, что касалось разных животных, и в воображении переносился в другой мир. К сожалению, интерес к разнообразию жизни не помог школьной успеваемости. Он не преуспел, поскольку, по его собственному объяснению, “не слушал преподавателей”, а рассматривал через окно птиц и насекомых.

К счастью, одна учительница биологии распознала его идиллический мир и позволила ему сидеть на последней парте с книгами и атласами, по которым потом его опрашивала. Этот опыт, предложенный мудрым преподавателем, подтолкнул Линча к изучению биологии. С тех пор он изучает происхождение разнообразия в мире животных: не просто как животные живут, едят и передвигаются, но как они эволюционировали от древних предков за миллионы лет. Он специализируется на решении этих глубоких вопросов с помощью передовых технологий.

Для прогресса в биологии одинаково важно ставить правильные вопросы и находить экспериментальные системы для их изучения. Т. X. Морган нашел подход к генетике через дрозофил. Барбара Макклинток подошла к пониманию работы генов через изучение кукурузы. Винни Линч ищет ответы на загадки революционных превращений в истории жизни с помощью децидуальных стромальных клеток.

Когда Линч рассказывает о децидуальных стромальных клетках, его глаза расширяются. В тот раз, когда мы с ним впервые о них заговорили, он сентиментально заявил, что это одни из “самых прекрасных клеток тела”. Я допускаю, что это похоже на высказывание фанатика, но когда я увидел эти клетки под микроскопом, я с ним согласился. Многие клетки при сильном увеличении похожи на одинаковые маленькие пятнышки. Но не эти. Эти клетки с большими красными телами и обильной соединительной тканью между ними выглядят почти буйными, если можно применить подобный эпитет к клеткам.

Однако Линч видит не только эстетическую, но и научную красоту децидуальных стромальных клеток. В них содержится ключ к происхождению одного из важнейших изобретений в истории жизни – беременности. Большинство рыб, птиц и земноводных и даже самые примитивные млекопитающие вылупляются из яиц. У них нет механизма беременности, как у млекопитающих, у которых эмбрион развивается внутри тела матери и снабжается ее кровью. Нет у них и децидуальных стромальных клеток.