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.
