В этой главе мы расскажем о генах, достигающих Нептуна, о поющих ученых и ожесточенных спорах относительно того, кому, собственно, принадлежит человеческий геном.

Давайте взглянем фактам в лицо: у тети Хедвиг есть свои причуды. Или, выражаясь более изящно, она особенная. Но ведь каждому человеку свойственно что-то особенное. Как-никак, мы безусловные повелители этой планеты. Мы кучами истребляем животных и шьем теплые костюмчики для зябнущих маленьких собачек. Мы сжигаем леса, освобождая место под пашни, и отвоевываем новые земли у моря. Мы добрались до самых отдаленных уголков планеты в надежде открыть там закусочные быстрого питания и оставили там свой мусор. Животные себя так не ведут. Они потихоньку жуют траву (или какую-нибудь газель) – и довольны этим.

Но почему так происходит? Почему гориллы в зоопарке живут по ту сторону заграждения, где каждый день бесплатно раздают бананы, а мы – нет? Чем мы от них отличаемся?

Последний вопрос занимает нас, пожалуй, с тех самых пор, как появилось человечество. Мы представляем это себе примерно так: субботний вечер в каменном веке, на часах 20:15. Все лежат, сытые и ленивые, возле потрескивающего огня. На ужин у них мамонт по-охотничьи – снаружи подгоревший, внутри сырой. Все беззаботны и счастливы, ни у кого никаких проблем. Но тут появляется какой-то дядечка, живущий в племени примаком, и спрашивает: «А откуда мы взялись? И почему мы такие умные?» Все недоуменно смотрят на него, и впервые на прекрасных гладких лбах охотников появляются морщины от раздумий. С беззаботностью покончено. «Ну вот, как всегда, все испортил», – ворчит вождь племени.

С тех пор подобные вопросы задавались неоднократно, и к ним существует множество разных подходов: религиозный, философский и, разумеется, маркетинговый. Удастся ли найти ответ, устраивающий всех? Неизвестно. Но, если отвлечься от названных выше подходов и сосредоточиться исключительно на чистой биологии, можно с большой долей вероятности прийти к одному выводу: то, что делает нас особенными, должно быть заложено в наших генах.

 

 

Но что именно хранится в этих генах? На данный вопрос ответить еще труднее. Давайте проведем небольшую генетическую инвентаризацию. Обычно наши клетки содержат два набора по 23 хромосомы в каждом. Каждый набор состоит приблизительно из 3,2 миллиарда пар оснований (пара оснований соответствует «ступеньке» в спирали ДНК). Может показаться, что это много, да так оно и есть. Если все хромосомы одной клетки связать друг с другом и вытянуть в одну тонкую нить, ее длина составит около 2,2 метра.

К еще более невероятным результатам мы придем, если попытаемся выяснить общую длину ДНК человека. Если исходить из того, что у нас в организме 37 триллионов клеток, то общая длина составит 81,4 миллиарда километров. Это в 544 раза превышает расстояние от Солнца до Земли и в 18 раз – от Солнца до Нептуна. Чтобы преодолеть такую дистанцию, световому лучу потребуется больше трех дней.

Это просто поразительно. Естественно, долгое время мы исходили из того, что количество генетического материала отражает сложность живого организма, то есть у бактерии – маленький геном, у лягушки – побольше, а у человека, являющегося венцом творения, – самый большой. Но, как оказалось, у Homo sapiens далеко не самый большой геном. Мы можем претендовать на первое место только в номинациях «огромное эго» и «завышенная самооценка». По объему наш наследственный материал мало чем отличается от других млекопитающих, а обладателем абсолютного рекорда является мраморный протоптер, относящийся к отряду двоякодышащих, геном которого в 40 раз больше, чем у человека.

Это тяжелый удар, и нанесла его примитивная рыба, которая с незапамятных времен практически не меняется. Какой вывод можно из этого сделать? Наша теория была неправильной. Величина – не самое главное. Возможно, все дело в том, что можно сделать из генома. В этом-то люди наверняка находятся на лидирующих позициях!

Но сколько у нас всего генов? И как они выглядят? Подобные вопросы опять-таки мог бы задать тот самый настырный дядечка из племени. Первая попытка оценить величину человеческого генома была сделана в 1964 году, и ученые получили невероятную цифру – 6,7 миллиона генов, что их сильно озадачило. В течение двух последующих десятилетий, когда они несколько лучше узнали структуру генов, это количество сократилось примерно до 100 тысяч. В середине 1980-х годов некоторые исследователи задумались о том, чтобы полностью расшифровать последовательность человеческой ДНК. В ходе этой работы планировалось идентифицировать и все гены. В первых рядах был ученый, которого вы уже знаете как первооткрывателя двойной спирали ДНК, – Джеймс Уотсон.

Но как подойти к этому проекту? Уотсон выступал за то, чтобы читать наследственный материал как приключенческий роман, – от начала до конца, не пропуская ни захватывающих эпизодов, ни скучных и длинных описаний ландшафта, от которых даже у видавших виды географов слезы на глаза наворачиваются. Ему нужно было все сразу. Ведь речь шла о нашем геноме, нашей биологической идентичности. Но не все коллеги были в восторге от подобной идеи. Многие считали, что к этой работе надо подходить как к экранизации романа, где основное внимание уделяется ярким моментам, в частности последовательностям, кодирующим производство белков. Такой метод будет интересен и с медицинской, и с финансовой точек зрения. Конечно, он экономит время и силы, но выигрыш в научном плане при этом снижается. Ведь те области генома, которые на первый взгляд не представляют никакого интереса, могут содержать в себе вещи, о которых мы даже не догадывались.

В конце концов верх одержали сторонники приключенческого романа, и все принялись за планирование монументального проекта. Предполагалось, что он станет самым крупным в истории биологии. В нем должны были участвовать сотни исследователей из различных институтов США (а затем и многих других стран).

В 1990 году был окончательно дан зеленый свет, и проект «Геном человека» официально стартовал под руководством Джеймса Уотсона. Мир в радостном ожидании и нетерпении размахивал разноцветными флажками. Но в первое время, точнее говоря в течение первых нескольких лет, вообще ничего не происходило. Конечно, проект был очень амбициозным. Самые большие расшифрованные к тому времени геномы принадлежали крошечным вирусам и состояли из нескольких тысяч пар оснований. Теперь же на очереди был человек с его 3,2 миллиарда пар оснований. Это можно было сравнить с покорением Эвереста. Как и в случае с высочайшей горой, здесь требовалось долгосрочное планирование. Сначала необходимо было усовершенствовать методику расшифровки последовательностей, создать базы данных, написать программы для их обработки. Нужна была карта, позволяющая ориентироваться в человеческом геноме, потому что только так можно было выяснить, в какое место генома определить найденную последовательность. Лишь после этого можно было приступать собственно к расшифровке генома. В целом проект был рассчитан на 15 лет, и на него был выделен бюджет в размере 3 миллиардов долларов.

Одним из биохимиков, которого не устраивали слишком медленные темпы работы, был доктор Крейг Вентер из Национальных институтов здравоохранения (НИЗ), ставших штаб-квартирой проекта. Вентер изучал нейротрансмиттеры – сигнальные вещества, передающие возбуждение от одной нервной клетки другой. К тому времени он уже два года безуспешно искал соответствующие гены на одном из участков 19-й хромосомы и считал, что ход работ необходимо ускорить.

Решение проблемы пришло к нему во время ночного полета на самолете над Тихим океаном: а что, если попытаться искать последовательность генов нейротрансмиттеров не на необъятных просторах всего генома в целом, а в молекуле мРНК, с помощью которой строится клетка, то есть в последовательностях, которые действительно содержат информацию о белках? Правда, чтобы добраться до интересующих последовательностей, необходимо было перевести РНК в ДНК, но это не представляло проблемы, поскольку такая методика была разработана уже в семидесятые годы. Затем нужно было отделить друг от друга переведенные по-разному фрагменты, но и это было технически осуществимо. А потом надо было просто исследовать одну последовательность за другой. Короче говоря, этот замысел мог сработать. За такую идею стоило выпить двойной томатный сок – со льдом!

Спустя несколько месяцев, в 1991 году, Вентер и его сотрудники опубликовали информацию о своем новом методе в журнале Science. В приложении к статье демонстрировались найденные с его помощью 600 последовательностей, которые имели отношение к производству белков человека. Метод получил название экспрессированной маркерной последовательности (EST – Expressed Sequence Tags). Правда, эти последовательности содержали в себе не весь план строительства – исследователи не стали себя этим утруждать, – но новые данные выглядели впечатляюще: 337 последовательностей оказались совершенно новыми. Вентер одним махом увеличил количество известных к тому времени 3 тысяч человеческих генов более чем на 10 процентов.

Людям, считающим Крейга выдержанным и спокойным человеком, даже взбешенный слон покажется милой зверюшкой, а про аллигатора они скажут, что он «всего лишь хотел поиграть».

Вентер вырос в Сан-Франциско в семье бывшего мормона, которого выгнали из общины за то, что он курил и пил кофе. С юных лет у Крейга было очень сложное отношение к любым авторитетам. Он не мог похвастать особыми успехами в школе. Правда, никто не отрицал его способностей, но Вентер был упрямым и дерзким. Время от времени он отказывался писать контрольные работы, что, разумеется, не улучшало его отношений с учителями. Когда его любимому учителю Гордону Лишу грозило увольнение за антиамериканскую деятельность (он не стоял по стойке смирно, произнося клятву верности американскому флагу и народу), Вентер организовал демонстрацию, из-за которой школа не работала в течение двух дней. В конце концов его вызвали к директору. «Видимо, вы получаете у господина Лиша только отличные оценки», – раздраженно заметил директор. «Нет, – ответил Вентер, – одни колы, но я их заслуживаю».

После школы Вентер получил повестку из призывного участка и пошел служить на флот. Это было во время вьетнамской войны. Здесь тоже не обошлось без проблем: он дважды получал взыскания за невыполнение приказов, в частности за отказ подстричься. Во Вьетнаме он выполнял должность санитара в одном из военных госпиталей. Работу тяжелее трудно было придумать. У него на руках умерли сотни больных и раненых солдат, а он был бессилен что-либо сделать. Но Вентера это не испугало. Напротив, он решил посвятить себя медицине. Вернувшись в США, Крейг закончил университет и стал ученым.

И когда связка альпинистов, карабкавшихся на Эверест в рамках проекта «Геном человека», добралась до верхней кромки леса, они увидели вертолет, направлявшийся в сторону вершины, с борта которого им весело махал рукой Крейг Вентер. Можете себе представить, как был «обрадован» Уотсон, поняв, что методика Вентера позволяет работать «быстрее, легче, соблазнительнее» (именно этими словами магистр Иода в сериале «Звездные войны» характеризует темную сторону силы). Это заимствование тем более уместно, что Крейг получил от своих противников прозвище Дарт Вентер.

По мере того как метод Вентера приобретал известность, возникал вопрос, почему многие миллионы долларов были потрачены на установление всех последовательностей генома, если с помощью EST можно было быстро и дешево выбрать самое ценное и интересное. Уотсон почувствовал угрозу для своего проекта. Более того, руководительница НИЗ Бернадин Хили заявила, что хочет запатентовать метод Вентера, чтобы «стимулировать американскую экономику».

Уотсон был вне себя! Он вместе с командой исследователей работал не щадя себя, а тут НИЗ пытаются втихомолку стибрить лучшие куски со стола. Даже самые глупые грабители банков надувают своих сообщников после удавшегося налета, а не во время его. Кроме того, он и многие другие ученые полагали, что расшифрованный геном человека должен быть достоянием всего человечества.

Уотсон начал борьбу против EST и особенно против идеи его патентования. Он заявил, что этот метод не позволит выявить правильные последовательности генома и что с его помощью можно найти только те гены, которые производятся мРНК.

И в этом Уотсон был, в общем-то, прав. В разных типах клеток вырабатываются разные белки, в связи с чем мРНК для многих белков можно найти далеко не в каждой клетке. Даже клетки, производящие нужный белок, необязательно заняты этим круглосуточно. В зависимости от потребностей они могут включать и выключать гены, а если ген выключен, то он становится невидимым для метода Крейга. Кстати, многие важные функции, управляемые генами, также не имеют отношения к мРНК и потому недоступны для EST.

В ходе сенатских слушаний Уотсон выступил с докладом. Многие слушатели не явились, но Вентер не мог проигнорировать приглашение. Уотсон заявил, что, во-первых, в методе Вентера вообще нет ничего нового и что он всего лишь по-новому скомпоновал известные вещи. А во-вторых, сказал он, «любая обезьяна» в состоянии повторить действия Вентера. Возможно, именно поэтому Вентер больше никогда не посылал своему коллеге Уотсону поздравлений с Рождеством.

Обмен ударами между Хили и Уотсоном со временем тоже все больше ожесточался и становился достоянием общественности. Правда, позиции Уотсона поначалу были сильнее, потому что в 1992 году патентное ведомство отклонило заявку на патентование EST, но руководство НИЗ подало апелляцию и приложило к заявке новые дополнения. Помимо всего прочего, Хили предъявила Уотсону обвинение в том, что он пытается обеспечить преимущество при распределении бюджетных средств фирмам, акционером которых является. Уотсон отрицал это и, в свою очередь, обвинял Хили в том, что она всего лишь хочет рассчитаться с ним за критику намерений запатентовать EST. В апреле 1992 года Уотсон в конце концов отчаялся и вышел из проекта.

Всего три месяца спустя Вентер, тоже находящийся не в лучшем расположении духа, покинул НИЗ и основал собственный Институт исследований генома (TIGR – The Institute for Genomic Research), чтобы продолжить работу над EST, но на этот раз в кооперации с промышленностью, которая должна была обеспечить результатам коммерческую отдачу. Бернадин Хили тоже недолго задержалась на своей должности. Менее чем через год она получила известие от новой администрации Билла Клинтона, что Национальные институты здравоохранения нуждаются в новом руководителе от Демократической партии (сама она была республиканкой и получила этот пост при Буше).

Прежде чем покинуть НИЗ, Бернадин Хили успела назначить генетика Фрэнсиса Коллинза на должность Джеймса Уотсона. Из истории с получением патента на метод EST так ничего и не вышло. Преемники Хили после 1994 года даже не предпринимали таких попыток. Вообще-то весь конфликт мог затихнуть сам собой, если бы в 1998 году Крейг Вентер снова не вышел на авансцену. Он сообщил своим бывшим коллегам, что основал собственную компанию, которая тоже ставит перед собой задачу расшифровки человеческого генома, но только дешевле и быстрее, чем в рамках основного проекта. Это было объявление войны.

Во время работы в Институте исследований генома Вентер занимался не только последовательностями человеческого генома, но и наследственным материалом бактерий Haemophilus influenzae и Mycoplasma genitalium. По первому проекту Крейг получил задание от НИЗ и даже представил отчет, каким образом он собирается строить работу. Однако руководство НИЗ уже через несколько месяцев отклонило его с тем обоснованием, что это невыполнимо с использованием предлагаемых методов. Правда, Вентер к этому моменту уже почти закончил всю работу… Очевидно, руководство НИЗ ошиблось. Завершив проект Haemophilus influenzae,Вентер расшифровал и геном Mycoplasma genitalium. В честь этого события он заказал майки с надписью на груди «Я люблю свои genitalium». Возможно, он и не планировал такой двусмысленности, но, скорее всего, это был очень элегантный метод показать своим конкурентам средний палец.

И проект «Геном человека» принял вызов. Правда, работы велись уже восемь лет, и, несмотря на то что расшифрованных последовательностей было пока не так уж много, была создана превосходная основа для дальнейшей деятельности. Теперь процесс можно было значительно ускорить. Ни в коем случае нельзя было допустить, чтобы Вентер опередил их и к тому же запатентовал свои результаты или присвоил их каким-то другим способом.

Между общественным проектом и компанией Вентера разгорелась ожесточенная битва. Вентер делал ставку на скорость своего метода, который получил название «двуствольный дробовик». С его помощью человеческий геном разбивался на мелкие случайные осколки, в которых затем осуществлялся процесс определения последовательностей нуклеотидов (секвенирования). При этом Вентер значительно экономил время на трудоемком составлении картографии генома. Последующее соединение разрозненных фрагментов в единое целое он доверил крупнейшему на тот момент суперкомпьютеру гражданского назначения.

Никто не собирался оказывать друг другу помощь. Ситуация становилась все более некрасивой и к тому же приобретала политический характер. В конце концов в нее вмешался президент Клинтон, предложив свои посреднические услуги. На короткое время наступил мир. В 2001 году противоборствующие стороны собирались совместно опубликовать первые черновые результаты исследований. Но стоило только Клинтону отвернуться, как вновь начались распри: стороны обвиняли друг друга в плохом качестве работы.

В конце концов публикации с почти полным описанием человеческого генома вышли по отдельности и почти одновременно: одна – в журнале Science, а другая – в Nature. Разумеется, каждая из сторон праздновала победу. В 2003 году было официально объявлено о закрытии проекта – на два года раньше намеченного срока. Возможно, этим мы во многом обязаны Крейгу.

Но, как говорится, конец – это только начало. Как только первые геномы команды Вентера и общественного проекта легли на стол, перед исследователями встала новая задача. Если первоначально секвенированию подвергалась смесь геномов, взятых от различных людей, чтобы получить некий обобщенный геном, то теперь всем хотелось расшифровать геном конкретного человека. Первым, как вы уже наверняка догадались, стал Крейг Вентер.

Он заявил, что создаст для этого новый институт, но, в отличие от всех предыдущих проектов, расшифровке будут подвергнуты оба набора хромосом. На решение данной проблемы Крейг отвел четыре года и 100 миллионов долларов. И этот план был выполнен. Правда, его геном стал не первым геномом конкретного человека, подвергшимся секвенированию. Вентера опередил научный проект «Джим», осуществленный фирмой 454 Life Sciences, который расшифровал наследственный материал его старого конкурента Джеймса Уотсона.

За этими проектами последовали и другие. Среди них был геном Фрэнсиса Коллинза. В 2008 году был дан старт проекту «1000 геномов». Для него были собраны образцы ДНК со всех концов мира, чтобы лучше понять различия, существующие между людьми.

Фрэнсис Коллинз был не только директором проекта «Геном человека», но еще и певцом и гитаристом музыкальной группы сотрудников НИЗ Directors, нередко выступавшей на различных научных конгрессах. Случались и сольные выступления Коллинза, аккомпанировавшего себе на гитаре, которая была украшена изображением двойной спирали ДНК. Группа исполняла переделанные на научную тематику песни в стиле фолк, госпел и рок-сонг. Неудивительно, что статью, посвященную расшифровке генома, Коллинз закончил строфой из песни, которая отражала настроения всех участников команды. Им удалось победить в гонке и не допустить заявлений типа «Эта часть вашей ДНК является моей собственностью». Геном был открыт для всех, принадлежал всем, и ознакомление с ним было бесплатным. Все эти мысли легли на мелодию известной песни «Эта страна была создана для тебя и меня».

И что же выяснилось в ходе исследований? Если в двух словах, то на сегодняшний день известно, что генетические различия между разными людьми составляют не более 0,17 процента и что последовательность генов действительно может подсказать нам, что для данного человека, к примеру, велик риск заболеть раком груди, сердечно-сосудистыми заболеваниями или старческим слабоумием. Но наш геном раскрывает свои карты пока не в полной мере. На сегодняшний день его уместнее всего сравнить с Дельфийским оракулом, который позволяет заглянуть в будущее, но оставляет много места для различных интерпретаций.

Но вернемся к основному вопросу: сколько же генов содержит наш наследственный материал? Пока мы вам этого не скажем, так как на очереди еще одно небольшое отступление. Перенесемся в Нью-Йорк 2000 года. В баре сидят два человека: Фрэнсис Коллинз и специалист по биоинформатике Эван Бирни. Они прослушали сегодня кучу докладов и приняли участие в большом банкете, а теперь заняты вопросом, который, собственно говоря, был главным на конференции. Пропуская одну рюмку за другой, они дискутируют о жизни, о генах и науке. Вероятно, это выглядело примерно так:

Коллинз (внимательно рассматривает пустые рюмки на столе и о чем-то размышляет).

Бирни: Ну, так сколько их, по-твоему?

Коллинз (все еще не отрывая глаз от рюмок): Я думаю… четыре.

Бирни: Нет, это, пожалуй, слишком заниженная оценка. Их должно быть больше.

Коллинз (пытаясь сосредоточиться): Нет, все-таки четыре. Совершенно точно.

Бирни: Готов поспорить, что где-то ближе к 50 тысячам.

Коллинз (в недоумении): Что?

Бирни: Я имею в виду количество генов в человеческом геноме.

Коллинз: А, я думал, ты считаешь пустые рюмки… Гм, да, возможно, и 50 тысяч.

Бирни: Так не пойдет. Ты должен назвать другое число. Смотри, я ставлю один доллар и говорю, что их… 49 551.

Коллинз: Хорошо, а я тогда скажу 48 011.

Бирни: Я думаю, это надо записать.

Коллинз: Пожалуй, ты прав.

Бирни достал старенький замызганный блокнот и записал условия спора. В докладе, который он делал на следующий день, прозвучала и информация о заключенном пари. Каждый, кто хотел к нему присоединиться, должен был озвучить свой вариант. Ставки принимались следующим образом: сегодня – 1 доллар, в 2001 году – 5 долларов, а в 2002-м – целых 20 долларов. Объявление имени победителя должно было состояться после окончания проекта, запланированного на 2003 год.

Это было не первое пари подобного рода. Такие традиции в среде ученых существуют издавна. Кто начал первым, уже неизвестно, но в 1600 году астроном Иоганн Кеплер поспорил со своим научным соперником датчанином Кристианом Лонгомонтаном, что вычислит орбиту Марса за восемь дней! Правда, в конечном счете для этого потребовалось почти пять лет, но ведь Эйнштейн не зря утверждал, что время – понятие относительное.

К выигрышу ученые относятся несерьезно. На первом плане для них всегда сам предмет спора. Именно поэтому среди ученых много людей, которые доказали свою правоту, но не разбогатели на этом. Тем не менее проигрыш пари – долг чести! Когда физик Стивен Хокинг после пятнадцатилетней дискуссии признал свое поражение перед американским коллегой Кипом Торном (речь шла о том, является ли объект Х-1 в созвездии Лебедя черной дырой), то сразу передал ему предмет залога – годовую подписку на мужской журнал Penthouse (говорят, что миссис Торн не выразила восторга по этому поводу).

Однако иногда к научным пари подходят серьезно и организованно. Американский некоммерческий фонд X-Prize в 2006 году обещал премию в размере 10 миллионов долларов тому, кто сможет за 30 дней расшифровать геномы ста человек, достигших возраста ста лет, причем стоимость одного секвенирования не должна превышать тысячу долларов. Но прежде, чем вы броситесь собирать образцы крови у своих пожилых соседей, мы должны сообщить вам, что этого приза больше не существует. Проект был остановлен в 2013 году. И дело не в том, что все столетние старцы повыбрасывались из окон или куда-то пропали. Просто организаторы акции недооценили то, с какой скоростью будет развиваться техника секвенирования. По состоянию на 2016 год расшифровка генома конкретного человека стоит около тысячи долларов (данные НИЗ).

Но вернемся к нашему пари. Букмекером без долгих раздумий был назначен Дэвид Стюарт, отвечавший за организацию ежегодной весенней научной конференции. Он словно зеницу ока берег синий журнал для лабораторных записей со ставками участников. Ставки не принимались ни по телефону, ни через интернет, а заносились в журнал каждым участником собственноручно, так как Дэвид Стюарт опасался, что в его действиях будет обнаружено какое-нибудь нарушение правил организации азартных игр. В итоге в пари участвовало более 400 человек, в том числе все светила науки, включая Джеймса Уотсона (который указал 73 210 генов). В качестве добавки к призовому фонду Уотсон щедро добавил от себя собственноручно подписанный экземпляр своей книги «Двойная спираль».

Стоп!

Прежде чем читать дальше, сделайте свое предположение. Миллион? Сто тысяч? Десять тысяч? Чтобы дать вам какой-то ориентир, сообщим, что известный на тот период геном червя Caenorhabditis elegans насчитывал около 19 тысяч генов, а мухи дрозофилы – около 13 600 генов. Прикинули? Тогда двигаемся дальше.

Победительницей в споре оказалась биоинформатик из Сиэтла Ли Роуэн. Сделанное ею в 2000 году предположение могло показаться на тот момент чуть ли не оскорбительным: каких-то 25 947 генов. Меньше не дал никто. Но и это число оказалось слишком большим. Сегодня количество генов человека оценивается примерно в 20 тысяч. В одной публикации 2016 года высказывается предположение, что на самом деле их, скорее, около 19 тысяч. Таким образом, мы оказываемся в одной весовой категории с червячком С. elegans. Могли бы вы такое предположить? Весьма отрезвляющий факт.

Кроме того, наши гены во многом совпадают с генами других млекопитающих, а некоторое количество входит в своего рода базовый набор, имеющийся у всех многоклеточных существ. Так что то, что отличает нас от братьев наших меньших, – это на самом деле лишь тонкая корочка глазури на пирожном.

Остается вопрос: что же все-таки делает нас царями природы? Ответ на него одновременно прост и сложен: те различия, которые мы обнаружили между геномами людей и животных. Правда, очень трудно установить, какие из этих различий действительно имеют решающее значение.

Поэтому давайте до максимума упростим задачу и сравним наследственный материал человека с геномом нашего самого близкого из живущих ныне родственников – шимпанзе. Если рассмотреть все последовательности нуклеотидов одну за другой, можно обнаружить большое сходство. Какие-то отличия демонстрируют в среднем лишь менее двух элементов из ста. Точные цифры привести затруднительно, потому что неизвестно, кого именно мы будем сравнивать: Пого с Джеймсом Уотсоном или Чарли с Дитером Боленом? Люди отличаются друг от друга точно так же, как и шимпанзе. В противном случае мы все выглядели бы одинаково, что крайне неудобно.

Сегодня в мире насчитывается около 200 тысяч шимпанзе. Это значит, что угроза их вымирания очень велика. Нас же примерно 7 миллиардов, и о вымирании речи не идет. Скорее, мы сами представляем большую угрозу для других видов. Правда, весьма незначительное разнообразие наших ДНК может служить признаком того, что так было не всегда. Предполагается, что несколько десятков тысяч лет назад наши предки находились на грани исчезновения. Причина этого не совсем ясна. Возможно, сказалось извержение супервулкана Тоба на Суматре (и его климатические последствия), но данное предположение многими оспаривается. Как бы то ни было, человеческая популяция сократилась до каких-то пары тысяч особей, а вместе с большей частью погибших людей утратилось и наше генетическое многообразие.

В геноме среднестатистического человека по сравнению с геномом среднестатистического шимпанзе 1,23 процента одних «кирпичиков» ДНК заменены на другие. Если сделать поправку на то, что все люди, как и все шимпанзе, чем-то отличаются друг от друга, разница между геномами составит около 1,06 процента. На первый взгляд вроде бы немного, но для генома, насчитывающего 3,2 миллиарда нуклеотидных оснований, это как-никак больше 30 миллионов отличий. Добавим сюда еще пять миллионов участков ДНК, где у нас утеряны или, наоборот, добавлены отдельные фрагменты по сравнению с нашим покрытым шерстью родственником. Это ввергает исследователей в уныние: в целом вроде бы мелочи, но, когда ставится задача среди миллионов различий найти действительно самые значимые, она кажется почти невыполнимой. Но только «почти», поскольку на примере отдельных маленьких фрагментов мы постепенно начинаем понимать, что на самом деле произошло.

Но давайте пока отступим на шаг назад и рассмотрим последние метры нашего собственного эволюционного пути вплоть до сегодняшних дней. Все началось примерно шесть миллионов лет назад в Африке, и было, возможно, так.

Пого вместе со стадом своих лохматых сородичей лениво бредет по джунглям. Солнце только что взошло, становится жарче, с растений испаряется роса, влажность воздуха повышается. Хороший денек! Однако пора бы и позавтракать. Ковыряясь в носу, вожак Пого размышляет, куда бы ему сегодня отвести своих нетерпеливых собратьев: к холмам или на речку. Шлеп! Перезрелый фрукт сваливается ему на макушку, и сок стекает по спине. Стадо ревет от восторга. Гобо издевательски смеется, словно пытается сказать: «Сок такой липкий, что сразу и не отмоешься. Смех да и только!» Но это уже не шутка, а прямое оскорбление царствующей особы. Ведь Пого – босс и подобного поведения не потерпит. Поэтому, как обычно бывает в подобных ситуациях, на злобное ворчание следует аналогичный ответ, и уже через несколько секунд Гобо и еще пара ренегатов спасаются бегством в направлении реки, а Пого ведет своих верноподданных к холмам, стараясь сохранить достойный внешний вид. Правда, то, что его любимая самка Сили пытается слизать сок с его затылка, не слишком ему в этом помогает.

Никто не знает, как там все было на самом деле. Но, во всяком случае, пути наших предков и предков сегодняшних шимпанзе разошлись и начался этап раздельного развития – как в генетическом, так и во многих других отношениях. Изменение, относительно скоро постигшее наших предков, было вызвано мутацией, в ходе которой потерялись два основания в гене MYH16. В результате ген полностью пришел в негодность, вследствие чего мышцы нижней челюсти стали менее сильными и выраженными. Предполагается, что таким образом освободилось дополнительное место в черепе для роста мозга. Кроме того, за счет этого усовершенствовалась моторика нижней челюсти, что способствовало развитию речи. Другими словами, если у тебя слабые мышцы, умей выходить из сложных ситуаций за счет языка – все совершенно логично.

Следующий большой шаг объяснялся, по всей видимости, тем, что наши предки вышли из тени густого леса на просторы саванны. Стоя там и глядя на волнующееся море трав, они наверняка осознали, что саванна резко отличается от леса – ведь здесь было значительно меньше деревьев.

Для эволюции это означало, что предстоит большая работа. Людей надо было поднять с четверенек и поставить на две ноги. Теперь для них важнее было не лазать по деревьям, а уверенно ходить по земле.

Первое правило саванны: там, где меньше деревьев, лучше обзор. Итак, люди встали на задние ноги и научились прямохождению. Стоящий человек быстрее заметит голодную саблезубую кошку и сможет спастись бегством, пока остальные, ничего не подозревая, будут на четвереньках ползать в траве. Эти несколько секунд форы дают солидное селекционное преимущество.

Второе правило саванны: нет деревьев – нет защиты от солнца. Если приходится проводить большую часть дня, расхаживая по открытой местности, то уже вскоре становится жарко. Чтобы избежать теплового удара, надо охлаждаться. Для этого существуют разные стратегии. Кошки и собаки, например, учащенно дышат открытым ртом, а мы потеем. Однако этот способ слабо помогает под густой шерстью. Значит, долой шубу! Мы стали голыми. А потом кто-то понял, что было бы неплохо хоть время от времени чем-то прикрыться от холода, например натянуть на себя шкуру другого животного. Ученые попытались с помощью генетических средств установить, когда люди начали носить одежду, и сравнили генетический материал волосяной и платяной вшей, чтобы выяснить, когда разошлись пути данных видов. Считается, что это произошло более 50 тысяч лет назад, но вполне возможно, что с тех пор прошло и 200 тысяч лет.

В том, что мы остались без шерсти, подозревается ген KRTHAP1, ответственный за производство кератина – главной составной части наших волос. Нам этот ген достался в дефектном состоянии, а у шимпанзе и горилл по-прежнему активен. Остатки у нас волосяного покрова на некоторых участках кожи объясняются тем, что в нашем геноме присутствуют и другие гены, производящие кератин. Волосы на голове у нас тоже подверглись мутации. Правда, после нее волосы не исчезли, а приобрели способность расти до самой смерти. Прическа оказалась хорошей защитой от жары и от холода.

Благодаря всем этим новшествам стало значительно легче переносить жару в саванне. Правда, появилась очередная проблема: под утерянной шерстью оказалась светлая кожа. И это в Африке! Единственным средством от загара с более или менее приемлемым фактором защиты был речной ил. Эволюции пришлось снова вступать в дело, в противном случае ультрафиолетовые лучи быстро превратили бы наших голых предков в хрустящих цыплят, поджаренных на гриле, а ДНК в клетках кожи подверглась бы сильным повреждениям. На помощь пришла усиленная пигментация кожи, которая преграждала путь свету. Однако данное средство оказалось несовершенным, поскольку пигментация породила новую проблему. Дело в том, что ультрафиолетовый спектр солнечного света необходим для выработки в нашей коже витамина D из холестерина, но теперь этот процесс был затруднен.

Оказавшись на лежбище морских котиков, не удивляйтесь, что они время от времени поочередно поднимают свои ласты. Они вовсе не собираются приветствовать вас, а пытаются уловить больше солнечного света для производства витамина D. Поднимая ласты, морские котики делают доступной для света большую поверхность кожи. Конечно, для достижения оптимального результата им стоило бы стоять, балансируя на хвосте, но такая поза для них слишком утомительна.

Столкнувшись с подобной проблемой, наши предки, видимо, сильно опечалились, поскольку дефицит витамина D вызывает депрессию и еще целый букет других недомоганий. Эволюция тяжело вздохнула и вновь отправилась в свою мастерскую. Решение было найдено в виде несколько измененной версии гена, производящего аполипопротеин Е (АпоЕ), который отвечает за транспортировку в организме жирных кислот и жирорастворимых витаминов. Этот новый вариант способствовал лучшему усвоению витамина D из пищи, но в некоторых случаях приводил к повышенному содержанию холестерина в крови.

Теперь надо было найти питание, в котором было достаточно витамина D. Наши предки осмотрелись вокруг: что у нас тут есть вкусненького в саванне?

Третье правило саванны: нет деревьев – смена меню. Ассортимент еды, предлагавшийся нашим предкам на покрытой травой равнине, полностью отличался от того, что попадало им на зуб в лесу. Здесь не было встречающихся на каждом шагу фруктовых деревьев. Необходимо было срочно менять рацион. Будучи всеядными, предки не отказывались ни от чего съедобного, поедая коренья, плоды и т. п. Но главными источниками витамина D являлись мясо и рыба. К сожалению, мясо не склонно было ждать, пока его съедят, и элегантными прыжками уносилось вдаль. В таких условиях даже мыслей о плодотворной дискуссии по поводу витамина D не возникало.

Все изменилось лишь тогда, когда были придуманы приспособления для охоты. А до этого приходилось довольствоваться тем, что удавалось добыть, – падалью и остатками добычи других животных, которых стада голодных голых обезьян отгоняли от трофеев. С кулинарной точки зрения это был не шедевр, поэтому до звезд Мишлена люди додумались значительно позже. Поедание мертвечины являлось опасным и с гигиенической точки зрения. Решающим шагом вперед стало укрощение огня.

Огонь давал тепло, свет и защиту от хищников. А когда удалось овладеть процессом добывания огня, появилась фраза, от которой у многих до сих пор появляется мечтательность во взоре: «Открыт сезон шашлыков!» Наши далекие предки научились жарить и варить мясо. Это не только способствовало улучшению вкусовых качеств, но и убивало потенциально опасные бактерии, а также облегчало пищеварение. Переход на новый рацион питания привел к тому, что наш аппарат усвоения питательных веществ стал меньше, чем у других приматов. Эволюция сэкономила на нем и за счет этого создала ресурсы для развития в других направлениях.

Наряду с увеличением потребления мяса произошли и другие перемены в рационе. Наши предки стали поедать больше продуктов, содержащих крахмал, например корни растений, что со временем привело к генетическим изменениям. Для усвоения крахмала организму требуется амилаза. Гены для производства данного энзима есть и у нас, и у шимпанзе, но у них крахмал играет менее заметную роль в питании, поэтому в ДНК шимпанзе только две копии этого гена, а у людей – 15. Чем больше генов, тем больше вырабатывается амилазы.

В какой-то момент, возможно, именно тогда, когда эволюция решила, что странные голые обезьяны наконец-то приспособились к жизни в саванне, у наших предков возникла идея посмотреть, что скрывается за ближайшим холмом. А вдруг там трава зеленее? А если нет, то, может, стоит поискать за следующим холмом.

Короче говоря, Homo sapiens пустился в путь и начал расселяться по планете. Он одолел и следующий холм, и тот, который был за ним, снова зашел в лес и в конечном итоге прошел всю Африку, после чего отправился дальше. После начальных трудностей примерно 60 тысяч лет назад в Европе и Азии начался расцвет. Правда, здесь наши предки оказались не первыми. За несколько тысячелетий до них в этих регионах поселились представители других видов людей. В Европе и некоторых частях Азии это были Homo neanderthalensis – неандертальцы, названные так в честь города Неандерталь вблизи Дюссельдорфа. Здесь в 1856 году в ходе добычи известняка были обнаружены странные кости, которые сначала выбросили на свалку, но потом передумали и отдали ученым для исследований. Специалисты пришли к выводу, что это останки древних людей!

Линии Homo sapiens и неандертальцев разошлись, по-видимому, 300–400 тысяч лет назад. И вдруг спустя столько лет они вновь оказались лицом к лицу. Одни были коренастыми, другие имели более длинные ноги, но те и другие были весьма озадачены. Неприятная ситуация. Повисла неловкая тишина.

Что обычно говорят в подобных ситуациях? «Привет»? Но, как бы ни выглядела эта первая попытка коммуникации, можно с большой долей вероятности предположить, что обе стороны умели, как минимум, говорить. Понимали ли они друг друга – это другой вопрос. Как и у Homo sapiens, у неандертальцев присутствовал подвергшийся мутации вариант белка FOXP2, который, как нам кажется, был тесно связан со способностью к речи. У шимпанзе в ДНК присутствует его более старая версия, отличающаяся всего двумя аминокислотами. Поэтому они не в состоянии не только говорить, но даже подпевать примитивным хитам.

Каким-то образом люди и неандертальцы пришли к взаимопониманию. Для начала им наверняка хватало немногих слов:

Н. neanderthalensis Н. sapiens

Уууу! Привет всей компании!

Ахг Да

Хорр Нет

Кнорг кнокк Олений окорок

Виих грумпф Очень вкусно

Вухлу хул? Сколько ему лет?

Упк упк гэээ. Нет, спасибо, в меня больше не влезет.

Вэхэха гиш. Ты мне нравишься.

Умпф ток ток? Это твоя пещера?

Них ронг ронг. Я тебя люблю.

Глюп До свидания

По крайней мере, в отдельных эпизодах процесс сближения протекал успешно, потому что сегодня в наследственном материале всех неафриканцев присутствует в среднем 2 процента неандертальской ДНК. Обычно это гены, имеющие отношение к коже и волосам, поскольку, как ни крути, а неандертальцы были значительно лучше приспособлены к условиям северных широт, чем Homo sapiens. Мы исходим из того, что неандертальцы имели светлую кожу и рыжие волосы. Но, похоже, они были не единственными, у кого мы позаимствовали часть наследственного материала. От трех до пяти процентов генома малайцев и австралийских аборигенов взяты от денисовского человека, жившего в Азии. А в 2011 году в геноме некоторых африканских племен нашли признаки скрещивания еще с одним, пока неизвестным видом человека.

Похоже, что гены используют любую возможность для своего распространения. И правильно делают. Неандертальцы и денисовцы вымерли, но часть их генов продолжает жить в нас. Пришли ли мы к концу своей эволюции и исчерпали ли наши гены свою способность к адаптации? Конечно нет! Как бы ни было трудно это представить, мы находимся лишь в середине пути. Одно из последних достижений эволюции, делающее попытки закрепиться в человеческой популяции, очевидно, связано с развитием скотоводства. Это небольшая мутация, затрагивающая ген, контролирующий выработку лактазы – фермента, с помощью которого в организме младенцев переваривается молочный сахар (лактоза), содержащийся в грудном молоке. До возникновения данной мутации, происшедшей 7500–9000 лет назад, указанный ген отключался еще в раннем детстве, так как ребенок, естественно, когда-то прекращал сосать молоко и ген терял актуальность. После этого молоко в организме человека больше не усваивалось.

Благодаря новой мутации ген сохранял свою активность, поэтому скотоводы могли позволить себе всю жизнь пить молоко животных. Это было колоссальное преимущество, способствующее выживанию. Новый вариант гена быстро распространился по Северной Европе. Но вместе с тем в Африке произошли другие мутации, имевшие очень схожий эффект (только на пару тысяч лет позже). И здесь это тоже совпало с распространением скотоводства. Появится ли новый ген у всех людей или опять будет вытеснен из генома благодаря продаже молока без лактозы, узнают только наши далекие потомки. Эволюция всегда шла и идет вслед за условиями жизни.

В семье случается всякое. Иной раз встретишь человека и даже представить себе не можешь, что вы с ним родственники (особенно когда он нацепил на себя костюм обезьяны). Так произошло и во время первой встречи Дженни и Виктории в 1842 году. Дженни была самкой орангутана, проживавшей в лондонском зоопарке, а Виктория – королевой Англии. Обе внимательно рассматривали друг друга, хотя и так было ясно, что их связывает что-то общее. Но королеве эта мысль не доставила удовольствия. Она записала в своем дневнике: «Орангутан слишком своеобразен: он ужасен, неприятен и пугающе схож с человеком». О том, что Дженни подумала об этой бледной женщине в странном платье, мы, к сожалению, никогда не узнаем, но, скорее всего, ей тоже не доставило удовольствия, что королева писала о ней как о существе мужского пола.

Что касается программы, заложенной в нашем теле (генома), то на самом деле люди не представляют собой ничего выдающегося. Наш геном имеет средний размер и содержит стандартный набор генов, свойственных практически каждому млекопитающему. Различия между нами и братьями нашими меньшими заключаются лишь в деталях – некоторых мутировавших белках и небольшом тюнинге в механизме контроля генов. Но даже эти мелкие изменения сделали из нас болтливую безволосую обезьяну с претензиями на мировое господство. И к тому же мы умные. Даже очень. А если нам еще удастся не загубить всю нашу родню в животном мире и самих себя, то можно будет даже утверждать, что по разуму нам нет равных.