Невероятная случайность бытия. Эволюция и рождение человека - Элис Робертс

Гомеозисные гены преподнесли генетикам еще один сюрприз: когда гены были секвенированы, то оказалось, что каждый из них содержал одну идентичную короткую последовательность ДНК, включавшую около 180 пар оснований. Эту последовательность назвали «гомеобоксом», или сокращенно Hox-генами. Эти гены являются «контролирующими», они направляют деятельность других генов. Гомеобокс играет решающую роль в этом контроле – он кодирует белок, способный связываться с молекулой ДНК.

Однако подлинный сюрприз заключался в том, что гены Hox не только контролируют проявления фенотипических признаков у мух-дрозофил. Эти гены присутствуют в геномах всех насекомых и даже всех членистоногих. Есть эти гены и у червей. Более того, эти гены присутствуют у всех животных с сегментированным строением тела, включая и позвоночных. Это говорит о невероятной древности Hox-генов: наш последний общий с дрозофилами предок с этими генами жил около 800 миллионов лет назад. И хотя плодовые мушки дрозофилы – наши очень отдаленные родственники, все же основной план строения нашего тела также определяется Hox-генами на эмбриональной стадии развития.

Сходные Hox-гены контролируют строение сегментов тела у плодовых мушек и у человеческого эмбриона

У дрозофил и у других насекомых только один набор Hox-генов; их восемь, и они располагаются в один ряд, следуя друг за другом. Наш старый знакомец ланцетник обладает кластером из четырнадцати Hox-генов; однако дупликация (удвоение) отрезков генома у различных групп позвоночных привела к образованию нескольких таких кластеров. У млекопитающих таких кластеров четыре, и располагаются они в разных хромосомах.

Древность Hox-генов была подтверждена в 1986 году, когда группе ученых удалось расшифровать первый большой кластер этих генов у позвоночных. Было обнаружено, что порядок расположения генов зеркально отражает последовательность сегментов тела позвоночного животного – точно так же, как у плодовых мушек. Один из исследователей показал схожесть Hox-генов у позвоночных и беспозвоночных, чем подтвердил, что Hox-гены были унаследованы животными обоих типов от очень древнего общего предка. В 1990-х он доказал, что похожие гены отвечают за морфологическое строение конечностей. Этим ученым был швейцарский специалист по биологии развития Дени Дюбуль, и в январе 2013-го я побывала у него в гостях, в его доме в Женеве.

Мы встретились в его кабинете, расположенном в углу скромной бетонной башни – одного из корпусов Женевского университета. Из окна открывался вид на центр Женевы, обрамленной заснеженными горами. Ландшафт из низких строений (высота зданий в Женеве ограничена законом) оживлялся высокой, облицованной стеклом телевизионной башней.

Большой стол был уставлен разнообразными научными диковинками, включая скелет опоссума (он очень похож на скелет мартышки, если не считать, что у сумчатого животного не замкнуто костное кольцо глазницы, а в области таза есть дополнительная кость); скелет змеи, уложенный в стеклянный эксикатор; несколько сосудов со скелетами мышиных эмбрионов – ализарином были в красный цвет окрашены кости, а метиленовой синью – хрящи; на подставке красовался скелет лягушки, а в высоких цилиндрах я увидела заспиртованных животных – рыб и ящериц.

К стене была подвешена весьма оригинальная скульптура, элементы которой я тотчас узнала. Думаю, что каждый биолог в мире хотя бы раз в жизни получал в качестве непрошеного подарка экземпляр печально известного «Атласа творения» Харуна Яхья ^[11]. Свой экземпляр я получила, работая в Бристольском университете. Это объемистый том, украшенный великолепными, просто роскошными иллюстрациями, в котором четко и последовательно проводится мысль о ложности теории эволюции. Одно из доказательств звучит так: если в наше время на Земле живут существа, похожие на ископаемых животных, то это значит, что Дарвин ошибался. В книге преднамеренно искажается теория эволюции посредством естественного отбора, но тем не менее она производит неизгладимое впечатление качеством печати и богатым переплетом, и поневоле приходишь в ужас при мысли о гигантских суммах, потраченных на печать и распространение этого опуса. Мой экземпляр долго лежал у меня на столе. Я использовала его как пресс для бумаг некоторое время, потом стала заменять им скамеечку для ног, и в конечном счете отправила в специальный контейнер для макулатуры.

Дени намного лучше распорядился своими экземплярами печально известного атласа. Остатки нескольких книг висели на стене. Каждый том был аккуратно порезан на треугольники и трапеции, страницы в которых были скреплены винтами, чтобы их было невозможно открыть (Дени объяснил мне, что именно так французы обходятся с плохими книгами). Конструкции на проволоке были подвешены к кронштейнам. Такое решение оказалось, конечно, куда более изобретательным, чем мое. Это был чисто эволюционный подход к утилизации ненужных вещей – превратить носитель устаревших идей в предмет искусства.

Дени несколько десятилетий изучал Hox-гены, определяющие строение, или, как говорит сам Дени, – архитекторы тела. Он описал мне, как они работают. Дело обстоит так, что строение соответствующего сегмента определяет не один ген из кластера, а их совокупность. Гены действуют не по отдельности, а совместно, и для построения каждого следующего сегмента к действующим генам присоединяется еще один. Так Hox-гены работают у дрозофилы, и так же работают они в человеческом эмбрионе. Самым наглядным результатом такой согласованной работы Hox-генов у взрослого человека является позвоночник. Эти гены определяют различия в строении отделов позвоночника – шейного, грудного, поясничного и крестцового, а также различия между соседними позвонками в одном и том же отделе.

В углу кабинета, на полу, стоял стеклянный сосуд. Дени снял с него крышку и извлек заспиртованную самку питона. Это была очень красивая особь – длинная, изящная и тонкая – размером около 70 см. У самки питона оказалось больше позвонков, чем у человека, но я была весьма удивлена тем, что у нее столько же генов Hox, сколько и у меня, а именно 39.

– Поразительно, что у нее столько же генов, сколько и у меня, – сказала я. – Но почему у змеи больше позвонков? Как так получается?

– Сигнал сформировать конец тела, – начал объяснять Дени, – а этот конец у змеи расположен у клоаки (терминального отдела кишки), поступает не сразу, а с некоторым запаздыванием, и при развитии тела змея строит один сегмент за другим – их образуется около 250 – до того момента, когда гены Hox наконец говорят «хватит». После этого остается только сформировать хвост.