Евангелие от LUCA. В поисках родословной животного мира

Несложно догадаться, что если мутация затронет один или несколько таких «дирижеров», то работа всех генов, находящихся у них в подчинении, будет нарушена, что может привести к самым непредсказуемым последствиям. Именно возникновением таких мутаций объясняет все крупные эволюционные события концепция «скачкообразной эволюции». Одна-две «удачные» мутации в регуляторных генах — и вот, пожалуйста, из яйца рептилии вылетает первая птица (именно такую картину рисовал в свое время Отто Шиндевольф, который не мог знать, что птицы — это всего лишь недовымершие ящеры). Как сказал бы фокусник, вынимающий из цилиндра кролика: «Ловкость рук и никакого мошенства!»

В последние десятилетия ХХ в. эта идея получила весьма серьезную поддержку генетиков и эмбриологов.

Прошло уже около 130 лет с того момента, как английский зоолог и генетик Уильям Бэйтсон (Бэтсон) одарил науку новым словом — гомеозис. Он описал сущность этого явления довольно расплывчато; гомеозис — это когда нечто изменяется, становясь подобием чего-то другого («something has been changed into the likeness of something else»[160]). Имелось в виду, что одна часть тела животного превращается в другую. Если гомеозис действительно происходит, то мы можем ожидать, что он порождает совершенно невероятные существа, подобные средневековым химерам или персонажам кафкианского мира.

Бэйтсон в своей книге описал несколько случаев такого предполагаемого гомеозиса у животных и человека, но в то время было еще невозможно объяснить генетическую подоплеку подобных метаморфоз. Сейчас хорошо известно, что причина заключается в мутациях особых гомеозисных генов, которые относятся к группе регуляторных и определяют, где и когда в эмбриогенезе сформируется та или иная структура, а также продолжительность ее формирования. Многие из таких мутаций давно выявлены и даже получили собственные названия. Например, та, что заставляет ногу плодовой мушки вырасти у нее на голове, известна генетикам под именем antennapedia.

У дрозофил, как и у остальных насекомых, гомеозисные гены отвечают за формирование конечностей и правильную сегментацию тела. Они делают это, «запуская» и «выключая» в определенной временно́й последовательности работу соответствующих генов. Тело насекомого состоит из трех отделов — головы, груди и брюшка; каждый из них в свою очередь формируется путем соединения определенного числа более или менее внешне одинаковых сегментов. Сегментированность тела хорошо заметна у многих взрослых насекомых, а еще лучше у их неполовозрелых стадий — гусениц бабочек, червеобразных личинок жуков и мух. Вот почему Линней назвал насекомых Insecta (животными, тело которых покрыто насечками). Собственно, русское слово «насекомые» является калькой, дословным переводом этого латинского названия. Сегментация тела свойственна не только насекомым, достаточно вспомнить дождевых червей, пиявок и многоножек[161].

Одним из самых хорошо изученных гомеозисных генов является ген bithorax. Он был обнаружен у мухи дрозофилы еще в 1915 г. генетиком Бриджесом. В норме он обеспечивает закладку третьего грудного сегмента, но если этот ген мутирует, то у мухи появляется два вторых сегмента и ни одного третьего. Это важно, потому что именно на втором сегменте располагается пара крыльев. Мутантное насекомое становится четырехкрылым, правда, дополнительная пара крыльев обычно недоразвита. А если мутирует ген contrabithorax, отвечающий за формирование второго сегмента груди, то рождается дрозофила с двумя третьими сегментами, несущими две пары никчемных недоразвитых крылышек. Хотите получить по-настоящему четырехкрылую муху? Пожалуйста! Нужно лишь, чтобы у нее произошли мутации сразу в двух гомеозисных генах — bithorax и его соседе по хромосоме postbithorax. Это будет очередной пример гетеротопии — лишняя пара крыльев в месте, где им не положено быть. Такие мутанты в природных условиях едва ли жизнеспособны, но генетики давно научились получать их в своих лабораториях, равно как и других фантасмагорически «неправильных» дрозофил (Мэри Шелли, создательница литературного образа доктора Франкеншейна, как в воду глядела).

По сути, четырехкрылую муху уже нельзя даже назвать представителем отряда двукрылых насекомых, так как ее строение стало для него нетипичным[162]. Не подобным ли образом, путем мутаций регуляторных генов, возникли в эволюции все известные нам планы строения многоклеточных животных? И не только планы строения, но и некоторые очень важные их элементы. Не исключено, что именно путем гетеротопии позвоночные некогда обзавелись челюстями. Возможно, это случилось одномоментно, скачком, вследствие нарушения нормального хода метаморфоза[163]. Если гипотеза верна, то гомеозисные гены должны быть не только у дрозофил, и не только у насекомых, но вообще у всех метазоев, коль они происходят от общего предка.