Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК

Поиск организмов с дополнительными органами захватил Бейтсона. Его привлекали причуды природы в виде дополнительных органов или необычного расположения органов, например пчелы с ногами на месте антенн, люди с лишними ребрами или мужчины с дополнительными сосками[12]. Складывалось впечатление, будто органы отрезаны и приклеены на новое место. Полностью сформированный орган получал вторую копию или перемещался в другое место на теле. Эти монстры несли в себе тайну, и ее раскрытие могло помочь в понимании общих правил формирования и эволюции организмов.

Натурфилософы XVI века и более позднего времени были правы в том, что монстры несут в себе какую-то важную информацию о живой природе. Нужно было лишь найти “правильных” монстров и научные методы их изучения.

Муха

Одно из самых важных решений в истории биологии было принято тогда, когда Томас Хант Морган (1866—1945) решил работать с мухами. Начинал Морган свою научную работу с исследований морских желудей, червей и лягушек, будучи убежден, что внутри их клеток и эмбрионов кроется ключ к разгадке нашей собственной биологии. Выбор объектов не был вызван ни эзотерическими соображениями, ни случайностью: Морган решил экспериментировать с мелкими водными существами, способными восстанавливать части тела после их потери. Например, плоские черви планарии – чемпионы по регенерации: разрежьте их пополам, дайте вырасти, и вы получите двух целых особей. Многие существа, такие как черви, рыбы и земноводные, умеют восстанавливаться после травмы. Нам остается лишь завидовать этим нашим родственникам среди животных; на каком-то этапе эволюции млекопитающие потеряли такую способность.

Морган занялся наукой в такое время, когда многое из того, что теперь мы воспринимаем как должное, было совершенно неизвестно. Чешский монах Грегор Мендель выяснил, что признаки передаются из поколения в поколение, но механизм наследования оставался тайной. Люди научились разглядывать клетки, но никто не знал, что в наследовании какую-то роль играют хромосомы, не говоря уже о существовании ДНК.

В научном подходе Моргана отразился важнейший поворот в восприятии жизни, который ныне направляет практически все биомедицинские исследования: на основные механизмы биологии человека могут пролить свет разные существа – от червей до морских звезд. В работах Моргана подразумевалось, что все существа на планете связаны между собой на самом глубинном уровне.

После нескольких лет экспериментов по регенерации и их описания в вышедшей в 1901 году авторитетной книге “Регенерация” Морган осознал, что для продвижения вперед ему не хватает инструментов. И он занялся поиском новой темы для исследований. В центре всего, от регенерации до анатомии, находится наследование – передача информации от предыдущего поколения следующему. Механизмы, движущие наследованием, могли бы стать ключом к раскрытию многих тайн биологии. Морган был убежден, что для прорыва в генетике нужно существо, которое быстро растет и размножается, имеет небольшой размер и может достигать значительной численности в лабораторных условиях. Идеально было бы найти такой организм, хромосомы которого (уже предполагалось, но еще не было доказано, что в хромосомах содержится генетический материал) были бы видны под микроскопом. Список кандидатов был достаточно длинен, но в нем не было одного существа, которое как раз больше всего хотелось изучать, – человека.

В это же время незнакомый тогда Моргану специалист по систематике насекомых задался аналогичной целью, но продвигался к ней с противоположной стороны. Делом жизни Чарльза У. Вудворта (1865-1940) из Калифорнийского университета в Беркли было изучение скрытых деталей анатомического строения насекомых, а также классификация мух и других насекомых. Благодаря этим исследованиям он стал экспертом по биологии мух и предлагал использовать в качестве экспериментальной модели один конкретный вид, фруктовую муху Drosophila melanogaster. Где-то в начале 1900-х годов (точная дата неизвестна) он встретился с биологом из Гарварда Уильямом Э. Каслом (1867-1962) и предложил ему попробовать провести несколько экспериментов на дрозофилах.

Касл, подобно Бейтсону, интересовался механизмами наследования и вариаций. В то время он работал с морскими свинками, желая понять, как параметры тела и окраска передаются из поколения в поколение. Но морские свинки его не удовлетворяли, поскольку самки приносили не более восьми детенышей и беременность у них длилась два месяца. Чтобы анализировать наследование признаков, Каслу приходилось месяцами ждать появления нескольких поколений. Предложение Вудворта поработать с дрозофилами казалось привлекательным; в среднем фруктовые мухи живут от 40 до 50 дней, и за это время самка способна произвести тысячи эмбрионов. Касл понимал, что с мухами за месяц он сможет провести больше экспериментов по наследованию, чем с морскими свинками за несколько лет.