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

Вик-д’Азир не только сравнивал аналогичные анатомические структуры у разных видов, но и наблюдал внутреннюю организацию тел. Препарируя человеческие конечности, он обнаружил, что руки и ноги фактически копируют друг друга. Кости рук и ног следуют одной и той же схеме “одна кость, две кости, много костей, пальцы”. Но он расширил и углубил это сравнение, показав, что мышцы рук и ног тоже построены по одинаковой схеме, как будто являются частью повторяющейся серии дуплицированных органов.

Примерно через семьдесят лет после этого британский анатом сэр Ричард Оуэн (1804-1892) распространил идею Вик-д’Авира на все тело и на скелеты животных. Ребра, позвонки и кости конечностей кажутся модифицированными копиями друг друга, имеющими общий дизайн, но с некоторыми вариациями формы, размера и положения в теле. Оуэна это настолько потрясло, что он предположил, что архетипом скелетов всех существ от рыбы до человека был скелет простого существа, от головы до хвоста сформированного из блоков позвонков и ребер.

Вик-д’Азир и Оуэн не только открыли основополагающую схему построения тел. Они обнаружили нечто касающееся биологии в целом и, что особенно важно, ДНК.

И снова Бриджес

Детальные анатомические исследования XVIII и XIX веков были прелюдией к кропотливой работе в “мушиной комнате” Моргана. В 1913 году студентка Моргана Сабра Кобей Тайс обнаружила самца дрозофилы с удивительно маленькими глазами. Это был редкий мутант – один среди сотен нормальных дрозофил. Продолжая разводить дрозофил в поисках таких же самцов и самок, через несколько месяцев Тайс наконец-то смогла получить их в большем количестве.

В 1936 году, за два года до смерти, Кэлвин Бриджес решил использовать новую ультратонкую технологию, чтобы разглядеть генетический материал мутантов с маленькими глазками. Эта техника вполне соответствовала навыкам ювелирной работы Бриджеса. Он начал с извлечения маленьких групп клеток из слюнных желез, нагревал их, помещал на стеклянную подложку и разглядывал через микроскоп с большим увеличением, чтобы увидеть внутреннее содержание клеток. Если все сделать правильно, внутри клеток можно увидеть хромосомы. Бриджес не знал о существовании ДНК, но он знал, что в хромосомах содержатся гены.

В клетках животных и растений хромосомы присутствуют в разном количестве, имеют разную форму и размер. Как мы видели на примере Bithorax, при таком способе обработки хромосом, который применял Бриджес, хромосомы представляют собой ленты из светлых и темных полос – более широких и более узких и чередующихся, казалось бы, случайным образом. Но организация этих полос очень важна, она служила системой координат для локализации генов, идентифицированных Морганом и его коллегами. Вспомните, что гены – это участки молекул ДНК, свернутых и закрученных в хромосомы. Местонахождение генов на хромосоме определяли по их расположению в череде светлых и темных полос. Мутации проявляются в виде локального изменения рисунка полос. Теперь мы знаем, что полосы – это своего рода координаты GPS в зоне со слабой спутниковой связью; они дают представление о примерном расположении генетического дефекта в мутанте, но не указывают, где конкретно он находится.

Бриджес подготовил хромосомы мутантной дрозофилы с маленькими глазами и сравнил их с хромосомами нормальной дрозофилы. Расположение полос на хромосомах было идентичным за исключением одного участка. У мутанта с маленькими глазами была одна очень длинная хромосома с одним участком светлых и темных полос, которые, казалось, в точности повторяли рисунок соседнего участка. Бриджес был уверен, что это результат удвоения одного участка генома, он подробно описал его и предположил, что причиной появления аномально маленьких глаз и более длинной хромосомы была какая-то ошибка копирования.

Вик-д’Азир, Оуэн и их современники предполагали, что тела состоят из повторяющихся частей, а Кэлвин Бриджес увидел копии в геноме. Так начала развиваться идея о дупликации генов.

Музыка генов

Стив Джобс однажды заметил: “Пикассо говорил, что хорошие художники копируют, а великие художники воруют, и мы [в Apple] всегда без стеснения воровали хорошие идеи”. Этот принцип, справедливый для искусства и технологии, справедлив и для генетики. Сусуму Оно (1928-2000), работавший в медицинском центре “Город надежды” в Калифорнии, развлекался тем, что трансформировал структуру белков в музыкальные пьесы для скрипки и фортепиано. Зная, что белки состоят из последовательностей аминокислот, он воспринимал каждую молекулу как ноту. Музыка оказывала на него глубокое, почти мистическое влияние. Партитура на основе белка, вызывающего злокачественную опухоль, звучала как похоронный марш Шопена. Звуковой рисунок, воспроизводивший последовательность белка, помогающего организму перерабатывать сахара, напоминал колыбельную. Но Оно нашел в генах и белках больше чем траурные напевы или мелодии – он открыл новый способ восприятия биологических изобретений.

Сусуму Оно (слева)