Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

характеристики живого организма. В форме носа боксера отражается не только его наследственность, но и специфика выбранной профессии с числом пойманных ударов по носовому хрящу. Если бы Добржанскому пришло в голову обрезать крылья всем мухам в коробке, он бы повлиял на их фенотип – форму крыльев, – совершенно не затрагивая их гены. Иными словами, «генотип + среда = фенотип».

А во-вторых, некоторые гены включаются под действием внешних стимулов или случайно. У мух, например, активность гена, влияющего на размер рудиментарных крыльев, зависит от температуры; вы не сможете предсказать форму крыльев только по генам или только по внешним условиям, нужно учесть и то, и другое. В таких ситуациях ни генотип, ни среда не определяют результат «единолично», все решает сочетание генов, среды и случая.

У людей мутации в гене BRCA1 повышают риск заболеть раком молочной железы, но рак развивается не у всех женщин с таким генотипом. Ген, работа которого зависит от случайности или от специфических внешних стимулов, называется геном[339] с частичной или неполной пенетрантностью: проявиться фенотипически он может, но не обязан. А еще у гена может быть вариабельная, неодинаковая, экспрессивность: степень его проявления варьирует от особи к особи. У одной женщины с мутацией BRCA1 к 30 годам разовьется агрессивная опухоль со множественными метастазами. У другой обладательницы той же мутации форма заболевания будет легкой, вялотекущей, а у третьей рак вообще не возникнет.

Мы до сих пор не знаем, почему одинаковая мутация у этих трех женщин проявляется так по-разному, но ясно, что играет роль комбинация факторов: возраста, внешних воздействий, влияния других генов и просто везения. Нельзя по генотипу – мутации BRCA1 – в точности предсказать развитие событий.

Получается, итоговая формулировка такова: «генотип + среда + специфические стимулы + случайность = фенотип».

В этой лаконичной, но могущественной формуле схвачена суть взаимоотношений между наследственностью, изменчивостью, случайностью, средой и эволюцией – факторами, определяющими облик и судьбу живого существа. В природных популяциях вариабельность генотипа всегда существует. На разные варианты генов воздействуют разные условия среды, специфические стимулы и случайности – и вместе они формируют особенности организма (например, большую или меньшую устойчивость к низким температурам у мух). Если фактор оказывает сильное селективное давление – так может действовать изменение температуры или острая нехватка питательных веществ, например, – отбираются особи с фенотипом, наиболее приспособленным к таким условиям. Если мухи с таким фенотипом выживают лучше других, они в итоге произведут больше личинок, которые частично унаследуют генотип каждого родителя. Новые мухи будут лучше адаптированы к такому давлению отбора. То есть отбор работает в первую очередь с физическими или биологическими свойствами, а уже вторично, в качестве побочного эффекта, отбираются кодирующие их гены. Кривизна носа может быть следствием особенно неудачного дня на ринге – то есть не иметь никакого отношения к генам, – но если на «брачном рынке» кандидатов оценивают только по симметрии носа, обладатель неправильной его формы отбор не пройдет. И даже если в клетках несчастного таится множество полезных в долгосрочной перспективе генов – вроде «гена стойкости» или «гена терпения мучительной боли», – вся эта плеяда будет обречена на исчезновение провалом в брачном соревновании. И всё из-за проклятого носа.

Фенотип, по сути, тянет за собой генотип – повозка тянет коня. Вечный парадокс естественного отбора в том, что он ищет одно (приспособленность) и невольно находит другое (гены, лежащие в основе приспособленности). Гены, повышающие приспособленность, постепенно распространяются в популяции за счет отбора по фенотипам; это позволяет организмам адаптироваться к окружающей среде все лучше и лучше. Здесь нет места совершенству, есть лишь неустанное, беспощадное, жадное стремление подогнать организм к его среде. Это стремление и есть двигатель эволюции.

Вишенкой на торте – финальным успехом Добржанского – стало раскрытие «тайны из тайн», не дававшей покоя Дарвину: происхождения видов. Эксперимент «Галапагосы в картонной коробке» показал, как эволюционирует популяция свободно скрещивающихся организмов[340] – например, мух. Но Добржанский осознавал: если в природной популяции, где есть вариабельность по генотипу, продолжается свободное скрещивание, новый вид никогда не сформируется. В конце концов, вид даже определяется неспособностью скрещиваться с другими видами.

Значит, чтобы возник новый вид, должен появиться какой-то фактор, который сделает невозможным скрещивание одной части популяции с другой. Добржанский предположил, что этот недостающий фактор – географическая изоляция. Представьте популяцию, где особи с разными вариантами генов свободно скрещиваются, как вдруг ее разделяет какое-то географическое препятствие. Шторм уносит стаю птиц на далекий остров, и они не могут вернуться на свой родной. Отныне две популяции эволюционируют независимо, по Дарвину, – пока в них не отберутся генетические варианты, биологически несовместимые с вариантами другой популяции. Даже если бы потомки унесенных птиц смогли вернуться на свою «историческую родину» – скажем, на кораблях, – им не удалось бы продолжить род с давно утраченными семиюродными братьями или сестрами: птенцы от таких генетически несовместимых родителей – носителей «искаженных сообщений» – либо не выжили бы, либо оказались бы бесплодными. Географическая изоляция приводит к генетической изоляции и в конце концов к изоляции репродуктивной.

Такой механизм видообразования был не просто гипотезой, Добржанский смог продемонстрировать его в эксперименте[341]. Он поселил двух мух разных рас в один садок. Мухи спаривались, производили потомство – но потомки вырастали бесплодными. Генетики с помощью анализа сцепления даже определили расположение эволюционно разошедшихся генов, из-за которых потомство стало нескрещиваемым. Так удалось найти недостающее звено в логике Дарвина: движущая сила видообразования – это репродуктивная несовместимость, возникающая вследствие несовместимости генетической.

К концу 1930-х Добржанский начал понимать, что его выводы относительно генов, изменчивости и естественного отбора распространяются на вопросы далеко за рамки биологии. Кровавая революция 1917 года, ураганом прошедшая по России, стремилась стереть все индивидуальные различия во имя коллективного блага. В Европе же принимающий чудовищные формы расизм, наоборот, раздувал и демонизировал индивидуальные различия. Ученый заметил, что и в том, и в другом случае на кону стояли прежде всего биологические вопросы. Чем определяется индивидуальность? Какой вклад в индивидуальность вносит изменчивость? Что значит «благо» для вида?

В 1940-х Добржанский будет прицельно атаковать эти вопросы и в конечном счете станет одним из самых ярых научных критиков нацистской евгеники, советского коллективизма и европейского расизма. Исследования природных популяций, изменчивости и естественного отбора к тому времени уже дали ему главные ответы на эти вопросы.

Во-первых, ему было очевидно, что в природе генетическая изменчивость – норма, а не исключение. Американские и европейские евгеники настаивали на искусственном отборе ради «блага» всего человечества – но в природе не бывает единого