С того момента, когда в 1960-х, будучи студентом-старшекурсником, я познакомился с компьютерами, я задавался вопросом, что сделал бы Томпсон, если бы у него был компьютер. Вопрос стал актуален в 1980-х, с появлением доступных компьютеров с графическим дисплеем. Рисование на растяжимой подложке просто просилось на экран компьютера. Я предложил Оксфордскому университету подать заявку на грант, чтобы нанять программиста для реализации алгоритма Томпсона с удобным общедоступным интерфейсом. Мы получили деньги, и я нанял Уилла Аткинса, первоклассного программиста и биолога, который стал моим другом и советчиком. Когда он справился с широким репертуаром дисторсий Томпсона, ему уже не составляло труда научить этому программу искусственного отбора биоморфов, о которой я рассказывал в главе 2. «Игроку» предлагаются организмы, из которых он может выбрать один для «разведения». Как и прежде, процессом управляют гены, переходящие из поколения в поколение, однако теперь они управляют формой организма (растягивая или сжимая «резиновую миллиметровку», на которой он нарисован). Теоретически можно, начав с черепа австралопитека, добиться постепенного увеличения лобных долей и уменьшения длины морды по мере приближения к современному человеку. На деле же это оказалось довольно трудной задачей.
Одна из причин, на мой взгляд, по-прежнему заключается в том, что преобразование Томпсона преображает одну взрослую форму в другую. В главе 8 я упоминал, что генетически обусловленная эволюция работает иначе. У каждого животного есть история развития. Путь от эмбриона до взрослого организма лежит через непропорциональную скорость роста отдельных частей тела. Эволюция — это не управляемое генами преобразование одного взрослого организма в другой, а управляемое генами изменение программы развития. Сэр Джулиан Хаксли (правнук Томаса и брат Олдоса[151]) осознал это, когда, вскоре после выхода первого издания книги Томпсона, попытался приспособить его метод для изучения превращения эмбриона на разных стадиях развития. Здесь мы на время, до последней главы книги, оставим метод Томпсона.
Сравнительная анатомия, как я отмечал, свидетельствует в пользу эволюционной теории даже убедительнее ископаемых остатков. Этой точки зрения придерживался и Дарвин, высказавший ее в конце главы «Взаимное родство организмов» «Происхождения видов»:
Наконец, различные группы фактов, рассмотренные в этой главе, по-моему, столь ясно указывают, что бесчисленные виды, роды и семейства, населяющие земной шар, произошли каждый в пределах своего класса или группы от общих предков и затем модифицированы в процессе наследования, что я без колебаний принял бы этот взгляд, если бы даже он не был подкреплен другими фактами или аргументами[152].
Молекулярное сопоставление
Дарвин, конечно, не мог знать, что сравнительные доказательства станут еще более убедительными, если дополнить доступные ему анатомические сравнения молекулярной генетикой.
Так же, как скелет позвоночных остается неизменным при изменении отдельных костей, а экзоскелет всех ракообразных одинаков независимо от формы составляющих его «трубок», код ДНК одинаков у всех живых существ — меняются только отдельные гены. Это поразительный факт, яснее всех других демонстрирующий, что все живые существа происходят от общего предка. Не только генетический код, но, как мы видели в главе 8, вся генно-белковая система, поддерживающая жизнь, одинакова у всех животных, растений, грибов, бактерий, архей и вирусов. Меняется лишь закодированная информация, сам код остается неизменным. И если посмотреть на то, что закодировано, на последовательности генов разных существ, мы снова увидим генеалогическое древо, которое получалось при сравнении скелета позвоночных, скелетов ракообразных, да даже необязательно скелета — годятся все морфологические признаки.
Допустим, мы захотели узнать, насколько близки друг другу два вида, например, ежи и обезьяны. Идеальное решение проблемы — взять полные генетические коды этих видов и сравнить их построчно и побуквенно, как библеист сравнивал бы два рукописных варианта Книги пророка Исайи. Но это дорого и отнимет много времени. Работа над проектом «Геном человека» шла десять лет, сотни человеко-лет труда. Хотя сейчас это можно сделать намного быстрее, проект «Геном ежа» все равно будет недешевым и не слишком быстро осуществимым.
«Геном человека» — один из проектов, которые, подобно высадке на Луне или постройке Большого адронного коллайдера, вызывают у меня чувство гордости за человечество. Я рад и тому, что недавно закончены секвенирование генома шимпанзе и аналогичные проекты для других видов. Если мы и дальше будем двигаться вперед такими темпами (см. обсуждение закона Ходжкина ниже), довольно скоро сравнительный анализ и оценка родства на основе полной генетической информации станут экономически доступными. Пока же наши возможности ограничены сравнительным анализом частей генома, но и этот метод дает отличные результаты.
Для сравнения достаточно выбрать у двух видов несколько генов (или белков, строение которых известно непосредственно из генетических последовательностей) и сравнить их. Мы вскоре к этому вернемся. Однако давно известны и другие, более грубые, методы автоматизированного сравнения, которые на удивление хорошо работают. Один из них основан на использовании иммунной системы кроликов (подойдет любое другое животное, но кролики отлично справляются). Защищаясь от патогенов, иммунная система кроликов вырабатывает антитела к любому чужеродному белку[153], обнаруженному ею в крови. Как анализ антител в моей крови свидетельствует о том, что недавно меня мучил кашель, точно так же иммунный ответ кролика говорит о том, что происходило с ним в прошлом. Антитела в крови кролика — своего рода история случавшихся с ним неприятностей, включая искусственное введение белков. Если, например, впрыснуть в кровь кролика белок от шимпанзе, иммунная система выработает антитела для атаки этого белка на случай, если он снова появится в крови. Но предположим, что в следующий раз мы введем близкий, но не идентичный белок, например от гориллы. Опыт встречи с белками шимпанзе частично защитит кролика от белков гориллы, но реакция будет менее выраженной. Поможет он и от белка кенгуру, но защитная реакция будет еще слабее, поскольку кенгуру значительно дальше от шимпанзе, чем горилла. Следовательно, сила иммунного ответа может служить мерой родства нового белка с исходным, сформировавшим ответ. Именно так Винсент Сэрич и Алан Уилсон из Калифорнийского университета в Беркли показали в 1960-х, что человек и шимпанзе гораздо ближе, чем считалось.
Есть и методы, использующие для сравнения видов гены, а не кодируемые ими белки. Один из самых старых и эффективных прямых методов — так называемая гибридизация ДНК. Именно этот метод стоит за широко известными утверждениями типа «у человека и шимпанзе более 98 % общих генов». Кстати, конкретный смысл таких цифр нуждается в уточнении: 98 % чего именно у нас общего с шимпанзе? Точный ответ зависит от размера единиц счета. Попробую пояснить это с помощью простой аналогии. Она интересна тем, что отличие от нее действительности говорит не меньше, чем сходство.
Допустим, у нас есть два варианта одной книги, и мы хотим сравнить их. Например, это каноническая Книга пророка Даниила и свиток, недавно обнаруженный в какой-нибудь пещере на берегу Мертвого моря. Каков процент одинаковых глав в двух текстах? Скорее всего, нулевой: отличия одной буквы достаточно, чтобы различались главы. А каков процент совпадающих предложений? Вероятно, заметно выше. Процент совпадающих слов еще выше, поскольку в слове букв меньше, чем в предложении. Однако слова, отличающиеся одной буквой — все-таки разные слова. Если мы сравним два текста, буква за буквой, то процент совпадений будет еще выше, чем со словами. Итак, оценка ничего не значит, пока мы не определим, что именно мы сравниваем: главы, параграфы, предложения, слова или буквы. Точно так дело обстоит со сравнением ДНК двух видов: если сравнивать целые хромосомы, совпадений не будет, поскольку любого отличия достаточно, чтобы хромосомы отличались.
Часто упоминаемые 98 % общего генетического материала людей и шимпанзе — это не хромосомы или целые гены, а совпадающие «буквы ДНК» (пары оснований). Однако все не так просто. Если сравнивать буквы в текстах по порядку, то вставленная или пропущенная, а не просто несовпадающая буква сдвигает все стоящие после нее буквы. Ясно, что такого рода несоответствие нас не интересует и должно быть предусмотрено. Глаз исследователя, сравнивающего варианты Книги пророка Даниила, исключает такие случаи автоматически (кстати, алгоритм такого исключения нетривиален). Как добиться того же в отношении ДНК? Настал момент оставить нашу аналогию и вернуться к ДНК, поскольку это тот случай, когда аналогия оказывается сложнее действительности.