«Встроенный» половой инстинкт гарантировал, что наши предки продолжали размножаться, даже не до конца понимая, что происходит, – как минимум на техническом уровне. Древние цивилизации приписывали магию деторождения богам, но наши пытливые умы были настроены на то, чтобы еще глубже понять мир вокруг. На протяжении тысячи лет прогресс в изучении биологии шел очень медленно. Но затем с развитием философии и инструментов научной революции наши знания стали стремительно углубляться.
В 1677 году окрыленный голландец Антони ван Левенгук вспорхнул с постели. Изобретатель микроскопа, на порядок превосходившего прежние, уже самостоятельно изучил телесные жидкости: кровь, слюну и слезы. В этот раз он решил привлечь к эксперименту жену. После полового акта Левенгук поместил часть своего эякулята под микроскоп и в удивлении увидел, как «семенные зверьки» извивались, «будто угри, плавающие в воде»[5]. Но какую же роль, гадал ученый, выполняли эти изворотливые зверьки?
По бытовавшему тогда убеждению, которое дошло до Европы от древних греков, в мужском семени содержались гомункулы – маленькие человечки, которые ждали момента для того, чтобы начать расти. Согласно этой гипотезе, женское тело подобно почве, в которой прорастают семена. По другой теории, в женской яйцеклетке живет мини-копия человека, а мужская сперма стимулирует ее рост. Третья группа, состоящая в основном из малообразованной прослойки населения, полагала, будто жизнь зарождается спонтанно – как мухи, появляющиеся в тухлом мясе.
В XVIII веке выдающийся католический священник из Италии Ладзаро Великолепный Спалланцани, чтобы проверить свою гипотезу о размножении, провел гениальный эксперимент. Он сшил из тафты крошечные лягушачьи трусы, которые не позволяли самцам лягушек передавать свои «жидкости». Сегодня каждый подросток узнает это на уроках полового воспитания, однако в XVIII веке новость о том, что самки лягушек не могут забеременеть, если мужская сперма задерживается в трусах, стала настоящей сенсацией. Когда Спалланцани искусственно осеменил самок лягушек спермой самцов, те смогли забеременеть. Теперь стало понятно, что в сперме содержится необходимый компонент, который нужен, чтобы женские особи могли завести потомство[6]. Великолепно! Ученым понадобилось еще 100 лет, чтобы догадаться, что в оплодотворение мужские и женские половые клетки вносят одинаковый вклад.
Новые знания о процессе зачатия и деторождения соединились с интуитивным, но не до конца понятым осознанием наших предков – наукой о наследовании.
Тысячу лет наши предки пытались понять, как работает наследственность. Каждый раз, когда у высокого мужчины и высокой женщины рождался высокий ребенок, они получали подсказку. Если же у высокого мужчины и высокой женщины рождался низкорослый ребенок, ученые, должно быть, удивлялись. Да и мужчина, скорее всего, недоверчиво косился в сторону шустрого и низкорослого Казановы из соседней пещеры. Наши предки использовали эти ограниченные знания о наследственности, чтобы изменять окружающий мир.
Например, кочующие охотники-собиратели стали замечать, что некоторые волки, копающиеся в мусоре, были дружелюбнее своих сородичей. И примерно 15 000 лет назад где-то на просторах Центральной Азии кочевники начали сводить этих дружелюбных волков между собой. В результате появились собаки. Нетронутая человеком природа вряд ли бы смогла своими силами превратить гордого волка в чихуахуа. Но наши предки поспособствовали созданию совершенно нового подвида.
Аналогичным образом люди одомашнивали и растения. После отступления ледников около 12 000 лет назад наши предки взялись за выращивание самых полезных растений, которые находили в природе[7]. Задолго до того, как Monsanto начала генетически модифицировать семена, наши предки заметили, что одни растения качественно отличались от других и несли больше желаемых признаков. Древние люди заметили: если они выращивали семена от таких растений, в следующем поколении чаще присутствовал желаемый признак. Все следующее тысячелетие это селекционное разведение использовали, чтобы превратить дикорастущие культуры в то, что сегодня мы знаем как пшеницу, ячмень и горох с Ближнего Востока, рис и просо из Китая, а также тыкву и кукурузу из Мексики. А поскольку люди по всему миру сами замечали эффект от одомашнивания и селекции растений и животных либо узнавали об этом от других, мы все больше интересовались природой наследственности.
Наши предки знали, как получить наследуемые признаки, но мало разбирались в механике этого процесса. Веками многие великие мыслители, включая Гиппократа и Аристотеля в Древней Греции, Чараку в Индии, Абу аль-Касима аз-Захрави и Иегуды Галеви из исламской Испании, выдвигали гипотезы о человеческой наследственности, но никто так и не понял процесса.
В 1831 году английский исследователь с незаурядной любознательностью отправился в пятилетнюю исследовательскую экспедицию по берегам Африки, Южной Америки, Австралии и Новой Зеландии. Увлеченный наблюдатель Чарльз Дарвин тщательно изучал окружающую среду. В ходе экспедиции он собрал огромную коллекцию образцов и сохранил подробные записи. Вернувшись в Англию в 1836 году, ученый провел следующие 23 года, одержимо изучая свои находки и обдумывая всем известную гипотезу о развитии организмов. Дарвин понимал, что его теория пошатнет христианские догматы, поэтому хотел убедиться в своей правоте до публикации работ. В 1859 году Дарвин наконец-то публикует книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», узнав, что его конкурент с удивительно схожими идеями решил поделиться ими с общественностью.
В этом гениальном шедевре Дарвин описывает свою теорию о том что все формы жизни связаны, а различные виды появляются благодаря небольшим изменениям в наследуемых признаках в ходе процесса, который он назвал естественным отбором. Виды, наделенные признаками, которые дают преимущества в конкретной среде, со временем процветают и размножаются активнее, чем их сородичи с менее полезными признаками. Изменение среды в ходе нескончаемого процесса адаптации и эволюции отбора оказывает разное давление на разные признаки. Самый благоприятный признак в одной среде может стать уязвимостью в другой – и наоборот. Дарвин безупречно изложил свою теорию эволюции, однако мало знал о работе наследственности на молекулярном уровне. Разгадать эту тайну смог другой гений.
К моменту, когда Дарвин опубликовал свою величайшую работу, монах-августинец Грегор Мендель весь свой аналитический ум, свободное время и умение скрупулезно вести записи приложил к тому, чтобы понять, как именно признаки передавались между поколениями.
В 1843 году выдающийся сын крестьянина Мендель поступил в Августинский монастырь св. Фомы в Брно (ныне Чешская Республика). Он сразу же проявил активный интерес к работе других монахов, которые пытались понять механизм передачи признаков у овец. Оценив способности Менделя, настоятель отправил молодого Грегора изучать физику, химию и зоологию в Венский университет. Вернувшись из университета, Мендель убедил аббата предоставить ему свободу действий для проведения еще более амбициозных экспериментов. В период с 1856 по 1863 год Мендель вырастил свыше 10 000 растений гороха 22 различных сортов и тщательно записал, как различные признаки передавались от родительских особей потомству, выводя законы наследственности, которые не потеряли своей актуальности и в наши дни.
Во-первых, как проследил Мендель, каждый наследуемый признак определяется парой генов, по одному от каждого родителя. Во-вторых, каждый признак формируется при объединении двух генов этого признака и независимо от других признаков. В-третьих, если в генной паре присутствует два разных гена одного и того же признака, то одна из форм всегда будет доминантной. Эти революционные открытия Мендель опубликовал в своей выдающейся работе 1866 года «Опыты над растительными гибридами», а затем… тишина. Работу Менделя, которую изначально опубликовали в мало читаемом журнале Proceedings of the Natural History Society of Brünn, заметили лишь немногие ученые. Таким образом, выдающиеся труды Менделя остались без внимания.
Но когда другие ученые, изучавшие природу наследственности в 1900 году, наткнулись на потрепанные копии удивительных открытий Менделя, семя генетики нашло новую почву. Десятью годами позже американский биолог Томас Хант Морган доказал, что гены, описанные Менделем, объединяются в структуры молекул под названием хромосомы. В течение следующих десятилетий ученые показали принципы работы генетики у разных организмов. Менделевская генетика стала фундаментом, лежащим в основе всей жизни. В сочетании с дарвиновской эволюцией она подарила нам ключи, нужные для расшифровки и дальнейшего изменения всей биологии, включая нашу собственную.
Весь генетический код состоит из очень длинных цепей дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в которой зашифрованы клеточные инструкции для производства белков. У всех видов с половым размножением (включая нас) есть две цепочки ДНК в ядрах почти всех клеток (кроме эритроцитов, у которых нет ядра) – по одной от матери и отца. Если бы мы были пирогом, то каждый из наших родителей вкладывался бы вполовину в каждый ингредиент.
Но наша ДНК состоит не из муки, сахара или пищевой соды, а из четырех типов молекул под названием нуклеотиды. Эти нуклеотидные основы называются гуанин, аденин, тимин и цитозин. Однако чаще всего их записывают по первым буквам: Г, А, Т или Ц. Пары Т и А, Г и Ц связываются вместе, подобно поездам, идущим по параллельным путям и едва касающимся друг друга. Порядок поездов, или последовательность ДНК, которую мы называем генами, создает уникальный набор инструкций для производства белков. Эти инструкции доставляются в клетки через особого проводника –