Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу

Жизнь, которую мы создали. Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу
Бет Шапиро

Элементы 2.0
Бет Шапиро – известный специалист по проблемам древней ДНК, занимающаяся исследованиями ДНК мамонтов, додо и других навсегда потерянных для нас животных. В этой книге она увлекательно рассказывает о влиянии человека на эволюцию других видов. Спор о том, стоит ли ученым вмешиваться в ход жизни на Земле, скрещивая различные виды ради получения более вкусной и долго хранящейся еды и красивых и охотно поддающихся дрессировке животных, длится не первое десятилетие. Многие из нас выступают против такого вмешательства, полагая его вредным и "неестественным". Однако, изучая прошлое, мы узнаём, что представители вида Homo sapiens оказывали намеренное воздействие на эволюцию живой природы на протяжении всей своей истории. Так может, не стоит бояться генно-модифицированных продуктов?

В формате PDF A4 сохранен издательский макет книги.

Бет Шапиро

Жизнь, которую мы создали

Как пятьдесят тысяч лет рукотворных инноваций усовершенствовали и преобразили природу

Издание осуществлено при поддержке «Книжных проектов Дмитрия Зимина»

Художественное оформление и макет Андрея Бондаренко

© 2021 by Beth Shapiro

© А. Бродоцкая, перевод на русский язык, 2023

© Michael Blann, cover photo

© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2023

© ООО «Издательство Аст», 2023

Издательство CORPUS ®

* * *

Эта книга издана в рамках программы «Книжные проекты Дмитрия Зимина» и продолжает серию «Библиотека фонда „Династия“». Дмитрий Борисович Зимин – основатель компании «Вымпелком» (Beeline), фонда некоммерческих программ «Династия» и фонда «Московское время».

Программа «Книжные проекты Дмитрия Зимина» объединяет три проекта, хорошо знакомых читательской аудитории: издание научно-популярных книг «Библиотека фонда „Династия“», издательское направление фонда «Московское время» и премию в области русскоязычной научно-популярной литературы «Просветитель».

Подробную информацию о «Книжных проектах Дмитрия Зимина» вы найдете на сайте ziminbookprojects.ru

Джеймсу и Генри, которые сочли прочитанные им вслух отрывки из этой книги «довольно интересными».

Пролог

Мысли о будущем

Где-то в самом сердце американского Запада старая бизониха отщипывает пучок молодой травы. Зубы начинают перемалывать травинки, и тут раздается волчий вой, заглушающий мягкое неумолчное журчание реки Снейк. Бизониха поднимает голову, настороженно замирает и, прядая ушами, принюхивается. Несколько мгновений проходят в тишине… разве что комар, пища, бестолково кружится в воздухе. Но, похоже, стаду ничего не угрожает – и бизониха снова опускает морду к земле и принимается жевать. Потом она переходит на участок со свежей травой, и следом за ней снимаются с места несколько десятков других бизонов – все стадо медленно тянется на юг, в сторону гор, неспешно пощипывая траву.

До чего же мирная, радующая душу картина! Стадо диких бизонов благоденствует в одном из последних уголков дикой природы на Земле, и ничто из происходящего за его пределами животных не тревожит. Картина, полная надежды. Да, мы, люди, устроили на своей планете сущий кавардак, однако остались еще места, где бизоны могут бродить себе спокойно вдалеке от всех уродливых явлений современного мира. Вдобавок эта картина дарит вдохновение. Бизоны существуют, потому что мы их спасли. К концу XIX века бизоны, миллионные стада которых когда-то бродили по равнинам, почти полностью исчезли. И все же они не вымерли! Люди создавали для их стад убежища, где можно было жевать жвачку и растить телят, и составляли и принимали законы, чтобы охранять эти убежища от браконьеров, охотников и прочих напастей. Именно благодаря нам в Северной Америке насчитывается сегодня более полумиллиона бизонов.

И, наконец, самое главное – нашим глазам представилась естественная жизнь американского бизона, обитающего в первом в Северной Америке национальном парке среди дикой местности. Таким и должен быть природный мир, и таковым он и был испокон веку.

За исключением тех случаев, когда бывало иначе.

В прошлое десятилетие мы стали свидетелями развития мощных биотехнологий, кажущихся одновременно и поразительными, и обнадеживающими, и откровенно жуткими. Клонирование, редактирование генома, синтетическая биология, генные драйвы – все эти слова и словосочетания сулят различные варианты будущего, но надо ли нам приветствовать его? С одной стороны, технологический прогресс – это прекрасно, ибо биотехнология предотвращает болезни, лечит уже имеющиеся, делает нашу пищу вкуснее и позволяет ей долго не портиться. С другой стороны, биотехнология сплошь и рядом порождает нечто до ужаса неестественное – например, кукурузу с генами бактерий или курицу, из яиц которой вылупляются утята[1 - Это правда! Можно вводить первичные половые клетки (гоноциты) – клетки, которые в дальнейшем станут либо сперматозоидом, либо яйцеклеткой, – из развивающихся утиных яиц в куриные. Когда курица вылупится и достигнет половой зрелости, у нее будет два типа яйцеклеток – одни из ее собственных гоноцитов, а другие – из введенных ей утиных гоноцитов. Если искусственно осеменить курицу спермой селезня, сперматозоиды оплодотворят утиные яйца (оплодотворить куриные яйца они не могут, поскольку эволюционно отошли слишком далеко, поэтому создать гибрид утки и курицы невозможно). В дальнейшем из этих яиц вылупятся утята. – Здесь и далее, если не указано иное, прим. автора.]. Становится все труднее отыскать хоть что-то, к чему человек еще не приложил руку. И пока ученые наперегонки пытаются защитить природу и ее оставшиеся нетронутыми уголки, непрерывно возникают различные кризисы – разливы нефти, ускорение темпов вымирания, новые инфекционные болезни, – которые требуют решений, выходящих за пределы возможностей нынешних технологий. Как же нам быть? Углубиться в исследования, радуясь мощи современной науки, и с нетерпением ждать будущего, где всю грязь, которую мы развели, подчистят бактерии, по просторам Сибири побредут стада косматых мамонтов, а над ними запищат комары, не оставляющие потомства? Или же наша задача – попытаться предотвратить такое будущее и перестать лезть не в свое дело, пока еще не стало поздно?

Многим из нас будущее, полное модифицированных человеком растений и животных, кажется безрадостным. Пожалуй, искусственные микробы, мамонтообразные слоны и комары, неспособные переносить болезни, в чем-то даже полезны, но создавать их как-то нехорошо, а мир, где они есть, какой-то ненастоящий. Те, кто придерживается такой позиции, склонны винить во всем науку. Ведь это из-за ученых и их технологий XXI века наш мир приблизился к грани, за которой нас ждет новая природа – природа, созданная исключительно людьми и для людей, где найдется все что угодно, кроме истинно природного. Правда, этот невротический нарратив предполагает, что люди лишь сейчас начали вмешиваться в дела природы и что рубеж между естественным и неестественным очевиден и не размыт. Однако история, а также археология, палеонтология и даже геномика говорят совсем другое. Изучая прошлое, мы узнаем, что представители вида человек разумный оказывали намеренное воздействие на эволюцию живой природы на протяжении всей своей истории. Последние пятьдесят тысяч лет люди охотились, загрязняли окружающую среду, участвовали в естественном отборе – и в итоге истребили сотни видов. Они превратили волков в бостон-терьеров, теосинте в попкорн, дикую капусту в браунколь, брокколи, брюссельскую, цветную и листовую капусту (и этот список можно продолжить). Наши предки учились охотиться, путешествовать и одомашнивать животных и растения, и в результате их действий и перемещений различные виды получали возможность адаптироваться и эволюционировать. Какие-то из них пережили встречу с человеком, каким-то это не удалось, но все они так или иначе преобразились. Сегодня все живое стало таким, каким создали его мы: отчасти его сформировала случайная эволюция, а отчасти – далеко не такое случайное человеческое воздействие.

Но вернемся к американским бизонам. Скорее всего на территорию, которую мы сейчас зовем континентом Северная Америка, люди пришли лишь потому, что следовали за этими весьма аппетитными зверями. С тех пор миновало более двадцати тысяч лет, и за это время были разработаны сложные технологии охоты на бизонов, нередко позволявшие убивать за одну атаку тысячи животных. Выживали только те из них, кому удавалось спастись от двуногих хищников. К тому же климат становился прохладнее, условия обитания бизонов ухудшались, и их популяции резко сокращались.

Однако около двенадцати тысяч лет назад ледниковый период завершился, ареалы, пригодные для обитания бизонов, снова расширились, и поголовье восстановилось. Потепление климата оказалось благоприятным и для людей – их популяции множились. Растительность стала гуще, и для преобразования ландшафта люди начали применять огонь. Они научились загонять бизонов в ареалы, где на них было легче охотиться. Бизоны, приспособившись к переменам, плодились и размножались, а человеческая жизнь соотносилась теперь с сезонной динамикой бизоньих стад. Люди получали от бизонов мясо, шкуры, навоз и кости, то есть пищу, одежду, топливо и орудия труда. Появились торговые связи, соединявшие человеческие популяции по всему континенту.

Когда примерно полтысячелетия назад в Северную Америку пришли европейцы, они сполна оценили вкус бизоньего мяса. Со временем, по мере продвижения европейских иммигрантов на запад, огромные бизоньи стада начали дробиться и исчезать, разделяемые развивавшейся инфраструктурой железных дорог и стремительно увеличивавшимися популяциями людей. Войны за владение бизонами и бизоньими ареалами разгорались все жарче, в них гибло много людей – и еще больше бизонов. Подписывались договоры, которые тут же и нарушались; огромное количество страданий выпало на долю коренных американцев. Распространилось скотоводство на ранчо, коровы стали конкурировать с бизонами за пищу, пространство и воду. Эти перемены оказались настолько быстрыми, что приспособиться к ним бизонам не удалось. К началу XX века несколько особей было поймано и содержалось в неволе, еще несколько оставалось на свободе, но от их когда-то неисчислимых стад не осталось и следа.

Позднее, примерно около ста лет назад, люди наконец осознали, что бизоны оказались в беде. Озаботившись сохранением природы, чиновники принялись принимать законы, предотвращавшие истребление бизонов. Те, кто отвечал за использование природных ресурсов, создавали охраняемые территории, чтобы уберечь животных, и на этих территориях отбирали бизонов-производителей для следующих поколений. Идеальной стратегией для бизонов стало не спасаться от людей, а впечатлять своих «тюремщиков». Бизоны приспособились – и для них вновь наступила пора процветания.

Сегодняшние биотехнологии позволяют нам вмешиваться в жизнь биологических видов вроде бизонов быстрее и точнее, чем удавалось нашим предкам. Искусственное осеменение, клонирование и редактирование генома повысили наш контроль над передачей ДНК следующему поколению, что, безусловно, укрепило позиции человеческого намерения как эволюционной силы. Сегодня эти биотехнологии особенно сильно влияют на сельское хозяйство. Сто лет назад фермер, приметивший поросенка, который оказался крупнее своих братьев и сестер, мог оставить на племя только его, а затем постепенно, на протяжении многих поколений, улучшать породу своего стада. Пятьдесят лет назад этот фермер мог бы собрать сперму борова, который рос быстрее всех, и оплодотворить этой спермой своих свиноматок, повысив количество потомства, унаследовавшего эту черту – быстрый рост. Сегодня этот фермер заказал бы секвенирование ДНК свиней, чтобы узнать, какие генетические варианты отличают быстрорастущих поросят от их более медленно растущих братьев и сестер. Фермер собрал бы клетки от лучших своих свиней и клонировал их, так что у всех полученных эмбрионов были бы варианты ДНК, способствующие быстрому росту. Эти эмбрионы он бы подсадил суррогатным свиноматкам. Фермер имел бы возможность непосредственно редактировать ДНК свиней, чтобы создавать комбинации ДНК, заставляющие свиней расти еще быстрее. Конечный продукт подобного вмешательства во всех трех случаях одинаков: более крупные свиньи, более заманчивый доход. Вдобавок сегодняшние технологии окупаются за считанные годы, а не за десятки и сотни лет.

Некоторые новые биотехнологии наделяют нас могуществом, какого не было у наших предков, и вот тут-то и начинаются сложности. «Экосвинья» («Энвайропиг») – это, бесспорно, свинья, и ее ДНК – это в основном ДНК свиньи. Но ее геном включает еще и ген микроба, и ген мыши. Создать экосвинью не смогла бы даже самая тщательная селекция – а наша биотехнология может. Экосвинья решает конкретную сельскохозяйственную проблему. Водоемы вокруг свиноферм нередко сильно загрязнены фосфором – важнейшим микроэлементом, который фермеры добавляют в корм свиньям и которого в результате очень много в их экскрементах. Два лишних гена в ДНК экосвиньи вносят в свиную слюну белок, который расщепляет соединения фосфора, переводя их в форму, пригодную для использования в обмене веществ. Экосвиньям можно добавлять в корм меньше фосфора (что сэкономит деньги фермерам), и они будут лучше усваивать фосфор из пищи (что сбережет водные ресурсы). В 2010 году создатели экосвиней попытались получить лицензию на их разведение, но никто не понимал, как это сделать. Процесс лицензирования забуксовал, и в итоге у авторов проекта кончились деньги. Экосвиньи могут помочь справиться с проблемой, терзающей едва ли не самую крупную в мире отрасль сельскохозяйственной промышленности, но лежащая в основе проекта технология настолько нас смущает, что прорыва, который она была бы способна обеспечить, так и не произошло.

История экосвиньи показывает, насколько неловко нам приближаться к следующей фазе своих отношений с другими видами и насколько дорого обходится нам эта неловкость. Подобные мысли смущают нас, препятствуя исследованию безопасности и увеличению потенциала новых технологий. Мы упустили возможности внедрить биоинженерные методики, которые позволили бы очистить экосистемы от загрязнений, спасти множество видов от вымирания и повысить продуктивность сельского хозяйства. Однако эту нашу неловкость легко понять. Многие простейшие способы применения биоинженерных технологий запятнали свою репутацию, поскольку оказались недостаточно прозрачными: например, никто не потрудился описать, как именно создаются генно-модифицированные сельскохозяйственные культуры и чем они отличаются от традиционных (ничем). Непрозрачность дала возможность горстке громогласных экстремистов, воспользовавшихся нашим естественным нежеланием не идти на риск, распространять дезинформацию. Открытому обсуждению научных методов, положенных в основу создания генно-модифицированных культур, годами мешали и плохо согласованные законы, и ожесточенные споры об интеллектуальной собственности. Все это в совокупности оставило у многих потенциальных потребителей неприятный осадок, так что их сомнения по поводу генно-модифицированных пищевых продуктов имеют под собой почву.

Генно-модифицированные продукты питания вошли в наше меню еще в середине девяностых годов прошлого века (по крайней мере теоретически), но в последнее время появилась возможность применить технологии их создания и для преодоления другого кризиса – глобальной утраты биоразнообразия, вызванной тем, что планету захватили люди. Сегодня темпы вымирания видов во много раз выше, чем фоновый темп вымирания согласно палеонтологическим данным. Это наша вина – вымирание вызвано постепенным ухудшением качества и снижением количества ареалов обитания, доступных другим видам, кроме нас самих и тех, кого мы одомашнили. Никто не спорит с тем, что нужно что-то предпринять в связи с этим кризисом вымирания, однако пока неясно, как именно нам следует поступать. Одни хотят сохранить природу нетронутой и для этого изолировать чуть ли не половину планеты от всякого человеческого влияния. Другие, напротив, полагают, что единственный способ замедлить темпы вымирания, вызванного деятельностью человека, – это прямое вмешательство. Десятилетиями биологи вручную изымали инвазионные виды, перемещали отдельных особей из одной популяции или ареала в другие, вводили виды-заместители, чтобы занять важные, но опустевшие (как правило, из-за вымирания) экологические ниши. Однако сегодняшние биотехнологии позволяют зайти куда дальше. Мы можем, например, при помощи генной инженерии подправить геном того или иного вида, чтобы помочь ему приспособиться к более сухой почве, более кислой океанской воде, более грязным рекам. Можем создать системы генных драйвов, которые уничтожат инвазионные виды. Можем даже воскресить вымершие виды, чтобы восстановить недостающие экологические взаимодействия и улучшить здоровье экосистемы. Эти биоинженерные интервенции обладают феноменальным восстановительным потенциалом – однако чреваты дополнительным риском.

В 2017 году Хелен Тейлор и ее коллеги опросили специалистов по охране природы в Аотеароа / Новой Зеландии, чтобы выяснить, что они думают о применении генной инженерии в рамках их полевой природоохранной деятельности. Годом раньше правительство страны объявило о смелых планах к 2050 году избавиться от крыс, щеткохвостов и горностаев, которых завезли на новозеландские острова и которые теперь губят туземную фауну. Сроки осуществления этого проекта весьма оптимистичны, и многие полагают, что ключом к успеху могла бы стать биоинженерия. Однако опрос Тейлор и ее коллег показал, что готовность внедрять подобные тактики зависит от того, с какими именно видами предстоит манипулировать. По мнению большинства ответивших, модифицировать ДНК инвазионных видов можно и нужно, а вот манипулировать подобным образом туземной фауной нехорошо. Более того, многие респонденты признались, что скорее допустили бы вымирание туземных видов, чем применение ради их спасения биоинженерных технологий. Чем вызвана такая реакция? Да тем, что людям придется играть в Бога и преднамеренно вмешиваться в ход эволюции, а такая роль их смущает! Если, конечно, речь не идет об инвазионных видах.

Подобные мысли – сущая погибель для природоохранной деятельности. Пора брать ответственность на себя.

В последующих главах я поделю историю изменчивых отношений нашего вида с другими на две части – (приблизительно) до и после появления технологий генной инженерии, которое многие считают переломным моментом в нашей способности манипулировать природой. Часть I, «Как обстоят дела», охватывает три хронологических стадии человеческих инноваций – хищничество, одомашнивание и охрану. В главе 1, «Костяные прииски», описан мой путь от студенческой скамьи до преподавания и развитие области исследований древних ДНК. Я расскажу, как мы с коллегами применяли ДНК, сохранившиеся в палеонтологических находках, чтобы реконструировать эволюционную историю. В главе 2 – «Откуда мы взялись» – будет рассказано о том, что именно древние ДНК говорят о происхождении нашего вида (в частности – о влиянии на наш эволюционный путь встреч с архаическими родственниками). Третья глава, «Блицкриг», описывает постепенное распространение людей по планете и роль нашего вида как преобладающего хищника. Мы попробуем понять, почему первое появление человека в необитаемых доселе областях совпадает по времени с вымиранием местной фауны. В главе 4, «Переносимость лактозы», повествуется о переходе наших предков от охоты к земледелию и о том неожиданном факте, что вымирание фауны вовсе не неизбежно. Чтобы лучше обеспечивать себя пропитанием, наши предки изобрели различные способы разводить и пасти скот и принялись расчищать леса под пастбища. В главе 5, «Бекон из озерной коровы», описан следующий переход нашего вида – от земледельцев к землепользователям, который начался, когда стремительно растущие популяции людей и домашних животных поглотили нетронутые ареалы и довели до вымирания многие обитавшие в них виды. Тогда-то и родилось движение за охрану природы.

Сегодня мы полагаемся на технологии, которые были разработаны нашими предками за эти три первых этапа человеческих инноваций. Однако мы не прекращаем вмешиваться в окружающую природу, что не может не влиять на все живое вокруг нас. Индустриализация сельского хозяйства помогает удовлетворить потребности почти девяти миллиардов[2 - Все же восьми миллиардов. – Прим. науч. ред.]человек – именно столько живет нас сейчас на планете, – а международные законы защищают экосистемы земных океанов, суши, воздуха и пресных вод. Но наша планета снова оказалась на грани кризиса. На нынешнем этапе человечество уже невозможно прокормить при помощи имеющихся технологий. Мы так сильно изменили планету, что условия обитания меняются слишком быстро и виды не успевают к ним приспособиться. Вот почему темпы вымирания взлетели до небес. Однако в нашем распоряжении в очередной раз появились новые инструменты, и эти инструменты позволяют манипулировать другими биологическими видами с невиданной скоростью и невиданными способами.

Часть II, «Как могло бы быть», посвящена биотехнологиям следующего этапа человеческих инноваций. В главе 6, «Безрогие», рассказано о том, как биотехнологии наподобие клонирования и генной инженерии влияют на животноводство и растениеводство, – поскольку позволяют нам, к примеру, моделировать одомашненные виды, избегая долгой возни с традиционными методами селекции. В главе 7, «Предвиденные последствия», говорится о новых биотехнологиях, могущих защитить оказавшиеся под угрозой виды и ареалы. Биотехнологии – от клонирования мамонтов до трансгенных хорьков и самоограничения численности комаров – способны ускорить процесс адаптации и при этом замедлить темпы утраты биоразнообразия и восстановить стабильность в угасающих экосистемах. Наконец, в главе 8 – «Рахат-лукум» – мы поговорим о том, что еще можно предпринять, вооружившись новыми биотехнологиями. Теперь, когда нас больше не останавливают традиционные границы видов, какой из двух путей мы изберем – будем придерживаться известного и по-прежнему непрерывно совершенствовать свою пищу, посевы и домашних любимцев, или же выйдем за пределы вообразимого и изобретем что-то лучшее?

Сегодняшние биотехнологии не похожи на биотехнологии прошлого и требуют другого к себе отношения. В нашей власти теперь менять биологические виды, и мы должны осознать и принять это и научиться ею (властью) пользоваться. Это будет непросто, однако все же возможно. Ведь мы-то, в конце концов, тоже изменились. Мы значительно лучше понимаем устройство мироздания. Мы обладаем более глубокими познаниями в биологии, в законах наследственности и в экологии и способны оценивать риски, налаживать межкультурную и межъязыковую коммуникацию и распределять интеллектуальное и экономическое бремя. А главное, у нас есть опыт манипулирования природой – манипулирования, практикуемого десятки тысяч лет с одной и той же мотивацией: создать организмы, которые лучше делают то, чего мы от них хотим.

Но полагать, будто нынешние биотехнологии в мгновение ока перенесли нас туда, где царит контроль над природой, было бы ошибкой – ведь люди и так уже какое-то время контролируют ее.

Часть I

Как обстоят дела

Глава первая

Костяные прииски

Канадская территория Юкон устроена так, что от кофейни на Фронт-стрит в Доусоне до последнего ледникового периода меньше часа езды на джипе. Доусон, расположенный примерно в 500 км к северо-западу от Уайтхорса, – захолустный северный городок: немощеные улицы, деревянные тротуары, салуны с распашными дверями и шаткие домики, опасно накренившиеся из-за подтаявшей мерзлоты. Сегодня экономика Доусона держится в основном на туризме. Но так было не всегда. В 1896 году здесь обнаружили золото и после этого в близлежащем Клондайке с его мощной системой рек и ручьев добыли 15 миллионов тройских унций золота (то есть более 460 000 кг).

Однако старатели Клондайка нашли здесь не только золото. Занимаясь поисками этого драгоценного металла, они ежегодно вымывали из промерзшей почвы Клондайка тысячи окаменелостей ледникового периода, в том числе остатки мамонтов, мастодонтов, бизонов, лошадей, бурундуков, волков, верблюдов, львов, леммингов, медведей, ив и хвойных деревьев. Ветки, семена, кости, зубы, а иногда и мумифицированные целиком животные и растения представляют флору и фауну Клондайка различных периодов на протяжении примерно последнего миллиона лет.

С самого начала золотой лихорадки ученые собирали и детально изучали ископаемые Клондайка в надежде с их помощью реконструировать климатические условия и экологические системы последних ледниковых периодов. Сегодня эти ископаемые – основной предмет моих исследований, и из года в год я провожу в Клондайке не меньше нескольких летних недель. Сейчас-то мне известно, какие проселки Клондайка скорее всего размоет, какие речки прорежут самые перспективные (с точки зрения ископаемых остатков) почвы или какие слои вулканического пепла подскажут возраст той или иной находки, но в теплый денек 2001 года, когда я приехала на прииски в первый раз, я не знала ровным счетом ничего.