Ген. Очень личная история

«Некий Мендель»

Происхождение видов – естественное явление.

Происхождение видов – объект изучения.

Происхождение видов – объект экспериментального исследования.

В 1878 году 30-летний голландский ботаник Хуго де Фриз отправился в Англию, чтобы увидеть Дарвина[174]. Это было скорее паломничество, нежели научный визит. Дарвин летом отдыхал в поместье своей сестры в Доркинге, но де Фриз выследил его и там. Тощий, напряженный и вспыльчивый, со взглядом пронзительным, как у Распутина, и бородой, способной соревноваться с дарвиновской, де Фриз внешне походил на молодую версию своего кумира. Кроме того, у него было дарвиновское упорство. Встреча, должно быть, оказалась изматывающей: всего через два часа Дарвин вынужден был извиниться и пойти отдохнуть. Но де Фриз покинул Англию другим человеком. Короткой беседы хватило, чтобы Дарвин вмонтировал шлюз в его стремительный разум, навсегда изменив направление мыслей. Вернувшись в Амстердам, де Фриз резко оборвал свои исследования, посвященные движению усиков растений, и погрузился в разгадывание тайн наследственности.

К концу XIX столетия проблема наследственности обрела почти мистическую ауру притягательности – как Великая теорема Ферма́, только в биологии. Как и Ферма – чудаковатый французский математик, который заинтриговал всех замечанием, что нашел «изумительное доказательство» своей теоремы[175], но не смог его записать из-за «слишком узких полей», – Дарвин мимоходом объявил, что разгадал тайну наследственности, но так и не опубликовал свое открытие. «В другой работе, если время и здоровье позволят[176], я буду говорить об изменчивости организованных существ в естественном состоянии»[177], – написал он в 1868 году.

Дарвин осознавал, насколько высокую ставку он делает. Теория наследственности имела критическое значение для теории эволюции: без механизмов возникновения новых вариантов признаков и стабильной передачи их следующим поколениям живые организмы не могли бы эволюционировать. Но прошло 10 лет, а Дарвин так и не опубликовал обещанную книгу о природе изменчивости. А в 1882 году, всего через четыре года[178] после визита де Фриза, Дарвин умер, и новое поколение биологов зарылось в его труды в поисках ключей к недостающей теории.

Де Фриз тоже штудировал книги Дарвина и ухватился за теорию пангенезиса, согласно которой «частицы информации» со всего тела каким-то образом скапливаются и распределяются в сперматозоидах и яйцеклетках. Но идея, что сообщения от клеток поступают в сперму и объединяются там в руководство по построению организма, казалась совсем уж спекулятивной – как если бы сперма пыталась писать Книгу Человека, составляя ее из телеграмм.

Против пангенезиса и геммул накапливались и экспериментальные свидетельства. В 1883 году немецкий зоолог и эмбриолог Август Вейсман[179] с беспощадной решимостью провел эксперимент, прицельно атакующий дарвиновскую теорию геммул как основы наследственности. Вейсман отреза́л хвосты пяти поколениям мышей и скрещивал бесхвостых животных между собой, чтобы проверить, будет ли потомство тоже бесхвостым. Но из поколения в поколение ничего не менялось, мыши упорно рождались с полноценными хвостами. Если бы геммулы существовали, у грызунов с хирургически удаленными хвостами были бы бесхвостые дети. В общей сложности Вейсман получил 901 потомка, но все они родились абсолютно нормальными, с хвостами ничуть не короче обычных; истребить этот «наследственный порок» (во всяком случае, «наследственный хвост») было невозможно. Каким бы жутким этот эксперимент ни был, он показал, что Дарвин и Ламарк ошибались.

Вейсман предложил радикальную альтернативу: быть может, наследственная информация содержится исключительно в сперматозоидах и яйцеклетках, а механизма прямого переноса приобретенных признаков в половые клетки не существует? Как бы старательно предок жирафа ни вытягивал шею, эта информация не могла попасть в его наследственный материал, который Вейсман назвал зародышевой плазмой[180]. Он утверждал, что только с ее помощью один организм может породить другой. И в самом деле, всю эволюцию можно представить как вертикальный перенос зародышевой плазмы от одного поколения к другому: для курицы яйцо – единственный способ передать информацию другой курице.

Вопросом о материальной природе зародышевой плазмы задался де Фриз. Подобна ли она краске, то есть может ли смешиваться и разбавляться? Или информация в ней дискретна и упакована порциями, каждая из которых – цельное, неразрывное сообщение? Де Фризу пока не попадалась статья Менделя. Но, подобно Менделю, ученый принялся обыскивать окрестности Амстердама в поисках необычных вариантов растений. В его гербарии оказался не только горох, но и огромное множество других растений с перекрученными стеблями или раздвоенными листьями, с цветками в крапинку или с ворсистыми пыльниками, с семенами в форме летучей мыши – набралась целая коллекция монстров. Скрещивая странные растения с нормальными, де Фриз вслед за Менделем обнаружил, что варианты признаков не растворяются, а в дискретной и независимой форме сохраняются в поколениях. Де Фриз понял, что у каждого растения есть набор признаков: окраска цветков, форма листьев, текстура семян – и каждый из этих признаков кодируется независимой, дискретной порцией информации, которая передается от поколения к поколению.

Но де Фризу не хватало ключевого озарения Менделя – того «луча» математической аргументации, который так ярко осветил эксперименты с гибридами гороха в 1865 году. Из собственных опытов с растительными гибридами де Фриз с трудом вывел только то, что изменчивые признаки вроде высоты стебля кодируются неделимыми частицами информации. Но сколько частиц нужно, чтобы закодировать один такой признак? Одна? Сто? Тысяча?

В 1880-х де Фриз, все еще не знакомый с работой Менделя, стоял на пороге количественного осмысления своих экспериментов с растениями. В эпохальной статье 1897 года, озаглавленной «Наследственные уродства» (Hereditary Monstrosities)[181], он проанализировал свои данные и заключил, что каждый признак обусловлен единичной частицей информации. Гибрид наследует две такие частицы: одну – от спермия, другую – от яйцеклетки. Затем в целости и сохранности эти частицы передаются в составе половых клеток следующему поколению. Ничто не смешивается. Не теряется ни капли информации. Де Фриз назвал такие частицы пангенами[182]. Это название противоречило собственному происхождению: хотя ученый систематически опровергал дарвиновскую теорию пангенезиса, таким образом он отдал дань уважения своему наставнику. Весной 1900 года де Фризу, с головой погруженному в работу с гибридными растениями, друг прислал копию старой статьи из недр своей библиотеки. «Я знаю, ты изучаешь гибриды[183], – писал друг, – так что, возможно, приложенный к этому письму оттиск статьи 1865 года за авторством некоего Менделя <…> все еще представляет для тебя интерес».

Легко вообразить, как серым мартовским утром де Фриз в своем амстердамском кабинете развернул этот оттиск и пробежал глазами первый абзац. От мощного дежавю он должен был ощутить в позвоночнике типичный холодок: «некий Мендель» совершенно точно опередил де Фриза на три с лишним десятилетия. В статье Менделя ученый нашел ответ на свой вопрос, идеальное подтверждение результатов собственных экспериментов – и серьезный вызов их научной новизне. Ему будто бы выпало вновь пережить старую сагу о Дарвине и Уоллесе: открытие, которое он надеялся объявить своим, в действительности уже было сделано кем-то другим. В панике де Фриз быстро расправился со своей статьей о гибридах растений, тщательно избегая любых упоминаний работы Менделя, и опубликовал ее в марте 1900 года. Быть может, мир уже забыл «некоего Менделя» и его эксперименты с гибридами гороха в каком-то Брно. «Скромность – это добродетель[184], – напишет де Фриз позже, – но без нее можно продвинуться дальше».

Хуго де Фриз не был единственным, кто самостоятельно пришел к менделевской идее независимых и неделимых наследственных инструкций. В тот же год, когда он опубликовал свое монументальное исследование[185] растительных вариантов, вышла статья тюбингенского ботаника Карла Корренса об эксперименте с гибридами гороха и кукурузы, где в точности воспроизводились результаты Менделя. По иронии судьбы Корренс учился у Негели в Мюнхене. Но Негели не соизволил рассказать Корренсу о куче посвященных гороховым гибридам писем от «некоего Менделя», чудака-дилетанта.

В своих экспериментальных садах в Мюнхене и Тюбингене, расположенных всего в 650 км от брненского аббатства, Корренс кропотливо скрещивал высокие растения с низкими, а полученные гибриды – между собой, не подозревая, что лишь методично повторяет эксперименты Менделя. Завершив свои исследования и начав готовить статью к публикации, он решил поискать в библиотеке какие-нибудь работы научных предшественников. Там-то Корренс и наткнулся на погребенную в местечковом журнале статью Менделя.

В Вене – в том самом городе, где Мендель в 1856 году провалил экзамен по ботанике, – переоткрыл его законы другой молодой ботаник, Эрих Чермак-Зейзенегг[186]. Чермак учился в университетах Галле и Гента и работал с гибридами гороха. Он тоже заметил, что наследственные признаки передаются между поколениями гибридов независимо, по отдельности, как частицы. Самый молодой из трех ученых, Чермак сначала узнал о двух параллельных исследованиях, в точности подтверждающих его результаты, а уже потом вновь погрузился в научную литературу и нашел работу Менделя. У него, вероятно, тоже бежал холодок по спине во время чтения первых строк. «Тогда я тоже еще верил, что открыл что-то новое»[187], – позже писал Чермак с плохо скрываемыми завистью и унынием.

Если открытие переоткрыли единожды – это подтверждение чьей-то научной прозорливости. Если трижды – это уже скандал. За каких-то три месяца в 1900 году вышли три статьи, повторявших работу Менделя. Они подтверждали беспросветную близорукость биологов, игнорировавших его исследования почти 40 лет. Даже де Фриз, «забывший» упомянуть Менделя в своей первой статье, был вынужден признать его вклад. Той же весной, вскоре после выхода статьи де Фриза, Карл Корренс предположил, что автор умышленно присвоил труд Менделя, а значит, его работа попахивает плагиатом (как ерничал Корренс, «по странному совпадению»[188] де Фриз в свою статью привнес даже «лексикон Дарвина»). И де Фриз сдался. В следующей версии анализа растительных гибридов он уже с энтузиазмом упоминал Менделя и признавался, что лишь «развил» его более ранние наработки.

На самом же деле де Фриз экспериментально продвинулся дальше Менделя. Пусть тот и опередил его в открытии единиц наследственности, но де Фриза по мере погружения в проблему связи наследственности и эволюции все больше занимала мысль, когда-то озадачившая и Менделя: как возникают новые варианты признаков? Что за сила делает растения гороха высокими или низкими, а его цветы – пурпурными или белыми?

И вновь ответ таился в саду. В очередной раз скитаясь по сельской местности в поисках интересных образцов, де Фриз наткнулся на громадную куртину дикой энотеры[189], которая быстро отвоевывала пространство у соседних растений. История снова проявила чувство юмора: этот вид энотеры, как позже выяснит де Фриз, был назван в честь Ламарка – Oenothera lamarckiana[190]. Де Фриз собрал в тех зарослях 50 тысяч семян и посеял их у себя. В следующие годы, когда эта агрессивная энотера хорошенько размножилась, де Фриз насчитал 800 самопроизвольно возникших новых вариантов – растений с гигантскими листьями, ворсистыми стеблями, цветами необычной формы. Природа спонтанно породила редких уродцев – именно этот механизм, по мнению Дарвина, должен обеспечивать первый этап эволюции. Вместо дарвиновских «спортов» де Фриз выбрал для таких редких форм более солидное название – мутанты[191] (от латинского «изменяться»)[192].

Де Фриз быстро осознал важность своих наблюдений: эти мутанты должны были играть роль недостающих фрагментов эволюционной мозаики Дарвина. Действительно, если совместить самопроизвольное появление мутантов – скажем, энотеры с гигантскими листьями – с естественным отбором, это автоматически приведет в движение дарвиновский вечный двигатель. За счет мутаций в природе возникают новые варианты: длинношеие антилопы, короткоклювые вьюрки, растения с гигантскими листьями. Такие формы спонтанно появляются среди множества нормальных особей (в отличие от Ламарка, де Фриз решил, что мутанты формируются не целенаправленно, а случайным образом). Вариативные признаки наследуются, то есть передаются в виде дискретных инструкций, содержащихся в половых клетках. Животные борются за выживание, и самые приспособленные варианты – то есть самые полезные мутации – последовательно отбираются. Потомство выживших наследует эти удачные мутации и формирует новые виды, тем самым направляя эволюцию. Иными словами, естественный отбор работает не с организмами, а с их единицами наследственности. В курице де Фриз в конце концов увидел лишь способ яйца создать яйцо получше.

Целых 20 мучительно долгих лет понадобились Хуго де Фризу, чтобы проникнуться менделевскими идеями наследственности. Английскому биологу Уильяму Бэтсону[193] для «обращения» хватило часа – именно столько шел скорый поезд от Кембриджа до Лондона в мае 1900 года[194]. Тем вечером Бэтсон должен был читать лекцию о наследственности в Королевском обществе садоводов. Пока поезд катился среди погружающихся во мрак топей, он прочитал оттиск статьи де Фриза – и был потрясен менделевской идеей дискретных единиц наследственности. Поездка оказалась судьбоносной: когда Бэтсон добрался до главного офиса общества на Винсент-сквер, его ум бурлил. «Мы наблюдаем открытие нового закона огромной важности[195], – объявил он аудитории. – К каким выводам он нас приведет, пока нельзя предсказать». В августе того же года Бэтсон написал своему другу Фрэнсису Гальтону: «Хочу попросить тебя отыскать и посмотреть статью Менд[е]ля[196], [которая] описывает, кажется, одно из самых выдающихся исследований за все время изучения наследственности, и просто невероятно, что оно оказалось забытым».

Бэтсон посчитал своим личным долгом сделать так, чтобы однажды забытого Менделя больше не забывали никогда. Первым делом он независимо подтвердил в Кембридже результаты экспериментов Менделя[197] с растительными гибридами. Бэтсон встретился с де Фризом в Лондоне и был впечатлен его педантичностью в экспериментах и научным энтузиазмом – но только не континентальными привычками. (Де Фриз не считал нужным мыться перед ужином, и Бэтсон сетовал: «Его белье воняло[198]. Рискну предположить, что сорочку он менял лишь раз в неделю».) Дважды убежденный – сначала экспериментами Менделя, а затем и своими собственными, – Бэтсон принялся проповедовать. Награжденный прозвищем Бульдог Менделя[199] – оно как нельзя лучше подходило к его внешности и темпераменту, – Бэтсон посетил Германию, Францию, Италию и США с лекциями о наследственности, в которых особенно подчеркивал заслуги Менделя. Бэтсон осознавал себя свидетелем рождения или даже «акушером» глобальной биологической революции. Он писал, что расшифровка законов наследственности изменит «мировосприятие человека и степень его власти над природой[200] сильнее, чем любые другие прогнозируемые достижения в естествознании».

В Кембридже вокруг Бэтсона сформировалась компания юных студентов, желающих изучать новорожденную науку о наследственности. Бэтсон понимал, что новой дисциплине нужно дать имя. Казалось, очевидный выбор – пангенетика, производное от слова «панген», которым де Фриз обозначал единицу наследственности. Однако пангенетику обременял груз ошибочной дарвиновской теории о наследственных инструкциях. «Пока нет ни одного общеупотребимого слова с нужным значением[201], [хотя] такое слово крайне необходимо», – писал Бэтсон.

В 1905 году Бэтсон[202], все еще пытавшийся найти удачную альтернативу, придумал термин сам. Генетика – так он нарек науку о наследственности и изменчивости, образовав это слово от греческого genno, «порождать».

Прозорливый Бэтсон остро осознавал потенциальное социальное и политическое влияние новой науки. «Что будет, когда <…> действительно произойдет просветление[203] и факты о наследственности станут общеизвестными? – писал он в 1905 году. – Одно можно сказать наверняка: человеческий род начнет вмешиваться; возможно, не в Англии, а в какой-то другой стране, более готовой порвать с прошлым и добиться „национальной эффективности“. <…> Незнание отдаленных последствий вмешательств никогда не откладывало подобные эксперименты надолго».

Бэтсон первым из ученых в полной мере осознал огромное значение дискретной природы наследственной информации для будущего человеческой генетики. Если гены действительно самостоятельные частицы информации, то должна быть возможность отбирать, очищать эти частицы и манипулировать ими независимо друг от друга. Гены «желательных» характеристик можно отбирать и приумножать, а «нежелательных» – удалять из генофонда. Теоретически ученые могли бы менять «состав» индивидов и наций, оставляя неизгладимый след в человеческой личности.

«Открыв новую силу, человек обязательно прибегает к ней, – мрачно писал Бэтсон. – Наука о наследственности скоро предоставит силу чудовищного масштаба, и какая-нибудь страна, возможно, уже в недалеком будущем применит эту силу для управления составом населения. Будет ли институт такого управления полезен или вреден для этой страны или человечества в целом – отдельный вопрос». Бэтсон предвидел Век Гена.

Евгеника

Повысив качество среды и образования, можно улучшить уже родившееся поколение. Повысив качество крови, можно улучшить все будущие поколения.

Евгеники, как правило, любители эвфемизмов. Я имею в виду лишь то, что краткие формулировки их пугают, а длинные успокаивают. И они совершенно не способны переводить одни в другие. <…> Скажите им: «Гражданин должен <…> удостовериться, что бремя долгожительства предыдущих поколений не становится несоразмерным и невыносимым, особенно для женщин»; скажите это им, и они будут вяло колебаться. <…> А скажите «убей свою мать» – тут же придут в себя.

В 1883-м, через год после смерти Чарльза Дарвина[206], его двоюродный брат Фрэнсис Гальтон опубликовал провокационную книгу «Исследование человеческих способностей и их развитие» (Inquiries into Human Faculty and Its Development), где изложил стратегический план улучшения рода человеческого. Идея Гальтона была проста: нужно сымитировать механизм естественного отбора. Если природа достигает таких впечатляющих результатов, воздействуя на популяции животных отбором, то и человек своими действиями может ускорить совершенствование человечества. Гальтон предположил, что избирательное размножение самых сильных, умных и «приспособленных» людей – неестественный отбор – всего за несколько десятилетий позволит достичь того, на что природа тратит эоны.

Гальтону нужно было как-то назвать эту стратегию. «Необходимо краткое слово[207], отражающее суть науки об улучшении породы, – писал он, – науки, которая должна помочь более пригодным расам или линиям крови быстрее возвыситься над менее пригодными». Слово «евгеника» показалось Гальтону подходящим или, как он выразился сам, «хотя бы более метким[208], <…> чем термин „вирикультура“, который я однажды рискнул использовать». Это слово образовалось добавлением приставки eu («хороший») к genesis, что в итоге должно было означать «хорошее происхождение» или «наделение благородными наследственными чертами». Гальтон, который никогда не сомневался в собственной гениальности, был глубоко удовлетворен своим изобретением: «Поскольку я верю в скорейшее признание[209] человеческой евгеники наукой огромной практической важности, то полагаю, что не стоит медлить <…> с составлением персональных и семейных историй».

Гальтон родился зимой 1822-го, в один год с Грегором Менделем и на 13 лет позже Чарльза Дарвина. Волею судьбы затесавшись между двумя гигантами современной биологии, он не мог избавиться от острого чувства своей научной несостоятельности. Это чувство должно было уязвлять Гальтона еще сильнее из-за того, что его тоже прочили в научные гиганты. Отец Гальтона был богатым бирмингемским банкиром, мать – дочерью Эразма Дарвина, эрудита, поэта, врача и к тому же дедушки Чарльза Дарвина. Сам Фрэнсис был вундеркиндом[210]: в два года научился читать, в пять свободно владел греческим и латынью, а в восемь решал квадратные уравнения. Как и Дарвин, мальчик коллекционировал жуков, но ему недоставало усидчивости Чарльза и его таксономического мышления. Скоро он оставил коллекцию ради более амбициозных целей. Начал было изучать медицину, но затем решил заниматься математикой в Кембридже[211]. В 1843-м он пытался сдать продвинутый экзамен по математике, но перенес нервный срыв и вернулся домой, чтобы восстановиться.

Летом 1844 года, когда Дарвин писал свой первый очерк об эволюции, Гальтон отправился в Египет и Судан – это было первое из многих его путешествий в Африку. Но если Дарвина знакомство с аборигенами Южной Америки в 1830-х лишь сильнее убедило в том, что все люди имеют общее происхождение, Гальтон увидел только различия: «Дикарских племен я повидал достаточно, чтобы пищи для размышления мне до конца жизни хватило»[212].

В 1859-м Гальтон на одном дыхании прочитал «Происхождение видов…» Дарвина: книга поразила его, словно удар молнии, – парализовала и в то же время зарядила энергией. Его переполняли зависть, гордость и восхищение. В письме Дарвину он восторженно сообщил, что теперь «посвящен в абсолютно новую область знания»[213].

«Областью знания», которая Гальтона привлекала больше всего, была наследственность. Как и Флеминг Дженкин, Гальтон быстро понял, что его двоюродный брат открыл верный закон, но не механизм: ключом к пониманию дарвиновской теории была природа наследственности. Наследственность – это инь для эволюционного ян. Эти две теории, несомненно, имели глубинную связь, поддерживали и дополняли друг друга. Раз «кузен Дарвин» разгадал первую половину загадки, «кузену Гальтону» было суждено расправиться со второй.

В середине 1860-х Гальтон погрузился в изучение наследственности. Дарвиновская теория геммул утверждала, что наследственные инструкции выбрасываются клетками и плавают в крови, подобно миллионам писем в бутылках. В таком случае при переливании крови геммулы наверняка бы передавались и меняли наследственность. Гальтон пытался добиться переноса геммул[214], переливая кровь одних кроликов другим. Пробовал даже работать с растениями – с горохом, как ни странно, – надеясь найти материальную основу наследственных инструкций. Но экспериментатор из Гальтона был так себе, ему сильно не хватало природного чутья Менделя. Кролики умерли от шока[215], растения засохли. Расстроенный, Гальтон переключился на людей. Модельные организмы не помогли раскрыть механизм наследственности, и Гальтон решил, что измерение изменчивости и наследственности у людей окажется более эффективным способом. Это решение выдает невероятный масштаб амбиций Гальтона: он сразу замахнулся на подход «сверху вниз», начав с самых сложных и вариабельных признаков из всех возможных – с роста, физической силы, интеллекта и характера. Сделанный выбор позже заставит Гальтона вступить в настоящую битву с генетикой.

Гальтон не был первым, кто пытался подойти к человеческой наследственности, оценивая изменчивость признаков у людей. В 1830–1840-х бельгийский ученый Адольф Кетле, подавшись из астрономов в биологи, начал систематически измерять человеческие характеристики и анализировать их статистическими методами. Подход Кетле был скрупулезным и всесторонним. «Человек рождается, растет и умирает[216] согласно определенным законам, которые никто никогда не изучал», – писал он. Измерив обхват грудной клетки и рост[217] 5738 солдат, он показал, что распределение обеих величин имеет форму плавной непрерывной колоколообразной кривой. И какой бы признак Кетле ни взял, везде была одна и та же картина: значения человеческих характеристик – даже поведенческих – распределялись по колоколообразной кривой.