Нил Шубин
Требуется сборка. Расшифровываем четыре миллиарда лет истории жизни – от древних окаменелостей до ДНК
Памяти моих родителей
Сеймура и Глории Шубин
ЭЛЕМЕНТЫ 2.0
NEIL SHUBIN
SOME ASSEMBLY REQUIRED
DECODING
FOUR BILLION
YEARS OF LIFE,
FROM ANCIENT FOSSILS
TO DNA
Перевод с английского Татьяны Мосоловой
Издание осуществлено при поддержке “Книжных проектов Дмитрия Зимина”
© 2020 by Neil Shubin
© Т. Мосолова, перевод на русский язык, 2022
© А. Бондаренко, художественное оформление, макет, 2022
© ООО “Издательство ACT”, 2022
Издательство CORPUS ®
Книжные проекты Дмитрия Зимина
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
Пролог
Десятилетия, проведенные за разглядыванием камней, изменили мое отношение к живой материи. Если вы умеете искать, научное исследование превращается в охоту за сокровищами, такими как ископаемые рыбы с руками, змеи с ногами или прямоходящие приматы, – за древнейшими существами, которые могут что-то сообщить о важных моментах в истории жизни. В книге “Внутренняя рыба” я рассказывал, как правильно составленный план поисков и удача позволили нам с коллегами найти в арктической Канаде Tiktaalik roseae — рыбу с шеей, локтями и запястьями. Это существо оказалось мостиком через провал, разделявший жизнь в воде и на суше, и свидетельствовало о важном периоде в истории, когда наши очень древние предки были рыбами. На протяжении почти двух столетий благодаря подобным находкам мы узнавали, как действует эволюция, как устроены тела и как они формируются. Но затем в палеонтологии наступил поворотный момент, и этот момент совпал с началом моей научной работы – теперь уже почти сорок лет тому назад.
Я вырос на журналах National Geographic и телевизионных документальных фильмах и с ранних лет знал, что хочу отправиться в экспедицию на поиски окаменелостей. Это увлечение привело меня в аспирантуру Гарвардского университета, откуда в середине 1980-х годов я сам наконец впервые отправился на охоту за окаменелостями. Не имея возможности совершить путешествие в какое-то экзотическое место, я исследовал придорожные камни к югу от Кембриджа в Массачусетсе. Вернувшись однажды после полевых исследований, я обнаружил на своем рабочем столе подборку журнальных статей. Эта стопка бумаги открыла мне глаза на кардинальные перемены в мире палеонтологии.
Один аспирант нашел в библиотеке статьи о том, что несколько групп исследователей обнаружили ДНК, отвечающую за построение тел животных, и выявили гены, на основе которых создаются головы, крылья и антенны мух. Это само по себе казалось невероятным, но это было еще не все: версии тех же самых генов участвовали в создании тел рыб, мышей и людей. В статьях проблескивало начало новой науки, способной объяснить, как в эмбрионе закладывается строение животного и как происходила эволюция животных на протяжении миллионов лет.
Эксперименты с ДНК обещали ответить на вопросы, ранее находившиеся исключительно в компетенции охотников за окаменелостями. Более того, понимание функции ДНК могло помочь отыскать генетический механизм тех изменений, которые я пытался объяснить с помощью древних камней.
Как существа из прошлого, оставшиеся только в виде окаменелостей, я должен был либо исчезнуть, либо эволюционировать. Вымирание – не выход для ученого, так что частью моей интеллектуальной работы стало глубокое погружение в генетику, биологию развития и мир ДНК. После того как я прочел те журнальные статьи, моя работа как бы разделилась надвое: я проводил лето в полевых исследованиях в поисках окаменелостей, а остальную часть года занимался изучением эмбрионов и ДНК. Оба подхода могут помочь ответить на один вопрос: как происходят значительные перемены в истории жизни?
Последние двадцать лет технологические новшества появляются с головокружительной скоростью. Аппараты для секвенирования генома стали настолько мощными, что выполнение проекта по расшифровке генома человека, продлившееся более десяти лет и стоившее миллиарды долларов, теперь бы заняло полдня и обошлось менее чем в тысячу долларов. Секвенирование – лишь один пример. Мощности компьютеров и методы визуализации позволяют заглядывать внутрь эмбрионов и даже наблюдать поведение молекул внутри клеток. Технологии с использованием ДНК стали такими эффективными, что мы легко можем клонировать самых разных животных, от лягушки до обезьяны, и создавать мышей с генами человека или мухи. Теперь мы способны отредактировать ДНК практически любого организма, и это дает нам возможность удалять или переписывать гены, на основе которых создаются тела буквально всех видов животных и растений. На уровне ДНК мы можем понять, какое сочетание генов определяет различия между лягушкой, форелью, шимпанзе и человеком.