Посмотрите, какая крокодилка ползала по морским отмелям 380 млн лет назад.То есть это никакая не крокодилка, естественно: на тот момент встречи с первой крокодилкой нашей планете еще оставалось ждать минимум сотню миллионов лет. Это даже не саламандра, на которых тварь весьма похожа. Разница между тиктааликом (так называют палеонтологи нашу гадину) и саламандрой весьма существенна: у саламандры на лапах есть самые настоящие пальцы*, внутри которых самые настоящие кости, как у вас или у меня. А у нашей лже-крокодилки пальцев нету, а есть обычные рыбьи плавники. Потому что тиктаалик на самом деле рыба, хоть и мог ползать по суше на своих мясистых, хоть и беспалых плавниках.

Тиктаалик — рыба непростая, и поэтому Нил Шубин, нашедший его окаменевшие остатки в 2004 году, стал ужасно знаменитым палеонтологом.

Его на русский слух патриархально звучащее имя на самом деле состоит из английского Neil и еврейской аббревиатуры шим-вав-бейт, а работает он в Чикагском университете. Про тиктаалика и других странных тварей Нил написал замечательную популярную книжку «Внутренняя рыба», которую, на мой взгляд, все просто обязаны прочитать. Книжка эта про рыбу, живущую в каждом из нас, и из нее мы узнаем, чем же славен тиктаалик: это та самая промежуточная ступень между водными и наземными формами жизни, от которой, кажется, произошли все мы (а также зайки, змейки, птички, лягушки и уже упомянутые выше крокодилки).

Кто не привык много читать, можно посмотреть вот эти три серии док. фильма:

Почему Шубин считает, что в каждом из нас таится внутренняя рыба? Потому, что при внешней несхожести практически все кости нашего скелета имеют аналоги в рыбьем (да, в том самом селедочном остове, который вы брезгливо берете за хвост, чтобы выбросить в помойку). Биолог говорят, что они «гомологичны». За единственным исключением: у нас есть конечности, руки и ноги, которым в рыбьем теле ничто не соответствует. Лучи рыбьего плавника построены из совершенно другого материала, чем наши кости, и назвать их в полном смысле слова гомологичными никак нельзя. Нога (или рука, или лапа) — огромный скачок эволюции, бесценный дар, полученный потомками тиктаалика как адаптация к наземному образу жизни.

То есть так думал Шубин до недавних времен. Пока в своей статье, вышедшей на прошлой неделе в Nature, сам же себя и не опроверг.

Шубин и его коллеги сделали следующее. Они взяли рыбу — не внутреннюю и не ископаемую, а обычного «полосатого данио», аквариумную рыбку, которую выбирают все генетики, которым хочется повозиться с рыбками. У этой рыбки они попробовали изменить последовательность некоторых генов. Генов не каких попало, а семейства hox13 — того самого, которое, как всем давно известно, управляет развитием рыбьих плавников.

Для плавности повествования это совершенно не важно, но мы не можем не упомянуть, что исследователи использовали знаменитую систему редактирования генов CRISPR-cas9, которой все боятся, потому что с ее помощью можно редактировать гены людей.

В результате получилась... «Рыба с ногами», — догадается кто-то, и будет все же не совсем прав. Ног как таковых не было. Но пальцы появились. В видоизмененных плавниках некоторых рукотворных мутантов были самые настоящие кости — точь-в-точь как в пальцах лягушки, Глена Гульда или уважаемого читателя.

Таким образом, если перефразировать другого Нила, астронавта Армстронга, огромный шаг на сушу для всех позвоночных оказался крошечным шажком, единственной мутацией, для одного гена hox13. Рыбьи плавники, якобы принципиально отличные от пальцев сухопутных тварей, превращаются в них одним движением руки. При условии, что под этой рукой стоит наборчик для редактирования генов по системе CRISPR-cas9. Непонятно даже, на что природа угробила миллионы лет, отделявших, как раньше считалось, тиктаалика от первых настоящих земноводных.

Что в этой истории самое важное? С точки зрения познания мира, несомненно, вывод о том, насколько простыми могли быть те эволюционные преобразования, которые генетики ХХ века склонны были считать «большими скачками». Но у истории есть и другой аспект: какие же хитрые инструменты появились у биологов за последнее десятилетие. В небольшом обзоре, опубликованном в Nature, упомянуты другие примеры, когда методы редактирования генов были применены для решения загадок эволюционной биологии развития. Арно Мартен и Нипам Патель применили эту технику, чтобы понять, откуда у краба берутся клешни, а Клод Деплан с ее помощью разбирается в происхождении цветного зрения, которое выгодно отличает бабочек от мух. О том, как легко превращать мышь в змею и обратно, об этом читайте во второй статье. Если двигаться в таком темпе, то и более веселые фокусы, вроде воссоздания мамонтов и динозавров, превратятся в обыденность.

От чего нас всех в научно-популярной отрасли журналистики давно тошнит, так это от воплей про всемогущество человеческого разума и неостановимый прогресс науки. Надо, мне кажется, выражаться поскромнее и посуше — по крайней мере, на языке, который разделяют с автором министры Васильева и Мединский. Скажем так: ученые довольно медленно, но неуклонно отвоевывают у невежества все больше пространства. Ему, невежеству, пока еще довольно вольготно живется на свете, оно нисколечко не чувствует себя уязвленным из-за каких-то научных статей по эволюционной биологии развития. Но тенденция все же, по-видимому, не в его пользу. Это обстоятельство приносит столько мстительной радости, что только ради этого чувства, кажется, и стоит пролистывать научные журналы.

* Примечание. У большинства земноводных есть еще и легкие, которыми они дышат, а у тиктаалика только жабры. Однако, поскольку существуют и безлегочные лягушки и саламандры, на этом отличии зацикливаться не стоит.

Изготовление змеи

Многие современные ученые, угоди они по ошибке в XV век, были бы рано или поздно сожжены за колдовство. Кто-то, возможно, продержался бы дольше: скажем, зловещая сущность полупроводниковых приборов не сразу стала бы очевидной для экспертов святой инквизиции. Другие — хоть те же специалисты по клонированию животных — отправились бы на костер чуть быстрее. Однако в целом, кажется, наша бесовская наука сильно разочаровала бы бдительных граждан той далекой эпохи: все же ничего подобного классическим полетам на метле, обращению в волка или абортированию зародыша силой мысли мы пока не освоили.

Зато мы можем превращать мышей в змей. Утритесь, невежественные предки.

Это ноу-хау, которым гордилась бы любая средневековая ведьма, изложено в недавней работе биологов из Гульбекяновского института науки, что в Португалии. Ученые могут сколько угодно оправдываться, что не имели в виду никакого чернокнижия, а просто хотели познать тайны развития и эволюции. Это пусть они инквизиторам расскажут.

1. Длинные мыши

Началось все с того, что у наших исследователей завелись мутантные мыши. В лабораториях, занимающихся биологией развития млекопитающих, всегда бывает полным-полно разных мутантных мышей. Часто они просто выглядят больными и слабыми, но эти мыши отличались интересной особенностью: вместо обычных для мыши 13 пар ребер у них было 24. Ребра росли у них вдоль всего хребта до самых задних лап.

Как это принято у генетиков, получив мутанта, наши исследователи стали выяснять, что же испорчено у них в геноме*. Испорченным оказался ген GDF11. Этот ген кодирует белок, который умеет отключать другой ген — ОСТ4... Вот тут нашим читателям должно стать мучительно скучно, потому что статьи про генетику всегда полны таких трехбуквенных названий генов, которые все влияют друг на друга и в которых простому человеку разобраться нет никакой возможности. Тут придется пояснять.

Генов у млекопитающих действительно очень много — тысяч двадцать-тридцать, — и все их трехбуквенные названия с цифирками не способен запомнить даже самый безумный биолог. Интересное и достойное запоминания начинается в тот момент, когда какое-то название гена начинает мелькать чуть чаще, в разных контекстах. И именно таков ген ОСТ4. И контекст, в котором вы могли с ним встречаться, вполне мог бы вам запомниться: за него в 2012 году дали Нобелевскую премию.

ОСТ4 — один из так называемых «факторов Яманаки». Шинья Яманака получил свою премию за то, что научился делать из обычных клеток млекопитающих «плюрипотентные». То есть «почти что стволовые» клетки, способные превращаться в разные типы ткани. Пока ген ОСТ4 работает у зародыша, его клетки сохраняют способность, делясь, давать начало разным тканям. Отключился наш ген — и все, специализация становится необратимой, судьба зародыша предрешена.

Чтобы не запутать читателя окончательно, скажем, что же произошло с нашими мутантными мышами. Поломанный ген GDF11 у них не успевал вовремя отключить ОСТ4, «фактор Яманаки», некоторые клетки зародыша чуть дольше оставались в неспециализированном состоянии — и в результате формировалось чуть больше ребер, чем положено мыши. Ребра вырастали, вырастали и никак не могли остановиться.

Дать бы им побольше времени, и мышь превратилась бы в змею...

2. Проблема змеи

Так вот, теперь о змеях. У змеи ребер столько, что и сосчитать нелегко.

Однако при этом ни малейших мутаций в гене GDF11 у змеи (по сравнению с мышью) нет. ГенОСТ4 — важный ген развития у всех животных на планете — вообще практически такой же что у мыши, что у змеи, что у уважаемого читателя. И между тем этот ген действительно работает у зародыша змеи дольше, чем у мыши — даже у мутантной мыши, — и в результате змея, выражаясь псевдонаучным языком, приобретает змеевидную форму. То есть, попросту говоря, становится змеей.

Позвольте-позвольте: но если гены одинаковые, что же делает змею змеей?! Кстати, вспоминается сенсационный факт о том, что гены человека и шимпанзе тоже одинаковы на 99,9% — что же делает нас людьми? Вот тут и приходится вспомнить, что кроме генов, которые и впрямь подозрительно похожи у самых разных организмов, в геноме есть много всякой всячины, которую до недавних пор классифицировали как никому не нужный хлам. И вот этот хлам как раз довольно сильно варьирует между видами: те же человек и шимпанзе различаются по составу этого хлама больше чем на 1/10.

Отличается и змея. Окрестности гена ОСТ4 у змеи совершенно не похожи на соответствующий участок генома мышки. Возникает разумная идея: именно в этой на первый взгляд невнятной ДНК и закодирован признак «змеевидности». Португальским биологам оставалось только это проверить.

Генетики умеют проверять такие гипотезы. Надо просто взять кусок змеиного генома из окрестностей гена ОСТ4 и пересадить его в геном мыши. И ждать, когда получится зародыш. А потом сосчитать ему ребра и убедиться: ребер много. Слишком много для мыши. У мышонка с кусочком змеиной некодирующей ДНК (то есть «генетического хлама») вырастают дополнительные позвонки. Он практически готов превратиться в змейку. Даже жалко, что такой славный маленький монстр — будущий пушистый змееныш — погибает на стадии внутриутробного развития.

3. Что там на самом деле происходит?

Португальские генетики объясняют это так: где-то в окрестностях важного гена ОСТ4 находится участок связывания GDF11. Если сам фактор GDF11 испорчен (как у мышки-мутанта) или если участок связывания выглядит так, как у гадюки (как, собственно, он и выглядит у гадюки или у мыши с пересаженным куском гадючьей ДНК), то ген ОСТ4 остается включенным чуть дольше. Даже при том, что все-все белки абсолютно одинаковы, в результате мы получаем эффектную разницу: длинный змеиный хребет с ребрами вместо короткого мышиного скелетика с четко оформленной грудной клеткой.

Ехидные критики отмечают слабое место этой работы. Для полноты доказательства неплохо бы поставить обратный эксперимент: пересадить змеиному зародышу мышиную некодирующую ДНК и получить короткого мышеобразного змееныша. Эти злые люди, конечно, знают, что, когда змея откладывает яйцо, в нем уже содержится весьма развитый зародыш с головой и 26 позвонками, так что заниматься с ним генно-инженерными манипуляциями поздновато. На наш профанный взгляд, португальцы и так вполне доказали то, что пытались доказать: развитие животного может в значительной степени определяться не «генами» в точном смысле этого слова, а общей структурой генома, определяющей порядок и продолжительность работы этих генов.

4. Апология инквизиции

Настоящий ученый на этом выводе и остановился бы. Но мы, праздные дилетанты, можем себе позволить еще чуточку поболтать. Нам хочется отметить, что вот такие факты исподволь меняют наши интуитивные представления об эволюции и уже поменяли их настолько, что и Дарвин бы не сразу их узнал (хоть и, несомненно, приветствовал бы). Когда-то казалось, что между короткой ящерицей (или короткой мышью) и длинной змеей лежит долгий и кропотливый эволюционный путь отбора крошечных изменений, удлинений тела, появления дополнительных позвонков, причем каждый шаг должен быть полезен для вида и поддерживаться отбором. Выясняется, что подобная мелочность природе совсем ни к чему. Вместо этого она одним чохом меняет большой кусок ДНК, к которому привязываются факторы, управляющие работой гена. В результате расписание этой работы меняется — и маленький сбой в расписании зародышевого развития приводит к колоссальным последствиям для взрослого организма. Природе остается только убивать нежизнеспособных уродов (вроде тех недомышат с удлиненным хребтом), а если новшество дает преимущество — например, способность ползать, извиваясь, шипя и жаля, — тогда ладно, пусть живет на земле новая тварь.

Говорят, инквизиция была не такой уж невежественной: не ведьмы ее беспокоили с их сушеными пауками и ядовитыми травами, а защита цельного мировоззрения добрых обывателей, их представлений о благости и разумности устройства мира. С этой точки зрения современная биология развития и ученые, работающие в этой области, несомненно заслуживают аутодафе. Слишком уж быстро и безоговорочно раскрывают они жестокую простоту устройства всего живого. Мы бы и сами не стали об этом писать, оберегая хрупкий духовный мир читателя. Но кто знает, что они откроют в следующем месяце? Лучше уж готовить публику постепенно. Пока запомним, что сделать из мыши змею — это несложно. Привыкнув к этой мысли, через некоторое время можно будет двинуться дальше.