«Биография Жизни». Глава из книги

Глава 1. Зачат, а не сотворен

Живые существа состоят из клеток. Эти микроскопические студенистые мешочки невероятно разнообразны. У одних видов (скажем, у нас с вами) их число не является фиксированным, да и не в количестве дело: около 50 триллионов клеток, которыми обладает взрослый человек, принадлежат к сотням различных типов — от A до Z, от астроцитов мозга до эндокриноцитов желудка. По форме и размерам они также весьма различны. Самые длинные клетки — нейроны спинного мозга, они могут тянуться через весь позвоночник до пальца на ноге. «Размер имеет значение» — эта фраза ассоциируется с сексом. И в самом деле, среди самых крупных клеток человека — яйцеклетки, их можно даже различить невооруженным глазом. А самые маленькие клетки — сперматозоиды, их партнеры. Но если эти ребята не добирают в размере, они с лихвой возмещают количеством: средний взрослый мужчина может вырабатывать 10 миллиардов сперматозоидов в месяц, тогда как женщина обладает лишь ограниченным числом яйцеклеток, и в период между половым созреванием и наступлением менопаузы каждый месяц то из одного, то из другого яичника выделяется лишь одна яйцеклетка. Женщины рождаются с уже готовыми яйцеклетками, и новых в течение жизни не появляется. Таким образом, ваша первая клетка начала свою жизнь еще в утробе вашей бабушки. В отличие от яйцеклеток большинство других наших клеток не удается увидеть невооруженным глазом, и даже под микроскопом почти все они выглядят невзрачно: крошечные бесцветные комочки, шарики или пузырьки, окруженные чуть менее бесцветной мембраной, обычно сидящие на неприметной грязноватой подложке. В лаборатории мы замораживаем биологическую ткань и рассекаем ее на слои толщиной меньше одной сотой миллиметра, а затем помещаем срезы на предметные стекла, и клетки кажутся плотно уложенными, слагающимися в абстрактные узоры. А иногда мы специально выращиваем культуру клеток в особом «питательном бульоне», там они плавают, словно мутные звезды в белесоватом небе. Мы окрашиваем клетки во всевозможные оттенки розового и лилового, а в последние годы — во флуоресцентные зеленые и красные тона. Такое окрашивание помогает лучше видеть происходящие в них процессы. Но в живом организме большинство клеток тускло-матовы, точно медуза.

Клетки каждого типа — чрезвычайно специализированные «члены общества», они трудятся совместно с другими (и в унисон с ними) над строительством организма, обеспечивая его функционирование. И каждый процесс в нашей жизни — результат труда клеток. Когда вы читаете эту фразу, мышечные клетки вокруг ваших глазных яблок попеременно сокращаются и расслабляются, управляя движением глаз слева направо. А если вы оторвете взгляд от страницы и посмотрите вдаль, кольцо мышечных клеток позволит вам сфокусировать взгляд на удаленных объектах, растягивая прозрачные клетки хрусталика. Вы двигаете глазами безо всяких усилий, однако это простое, казалось бы, действие требует сложнейшей неосознанной координации движений. Фотоны света проходят сквозь хрусталик и попадают на клетки-фоторецепторы глазного дна — палочки и колбочки вашей сетчатки. Там фотоны собираются и трансформируются в электрические импульсы, которые идут через нейроны по зрительному нерву в мозг, где они обрабатываются, воспринимаются и (если повезет) понимаются. Каждое движение, каждый удар сердца, каждая мысль и эмоция в вашей жизни, всякое чувство — любви или ненависти, скуки, воодушевления, боли, разочарования, радости, каждый случай, когда вы напиваетесь и наутро страдаете от похмелья, всякий синяк, чихание, желание почесать нос или высморкаться, все, что вы в жизни слышали, видели, обоняли, пробовали на вкус, — результат общения ваших клеток друг с другом и с остальным миром.

Дуглас Адамс¹ заметил как-то, что «Земля» — не самое подходящее имя для нашей планеты, ведь основная часть ее поверхности являет собой не твердь, а воду. Но если вы хотите назвать наш шарик по свойству, которое по-настоящему отличает его от восьми сотен уже открытых планет, вспомните о клетках. Насколько нам известно, Земля уникальна тем, что буквально кишит жизнью, а ведь каждое существо на нашей планете состоит из клеток. А если учесть, что из каждых десяти видов живых объектов, когда-либо населявших Землю, девять уже вымерли, количество когда-либо существовавших на нашей планете клеток кажется совершенно невообразимым.

Это весьма современный подход. Биология — молодая наука, ей самое большее 350 лет по любым разумным подсчетам и лишь 150, если принять во внимание рождение современной науки. Родословная физики почтеннее. К середине XVII века ученые составили весьма точные карты некоторых областей Вселенной, подтвердившиеся в дальнейшем. Как раз тогда Исаак Ньютон выводил комплекс законов, объяснявших, почему предметы движутся именно так и почему мы можем стоять на поверхности Земли и не падать, хотя она вращается. Однако то, что мы теперь называем науками о жизни, развивалось с большим отставанием. Дело в том, что отправной точкой для многих научных открытий и для научного прогресса как такового является возможность воочию наблюдать объект и пытаться понять, почему он именно таков. В отличие от звезд и планет клетку никто не видел до 1673 года. А если и видел, то не осознавал, что это именно клетка.

В ту эпоху сама наука еще только формировалась. Ученые-джентльмены, такие, как Ньютон или Роберт Гук, основали первую в мире организацию естествоиспытателей — Королевское научное общество. Однако человек, впервые заглянувший в микромир клетки, тем самым дав начало микробиологии, отнюдь не был ученым-аристократом, увенчанным пышным париком. Как ни странно, у истоков современной биологии стоял скромный голландский торговец льняным товаром по имени Антони ван Левенгук.

Не сразу придет в голову, что бизнес, связанный с продажей и производством тканей, неразрывно связан и с постоянным улучшением оптических линз. Дело в том, что торговцы тканями постоянно проверяли толщину волокна, а значит, и качество материи, с помощью увеличительных стекол, похожих на те, какими пользуются часовщики. Левенгук был опытным и методичным шлифовальщиком линз, он работал в Делфте, мануфактурной столице Голландии и совершенстве освоил методику, при которой горячий стеклянный стержень растягивали и расплющивали, придавая ему шарообразную форму. Однако хитроумный голландец хранил в секрете особенности процесса. Благодаря этой технологии Левенгук стал величайшим микроскопистом своего времени. Его линзы представляли собой крошечные толстенькие капли, немногим крупнее зернышка перца. Он прикреплял их к специальным «ловушкам», которые приходилось держать в руке. Сегодняшние микроскопы выглядят совсем по-другому. Его приборы, ставшие прародителями современной оптической техники, являли собой прямоугольные медные пластинки с дыркой на одном конце, где должна была располагаться каплевидная сферическая линза из стекла. С одной стороны пластинки имелся серебряный шип, чтобы удерживать образец перед линзой. С помощью винта, прикрепленного к шипу, можно было фокусировать изображение. Именно большая относительная толщина линз давала детищам Левенгука такую мощную увеличивающую способность, намного превосходящую возможности тогдашних микроскопов.

В этом состояло его технологическое преимущество перед конкурентами в науке. Кроме того, он обладал ненасытным любопытством. Попросту говоря, Левенгуку нравилось смотреть через свои линзы на самые разные мелкие вещи. Надеюсь, вы хорошо себе представили порез бумагой, о котором я говорил во введении. Так вот, Левенгук нарочно спровоцировал точно такой же процесс «ремонта организма», движимый все той же неудержимой любознательностью. В письме, опубликованном в официальном журнале Королевского научного общества Philosophical Transactions в апреле 1673 года, он писал: «Не однажды я отваживался установить на опыте, из каких частей состоит кровь; множество раз наблюдал я, беря кровь из собственной моей кисти, что жидкость эта состоит из малых круглых глобул». Мы полагаем, что он наблюдал красные кровяные тельца. Судя по всему, это самое первое описание наблюдения индивидуальных клеток².

Становясь все более опытным и изощренным микроскопистом, Левенгук начинает изучать самые разные образцы телесных тканей и жидкостей. Он даже выковыривал остатки пищи, застрявшие между зубами, и наблюдал бактерии, разрушающие зубную эмаль и десны. В конце XVII века Левенгук обретает славу исследователя микроскопического царства, скрытого от невооруженного взгляда. Английский король Вильгельм III и другие представители высшей аристократии специально посещали его, чтобы увидеть то, что видел этот голландец благодаря своим линзам. Но один из опытов Левенгук предпочитал осуществлять вдали от посторонних глаз: речь идет об исследовании его собственной спермы. Впрочем, в своих заметках он уверяет, что получал соответствующие образцы «не путем греховного рукоблудия, а лишь как естественный побочный продукт супружеского соития». Благодаря этому опыту (вероятно, лучше не останавливаться на деталях) ученый увидел, что семя состоит из клеток. Кроме того, он обнаружил клетки в капле воды из местного озера и увидел то, что мы теперь обобщенно именуем протистами: одноклеточные существа, в том числе некоторые виды водорослей и автономных плавающих организмов, принадлежащих к простейшим.

Итак, Левенгук стал первым, кто четко и определенно увидел отдельные красные кровяные тельца, сперматозоиды, бактерии и независимые одноклеточные организмы. Последней группе он дал забавное название «анимакулы», в 1670 году отправив рисунки открытых им существ в Королевское научное общество. Члены Общества отнеслись к его открытию скептически, не в последнюю очередь и из-за того, что когда они обратились к Роберту Гуку, известному эксперту в области микроскопии, и попросили его удостовериться, что в воде, взятой из Темзы, можно обнаружить такие же существа, Гук поначалу не увидел там ничего подобного.

Тем не менее Гук обладал колоссальным опытом по части наблюдения мелких объектов. Десятилетием раньше он выпустил книгу, ошеломившую современников и приобретшую огромную популярность: «Микрография, или Некоторые физиологические описания мельчайших тел, сделанные при помощи увеличительных стекол». У книг редко бывают столь точные подзаголовки. В ней, как нетрудно догадаться, содержатся рисунки весьма небольших объектов, снабженные соответствующими подписями и пояснениями. Микроскоп Гука представлял собой просто шестидюймовую трубку с двумя линзами, а для того чтобы увеличивать осветительную силу пламени, использовалась хрустальная сфера диаметром с крикетный мяч. Многие изображения, полученные с помощью этого устройства, и сейчас хорошо знакомы любителям биологии, в том числе увеличенная до огромных размеров блоха и страшноватый глаз мухи-журчалки, невероятно похожий на современные снимки того же существа, сделанные с помощью электронного микроскопа — прибора, который практически ничем не напоминает гуковский инструмент, однако является его отдаленным потомком. Сэмюэль Пипс тоже купил себе экземпляр «Микрографии» и записал в своем знаменитом дневнике: «Это самая оригинальная книга из всех, что я читал в своей жизни».

Очень может быть. Но в этом замечательном томе скрыта и изрядная доля тайной иронии. На одном из подробных рисунков Гука представлено продольное сечение участка коры пробкового дерева. Скрупулезно выполненное изображение показывает, что кора состоит из соседствующих друг с другом ячеек. Более того, в тексте Гук использует термин «клетка», описывая эти ячейки. На самом же деле это стенки отмерших клеток древесной коры. Он выбрал слово «клетка» (по-английски — cell), поскольку оно происходит от латинского cella, что означает «ячейка». Он отметил, что они наполнены воздухом и это помогает объяснить высокую плавучесть пробки. Иными словами, Гук увидел останки клеток, нарек их клетками, однако не мог и представить себе, что наблюдает универсальные единицы жизни, и в науке навсегда утвердится придуманный им термин.

Вот как открыли клетки. Но откуда они вообще взялись, как образовались? Благодаря своему любопытству и достаточно развитой технологии Левенгук приоткрыл занавес, отделявший человека от неведомого царства, но дальнейшее продвижение на пути познания притормозилось...

Происхождение клеток

Происхождение клеток, которые Левенгуку удалось увидеть, многие годы оставалось тайной. Конечно, появлялись разные теории возникновения жизни, но, как правило, одна другой нелепее и фантастичнее.

На протяжении тысячелетий бытовала гипотеза «спонтанного возникновения» новых клеток. Первое ее убедительное обоснование дал еще Аристотель, ставший, сам того не ведая, отцом биологии. В своей книге Animalia («История животных»), написанной в середине III века до н. э., он так описывает возникновение некоторых видов:

Что касается животных, то одни происходят от родителей соответствующего вида, тогда как иные вырастают самостоятельно, беря начало не от своих родичей. Так, некоторые происходят из земляного перегноя или разлагающихся овощей, как бывает со многими насекомыми, а другие самозарождаются во внутренностях животных из выделений их органов.

Animalia — удивительная книга; возможно, это вообще первый учебник биологии. В ней несметное количество наблюдений и выводов касательно громадного разнообразия видов, некоторые весьма остроумны, а некоторые довольно сомнительны³.

Идея Аристотеля о спонтанном зарождении новой жизни держалась в науке до XIX столетия. На протяжении этих веков доброхоты находили множество примеров такого зарождения. Римский ученый и архитектор Витрувий, давая в I веке до н. э. советы строителям, походя упоминает о спонтанном возникновении жизни как о чем-то давно известном:

...библиотеку следует строить на восточной стороне, поскольку для нее потребен утренний свет: в библиотеках книги надлежит предохранять от разрушения, и те помещения, которые находятся на юге или западе зданий, более подвержены нападению червей и сырости, ибо то и другое создают и питают влажные ветры, а с распространением сырости книги покрываются плесенью.

А уже в XVI веке Циглер Страсбургский заявлял, что все бесчисленные лемминги порождены грозовыми тучами⁴.

После открытий Левенгука биология сильно продвинулась вперед, но по-прежнему ученые свято верили в спонтанное зарождение жизни. В XVII веке брюсселец Жан Батист ван Гельмонт, оставшийся в истории как выдающийся ученый, основоположник химии газов, описывал эксперимент, в ходе которого он помещал пропотевшую рубаху в сосуд с зерном и в течение 21 дня держал ее там, в сыром подвале своего замка, для «брожения». И вообразите — в этой смеси «самозародились» мыши⁵!

Над невежеством наших предков смеяться легко, но важно и самим не впасть в невежество. Хотя идея спонтанного зарождения жизни держалась весьма долго, она все же не являлась строгой научной концепцией. Все неудачно подобранные примеры (эта неудачность наиболее очевидна, когда речь идет о происхождении крупных животных) стали следствием незавершенных, неполных или некорректных наблюдений.

Спустя 200 лет после того, как Левенгук впервые узрел клетки, идею самозарождения жизни наконец отвергли. Это произошло благодаря истинно научному подходу: тщательному наблюдению и созданию проверяемых теорий, которые позволяют делать сбывающиеся прогнозы. Но при этом происходили весьма драматические события, словно в фильме, где заняты актеры со всего мира и где, как водится, важное место занимают деньги, слава, предательство.

Рождение клеточной теории

На протяжении XVIII и XIX столетий качество микроскопов неуклонно повышалось, и вместе с этим исследования мельчайших объектов становились среди ученых все более и более популярными. Самые существенные научные достижения появились не благодаря изучению мира микроскопических животных, а благодаря наблюдению за микромиром растений и простейших водорослей. То, что различные части растений состоят из клеток, стало очевидным уже в первые десятилетия XIX века, хотя наличие клеток во всех живых организмах казалось тогда не столь очевидным. Значительная часть этих работ была выполнена в Германии — тогдашние учебники пестрят немецкими названиями: Kjrnchen, Kjgelchen, Kljmpchen (гранулы, мешочки, пузырьки). Но хотя описание биологических тканей, разных объектов становилось все подробнее, их происхождение по-прежнему оставалось неясным. Лишь в 1832 году ученые впервые описали рождение новых клеток. Бельгийский барон Бартелеми Дюмортье наблюдал, как клетки водорослей делаются все длиннее и длиннее, пока внутри них не появляется стенка и клетка делится на две. Его опыты вскоре воспроизвели другие естествоиспытатели, пронаблюдав такой же процесс на примере других растений и простейших водорослей.

Не имея правдоподобной модели клеточного воспроизводства, ученые занялись изучением внутренностей клеток. Качество микроскопов неуклонно повышалось, и в 1831 году Роберт Браун сумел как следует рассмотреть клетки орхидеи⁶ и обнаружил в них «отдельные кружочки, обычно более мутные, нежели мембрана клетки». Он назвал такой кружочек ядром. Это наименование сохранилось и по сей день. Теперь мы знаем, что именно ядро служит «центральным офисом» генетического кода всех многоклеточных⁷.

Дюмортье, наблюдая деление клеток, не предполагал, что этот процесс распространен повсеместно. Браун тоже предположил, что ядро не является универсальной структурой. Многие полагали, что деление — редкий и исключительный способ рождения новых клеток, к тому же такой процесс не наблюдали в ткани животных. Дело в том, что растительные клетки обычно гораздо крупнее клеток животных, так что изучение микроструктуры фауны отставало от микроскопических исследований флоры. Ядро удалось увидеть в некоторых животных тканях, особенно четко — в клетках мозга, однако ученые долгое время считали, что оно имеется далеко не во всех клетках. Эту гипотезу подкреплял тот факт, что красные кровяные тельца (наиболее распространенный тип клеток у человека) не содержат ядра: точнее говоря, оно исчезает в ходе их развития.

Почти в каждом учебнике, где идет речь о клеточной теории, упоминаются имена Теодора Шванна и Маттиаса Шлейдена. Рождение клеточной теории, как рассказывает Шванн, произошло случайно — так сказать, методом «эврики». Шванн и Шлейден познакомились в 1837 году — совершенно случайно, на званом обеде. Шванн, низенький чудаковатый анатом, иной раз целыми днями не оставлял своих изысканий, обследуя те или иные фрагменты телесной ткани. Шлейден, мрачноватый ботаник, временами подумывавший о самоубийстве, находился под впечатлением от работ Роберта Брауна, открывшего клеточное ядро. Ботаника и зоология были в ту пору совершенно отдельными областями науки: много позже их объединят эволюционная и генетическая теория. За обедом два ученых мужа, познакомившись, заговорили о своих исследованиях; как мы уже поняли, один занимался животными тканями, другой — растительными. Для других гостей эта беседа наверняка стала еще более захватывающей, когда разговор дошел до ядра, этого небольшого образования внутри клеток. Шванн и Шлейден вдруг осознали, что в растительных и животных клетках ядро, по сути, одно и то же. Они тут же кинулись в лабораторию Шванна, чтобы сопоставить свои записи. С тех пор в научном мире постепенно стала укореняться идея, согласно которой все живые ткани состоят из клеток.

Несмотря на эту запоминающуюся легенду, на самом деле Шванн и Шлейден — далеко не единственные ученые, внесшие вклад в развитие клеточной модели жизни. Более того, они ошибались в главном. По сути, ядро у растений и животных открыли до них, а гипотезу о повсеместном распространении клеток предложили еще до 1837 года — и не они. Видимо, именно Шванн первым употребил выражение «клеточная теория», но они со Шлейденом сильно промахнулись в своих рассуждениях о происхождении новых клеток. Оба полагали, что новые клетки рождаются при спонтанном появлении обнаженного ядра в пространстве между уже существующими клетками. По Шванну и Шлейдену, такое ядро служит своего рода семенем, из которого вырастет новая клетка — подобно растущему кристаллу. Конечно, это не такая дикая теория, как гипотеза о небесном происхождении леммингов, но она все-таки чересчур напоминает идею о самозарождении жизни.

Пониманием того, откуда берутся новые клетки, мы во многом обязаны Роберту Ремаку — забытому герою биологии, жертве политических и националистических предрассудков. Ремак, польский еврей, всю свою взрослую жизнь провел в Берлине. Чтобы получить желанную — и заслуженную — должность в университете, ему пришлось бы предать свою веру: отказаться от ортодоксального иудаизма, согласиться на крещение. На это он так и не пошел. Благодаря своему выдающемуся научному таланту он в конце концов получил должность лектора, а затем и преподавателя-ассистента в Берлинском университете, однако этот пост не принес ему ни жалованья, ни лаборатории. Сравните его судьбу с жизнью его современника, цитолога Рудольфа Вирхова. Родившись в обеспеченном прусском семействе, Вирхов, весьма яркий ученый, отличался высокопарностью суждений и большой надменностью. В зените его карьеры о нем говорили как о «папе римском от медицины» и как о «единственном, кто в наше время ухитряется успешно совмещать полноценную работу практикующего врача, ученого и государственного деятеля». Он был на 6 лет младше Ремака, однако должности в Берлинском университете они получили одновременно.

Проведя тщательные наблюдения, Ремак отверг концепцию самозарождения клеток во всех ее формах, в том числе и тот вариант, который описывали Шванн со Шлейденом. Изучая более 10 лет всевозможные животные ткани, в том числе мышцы, красные кровяные тельца, эмбриональный материал лягушек и кур, он видел лишь процесс деления клеток: одна из них делается тоньше в своей средней части (как если бы мы надели обруч на воздушный шар), и затем из одной клетки получается две. Вирхов шел по стопам Ремака, год за годом все ближе подходя к его идее о том, что новые клетки образуются лишь путем деления уже существующих.

В 1854 году, Вирхов провозгласил, что «жизнь появляется только путем прямого наследования», а год спустя перевел это утверждение на латынь, выведя девиз: Omnis cellula e cellula («Все клетки — из клеток же»). Будучи известной личностью, он проповедовал эту теорию где только мог, в том числе в своем учебнике Die Cellularpathologie («Патология клеток»), ставшем настоящим бестселлером. В его книгах и статьях ни разу не упоминается имя Ремака, а ведь на самом деле Вирхов сделал лишь малую часть всей работы. Он использовал результаты своего коллеги, бесстыдно не ссылаясь на него. Рассерженный Ремак писал Вирхову:

Вы не упоминаете мое имя, и всем покажется, что эту идею вы придумали самостоятельно. Вы выставляете себя на посмешище перед знатоками, поскольку у вас, судя по всему, нет опыта в эмбриологии, которому могли бы доверять специалисты — например, я. Но если вы желаете избежать публичного обсуждения этого вопроса, рекомендую вам незамедлительно и во всеуслышание признать мой вклад в изучение данной проблемы.

Порой мы забываем, что науку делают люди, и каждый — со своим характером. Наука, по идее, должна как-то сглаживать личную неприязнь, и часто так и происходит. Однако ссылка на заслуги коллег (или ее вопиющее отсутствие) по-прежнему остается камнем преткновения для многих⁸.

Тем не менее Ремак и Вирхов (при всех его грехах) вколотили клеточную теорию в массовое сознание. Жизнь — это клетки, а клетки порождаются лишь другими клетками. Однако идея о самозарождении жизни, подобно зомби, еще какое-то время блуждала по миру. Она вновь всплыла во Франции в 1860 году. Прикончил «мертвеца» Луи Пастер. Он тогда еще не прославился на весь мир благодаря процедуре стерилизации, которой дали его имя (речь о пастеризации), но был молод и амбициозен, хотя французские академики уже дважды забаллотировали его на выборах в члены Французской академии наук.

Эксперимент, проведенный Феликсом Пуше, пылким сторонником теории спонтанного зарождения жизни, вновь воспламенил веру в эту гипотезу. Пуше хотел доказать, что плесень может передаваться от сена, даже если сено, воздух и вода, используемые в опыте, стерильны. Итак, Пуше прокипятил сено в воде, а затем охладил смесь с помощью жидкой ртути. И, словно по волшебству, на сене появилась плесень. Академия решила раз и навсегда разобраться с этим вопросом и посулила премию в 2500 франков тому, кто сумеет разрешить загадку самозарождения жизни.

Пастер первым обнаружил слабое место эксперимента Пуше. Дело в том, что ртуть, которую тот использовал, оказалась покрыта тонким слоем пыли, благодаря которому и выросла плесень. Пастер придумал простейший эксперимент — вариацию опыта Пуше. В два сосуда он налил стерильную, но насыщенную питательными веществами жидкость, «похлебку», которая тут же помутнеет, если в нее проникнут микроорганизмы. Один сосуд он оставил открытым, а у другого, закрытого, сбоку имелось изогнутое S-образное горлышко. Пастер предполагал, что микробы, переносимые пылинками, которые содержатся в воздухе, легко доберутся до похлебки в первом сосуде, а вот лебединая шея второго сосуда помешает этим загрязнителям попасть в соседнюю емкость — они осядут на стенках изгиба.

В считанные дни жидкость в открытом сосуде помутнела, зато в сосуде с изогнутым горлышком она оставалась прозрачной. Пастер оторвал горлышко — и «похлебка» помутнела за несколько дней. Хитроумный француз потребовал премию, после чего по праву вошел в состав французской научной элиты⁹.

Судьбу отвергнутой идеи, за которую так долго и упорно цеплялись некоторые ученые, лучше всего описывает сам Пастер: «Доктрина самозарождения так никогда больше и не оправилась от смертельного удара, нанесенного ей этим несложным экспериментом, — и добавляет: — Тех, кто считает иначе, ввели в заблуждение некорректные опыты, полные ошибок, которых эти люди не смогли осознать и которых не умели избежать».

Что ж, слова суровые, но справедливые. Биологический предрассудок, упорно державшийся сотни лет, был в одночасье сметен важнейшей составляющей истинной науки — экспериментом. Благодаря сосуду с изогнутой шейкой клеточная теория обрела законченный вид. Подобно всем великим теориям, она представляет собой сплав различных идей, основана на целом ряде наблюдений и подтверждена опытами. Это один из величайших поворотных моментов в истории биологической науки. Труды десятков людей и сотни лет изучения живых организмов можно кратко выразить двумя фразами:

1) все живое состоит из клеток,
2) новые клетки появляются лишь путем деления уже существующих клеток.

У этой теории есть далеко идущие следствия, ее можно приложить к целому ряду объектов и явлений, как это и бывает со всеми великими теориями. Она просто, но исчерпывающим образом описывает всех живых обитателей Земли. Но, как мы уже знаем, существует не один триллион различных типов клеток. К примеру, красные кровяные тельца человека отличаются даже от красных кровяных телец наиболее родственных нам приматов, и переливание их крови человеку может плохо закончиться. Когда ученые (в том числе и Ремак) начали изучать микробиологию кур, биологически куда более далеких от нас, чем обезьяны, они выяснили, что красные кровяные тельца у них, в отличие от наших, содержат ядро. Итак, первая великая биологическая теория показала, что разнообразие жизни на Земле во многом обусловлено колоссальным разнообразием клеток. Вторая великая биологическая теория показала, каким образом это разнообразие возникло.

Как все меняется с течением времени

Примерно в те же годы, когда Шванн, Шлейден, Ремак и их коллеги изучали клетки, по ту сторону Ла-Манша молодой человек по имени Чарлз Дарвин, уже обремененный семейством, вовсю размышлял о плодах своего несколько затянувшегося академического отпуска. Дарвин медленно и методично собирал доказательства в пользу чрезвычайно убедительной теории, описывающей эволюцию живых существ, — теории, которой суждено было произвести эффект разорвавшейся бомбы. Собственно, в XIX веке идея об эволюции, о том, что виды не являются неизменными и неизменяемыми, уже была не нова, но сам процесс изменчивости видов оставался непонятным.

За пять лет Дарвин преодолел тысячи миль на корабле «Бигль», собрав потрясающие коллекции животных и минералов. Вернувшись, он женился на своей кузине Эмме Веджвуд: им обоим приходился дедушкой Джозайя Веджвуд, знаменитый посудный магнат. Они поселились в Кенте, в поместье Даунхаус. Свободный от финансовых проблем, Дарвин принялся за работу над своей выдающейся теорией. В 1859 году, после долгих лет научных и личных борений, он наконец выпустил «Происхождение видов»¹⁰. В этой книге он формулирует вторую великую объединительную теорию в истории биологической науки — теорию, описывающую процесс, благодаря которому, собственно, и происходит эволюция¹¹.

В отличие от микроскопистов континентальной Европы Дарвин интересовался в первую очередь не тканями и клетками, а целыми организмами. Путем длительных наблюдений он установил, что у особей любой популяции каждая физическая характеристика, полученная естественным образом, «от природы», выражена в разной степени: у кого-то слабее, у кого-то сильнее. Благодаря этому у одних особей может возникать конкурентное преимущество перед другими. Представим себе, к примеру, популяцию муравьедов. Животное, язык которого чуть длиннее, чем у сородичей, сумеет добывать более сочных термитов, а значит, у него появится шанс лучше питаться и быть здоровее. Это, в свою очередь, может привести к тому, что такой муравьед будет дольше жить или же окажется привлекательнее для муравьедихи. Следовательно, у него родится больше детенышей, и каждый из них, вероятно, с более длинным языком, чем у отпрысков обычных муравьедов. Язык — полезная штука, и через несколько поколений успешного размножения длинноязыкие муравьеды будут доминировать в этой популяции, став нормой. Так через несколько поколений этот биологический вид изменится. В отличие от предшественников Дарвин заключил, что потомству не передаются характеристики, приобретаемые животным в течение жизни. Долгие годы методичных наблюдений позволили ученому вывести принцип, согласно которому для каждого признака (будь то длина языка муравьеда, цвет волос человека или что угодно) конкурентное преимущество данной особи определяется степенью изменчивости этого признака в популяции. Признак распространяется в популяции, поскольку связанные с ним преимущества дают его обладателю больший успех у противоположного пола — а значит, больший успех при размножении.

Есть и другие важные факторы отбора: например, гендерные особенности, когда самцы стараются быть крупнее, чтобы завоевать самку, а самки, казалось бы, слишком уж капризно выбирают себе партнеров. Естественный отбор — всеобъемлющая сила, определяющая, каким является и каким будет мир, где мы живем. Это система проб и ошибок, включающая в себя исправление промахов. Эволюция слепа, направления у нее никакого нет. Нет видов, которые эволюционировали «сильнее» или «слабее», нет видов, которые «выше» или «ниже», хотя такие выражения раньше использовали и до сих пор иногда применяют. Путем череды последовательных приближений к оптимальному результату виды просто все лучше приспосабливаются к окружающей среде, чтобы эффективнее выживать в сложившихся условиях. К примеру, орангутанг в джунглях Борнео умеет использовать целый ряд подручных средств, однако он не продержится и двух минут в кипящей воде термального морского источника, зато там, в горячих глубинах, сотни видов, в том числе гигантский двухметровый трубчатый червь, и десятки видов бактерий, сравнительно легко добывают себе пропитание и существуют без особых забот. Постоянные изменения — норма. Адаптация — залог успеха.

В течение полутора веков, прошедших с момента выхода «Происхождения видов», миллионы ученых терзали и трепали теорию эволюции, гнули, рвали и комкали ее всеми возможными способами. Они изучали поведение бесчисленных видов живых существ — от аардварков (трубкозубов, африканских муравьедов) до ящериц. Они создавали модели самых разных популяций, сначала чисто математические, а затем компьютерные; они ужесточали условия в модельной среде, чтобы увидеть, как модельные животные приспосабливаются к ней на протяжении ряда поколений. Они выводили и скрещивали между собой (в том числе и межвидовым путем) несметное количество видов, чтобы понять механизм наследования, выяснить, передается ли следующему поколению тот или иной признак, ставший конкурентным преимуществом для данного существа. Сейчас, в современную эпоху, мы расшифровали генетический код для многих видов и четко увидели различия в ДНК, которые показывают, когда один вид разделяется на два и каждый из них находит свою нишу, к которой лучше приспособлен. Мы видели бактерий, приспосабливающихся к губительному действию антибиотиков и, увы, становящихся невосприимчивыми к их действию. Первоначальная модель, которую придумал Дарвин, за прошедшие десятилетия не раз модифицировалась и конкретизировалась, но «главнейшая мысль», как он ее называл, осталась неизменной в процессе всех этих подгонок, уточнений и проверок на практике, которых требует всякая идея такого масштаба. Вот почему дарвиновское детище именуется теорией эволюции путем естественного отбора. Дарвин создал свой научный шедевр, когда учение о клетках лишь начало выходить из тины идей самозарождения жизни. Сегодня ученым известно, как работают биологические механизмы на клеточном уровне, и эволюцию, происходящую путем естественного отбора, можно рассматривать и в микромире, о котором Дарвин почти ничего не знал. Язык нашего воображаемого муравьеда длиннее, потому что благодаря случайным вариациям этого признака в пределах популяции у этой особи оказалось большее количество клеток языка (или, может быть, они просто крупнее), и гены, которые отвечают за такое распределение живой ткани, будут передаваться следующему поколению через сперматозоиды или яйцеклетки. Вспомните, что происходит с вашим порезанным пальцем: тромбоциты образуют «затычку» и закрывают ранку, чтобы предотвратить кровопотерю. Те существа, клетки крови у которых оказывались не способны к тромбообразованию, прошли естественную отбраковку тысячи поколений (и видов) назад — вероятно, из-за того, что у них хуже заживали раны, а может быть, бедняги просто истекали кровью и умирали. Важно отметить: теперь нам известно, что отбор идет не на уровне отдельной особи и не на уровне клетки — конкурентные преимущества содержит в себе сам носитель информации. Информация о тромбообразовании, как и все подобные сведения, хранится в молекулах ДНК, хранящихся внутри клеток. Эти молекулы будут играть главную роль во всем нашем рассказе.

И клеточная теория, и теория естественного отбора отражают одну и ту же истину: все живые существа от кого-то произошли. Да, жизнь успела претерпеть ряд впечатляющих усложнений и модификаций, но по сути своей всякая новая жизнь является «адаптированным продолжением» того, что уже было прежде¹².

Научная общественность далеко не сразу признала теорию эволюции, происходящей путем естественного отбора. Она вызвала жаркие дискуссии, которые продолжались полвека после выхода в свет книги Дарвина. Сегодня естественный отбор представляется неопровержимым, надежно доказанным и основополагающим объяснением огромного разнообразия видов, живущих на Земле. Разумеется, научные теории должны регулярно подвергаться проверке и корректировке, но вряд ли идеи Дарвина когда-нибудь удастся опровергнуть. Дарвиновская теория эволюции и клеточная теория самым эффективным и убедительным образом взаимно подтверждают и укрепляют друг друга.

Хотя сама идея эволюции (мысль о том, что организмы с течением времени меняются) возникла еще до Дарвина, в 1859 году, когда была опубликована его главная книга, и клеточная теория, и его теория эволюции по сути совершили переворот в науке. Обе эти концепции разбили в пух и прах доминировавший тогда (и всю предшествующую историю человечества) взгляд на природу, согласно которому каждый вид был некогда создан отдельно и навсегда.

Сегодня благодаря Дарвину и клеточной теории мы можем связать каждый организм с его генеалогическим древом. В заключительном абзаце своего великого труда Дарвин пишет: «Есть величие в таком воззрении, согласно которому жизнь, с ее различными проявлениями, первоначально воплотилась в немногочисленных формах или же всего в одной». Это едва ли не самые запоминающиеся слова, когда-либо запечатленные на бумаге. Их часто цитируют: некоторые вещи не грех и повторить. Однако слова «в немногочисленных формах или же всего в одной» таят в себе вопрос: что это за формы? Что лежит в основе древа жизни? Единственная форма — клетка — или же множество? Ответ на этот вопрос, с давних пор занимающий ученых, лежит не в прошлом, а в молекулярных внутренностях каждой живой клетки, существующей в настоящем. Исследуя механизм, посредством которого клетки передают потомству свои свойства и черты, и посредством которого эти свойства и черты изменяются, мы сумеем подойти к ответу на вопрос: растет ли все живое от одного-единственного корня? И мы начнем понимать, как выглядела жизнь на Земле, когда она только-только зародилась.

¹ Дуглас Адамс (1952–2001), английский писатель, работавший в жанре юмористической фантастики. Известен главным образом благодаря своей книге «Автостопом по Галактике». (Прим. перев.)

² Я говорю «полагаем», т.к. Левенгук описывает также, как он рассматривал глобулы в молоке, а это, скорее всего, были просто капельки жира в молочной суспензии.

³ Так, Аристотель заявляет, что у определенного вида рыб нет ни самок, ни самцов и что они склонны к спонтанному производству потомства, в отличие от своих собратьев, наделенных полом. Теперь-то нам известно, что пол есть у всех рыб. Более того, многие виды этих животных, такие, как амфиприон (рыба-клоун) или губан, могут менять пол, когда этого требуют условия, сложившиеся в окружающей среде.

⁴ Идея о склонности леммингов к самоубийству столь же фантастична. Возможно, истоки этого современного мифа — в картинах массовой миграции этих животных (вероятно, постановочных) из диснеевского фильма «Белое безмолвие» (1958).

⁵ Как известно всякому биологу, который работал с этими зверьками, период беременности домовой мыши действительно составляет около трех недель. Но здесь более важен тот простой факт, что эти грызуны малы размером, вечно голодны и способны пролезть в любую щель: где зерно, там и мыши.

⁶ Роберт Браун известен главным образом как первооткрыватель броуновского движения — случайного перемещения микроскопических частиц, попадающих в газ или жидкость.

⁷ Браун впервые дал ему имя, но честь первого наблюдения клеточного ядра принадлежит, опять же, нашему знакомцу Антони ван Левенгуку. В письме к Роберту Гуку от 1682 года он описывает мелкие объекты, находящиеся в красных кровяных тельцах рыбы. Честно говоря, описание это неполное, и в нем мы не встретим ни единого намека на важную роль, которую играет ядро в жизни всех организмов. Тем не менее безымянный позднейший хранитель архива писем Королевского научного общества мимоходом написал на полях этого послания: «Открытие клеточного ядра».

⁸ Имейте в виду, Вирхов был неплохим человеком, хотя его поступок и выглядит мерзким. На протяжении всей своей научной карьеры он активно занимался политикой, боролся с социальной несправедливостью, служил главной движущей силой гражданской реформы в Германии и Пруссии, добившись немалых успехов. По одной из легенд, его либеральные воззрения настолько разозлили прусского премьер-министра Отто фон Бисмарка, что тот даже вызвал Вирхова на дуэль. В этой ситуации Вирхов имел право на выбор оружия. И он выбрал сосиски: одна обычная, вторая — с червяком внутри. И Бисмарк, этот неустрашимый Железный Канцлер, испугался сосиски и отказался от дуэли.

⁹ Чтобы подтвердить, что загрязнители действительно содержатся в воздухе, он повторял опыт в разных местах: в пыльных комнатах и в относительно стерильных условиях — на Монблане, на высоте 800 м. Результаты подтвердили его предположения: в чистом воздухе плесень не образуется.

¹⁰ По сути, Дарвина подтолкнул к публикации еще один выдающийся биолог — Альфред Рассел Уоллес, выдвинувший практически такую же идею и написавший о ней Дарвину письмо. Дарвин, истинный джентльмен, предложил Уоллесу соавторство.

¹¹ Дарвин имел привычку регулярно вести подробные записи, отмечая практически все, что он увидел или сделал. Благодаря этому жизнь великого ученого документирована весьма подробно. Сейчас набирает обороты масштабнейший проект по оцифровке абсолютно всех его записей, заметок, набросков, черновиков — «Полное онлайновое собрание сочинений Чарлза Дарвина». Там можно прочесть обо всем — и о его опытах с игрой на фаготе, и об экспериментах с дождевыми червями, и о деревянном желобе, который он установил на парадной лестнице Даунхауса и по которому могло скатываться его многочисленное потомство. Вероятно, Дарвин выдвинул едва ли не лучшую научную идею за всю историю науки. Нетрудно понять, отчего корпус текстов, посвященных эволюции, огромен и вызывает немалое восхищение.

¹² За долгие годы дарвиновская идея успела по-настоящему расстроить многих — несмотря на то, что она самоочевидно-верна, демонстративно-верна, экспериментально-верна и выдержала проверку временем по самым строгим критериям. Радикальные, но тщательно обоснованные концепции Дарвина тотчас же вызвали горячие возражения и столь же пылкую поддержку. «Какие же мы идиоты, что не догадались об этом раньше», — заметил Томас Гексли, один из самых боевитых и непримиримых защитников теории Дарвина среди его современников. Лестное заявление, однако оно не учитывает огромное количество многолетнего кропотливого труда, которое Дарвин вложил в свой труд. А вот клеточная теория, похоже, никого особенно не огорчила. Факты наблюдали, теорию шлифовали, и в конце концов подтвердилось, что она соответствует действительности, вот и всё. Законы естественного отбора, законы генетики и механизмы работы ДНК (до генетики и ДНК мы скоро доберемся) преподают как краеугольные камни биологии, и они этого вполне заслуживают. Но принципы клеточной теории с давних пор принимают просто как предположение, оказавшееся справедливым. Что ж, не станем жаловаться на этот забавный недосмотр.