Приручение. 10 биологических видов, изменивших мир

Робертс Элис

Подводные раскопки у утеса Болднор продолжались с 2000 по 2012 год. Изучение всего полученного материала продлится еще не один год. Было найдено немало интересного – с археологической и палеоэкологической точки зрения – для дальнейших исследований. Помимо стандартного материала: осколков кремней, кусочков угля и обугленных ореховых скорлупок – исследователи собрали на морском дне ил. Большое количество ила. Эти образцы осадочной породы несомненно содержат еще множество мелких деталей, позволяющих узнать, каким был утес Болднор в доисторические времена, например крошечные кости грызунов, частицы растений и даже пыльцу, которые можно разглядеть только под микроскопом. Однако в 2013 году на остров Уайт прибыла еще одна группа археологов. Им также нужен был ил, только то, что они искали на этот раз, нельзя было бы разглядеть и под самым мощным микроскопом. Искали они молекулы. Длинные, нитеобразные молекулы, наполненные информацией. Исследователи искали ДНК.

При изучении ила из пролива Те-Солент генетики придерживались открытого подхода. Они не строили

гипотез о том, что могут найти, чтобы потом подтвердить их или опровергнуть. Исследователи внимательно изучили добытые образцы, в том числе ореховые скорлупки, и использовали секвенирование методом дробовика [7] , то есть, как можно предположить по названию, «беспорядочное» секвенирование. Кажется, что такой подход – полная противоположность исследованию, опирающемуся на гипотезу, которое служит золотым стандартом, к которому должны стремиться все ученые, то есть Научному методу. Однако существует не единственный Научный метод. Порой лучший способ начать понимать что-то – задаться вопросом: с чем мы имеем дело? Затем уже можно собирать данные и пытаться в них разобраться. Возможно, место гипотезе есть даже при таком широком подходе, и именно она определяет направление для сбора данных, однако отсутствует эксперимент как таковой, просто все данные подвергаются тщательному анализу. На данном принципе по большей части основана геномика: ученые собирают огромные объемы данных и ищут закономерности. В нашем же случае гипотеза была, но очень обширная: «в образцах будет найдена древняя ДНК современных организмов». И пусть это прозвучит как ересь, я убеждена, что, именно формулируя максимально широкие гипотезы, избавляясь от предвзятости и ожиданий, мы увеличиваем свои шансы открыть нечто новое и удивительное.

7

Секвенирование ДНК – процедура определения последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Метод дробовика – получение случайной массированной выборки клонированных фрагментов ДНК организма (то есть «дробление» генома на случайные фрагменты), на основе которых создается его геномная библиотека; полученные последовательности используют для секвенирования генома (Тарантул В. З. Толковый биотехнологический словарь. Русско-английский. М.: Языки славянских культур, 2009). – Прим. ред.

Итак, генетики, изучавшие ил с утеса Болднор, извлекли из него множество фрагментов ДНК разных организмов, населявших его когда-то, а именно 8000 лет назад, примерно в 6000 году до н.э. Были найдены генетические следы дуба, тополя, яблони и бука, а также различных трав, в том числе из семейства злаков. Обнаружились и останки псовых – либо волков, либо собак – и настоящих быков, по всей вероятности туров, предков домашнего скота. Помимо этого, в осадочной породе были спрятаны молекулярные призраки оленей, куропаток и грызунов. Фрагмент за фрагментом генетики собирали мозаику древней экосистемы леса на берегу пролива Те-Солент, где обосновались в эпоху мезолита охотники-собиратели.

Но один из найденных на морском дне фрагментов ДНК очень удивил ученых, это был ясный след Triticum. Пшеницы. Его, однако, не должно было там быть. Ведь речь шла о Британских островах до эпохи земледелия. Более того, ученые уже проверяли образцы на наличие пыльцы, безошибочно указывающей на распространение конкретных растений. Пыльцы пшеницы обнаружено не было. Неужели это ошибка? Открытие было столь неожиданным, что генетикам нужно было добиться полной уверенности в том, что они не ошибались. Тем не менее последовательность ДНК четко указывала на пшеницу. Ученые провели тщательную проверку, чтобы убедиться, что образец ДНК не принадлежит другому, похожему на пшеницу автохтонному злаку с Британских островов, например колосняку песчаному, пырею ползучему или житняку. Но древняя ДНК не походила на ДНК какого-либо из этих видов. Наоборот, самым близким совпадением оказался конкретный вид пшеницы, а именно Triticum monococcum, или пшеница однозернянка. В каждом крошечном вторичном колоске этого растения содержится одно-единственное зерно, заключенное в плотную оболочку. Пшеница однозернянка была одной из первых культур, однако ранее считалось, что она появилась на Британских островах лишь 6000 лет назад (4000 год до н.э.), то есть двумя тысячелетиями позже, чем растение, чьи четкие генетические следы были найдены на утесе Болднор.

Чтобы добраться до Те-Солента, найденная на его дне пшеница однозернянка должна была преодолеть в древности большое расстояние за короткое время. Ведь культурная пшеница появилась за четыре с лишним тысячи километров отсюда, на восточном побережье Средиземного моря. И первым человеком, который взялся за изучение истинной родины пшеницы однозернянки и других видов пшеницы, был ботаник и генетик, родившийся в 1887 году в Москве.

Смелые изыскания Вавилова

В 1916 году двадцатидевятилетний Николай Иванович Вавилов отправился из Санкт-Петербурга в экспедицию в Персию, современный Иран. У этого путешествия была одна цель: проследить происхождение наиболее важных мировых культур.

Николай Вавилов учился в Великобритании, под руководством выдающегося

биолога Уильяма Бэтсона. Скорее всего, именно от учителя Николай Иванович узнал о законах наследственности Менделя. Уильям Бэтсон способствовал возрождению и распространению трудов монаха-августинца Грегора Менделя, в частности работ, описывающих его известнейшие эксперименты с горохом. Мендель пришел к выводу, что должны быть некие «единицы наследственности», оказывающие влияние на внешние признаки гороха: будет он зеленым или желтым, гладким или морщинистым. Хотя ученый не знал, что это за единицы – сегодня нам известно, что речь идет о генах, – он предсказал их существование. «Опыты над растительными гибридами» были опубликованы Менделем на немецком языке в 1866 году. Более чем 40 лет спустя Бэтсон перевел эту богатую научными идеями книгу на английский, и именно он придумал название научной дисциплине, изучающей наследственность и основанной на наблюдениях и законах Менделя, – генетика.

Николай Вавилов был также знаком с дарвиновской теорией эволюции посредством естественного отбора. Когда он жил в Англии, то много времени проводил, изучая труды и записки из личной библиотеки Дарвина, которая хранится в Кембриджском университете, где сын Дарвина Фрэнсис был профессором физиологии растений. Николай Иванович самостоятельно убедился в том, насколько тщательно и подробно Чарлз Дарвин изучил работы своих предшественников, включая важные труды немецкого ботаника Альфонса Декандоля, посвятившего истории происхождения культурных растений два объемных тома, опубликованные в 1855 году. Несомненно, Николаю Ивановичу было любопытно проследить за развитием идей Дарвина, записанных на полях и в конце книг. Русскому ученому импонировали обширные познания Дарвина, его манера вникать в суть идей и четкое понимание биологических процессов. «Никогда до Дарвина эта идея изменчивости и огромной творческой роли отбора не выдвигалась с такой ясностью, определенностью и обоснованностью», – писал Н. И. Вавилов [8] .

8

Вавилов Н. И. Учение о происхождении культурных растений после Дарвина // Вавилов Н. И. Избранные произведения в двух томах. Л.: Наука, 1967. Т. 1. С. 306.

Он был убежден, что идеи Дарвина имеют решающее значение для определения районов, где впервые появились виды, включая те, что были одомашнены человеком. Позиция Дарвина по вопросу географии происхождения видов, представленная в книге «О происхождении видов», была, по сути, очень проста. Местом происхождения любого вида практически наверняка можно считать то место, где сохраняется крайне высокая изменчивость внутри конкретного вида. Данный принцип по-прежнему применяется в современной науке: до сих пор ученые полагают, что в районе с наибольшим генетическим – и фенотипическим – разнообразием определенный вид существует дольше всего. Это полезный принцип, однако он не дает абсолютно верного ответа, поскольку со временем растения и животные перемещаются по планете. Тем не менее Николай Вавилов полагал, что изменчивость у близкородственных диких видов может служить важным признаком, поэтому он расширил рамки своего исследования, анализируя как интересовавшие его культурные растения, так и их диких родственников.

Николай Вавилов был ботаником на службе государства, и в его обязанности, в частности, входило изучение культурных разновидностей растений для последующей передачи информации российским агрономам и растениеводам. Но ученого также интересовали исторический и археологический аспекты его работы. Николай Иванович был убежден, что определение точного места происхождения одомашненных видов будет иметь большое значение для «выяснения исторических судеб народов» [9] . Он также пришел к выводу, что открытие источника происхождения культурной пшеницы позволит понять многие ключевые моменты истории человечества, когда наши предки перешли от простого сбора дикорастущей пищи к ее выращиванию, иными словами, превратились из охотников-собирателей в земледельцев. Николай Вавилов понимал, что предмет его исследований – история до истории. Он писал: «История происхождения человеческой культуры и земледелия, очевидно, более стара, чем об этом говорят дошедшие до нас документы в виде пирамид, надписей, барельефов, могил» [10] .

9

Вавилов Н. И. О восточных центрах происхождения культурных растений // Новый Восток. 1924. № 6. С. 291.

10

Вавилов Н. И. Центры происхождения культурных растений // Вавилов Н. И. Избранные произведения в двух томах. Т.1. С. 196.

Поиск источника происхождения одомашненных видов долгое время считался исключительно делом археологов, историков и лингвистов, однако Николай Вавилов верил, что ботаника и новая наука генетика могут сделать ценный вклад в общее дело. Он считал, что традиционных методов – исторического, лингвистического и археологического – недостаточно для установления происхождения видов. «Современный уровень ботанических знаний требует расчленения культурных пшениц на 13 видов, овса на 6 видов, резко различимых…»