Личная история о генетике. Отрывок из книги лауреата Пулитцера
Сад за стеной
Изучающие наследственность отлично разбираются во всех аспектах своего предмета, кроме его сути. Наверняка они родились и выросли в дебрях этого тернистого пути, честно их исследовали, но так и не выбрались из них, чтобы охватить взором весь путь. Вот и выходит, что они узнали все, кроме ответа на вопрос, что, собственно, они изучают.
Г. К. Честертон,
«Евгеника и прочее зло» (Eugenics and Other Evils)
Побеседуй с землей, она наставит тебя, и рыбы морские тебе возвестят.
Иов, 12:8
Изначально это был женский монастырь. Когда-то монахи-августинцы жили — о чем они не упускали случая поворчать — в интерьерах побогаче, в просторных кельях величественного каменного монастыря на холме, в самом сердце средневекового города Брно (это по-чешски, а если по-немецки, то Брюнн). За четыре столетия вокруг монастыря вырос город, спустился по склонам и растекся по равнинному ландшафту из ферм и лугов. Но в 1783 году монахи потеряли расположение императора Иосифа II. Император решил, что недвижимость в центре города слишком дорогая, чтобы ее занимали монахи, и приказал их переселить в разрушающийся монастырь у подножия холма в Старом Брно. Унижение от переселения усугублялось тем, что августинцам отвели помещения, изначально приспособленные под женские нужды*. В коридорах пахло отсыревшей известью, территория густо заросла ежевикой и сорной травой. Единственным преимуществом этого здания XIV века — холодного, как мясохранилище, и пустого, как тюрьма, — был прямоугольный сад с раскидистыми деревьями, дающими щедрую тень, с каменными ступеньками и длинной аллеей, где монахи могли прогуливаться и размышлять в одиночестве.
Братья постарались устроиться в новых условиях как можно лучше. Они отреставрировали библиотеку на втором этаже, присоединили к ней зал для занятий, оборудовали его сосновыми партами, несколькими лампами и разместили в нем коллекцию книг. Коллекция насчитывала около 10 тысяч экземпляров и постоянно росла; в ней были новейшие труды по естественной истории, геологии и астрономии (августинцы, к счастью, не видели проблемы в совмещении религии с большинством научных дисциплин: науку они воспринимали как очередное свидетельство божественного порядка). На первом этаже монахи обустроили просторную трапезную, а в косогоре под фруктовым садом — винный погреб. На втором этаже располагались скромные кельи, обставленные лишь самой необходимой деревянной мебелью.
В октябре 1843 года к общине присоединился молодой человек из Силезии, крестьянский сын. Он был небольшого роста, с серьезным лицом, близорукий и склонный к полноте. Новый член общины не проявлял большого интереса к духовной жизни, но отличался любознательностью, умел работать руками и был прирожденным садоводом. Монастырь предоставил ему кров и место для чтения и занятий. В 1847 году, 6 августа, он принял духовный сан. В миру его звали Иоганном Менделем, в монашестве же он стал Грегором.
Молодой, еще не завершивший обучение священник вскоре погрузился в предельно предсказуемую и упорядоченную монастырскую жизнь. В 1845 году Мендель слушал лекции по теологии, истории и естественным наукам в местном богословском институте. Потрясения 1848 года — кровавые народные революции, неистово захлестнувшие Францию, Данию, Германию, Австрию и перевернувшие социальные, политические и религиозные порядки, — прошли мимо Грегора вроде отдаленных раскатов грома, почти не затронув его. Жизнь Менделя в те годы не давала ни малейшего основания полагать, что когда-то он станет ученым-революционером. Он был дисциплинированным, усидчивым, почтительным — человеком привычки среди людей привычки. Пожалуй, единственным случаем, когда Грегор бросил вызов авторитетам, был внезапный отказ надеть на занятия студенческую шапочку. Но, получив замечание от руководителей, он вежливо подчинился.
Летом 1848 года Мендель получил место приходского священника в Брно, однако справлялся с этой работой из рук вон плохо. «Скованный неодолимой робостью», по выражению настоятеля монастыря, Мендель плохо говорил по-чешски (а это был язык большинства прихожан), не умел вдохновлять своими проповедями и был слишком невротичным, чтобы нести эмоциональное бремя работы с бедными. В том же году Мендель нашел отличный выход из положения: он предложил свою кандидатуру на должность учителя математики, естественных наук и основ греческого языка в Зноемской гимназии. Монастырь любезно согласился ему посодействовать, и Менделя приняли — но при одном условии. Зная, что у монаха не было никакой педагогической подготовки, школа попросила его сдать официальный экзамен по естественным наукам, обязательный для учителей средней школы.
В конце весны 1850-го воодушевленный Мендель держал письменный экзамен в Брно. Он провалился, причем отвратительнее всего показал себя в геологии («сухо, невразумительно, невнятно» — таков был вердикт одного из рецензентов). Чтобы сдать устную часть экзамена, Мендель 20 июля направился из Брно в Вену, которую тогда накрыла волна изнурительной жары. 16 августа он предстал перед экзаменаторами, и в этот раз результаты оказались еще хуже — теперь по биологии. Когда его попросили описать и классифицировать млекопитающих, он выдал неполную и нелепую таксономическую систему: одни группы упустил, другие изобрел, свалил в одну кучу кенгуру с бобрами, а свиней — со слонами. «Кандидат, похоже, совсем не знаком со специальной терминологией, раз всех животных называет словами из разговорного немецкого и избегает систематической номенклатуры», — написал в отзыве один из экзаменаторов. Мендель вновь провалился.
В августе он вернулся в Брно. Вердикт экзаменаторов не оставлял сомнений: чтобы кандидат был допущен к преподаванию, ему необходимо получить дополнительное образование в области естественных наук, более глубокое, чем могли предложить монастырские библиотека и сад. За степенью по естественным наукам Мендель отправился в Венский университет. Не без помощи писем и прошений из монастыря его туда приняли.
В ноябре 1851-го Мендель сел на поезд: в университете нужно было записаться на интересующие курсы. Здесь-то и начались проблемы Менделя с биологией — и проблемы биологии с Менделем.
Ночной поезд из Брно в Вену рассекал унылые зимние пейзажи: покрытые инеем пашни и виноградники, застывшие каналы, похожие на бледно-голубые вены, редкие фермерские дома, утопающие в густой центральноевропейской тьме, ленивая, наполовину скованная льдом река Дые**, контуры далеких островов на Дунае… Между Брно и Веной меньше 150 километров, которые в те времена преодолевали часа за четыре. Но утром, по прибытии, Мендель проснулся словно в другой Вселенной.
Венская наука была искристой, полной энергии — живой. В университете, находившемся недалеко от его неприглядного пансиона на Инвалиденштрассе, Мендель принял интеллектуальное крещение, к которому так стремился в Брно. Физику там преподавал Кристиан Доплер, почтенный австрийский ученый, ставший наставником Менделя, учителем и кумиром. В 1842 году 39-летний Доплер, сухощавый и язвительный, математически обосновал, что высота звука (как и цвет светового луча) не постоянна, а зависит от положения и скорости его источника относительно наблюдателя***. Звук из источника, который быстро движется к наблюдателю, претерпевает сжатие и воспринимается как более высокий; если же источник удаляется, звук кажется ниже. Скептики насмехались: как свет одной и той же лампы может казаться неодинаковым по цвету разным наблюдателям? Но в 1845 году Доплер посадил на поезд ансамбль трубачей и попросил их держать одну ноту, пока состав будет проезжать мимо платформы. Стоящие на платформе люди с изумлением услышали, что нота звучит выше, когда поезд приближается, и ниже, когда отдаляется.
Звук и свет, утверждал Доплер, ведут себя в соответствии с законами природы, пусть даже эти законы сильно контрастируют с интуитивными ожиданиями обычного наблюдателя. На самом деле, если разобраться, все сложные и вроде бы хаотичные явления — результат действия высокоорганизованных законов природы. Иногда восприятия и интуиции нам достаточно для улавливания этих законов. Но чаще, чтобы понять или продемонстрировать их действие, нужно провести эксперимент в искусственно созданных обстоятельствах — например, посадить трубачей на разгоняющийся поезд.
Демонстрации и эксперименты Доплера очаровали Менделя и в то же время расстроили. Биология, его основной предмет, стала казаться диким, заросшим садом, областью без каких-либо системообразующих принципов. На первый взгляд казалось, что порядка в биологии полно — или, вернее, в ней было полно порядков. В биологии господствовала таксономия — затейливая попытка рассортировать все живые организмы по категориям и подкатегориям: царствам, классам, порядкам (отрядам), семействам, родам и видам. Но эти категории, предложенные шведским ботаником Карлом Линнеем в середине XVIII века, были исключительно описательными. Система Линнея предписывала, как классифицировать живые организмы на Земле, но ее собственная организация была лишена какой-либо логики. Биолог мог спрашивать до бесконечности, почему организмы объединяются именно так, а не иначе. Что поддерживает постоянство категорий и точность категоризации? Что мешает слонам превращаться в свиней, а кенгуру — в бобров? Каков механизм наследования признаков? Почему — или как — подобное порождает подобное?
Вопрос «подобия» веками занимал ученых и философов. Живший в городе Кротон около 530 года до н. э. греческий мыслитель Пифагор — наполовину ученый, наполовину мистик — предложил одну из самых ранних и широко признанных теорий, которая объясняла сходство между родителями и детьми. Суть теории Пифагора сводилась к тому, что наследственная информация («подобие») переносится главным образом мужским семенем. «Инструкции» попадают в семя, когда оно циркулирует по мужскому телу и впитывает «мистические пары» от каждой отдельной части (глаза дают свой цвет, кожа — текстуру, кости — свою длину и так далее). Мужчина живет, а его сперма постепенно превращается в переносную библиотеку всех частей тела — эссенцию его самого.
Этот в буквальном смысле плодотворный концентрат информации о мужчине попадает в женское тело при совокуплении. Попав в матку, семя вызревает и, питаясь от матери, превращается в плод. Как утверждал Пифагор, в воспроизводстве (как и в любом производстве) функции мужчины и женщины четко разделены. Отец дает информацию, необходимую для создания плода. Утроба матери дает питание, нужное, чтобы эта информация превратилась в ребенка. Впоследствии эту теорию назвали «спермизм», чтобы подчеркнуть центральную роль спермы в определении всех свойств плода.
В 458 году до н. э., через несколько десятилетий после смерти Пифагора, драматург Эсхил на основе этой странной логики выдвинул один из самых экстраординарных в истории аргументов в защиту матереубийства. Главной темой его трагедии «Эвмениды» был суд над Орестом, сыном царя Агамемнона, убившим свою мать****, Клитемнестру. В большинстве культур матереубийство считается предельно аморальным преступлением. В «Эвменидах» Аполлон, представляющий интересы Ореста в суде, высказывает потрясающе оригинальный аргумент: мать Ореста для принца чужой человек, ведь беременная женщина на самом деле лишь возвеличенный человеческий инкубатор, мешок, из которого по пуповине к ребенку поступают питательные вещества. Настоящий же предок любого человека — отец, чье семя несет «подобие». «Дитя родит отнюдь не та, что матерью зовется, — доказывал Аполлон сочувствующим присяжным. — Нет, ей лишь вскормить посев дано. Родит отец. А мать, как дар от гостя, плод хранит».
Явная асимметрия в этой теории наследственности — вся «природа» от отца, а от матери лишь начальное, внутриутробное «воспитание» — не беспокоила последователей Пифагора; вполне возможно, что им это даже нравилось. Пифагорейцы были одержимы мистической геометрией треугольников. Пифагор узнал от индийских или вавилонских геометров, что длину одной стороны прямоугольного треугольника можно математически вывести из длин двух других сторон. Однако эта теорема осталась неразрывно связанной именно с его именем, получив название теоремы Пифагора. Ученики Пифагора видели в этой теореме доказательство того, что в природе повсюду скрываются подобные математические закономерности — «гармонии». Стремясь смотреть на все сквозь треугольные линзы, пифагорейцы и в наследовании находили гармонию треугольника. Мать и отец — две независимые стороны, два катета, а ребенок — третья сторона, биологическая гипотенуза. Как длина гипотенузы выводится из длин катетов с помощью строгой математической формулы, так и ребенок формируется из индивидуальных вкладов родителей: «природы» от отца и «воспитания» от матери.
Спустя столетие после смерти Пифагора, около 380 года до н. э., эта метафора увлекла Платона. В одном из самых любопытных пассажей «Государства», отчасти заимствованном у Пифагора, Платон утверждает, что если дети— арифметические производные своих родителей, то формула, в принципе, могла бы приносить практическую пользу: идеальные дети получались бы от идеальных комбинаций родителей в идеально подобранное время для зачатия. «Теорема» наследования уже существует, она лишь ждет своего открытия. Открыв ее и применяя предписанные ею комбинации, любое общество сможет гарантировать производство сильнейших— и так ступит на путь чего-то вроде нумерологической евгеники. И наоборот: «Коль это останется невдомек нашим стражам и они не в пору сведут невест с женихами, то не родятся дети с хорошими природными задатками и со счастливой участью». Стражи платоновского государства, его правящая элита, расшифровав «закон рождения», должны были позаботиться о том, чтобы в будущем заключались только гармоничные, «благоприятные» союзы. А идеальное генетическое «устройство» вылилось бы потом в идеальное устройство политическое.
*Старобрненский монастырь возвели специально для монахинь-цистерцианок. Они провели в его стенах почти пять столетий, пока в 1782 году общину не упразднили (с передачей имущества государству) в рамках реформ императора Священной Римской империи Иосифа II. Реформы были направлены на полное подчинение Церкви государству. Священники переходили в разряд госслужащих, а потому были обязаны выполнять общественно полезные светские функции. Монастыри, не выбравшие «профориентацию», подлежали упразднению. Августинцев спасла научно-образовательная деятельность.
**Дые — чешское название, Тайя — немецкое.
***Это простейшее определение знаменитого эффекта Доплера, который сейчас повсеместно используется для оценки параметров движения космических объектов или параметров кровотока при проведении УЗИ, а также для обнаружения, позиционирования и определения скорости летательных аппаратов и наземных объектов.
****Убийство совершалось как акт возмездия и по настоянию бога Аполлона: когда-то мать и ее любовник убили отца Ореста (совершавшего не менее тяжкие преступления), и мать не принимала участия в воспитании сына.