Предвестницей новой науки в XVIII веке стала идея немецкого анатома Самуэля Томаса Земмеринга (1755-1830), предположившего, что монстры – это результат нарушения нормального процесса развития, а не продукт действия загадочных сил. Выражаясь его языком, они возникали из-за “поломки генерирующей силы”. На титульном листе монографии на эту тему, выпущенной в 1791 году, изображены двухголовые люди: мертворожденные дети с двумя полностью сформированными головами, отходящими от одной шеи, и другие с одной головой, но двумя лицами. По его мнению, это были результаты нарушений нормального процесса развития на разных стадиях. Две головы возникали, если нарушение происходило на более ранней стадии развития, а двойные лица – при нарушении на более поздней стадии.
Через несколько десятков лет Жоффруа Сент-Илер предположил, что монстры (он часто употреблял это слово) отражают скрытую возможность превращения одних существ в других. После участия в научной экспедиции Наполеона в Египет и обнаружения двоякодышащей рыбы (см. главу 1) Сент-Илер пытался вызвать мутацию куриных эмбрионов при помощи различных химических веществ, которые нарушают их развитие. Он считал, что, если обработать развивающийся эмбрион подходящим снадобьем, удастся превратить одно существо в другое. Исходя из ранних представлений, что в процессе нормального эмбрионального развития куры проходят через стадию рыбы, Сент-Илер на протяжении десятков лет пытался вывести рыб из куриных яиц. Попытки не увенчались успехом, но его сын Исидор подхватил дело отца и написал трехтомный трактат о врожденных аномалиях, который до сих пор имеет ценность. Исидор разработал таксономию врожденных аномалий, классифицируя их по типу, затронутому органу и степени нарушения. Например, он изучал сросшихся близнецов и классифицировал их в соответствии с количеством общих органов и степенью взаимной зависимости анатомических систем. Эта работа стала основой для более поздних исследований, в которых ученые пытались установить биологические (а не сверхъестественные) причины появления аномалий.
Публикация книги Дарвина “О происхождении видов” изменила подход к изучению аномалий развития. По мнению Дарвина, двигателем эволюции служит естественный отбор, а различия между индивидуумами – топливо для этого двигателя. Если представители какого-то вида различаются по форме и функции признаков, а некоторые из этих признаков повышают успешность соответствующих индивидуумов в конкретных условиях, со временем такие индивидуумы и такие признаки распространятся. Если же признак является недостатком, со временем он исчезнет. Различия между индивидуумами – основа эволюции. Если бы все особи в популяции были абсолютно одинаковыми, не было бы эволюции за счет естественного отбора. Различия между индивидуумами – исходный материал для эволюции за счет естественного отбора; чем больше вариаций, тем быстрее может происходить эволюция. И только при обилии вариаций, включая те, что обнаружены при изучении монстров, естественный отбор со временем может приводить к значительным изменениям.
Одним из подвижников в деле изучения вариаций после Дарвина был Уильям Бейтсон (1861-1926). Бейтсон, как и Дарвин, всю жизнь интересовался естественной историей. Когда его спросили, кем он мечтал стать в юности, он ответил, что хотел быть натуралистом, но если бы оказался недостаточно хорош для этого дела, то стал бы врачом. Бейтсон поступил в Кембриджский университет в 1978 году и был ничем не примечательным студентом. Но книга Дарвина “О происхождении видов” оказала на юного Бейтсона чрезвычайно сильное влияние. Ему захотелось узнать, как действует естественный отбор. По его мнению, ответ следовало искать через понимание межвидовых различий: за счет каких механизмов разные организмы выглядят по-разному? При чтении труда Грегора Менделя, установившего принципы наследования у гороха, Бейтсона посетило озарение: основу эволюции составляют вариации, передаваемые от одного поколения другому. Он перевел работу Менделя на английский язык и придумал слово “генетика” – производное от греческого слова “генезис”, означающего происхождение.
Бейтсон, как до него Жоффруа Сент-Илер, принялся классифицировать различия между особями и видами. Но у Бейтсона было одно преимущество. Он был вооружен новыми идеями, возникавшими в развивающейся области генетики, и искал пути, по которым различия между особями могут влиять на процесс эволюции.
Этой работе Бейтсон посвятил почти десять лет и в 1894 году опубликовал монументальный труд “Материалы по изучению вариаций”. Книга описывает варианты различий между организмами, поиски общих правил возникновения различий и, в конечном итоге, пути эволюции. Описав так много видов, как только смог, Бейтсон предложил два способа определения различий. Один тип различий заключается в величине или степени выраженности органов, образующих непрерывный спектр от малого до большого размера. Например, в популяциях мышей проявляются различия в длине конечностей, хвостов и величине других органов. Этот тип вариаций можно легко описать на количественном уровне, определяя длину, ширину или объем структуры. Другой тип более серьезный и заключается в наличии или отсутствии структуры. Примером может служить полидактилия кошек Хемингуэя. У нормальных особей на лапах пять пальцев, а у животных с полидактилией их шесть или больше. Такие кошки отличаются от обычных количеством пальцев, а не, скажем, длиной их костей. Это качественное отличие, а не отличие по степени выраженности или размеру.
Поиск организмов с дополнительными органами захватил Бейтсона. Его привлекали причуды природы в виде дополнительных органов или необычного расположения органов, например пчелы с ногами на месте антенн, люди с лишними ребрами или мужчины с дополнительными сосками
[12]. Складывалось впечатление, будто органы отрезаны и приклеены на новое место. Полностью сформированный орган получал вторую копию или перемещался в другое место на теле. Эти монстры несли в себе тайну, и ее раскрытие могло помочь в понимании общих правил формирования и эволюции организмов.
Натурфилософы XVI века и более позднего времени были правы в том, что монстры несут в себе какую-то важную информацию о живой природе. Нужно было лишь найти “правильных” монстров и научные методы их изучения.
Муха
Одно из самых важных решений в истории биологии было принято тогда, когда Томас Хант Морган (1866—1945) решил работать с мухами. Начинал Морган свою научную работу с исследований морских желудей, червей и лягушек, будучи убежден, что внутри их клеток и эмбрионов кроется ключ к разгадке нашей собственной биологии. Выбор объектов не был вызван ни эзотерическими соображениями, ни случайностью: Морган решил экспериментировать с мелкими водными существами, способными восстанавливать части тела после их потери. Например, плоские черви планарии – чемпионы по регенерации: разрежьте их пополам, дайте вырасти, и вы получите двух целых особей. Многие существа, такие как черви, рыбы и земноводные, умеют восстанавливаться после травмы. Нам остается лишь завидовать этим нашим родственникам среди животных; на каком-то этапе эволюции млекопитающие потеряли такую способность.
