В 1936 году, за два года до смерти, Кэлвин Бриджес решил использовать новую ультратонкую технологию, чтобы разглядеть генетический материал мутантов с маленькими глазками. Эта техника вполне соответствовала навыкам ювелирной работы Бриджеса. Он начал с извлечения маленьких групп клеток из слюнных желез, нагревал их, помещал на стеклянную подложку и разглядывал через микроскоп с большим увеличением, чтобы увидеть внутреннее содержание клеток. Если все сделать правильно, внутри клеток можно увидеть хромосомы. Бриджес не знал о существовании ДНК, но он знал, что в хромосомах содержатся гены.
В клетках животных и растений хромосомы присутствуют в разном количестве, имеют разную форму и размер. Как мы видели на примере Bithorax, при таком способе обработки хромосом, который применял Бриджес, хромосомы представляют собой ленты из светлых и темных полос – более широких и более узких и чередующихся, казалось бы, случайным образом. Но организация этих полос очень важна, она служила системой координат для локализации генов, идентифицированных Морганом и его коллегами. Вспомните, что гены – это участки молекул ДНК, свернутых и закрученных в хромосомы. Местонахождение генов на хромосоме определяли по их расположению в череде светлых и темных полос. Мутации проявляются в виде локального изменения рисунка полос. Теперь мы знаем, что полосы – это своего рода координаты GPS в зоне со слабой спутниковой связью; они дают представление о примерном расположении генетического дефекта в мутанте, но не указывают, где конкретно он находится.
Бриджес подготовил хромосомы мутантной дрозофилы с маленькими глазами и сравнил их с хромосомами нормальной дрозофилы. Расположение полос на хромосомах было идентичным за исключением одного участка. У мутанта с маленькими глазами была одна очень длинная хромосома с одним участком светлых и темных полос, которые, казалось, в точности повторяли рисунок соседнего участка. Бриджес был уверен, что это результат удвоения одного участка генома, он подробно описал его и предположил, что причиной появления аномально маленьких глаз и более длинной хромосомы была какая-то ошибка копирования.
Вик-д’Азир, Оуэн и их современники предполагали, что тела состоят из повторяющихся частей, а Кэлвин Бриджес увидел копии в геноме. Так начала развиваться идея о дупликации генов.
Музыка генов
Стив Джобс однажды заметил: “Пикассо говорил, что хорошие художники копируют, а великие художники воруют, и мы [в Apple] всегда без стеснения воровали хорошие идеи”. Этот принцип, справедливый для искусства и технологии, справедлив и для генетики. Сусуму Оно (1928-2000), работавший в медицинском центре “Город надежды” в Калифорнии, развлекался тем, что трансформировал структуру белков в музыкальные пьесы для скрипки и фортепиано. Зная, что белки состоят из последовательностей аминокислот, он воспринимал каждую молекулу как ноту. Музыка оказывала на него глубокое, почти мистическое влияние. Партитура на основе белка, вызывающего злокачественную опухоль, звучала как похоронный марш Шопена. Звуковой рисунок, воспроизводивший последовательность белка, помогающего организму перерабатывать сахара, напоминал колыбельную. Но Оно нашел в генах и белках больше чем траурные напевы или мелодии – он открыл новый способ восприятия биологических изобретений.
Сусуму Оно (слева)
Оно вырос в семье японского министра образования в Корее и с самого раннего возраста имел счастливую возможность учиться и заниматься интеллектуальной работой. Как он сам рассказывал, дело его жизни стало продолжением детского увлечения лошадьми. Проводя выходные за верховой ездой, он пришел к выводу, что “если лошадь нехороша, вы ничего не можете с этим поделать”. По его мнению, ключ к пониманию лошадей – в понимании генов, заставляющих их быть быстрыми или медленными, сильными или слабыми, крупными или маленькими. Занимаясь генетикой в Японии, а позднее в университете Лос-Анджелеса, он познакомился с работами Моргана и Бриджеса и целыми днями изучал хромосомы, которые могли бы объяснить сходство и различия живых существ.
В 1960-х годах, используя примерно такой же подход, как Бриджес несколькими десятилетиями ранее, Оно окрашивал клетки разных видов млекопитающих химическими веществами, чтобы увидеть полосы на их хромосомах. Затем он фотографировал хромосомы, вырезал их из снимков и раскладывал на столе. Глядя на фотографии, он задавался вопросом, в чем различие между хромосомами существ разных видов. Это был оригинальный и нетехнологичный подход к изучению генетических вариаций, определяющих различия между видами.
Оно начал со сравнения хромосом млекопитающих – от крохотных землероек до жирафов. Он получал клетки животных разных видов из зоопарков и других мест и быстро обнаружил значительное расхождение в количестве хромосом у животных разных видов – от всего 17 пар у ползучей полевки до 84 пар у черного носорога.
Далее Оно сделал нечто элегантно простое, но значительное по последствиям. Он взвесил вырезанные фотографии хромосом каждого вида. Он предположил, что масса фотографий может служить приблизительной оценкой общего количества генетического материала в клетке животного. Он взвешивал вырезанные фотографии, а не сами хромосомы, но его интересовали относительные величины. Для выполнения этой работы изображения хромосом нужно было вырезать самым тщательным образом. И когда он взвесил изображения 17 хромосом полевки и 84 хромосом черного носорога, он выяснил, что общая масса хромосом у всех видов практически одна и та же. Действительно, вырезанные изображения хромосом млекопитающих разных видов, от слона до полевки, весили одинаково. Оно решил, что одинаковая масса фотографий хромосом отражает сходство суммарной массы самих хромосом у разных видов млекопитающих. И это сходство оказалось общим для всех млекопитающих, несмотря на различия в количестве хромосом.
Оно включил в свои сравнительные исследования других существ: имеют ли разные виды земноводных и рыб такое же количество генетического материала? Саламандры разных видов выглядят похожими, и Оно подумал, что у них должно быть примерно одинаковое количество генетического материала. Он вырезал фотографические изображения хромосом и, взвесив их, был очень удивлен: разные, но схожие в анатомическом плане виды саламандр имели совсем разное количество ДНК – у некоторых видов ДНК в клетке было в пять или десять раз больше, чем у других. То же самое произошло с лягушками. Кроме того, количество генетического материала в клетках земноводных обеих групп намного превышало количество генетического материала в клетках человека и других млекопитающих. У некоторых саламандр и лягушек в 25 раз больше генетического материала, чем у человека.
С помощью вырезанных фотографий Оно открыл нечто, что через несколько десятилетий подтвердилось при выполнении геномных проектов, стоивших миллиарды долларов. Сложность организации животного и различия между видами не соответствуют количеству генетического материала в их клетках. Поскольку саламандры разных видов в целом выглядят похожими, хотя один вид может иметь в десять раз больше ДНК, чем другой, и этот дополнительный генетический материал, по-видимому, не связан с какими-то наблюдаемыми различиями в анатомии животных, Оно предположил, что в геноме саламандр и других видов содержится множество участков бессмысленной ДНК. Эта ДНК, используя его выражение, является “мусорной”.
