В 2000 году в баре конференц-зала прохаживался молодой генетик Эван Бирни. Сам того не зная, он делал очень важное дело. Теперь появилось устойчивое выражение: про человека говорят, что какая-то страсть или особенная черта заложена у него «в генах». Сатирический журнал Private Eye даже отвел целую колонку, посвященную этой фразе в устах журналистов и знаменитостей. Так вот, в генах Эвана Бирни точно была заложена страсть к исследованию ДНК. Сегодня он возглавляет Европейский институт по биоинформатике в Хинкстоне, недалеко от Кембриджа, один из ведущих мировых центров геномных исследований. А раньше Эван получил место в лаборатории Джеймса Уотсона в Колд-Спринг-Харбор, и было это как раз на заре геномики – биологической науки, которая со временем подчинила себе все другие разделы биологии.
То ли этот бар был ему слишком хорошо знаком, то ли свою роль сыграло выпитое пиво, но Бирни сделал нечто совершенно банальное и нелепое, в чем, однако, отразилась сама суть науки. Он обошел всех ведущих генетиков мира, присутствовавших на конференции, взял с них по доллару и спросил, сколько генов, по их мнению, содержится в геноме человека. Победитель получал все деньги и бутылку шотландского виски.
Как и сам геном, условия пари изменялись – и тем вечером, и в последующие годы. Страницы со списком участников и условий пари содержат неразборчивые каракули, многочисленные вычеркивания, девять дополнительных условий и пять сносок. Все эти изменения внесены по той причине, что участниками пари были ученые, и им необходимы были точные определения, в частности, нужно было ввести строгое определение гена. Так что, наряду с правилами пари и различными договоренностями (контактная информация, время принятия окончательного решения, ставки только наличными, одна ставка с человека в год), в сносках приводится определение гена – наилучшее, которое они смогли в то время найти.
Участвовали все. В последующие три года в пари включилось 460 генетиков (в 2001 году ставки выросли до 5 долларов, а в 2003 году – до 20). Теперь этот документ напоминает список ведущих генетиков конца XX века. Здесь фигурируют имена научных гениев, о которых мы узнали еще в годы учебы, и чьи методы воспроизводили. В этом списке есть лауреаты и кандидаты в лауреаты Нобелевской премии[88]. Это была единственная группа людей, способных ответить на этот простой вопрос, – ради науки и бутылки виски single malt.
Все они ошиблись. И намного. Ограничений не было, и многие ошиблись на тысячи, а некоторые – на десятки тысяч генов. Самое большое число назвал британец Пол Денни – целых 291 059 генов. Многие считали, что генов должно быть более 150 тысяч, некоторые называли число порядка 70 тысяч. Первую ставку сделал Бирни: 48 251 ген. По условиям пари итоги должны были подводиться в 2003 году путем подсчета по оговоренному здесь же методу.
Условия пари относительно числа генов в человеческом геноме.
Пари было предложено Эваном Бирни на конференции, посвященной реализации проекта «Геном человека» в 2000 году. Бирни попросил лучших генетиков мира поставить на кон один доллар и предсказать количество генов в геноме человека. Награда победителю – вся сумма денег и бутылка хорошего шотландского виски. Победитель, Ли Роуэн, назвала число 25 947. Это близко к истине: в геноме человека содержится более 20 тысяч генов.
Пари выиграла сорокадевятилетняя Ли Роуэн, работавшая в одном из крупнейших геномных центров под руководством Лероя Худа – тогда и сейчас одного из ведущих генетиков мира. Ли была в баре в тот вечер, когда за пивом обсуждалось определение гена. Она назвала число 25 947.
Реальное число составляет более 20 тысяч генов. Столько деталей содержится в четырех самых больших коробках лего[89]. Ведущие эксперты мира ошибались.
Сегодня даже старое определение гена не выдерживает серьезной критики. В условиях пари ген определялся как участок ДНК, кодирующий белок. Теперь нам известно множество участков ДНК, которые кодируют только молекулу РНК, выполняющую роль посредника и никогда не превращающуюся в белок, но при этом играют важнейшую роль в функционировании организма. Считать ли их генами? Наверное, да. Как всегда, биология оказалась сложнее и интереснее, чем мы предполагали.
Ли Роуэн получила конверт с деньгами, но от виски отказалась. Мне она сказала, что деньги не трогала: «Как я могу их потратить, если знаю, что число неправильное?» Ошибки – неотъемлемая часть научной работы, и я ни в коем случае не смеюсь над предсказаниями, сделанными на конференции. Незнание – стартовая позиция в поисках истины. Условия пари Эвана Бирни являются ярчайшей демонстрацией научного метода и ценности незнания. Они показывают, что в то время мы не понимали, как устроена генетика человека. Теперь, рассказывая о тех временах, Бирни вспоминает горькое высказывание доморощенного философа Дональда Рамсфелда. Вот что он сказал о наличии у Ирака оружия массового поражения в феврале 2002 года, находясь в должности министра обороны США:
«…как мы знаем, есть известные известные; есть вещи, о которых мы знаем, что мы их знаем. Мы также знаем, что существуют известные неизвестные, то есть мы знаем, что существуют какие-то вещи, которых мы не знаем. Но есть также неизвестные неизвестные – вещи, о которых мы не знаем, что мы их не знаем».
В этой кошмарной фразе заключена глубокая мудрость. Диапазон ошибки в пари ясно показывает, что до начала XXI века генетика человека полностью находилась в сфере неизвестных неизвестных. Мы не знали, сколько у нас генов, и в целом предполагали, что за каждую болезнь и каждый признак отвечает отдельный ген. Мы сложные существа, но наша биология, по своей сути, не отличается от биологии шимпанзе или кошки, хотя по интеллектуальному потенциалу мы намного превосходим всех остальных живых существ. Дельфины, обезьяны, вороны, осьминоги – все они разумные существа: умеют решать задачи, использовать орудия, общаются между собой сложным образом. Можно сколько угодно восхищаться их потрясающими способностями, но в любом из этих умений они отстают от нас на множество световых лет. Так что вполне резонно предположить, что наш геном отражает эти невероятные способности, по крайней мере, в количественном отношении.
Но, как выясняется, у нас не больше генов, кодирующих белки, чем у шимпанзе. И меньше, чем у круглых червей. Или у банана. Или у дафнии – крохотной водяной блохи размером с зернышко риса. Или у самого риса[90]. У нас примерно столько же генов, сколько у нашего самого верного помощника в генетических исследованиях – мыши, и чуть больше, чем у нашей второй излюбленной рабочей лошадки – дрозофилы. Посмотрите, что происходит: я печатаю эти слова с уникальной для живых организмов ловкостью и сочиняю историю, опираясь на память, глубокое понимание вопроса, творческий подход и способность предвидеть будущее, а вы используете те же способности, читая их, и даже можете представить, как я печатаю. На основании количества нейронов и связей между ними в нашем головном мозге можно предположить, что наш с вами мозг – самый сложный объект в известной нам Вселенной. Однако генетический код, создающий этот потрясающий кусок серого вещества, фактически такой же, как у животных, которые ничего этого не умеют.
Величайшее значение проекта «Геном человека» заключалось в том, что он показал, как многого мы не знаем. Когда вам известно, что существует нечто, что следует узнать, перед вами открывается путь в будущее. Теперь, когда карта в общих чертах составлена и примерно определен ландшафт, мы знаем, что и где искать.
Если первое удивительное открытие, сделанное в рамках проекта, заключалось в том, что в нашем геноме содержится сравнительно небольшое количество генов, второе состояло в том, что значительная часть генома вообще не содержит генов. Экзом (часть генома, кодирующая белки, которые осуществляют всю работу в клетках) составляет менее 2 % общего количества ДНК. Аналогия из литературы: представьте, что в романе Достоевского «Преступление и наказание» лишь 300 осмысленных предложений, а еще 211 591 слово – лишь непонятный мусор. Или книга, которую вы читаете сейчас, содержит всего 150 интересных фраз (ну, это уж вам судить).
Мы уже довольно давно знали, что в геноме есть некодирующие области, и большая часть генома выполняет структурную функцию. Всем известно, что ДНК представляет собой двойную спираль – знакомую всем правозакрученную лестницу, открытую в 1953 году Уотсоном и Криком. Однако в реальности ДНК почти никогда такой не бывает. Она постоянно пребывает в действии и в динамике. Она скручивается и раскручивается, редактируется и корректируется. В клеточном цикле, когда клетка растет и делится надвое, как это делают все клетки на протяжении четырех миллиардов лет, происходит удвоение всей клеточной ДНК, так что дочерние клетки получают точно такой же геном, как у родительских клеток (за исключением половых клеток, которые превращаются в четыре дочерние клетки, каждая из которых содержит половину генетического материала). Этот процесс обеспечивается за счет спланированной до мельчайших подробностей хореографической постановки, в ходе которой раскрученные нити ДНК упаковываются в хромосомы, имеющие всем известную характерную форму. В таком виде ДНК находится только краткий миг, но в этом представлении участвуют гигантские участки ДНК, выполняющие не кодирующую, а структурную функцию.
Кроме того, в ДНК содержатся все инструкции по поводу того, что, где и как делают гены. Во всех клетках есть абсолютно все гены, но в каждый момент времени и в каждом конкретном месте функционируют только некоторые из них. Ген, активирующий клеточное деление, не должен работать в тканях, рост которых уже закончен, иначе произойдет опухолевое перерождение ткани. Ген, участвующий в производстве сперматозоидов, не должен работать нигде, кроме как в семенниках. Каждый ген нужен в определенное время и в определенном месте, особенно это касается развития эмбриона.