Примерно в то же самое время, когда Джордж Кэмпбелл обратил внимание на то, что в теории естественного отбора отсутствует созидательное начало, то есть способность генерировать разновидности, Флеминг Дженкин, королевский профессор инженерного дела в университете Эдинбурга и изобретатель канатной дороги, обнаружил еще одну, не менее серьезную проблему в теории Дарвина. В критическом обзоре книги Дарвина «Происхождение видов» он указывает на такое свойство наследственности, как смешение наследуемых признаков. Дети высоких матерей и низкорослых отцов обычно бывают среднего роста. Такая тенденция к усреднению, отмечает Дженкин, устраняет фактор изменчивости, на которую опирается естественный отбор. Кроме того, он утверждает, что «преимущество» любой новой редкой разновидности «полностью нивелируется из-за отсутствия количественного превосходства». Он подкрепляет этот довод примером, который отличается известной долей расизма, столь распространенного во второй половине XIX века: при всем желании белый человек, находящийся в бесспорно привилегированном положении, не способен «отбелить» негроидную расу[389].
Суть проблемы, на которую обратили внимание Кэмпбелл и Дженкин, состояла в том, что в XIX веке никто не мог ответить на вопрос, который так любят задавать дети.
Чарлз Дарвин и Альфред Рассел Уоллес повторились в своих детях, которых у них было десять на двоих. Мне не удалось найти портретов наследников Уоллеса, однако есть немало фотографий детей Дарвина, глядя на которые легко проследить фамильное сходство с Чарлзом и его женой Эммой.
Среди многих спорных вопросов, на которые предстоит ответить, когда мы пытаемся понять, как устроен мир, наследственность занимает первое место. Подобное создается подобным: из желудя вырастает дуб, а из яйца вылупляется цыпленок. Ни желудь, ни яйцо не похожи на то, что получается из них, однако и в том и в другом заключена тайна зарождения жизни. Каким образом закодирована эта информация в яйце или семени? Как расшифровать этот код, чтобы из желудя вырос дуб, а из яйца вылупился цыпленок? Большинство ученых XIX века полагали, что здесь не обошлось без вмешательства Бога, и таким образом наследственность стала последним оплотом витализма. Дарвин сделал отчаянную попытку обратиться к отвергнутой им ранее теории наследования приобретенных признаков (ламаркизм), которую он назвал пангенезис. В книге «Изменения домашних животных и культурных растений», вышедшей в 1868 году, Дарвин выдвигает гипотезу о том, что признаки, приобретенные животными в процессе жизни, передаются из клеток тела в гаметы (половые клетки) с помощью субмикроскопических частиц, которые он назвал «геммулы». Гипотеза Дарвина, как и в свое время теория Ламарка, подверглась критике (достаточно вспомнить пример с рукой кузнеца), и ему не удалось убедить своих оппонентов. Даже Уоллес не поддержал его. В последние десятилетия XIX века теория естественного отбора была практически обречена на вымирание, как те исчезнувшие виды, которые она описывала.
Однако за два года до того, как Дженкин опубликовал свой критический отзыв на теорию естественного отбора, был найден ключ к решению проблемы смешанного наследования признаков. Открытие механизма наследственности принадлежит никому не известному монаху-августинцу.
Иоганн Мендель (1822–1884) родился в крестьянской семье в маленькой деревушке Хейнцендорф (ныне Гинчице) в Силезии (современная Чехия). В те времена мальчик, родившийся в семье фермера, становился фермером, и Иоганна не миновала бы та же участь, если бы не вмешался учитель местной школы, который заметил способности мальчика и стал уговаривать родителей вложить все сбережения в образование сына и отдать его в гимназию в соседнем городке Троппау (ныне Опава). Иоганн окончил шесть классов, хотя это далось ему нелегко – уже тогда он страдал от приступов недуга, преследовавшего его всю жизнь. Сейчас его болезнь называется клинической депрессией[390].
Позже он был принят в университет в Оломоуце в Моравии, где изучал философию и физику. За обучение платила его сестра Терезия из своего приданого, а сам Иоганн зарабатывал на жизнь, давая уроки студентам младших курсов. Вполне вероятно, что интерес к вопросам наследственности впервые появился у Иоганна в университете, где декан факультета естественных наук Иоганн Карл Нестлер проводил опыты по выведению растений и животных. Однако молодой Мендель не мог постоянно рассчитывать на деньги сестры, и в 1843 году он постригся в монахи августинского монастыря Святого Фомы в Брюнне (ныне Брно) и взял имя Грегор. Как он позднее писал: «Мой выбор призвания был продиктован обстоятельствами».
Итак, Грегор Мендель становится священником и даже получает приход, однако в письме местному епископу от 1849 года аббат Сирил Напп характеризует его как «усердного в изучении наук, но менее приспособленного к службе в качестве настоятеля прихода». Аббат направляет своего подопечного, явно демонстрирующего склонность к наукам, в Венский университет, где Мендель изучает физику под руководством знаменитого Кристиана Доплера, открывшего физический эффект, названный его именем[391]. Он также изучает ботанику у Франца Унгера, чьи исследования в области микробиологии во многом предвосхитили теорию эволюции Дарвина. В 1853 году Мендель возвращается в Брюнн.
Точно неизвестно, почему Мендель выбрал для своих экспериментов горох, однако его выбор соответствовал принципам экспериментальных исследований, которые были заложены Галилеем, Бойлем и другими учеными, отдававшими предпочтение максимально простым экспериментальным системам. Горох просто выращивать, у него короткий период созревания, и он отличается большим количеством сортов, в которых легко различить наследственные признаки: например, форма горошин, которые могут быть гладкими или сморщенными, их цвет, зеленый или желтый, высота растения, окраска цветов, от белого до фиолетового. По аналогии с тем, как Галилей шлифовал металлические шарики, добиваясь идеальной формы и гладкой поверхности, Мендель добивался совершенства своей экспериментальной модели, выращивая каждый сорт в нескольких поколениях, стремясь получить устойчивые признаки. Чтобы не допустить появления других разновидностей, он собственноручно проводил скрещивание растений и на память знал каждую исходную пару. Он писал: «Опыты с растениями, различающимися по семенам, наиболее просты и надежнее ведут к цели»[392],[393]. Менделю не нужно было цитировать Аристотеля или Оккама в подтверждение своего стремления к простоте эксперимента. Для большей части ученых в то время это уже вошло в привычку, и они не утруждали себя размышлениями по этому поводу.
В работе, написанной примерно в 1865 году, Мендель говорит о своем намерении пролить свет на процесс «искусственного скрещивания декоративных растений, производившегося с целью получения новых, различающихся по окраске форм»[394]. В университетах Оломоуца и Вены до него, безусловно, доходили слухи о полемике вокруг эволюционной теории, наделавшей много шума в естествознании XIX века. Совершенно очевидно, что он купил и прочитал книгу Дарвина «Происхождение видов» в немецком переводе, поэтому в своей работе он пишет, что его эксперименты по исследованию наследственности – «единственный правильный путь для решения вопроса, имеющего большое значение при выяснении истории развития органических форм».
Чтобы понять, как наследуются такие признаки, как морщинистая поверхность горошин или фиолетовая окраска цветов, Мендель скрещивал растения с разными признаками, например растения с белыми и фиолетовыми цветами. Он рассчитывал, что получит растения с цветами более бледного фиолетового оттенка. Однако в новом поколении растений не было и намека на белый цвет – все цветы были фиолетовые. Он позволил новым растениям самоопыляться, а потом собрал горошины и посадил их, чтобы получить второе поколение растений. Когда появились цветы, он с удивлением обнаружил, что белый цвет вернулся, но только в цветах из горошин каждого четвертого стручка. Вместо ожидаемого смешения признаков Мендель получил фиолетовый и белый цвета в соотношении 3:1.
За восемь лет Мендель провел около 15 000 скрещиваний, выбирая растения с различными парными признаками. Он скрупулезно записывал полученные результаты нескольких поколений растений. Примечательно, что, какими бы ни были пары признаков, они проявлялись в следующих поколениях в соотношениях целых чисел – например, соотношение гладких горошин к морщинистым могло быть 3:1, или 1:1, или 1:0 (только гладкие горошины). Он также обратил внимание на то, что один вариант из пары признаков (гладкий – сморщенный, белый – фиолетовый) будет проявляться как доминантный в первом поколении (гладкие горошины), а альтернативный признак (сморщенные горошины) будет рецессивным и проявится только во втором поколении.
Самый важный результат экспериментов Менделя с точки зрения теории эволюции состоял в том, что вопреки догмам, принятым в XIX веке, наследуемые признаки не смешивались. Напротив, и доминантные, и рецессивные признаки передавались через поколения в неизменном состоянии. Горошина в стручке, который Мендель открыл в 1863 году на заключительном этапе экспериментов, была такой же сморщенной, как и горошины в первом поколении, полученном скрещиванием в 1855 году, несмотря на то что между ними было несколько поколений гладких горошин. Наследуемые признаки могут передаваться избирательно, но они никогда не смешиваются. Мендель назвал факторы, ответственные за определенные наследуемые признаки, термином