Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

фактически случайным событием, а затем закрепляется и развивается средой, где находится яйцеклетка или зародыш. «Пол не наследуется»[957], – писал один генетик в 1900 году. Даже Томас Морган, пожалуй, самый именитый поборник признания вклада генов в развитие, полагал, что пол не может определяться генетически. В 1903-м он писал, что пол задают скорее множественные влияния среды, нежели исключительно гены: «Яйцеклетка, если говорить о поле[958], находится в состоянии своеобразного баланса, и условия, в которые она попадает, <…> могут определить, какой пол в результате образуется. Возможно, тщетны попытки обнаружить единственный фактор, который оказывает решающее воздействие на все типы яйцеклеток».

Зимой 1903-го, в тот самый год, когда Морган так беспечно пренебрег генетической теорией определения пола, аспирантка Нетти Стивенс провела исследование, которое полностью изменило эту область. Стивенс родилась в 1861 году в семье плотника из Вермонта. Она посещала курсы по подготовке школьных учителей, но к началу 1890-х ей репетиторством удалось скопить средства для поступления в Стэнфордский университет в Калифорнии. В 1900-м Стивенс приняла необычное для женщин тех времен решение пойти в аспирантуру по биологии. Но еще необычнее был ее выбор места полевых исследований: та самая зоологическая станция в далеком Неаполе, где Теодор Бовери собирал икру морских ежей. Девушка выучила итальянский, чтобы общаться на одном языке с местными рыбаками, которые приносили ей икру с побережья. Бовери научил ее окрашивать икринки, чтобы различать хромосомы – странные, синеющие от обработки нити внутри клеток.

Бовери удалось показать, что клетки с поврежденными хромосомами не могут нормально развиваться, а значит, наследственные инструкции для развития должны содержаться в хромосомах. Но не может ли быть там же и детерминанта пола? В 1903-м Стивенс выбрала простой организм – обычного мучного хрущака («мучного червя») – чтобы исследовать корреляции между хромосомным набором особей и их полом. Стивенс применила метод окрашивания Бовери, и ответ сразу же бросился ей в глаза: различия всего в одной хромосоме идеально соотносились с полом животного. У хрущаков всего по 20 хромосом, то есть по 10 пар (хромосомы парные у большинства животных – и человека в том числе). Клетки самок всегда несли 10 пар хромосом-близнецов. А вот в клетках самцов две хромосомы «не спаривались», то есть сильно различались размерами. Стивенс предположила, что единолично задавать пол может одна из них, маленькая шишковидная хромосома – половая, как аспирантка ее назвала[959].

Эта находка позволяла Стивенс прийти к простой теории определения пола. В мужских гонадах созревали примерно в равном количестве сперматозоиды двух видов – «мужские» и «женские»: первые несли коротенькую мужскую хромосому, вторые – женскую, нормального размера. Если яйцеклетку оплодотворял «мужской» сперматозоид, формировался эмбрион мужского пола. Если же ее оплодотворял сперматозоид «женский», получался эмбрион женского пола.

Выводы Стивенс подтвердил ее коллега, клеточный биолог Эдмунд Уилсон, который упростил терминологию и назвал мужскую хромосому Y, а женскую – X. В свете такой кодировки клетки мужчин предстали как XY, а женщин – как XX. Уилсон сформулировал обоснование этой системы. Яйцеклетка содержит единственную X-хромосому. Когда яйцеклетку оплодотворяет сперматозоид с Y-хромосомой, получается комбинация XY, определяющая мужское начало. Когда яйцеклетку встречает сперматозоид с X-хромосомой, образуется пара XX, определяющая женское начало. Пол зависит хоть и не от левого или правого яичка, но от похожей случайности – от генетического багажа первого сперматозоида, которому удастся добраться до яйцеклетки и оплодотворить ее.

Система XY, открытая Стивенс и Уилсоном, наводила на важную мысль: если Y-хромосома содержит всю информацию, определяющую мужское начало, то она должна нести все гены, которые делают эмбрион мальчиком. Поначалу генетики рассчитывали найти на Y-хромосоме десятки таких генов: пол ведь предполагает точнейшую координацию множества анатомических, физиологических и психологических качеств, и сложно было бы вообразить, что за такое функциональное разнообразие отвечает один-единственный ген. При этом добросовестное изучение генетики неизбежно приводит к мысли, что Y-хромосома – очень негостеприимное место для генов. В отличие от всех остальных хромосом, у Y нет пары, то есть нет сестринской хромосомы, а потому каждый ее ген должен рассчитывать только на себя. Мутации в любой другой хромосоме можно «залечить», скопировав неповрежденный ген с другой хромосомы. Гены Y-хромосомы нельзя исправить или скопировать, пользуясь дублирующей хромосомой как матрицей, – иными словами, у них нет ни резервной копии, ни ориентира (эта хромосома предлагает только особую внутреннюю систему починки генов). Когда Y-хромосому атакуют мутации, она страдает от недостатка механизмов восстановления информации. Потому-то она буквально испещрена отметинами и рубцами истории – это самое уязвимое в человеческом геноме место.

Из-за непрерывной генетической бомбардировки человеческая Y-хромосома начала сбрасывать за борт информацию еще миллионы лет назад. Гены, по-настоящему важные для выживания, предпочли переместиться в другие части генома, предоставляющие более надежные условия для хранения. Гены с ограниченной ценностью устаревали, выводились из употребления или заменялись, в итоге сохранились лишь самые необходимые (некоторые из них дублировались на самой же Y, но даже такая стратегия не решила проблему). По мере потери информации Y-хромосома укорачивалась, лишаясь куска за куском в безрадостной череде мутаций и генных утрат. То, что Y выглядит самой маленькой из всех хромосом, не совпадение: она в значительной степени стала жертвой планового износа (хотя в 2014-м ученые обнаружили несколько чрезвычайно важных генов, вероятно, навсегда там закрепленных).

С точки зрения генетики сложился интересный парадокс. Пол, один из сложнейших человеческих признаков, судя по всему, не кодируется множеством генов. Мужское начало, скорее, определяется единственным геном с рискованным местоположением[960]. Читатели-мужчины, обратите внимание: мы едва уцелели.

В начале 1980-х молодой лондонский генетик по имени Питер Гудфеллоу начал охоту за «геном пола» на Y-хромосоме. Ярый футбольный болельщик – костлявый, подтянутый, не слишком опрятный, с безошибочно узнаваемым протяжным восточноанглийским произношением и нарядами в стиле «панк подружился с новой романтикой»[961], – Гудфеллоу намеревался применить метод генетического картирования, освоенный Ботштейном и Дэвисом, чтобы сузить область поиска до небольшого участка. Но как можно картировать «нормальный» ген, если нет вариаций связанного с ним фенотипа или ассоциированных с ним заболеваний? Хромосомное местоположение генов муковисцидоза и болезни Хантингтона вычислили по их связи с особыми указателями, или маячками, в геноме. В обоих случаях больной ребенок нес какую-то сигнальную вариацию ДНК, в то время как у его здоровых братьев и сестер ее не было. Но где Гудфеллоу мог найти человеческую семью с вариациями по полу – с каким-нибудь третьим полом, – которые передавались бы генетически и доставались лишь некоторым из детей?

На самом деле такие люди существуют, просто вычислить их было куда