ХХ век. Хроника необъяснимого. Открытие за открытием - Николай Непомнящий

Прошло еще девятнадцать лет, и некий шведский студент, будущий медик, обнаружил фрагменты человеческой ДНК, возраст которой насчитывал не одну тысячу лет — так зародилась новая наука: генетическая археология.

Днем Сванте Пээбо работал над своим дипломом и изучал ответвления человеческой иммунной системы, а по ночам в той же самой лаборатории занимался тем, что интересовало его больше, нежели все Т-клетки и антитела: исследовал крохотный кусок кожи египетской мумии. Его научный руководитель ничего не знал об этом увлечении своего подопечного, а того волновали довольно неожиданные вопросы. Можно ли обнаружить ДНК в тканях мумии? Можно ли расшифровать генетический код, если он сохранился? Это стало бы новым словом в египтологии.

Для начала Пээбо принялся экспериментировать с печенью свиньи. Он высушил печень — ДНК все равно удалось обнаружить. Значит, гены сохраняются в высушенных тканях, поэтому надо попробовать поискать их и в древних мумиях.

В Упсале Пээбо разжился кусочком мумии. Но к своему огорчению, ничего не нашел, никаких фрагментов генов.

Молодой ученый не сдавался. Использовав все свои связи, он получил согласие от руководства Египетского музея (Восточный Берлин): ему разрешили отрезать образец ткани весом 1,6 грамма от очень хорошо сохранившейся мумии ребенка, жившего 2400 лет назад. На этот раз Пээбо повезло. В этом древнем кусочке кожи ему удалось выявить фрагменты наследственной информации.

Случилось это в 1985 году. Молодой исследователь мигом стал знаменитым. В 1990-м 35-летнего шведа пригласили возглавить кафедру общей биологии в Мюнхенском университете.

— Пригласить меня было достаточно смелым шагом, — говорит Пээбо. — Но думаю, что раскаиваться не пришлось.

К тому времени у Пээбо появились последователи. Особым вниманием их стали пользоваться зоологические музеи и хранилища янтаря. Исследуя многочисленные чучела и останки животных, генетики устремлялись в глубь веков и тысячелетий. Найдена ДНК квагги — степной зебры, истребленной в конце прошлого века; найдены гены моа — гигантского страуса, вымершего в середине прошлого века; в туше мамонта, застывшего в сибирской мерзлоте 50 000 лет назад, тоже удалось обнаружить ДНК…

В янтарном плену

Но подлинной «машиной времени» для генетиков стал янтарь, ископаемая древесная смола. В доисторические времена в этой клейкой смоле часто застывали насекомые, цветочная пыльца, споры грибов, остатки растений. Текучая смола герметично обволакивала своих пленников. Ни бактерии, ни микроорганизмы не проникали внутрь, и биологический материал в целости и сохранности поджидал современных исследователей. И вот в 1990 году Джордж О. Пойнар из Калифорнийского университета сделал сенсационное открытие. Изучая термитов, попавших в янтарь 40 миллионов лет назад, он нашел хорошо сохранившуюся генетическую информацию. Позднее Пойнару удалось выделить из янтаря ДНК долгоносика, жившего 120 миллионов лет назад!

В 1995 году поразительное сообщение пришло из Калифорнийского политехнического университета: его сотрудники, Рауль Каньо и Моника Боруцки, сумели размножить бактерии, взятые из кишечного тракта пчелы, застывшей внутри янтаря. Возраст их равнялся 30 миллионам лет. Янтарь был найден в Доминиканской Республике, где некогда жил особый, ныне вымерший вид пчел Proplebeia dominicana — лишенных жала. Для строительства своих жилищ они собирали смолу и при этом нередко навечно застывали внутри капли, упавшей на них сверху.

Впрочем, новость была встречена скептически. Каньо нашел бактерию, очень схожую с Bacillus sphaericus, что и по сей день обитает в организмах пчел. Найденная ДНК была почти схожа с ДНК современной бактерии. Критики сомневались: не случилась ли ошибка? Не выросли ли в чашах с бактериальной культурой современные нам микроорганизмы? Пойнар много раз сотрудничал с Каньо и убежден, что тот работает крайне аккуратно. По мнению Пойнара, в схожести древних бактерий с нынешними их видами нет ничего удивительного, поскольку за сотни миллионов лет микроорганизмы мало изменились. О многом говорит Пойнару и собственный опыт.

— Десять лет назад, когда я впервые попытался изолировать ДНК из посторонних включений, найденных в янтаре, многие мои коллеги посчитали, что я спятил.

Между тем на очереди новые открытия. Впервые в янтаре удалось обнаружить кости млекопитающего.

— Найденные ребра и фрагменты позвоночника принадлежат насекомоядному животному, весившему примерно 150 граммов, — сообщает Росс Макфи из Американского музея естественной истории. Отыскали этот кусок янтаря опять же в Доминиканской Республике; возраст его — около 30 миллионов лет.

От бактерий, воскрешенных в пробирке, кажется, недалеко и до секретных лабораторий, в которых таинственные ученые оживляют древних животных. Но на время воздержимся от смелых картин, подсказываемых воображением. К ним мы еще вернемся, а пока снова отправимся в лабораторию Пээбо и продолжим скрупулезно подсчитывать достижения новейшей науки.

Сюда, в Мюнхен, регулярно поступают экспонаты из разных уголков мира; здесь соседствуют пробы крови эскимосов и индейцев, фрагменты тканей мамонтов и сумчатых волков, останки первобытных людей и наших современников.

В мире наберется всего лишь с полдюжины лабораторий, овладевших искусством генетической археологии.

— Причина в том, что мы занимаемся ужасно утомительным делом, — замечает Пээбо.

Правда, уже десять лет, как генетические детективы располагают новой, чудесной техникой, — можно сказать, что в этой области произошел революционный переворот. Благодаря так называемой полимеразной цепной реакции можно быстро и очень точно копировать самые крохотные количества древнего наследственного материала, причем копировать миллиарды раз.

— Однако главное наше оружие оборачивается против нас, — тотчас спешит Пээбо охладить чрезмерные надежды.

Полимеразная цепная реакция — это копировальная машина, действующая с несравненной точностью. Чтобы запустить ее, бывает достаточно одной молекулы ДНК. И вот именно из-за высокой чувствительности исследователи часто терпят неудачу: вместе с уникальным наследственным материалом «молекулярный ксерокс» добросовестно копирует весь генетический мусор, случайно занесенный в пробу. А ведь любая археологическая находка загрязнена фрагментами современных генов: рабочие, раскапывающие захоронение, могли, например, чихнуть, музейные работники могли оставить отпечатки пальцев…

Поэтому коллеги Сванте Пээбо — подобно вирусологам, манипулирующим со смертельно опасными вирусами, — исследуют древние кости и кусочки кожи только в специальной лаборатории, облачившись в защитные костюмы. Перед началом работы с образца приходится счищать весь верхний слой, так как обычно он очень сильно загрязнен. Все химикаты надо облучать ультрафиолетовым светом, чтобы уничтожить присутствующие в них биомолекулы.

— Вы не поверите, как же трудно бывает получить пару миллилитров воды, очищенной от ДНК, — жалуется Пээбо.

Впрочем, даже если удастся избавиться от всех примесей, это не обещает успех: желанных генов в пробе может попросту не оказаться. Совсем недавно один из сотрудников мюнхенской лаборатории, Маттиас Крингс, исследовал более сотни человеческих костей, доставленных из Африки (возраст их достигал, самое большее, 14 тысяч лет). Увы, лишь в трех из них сохранились крохи генетической информации.

Дело в том, что ДНК — очень хрупкая биомолекула. Ее расщепляют ферменты, переваривают микроорганизмы, окисляет кислород.

— Каждый день, — говорит Крингс, — наследственная информация, хранящаяся в каждой нашей клетке, выдерживает до 10 тысяч «ударов» враждебного ей окружающего мира.

Химические связи легко разрушаются, но — так счастливо устроена живая природа — определенные фрагменты восстанавливают разорванные связи.

После смерти разрушительные процессы продолжаются, но те ферменты, что спасали ДНК, уже не приходят на помощь. ДНК распадается на множество частей. И когда ученые принимаются за дело, исследовать, собственно говоря, уже нечего. Лучше всего генетический материал сохраняется в янтаре. Или же при низких температурах — в мерзлоте или в леднике. Так, когда исследователи имеют дело с костями, доставленными из холодной Скандинавии, они уверены, что гены непременно удастся найти.

— Хуже дела в пустыне, — продолжает Крингс, возвращаясь к своему печальному опыту, — хотя там и сухо, но зато слишком жарко. В таком климате ДНК быстро разлагается. Другой сотрудник Пээбо, Хендрик Н. Пойнар (сын упомянутого уже Джорджа Пойнара), предложил в 1995 году метод, который облегчит работу и убережет исследователей от чрезмерного и бесплодного рвения: речь идет о рацемизации ископаемых останков.