Она смеется, как мать

Найт начал свою работу с яблонь. Но они росли так медленно, что трудно было понять, работает ли метод. Примерно в 1790 г. Найт выбрал другой вид, который позволил бы получать более быстрые результаты.

Впоследствии он писал: «Для достижения моей цели ничто не подошло бы лучше обыкновенного гороха»[84].

Найт был в восторге, обнаружив, что полученные гибриды гороха цветут и образуют семена, которые развиваются в быстро вырастающие в его саду взрослые растения. А еще его заинтересовало, как признаки родительских растений проявляются у потомков. К примеру, когда он опылял светлый горошек пыльцой горошка с темными семенами, то у гибридов были темные семена.

Найт заявлял: «Таким способом можно получить сколько угодно новых сортов»[85]. Он был убежден, что если научно подходить к селекции, то Англия никогда не будет голодать. По его словам: «Хватит одного бушеля пшеницы или гороха, чтобы через десять лет получить семена, которых окажется достаточно для обеспечения всего острова»[86].

В Англии не было никого, кто мог бы осуществить мечты Найта. Но в Брно растениеводы продолжали сотрудничать с овцеводами, пытаясь раскрыть тайны биологии. В 1816 г. Общество овцеводов организовало несколько публичных дискуссий о природе наследственности. Некоторые члены общества считали, что на свойства потомства влияет окружающая среда. Венгерский граф Имре Фештетич придерживался противоположной точки зрения. Основываясь на многолетнем опыте разведения овец, он утверждал, что именно родители передают свои признаки потомству. Граф в своей отаре наблюдал картину, очень похожую на ту, что Найт видел у гороха: бывало, что черты родителей исчезали у их ягнят, но обнаруживались в следующем поколении.

Фештетич утверждал, что уродства могут вновь проявиться в родословной даже через много поколений здоровых овец. Он предостерегал от использования таких животных в разведении. Фештетич считал, что инбридинг может улучшить породу овец, только если селекционер с самого начала аккуратно отберет особей. В манифесте 1819 г. граф призвал своих собратьев-селекционеров научно определить природу этих закономерностей, раскрыв то, что он назвал «наследственными законами природы»[87].

В последующие годы моравские селекционеры последовали призыву Фештетича. Они разработали эксперименты по разведению, руководствуясь недавними открытиями, сделанными в университетах Германии. Местный августинский монастырь, настоятелем которого был аббат Кирилл Франц Напп, стал одним из центров, где интенсивно велись эти исследования. Напп и его братия начали заниматься селекцией[88], чтобы погасить огромные долги монастыря[89], и в итоге достигли больших успехов в работе с овцами и растительными культурами. Тем не менее Напп жаловался, что разведение – «занятие длительное, хлопотное и во многом зависит от случайности»[90]. Эти проблемы сохранятся, пока селекционеры не поменяют свой подход[91]. На съезде Общества овцеводов в 1836 г. Напп заявил: «Мы должны заниматься не теоретизированием и не самим процессом размножения; вместо этого нам надо задаться вопросом: что именно наследуется и как»[92].

Научный образ мыслей Наппа привел к тому, что и его монахи стали разбираться в научных вопросах. Они учились прогнозировать погоду, собрали огромную коллекцию минералов и создали большую научную библиотеку. Часть территории монастыря Напп отвел под выращивание редких видов растений. В другом его саду экспериментировал монах по имени Матоуш Клацель – по крайней мере до тех пор, пока радикальные взгляды монаха на природу не вынудили того сбежать в США. Когда в августинский монастырь приходил очередной юноша, Напп призывал его погрузиться в последние научные достижения. Среди молодых людей, к которым Напп проявил особый интерес, был сын бедных крестьян по имени Грегор Мендель.

Первой работой Менделя в монастыре стало преподавание языков, математики и естественнонаучных дисциплин в местной школе. Он так хорошо проявил себя, что Напп отправил его в Венский университет для получения дальнейшего образования. Мендель прошел курс физики, в ходе которого научился проводить аккуратные эксперименты, а при прохождении курса ботаники он узнал о затянувшихся спорах, касающихся растительных гибридов и возможности возникновения нового вида путем скрещивания двух существующих. Вернувшись в 1853 г. в монастырь, Мендель продолжил преподавание, но университетский опыт вдохновил его на проведение научных исследований. Он управлял метеостанцией монастыря и изучал возможность передачи метеорологических сообщений с помощью семафорных флажков или телеграфа[93]. Еще он разводил медоносных пчел, исследовал солнечные пятна и придумывал шахматные задачи. Кроме того – участвовал в экспериментах Наппа по скрещиванию растений. Мендель перекрестно опылял плодовые деревья, выращивал призовые фуксии и разводил фасоль и горох разных сортов.

В 1854 г. Напп разрешил Менделю провести крупномасштабный эксперимент, который, как надеялся Мендель, позволит более осмысленно проводить гибридизацию. За случайностью, которая не давала покоя обществам селекционеров, мог стоять какой-то скрытый порядок. Мендель последовал примеру Найта и засеял свой сад горохом.

Для своих экспериментов Мендель взял 22 сорта гороха, у каждого из которых был свой набор отдельных признаков, передаваемых от родителей к детям. Он выращивал растения в теплице, где они не могли бесконтрольно опыляться прилетающими пчелами. Мендель терпеливо скрещивал сорта, перемещая пыльцу с одних растений на другие. Это был гигантский эксперимент с использованием более 10 000 растений, ибо на занятиях физикой Мендель усвоил, что статистическая обработка большой выборки с большей же вероятностью выявит важные закономерности.

В одном из своих первых опытов Мендель скрестил растения с желтыми и зелеными семенами. Вскрыв стручок, он увидел совпадение своего результата с тем, что получил Найт 60 годами ранее. Все горошины были желтыми. Затем Мендель скрестил эти гибриды между собой и получил второе поколение. В этот раз не у всех растений горошины были желтыми. У части выборки появился зеленый цвет, который не был виден в предыдущем поколении.

Когда Мендель сосчитал горошины, то обнаружил, что на каждую зеленую приходится примерно три желтых. Затем он взял растения с желтыми горошинами из второго поколения и скрестил их с изначальным сортом с желтыми горошинами. Некоторые потомки следующих поколений снова оказались с зелеными семенами. Похожие результаты Мендель получил и при использовании растений с гладкими и морщинистыми горошинами, а также с высоким и низким побегом.

В 1865 г. Мендель рассказал о своих экспериментах на съезде Общества естествоиспытателей Брно. Для объяснения найденного у гороха соотношения «три к одному» он выдвинул предположение, что у каждого растения есть пара «элементов»[94], которые могут отвечать за противоположные признаки. В процессе создания как пыльцевого зерна, так и семязачатка в них попадает только один из этих элементов. А когда происходит оплодотворение, новое растение получает в наследство свою пару элементов. Каждый элемент запускает развитие какого-то определенного признака растения. Один делает семена зелеными, а другой – желтыми. И Мендель утверждал, что одни элементы сильнее других. В результате гибридное растение, у которого есть один желтый элемент, а другой зеленый, будет иметь желтые семена, потому что желтый доминирует над зеленым.

Такая схема передачи элементов от родителей потомкам объясняла и соотношение «три к одному». Когда Мендель скрестил два желтых гибрида, каждое растение передало каждому из потомков один из своих двух элементов. Какой элемент достанется конкретному потомку, определяется случайно. Возможны четыре комбинации: желтый/желтый, желтый/зеленый, зеленый/желтый, зеленый/зеленый. Исходя из этой схемы Мендель подсчитал, что четвертая часть растений унаследует по желтому элементу от обоих родителей, половина получит один желтый, а другой зеленый элементы, и они тоже окажутся с желтыми горошинами. Оставшаяся же четверть унаследует два зеленых элемента.

Речь Менделя не вызвала горячего отклика у слушателей. Его эксперименты никого не вдохновили на то, чтобы решиться их повторить. Сейчас, задним умом, мы прекрасно осознаем всю важность его результатов, но в то время они не выделялись на фоне многих других проводившихся параллельно исследований гибридов. Старший коллега Менделя, швейцарский ботаник Карл Негели, рекомендовал тому проверить, будут ли проявляться такие же закономерности на другом растении, например на ястребинке.

Из-за особенностей биологии ястребинки это предложение оказалось неудачным. Когда Мендель скрестил ястребинки, соотношение «три к одному» не обнаружилось. Вместо этого у растений часто проявлялась одна из первых предковых форм, с которой начиналось скрещивание, и в дальнейшем признаки потомков не менялись. Однако Мендель не отказался от своей идеи об элементах. Он выдвинул новое предположение – что у ястребинки при развитии пыльцевого зерна и семязачатка не происходит разделение этих элементов.

Мендель написал Негели: «Очевидно, мы имеем дело с частным случаем, который представляет собой проявление более общего, фундаментального закона»[95].

Этот закон в итоге получит имя Менделя. Но долгое время после публикации им своего эксперимента его цитировали лишь немногие исследователи. Однажды, стоя с одним из друзей на участке с ястребинками, Мендель предсказал, что в конечном счете окажется прав: «Мое время еще придет».

В 1868 г. Напп умер и пост настоятеля занял его протеже. Однако вскоре новоназначенный аббат Мендель оказался столь глубоко погружен в налоговые споры с правительством, что ему пришлось забросить свой экспериментальный сад[96]. Когда 16 лет спустя, в 1884 г., скончался сам Мендель, его похороны собрали только толпу крестьян и бедняков. Ни один ученый не пришел оплакать его кончину.

Селекционеры в США пошли другим путем. В американских колониях не было своего Бакуэлля. И не возникло в первые годы после получения независимости никаких научных обществ селекционеров, которые обсуждали бы, как именно овцы наследуют жирность мяса. И местные растениеводы не создавали экспериментальных садов, где исследовали бы межвидовые границы. Вместо этого США стали ареной капиталистического соревнования фермеров, которые состязались друг с другом, используя сорта и породы, способные, как они надеялись, обеспечить им благосостояние.

Многие из этих пород попали в Новый Свет из Европы. В начале XIX в. тысячи мериносов были незаконно вывезены из Испании в Вермонт. Легенды о мериносах побудили фермеров Новой Англии отказаться от своих отар ради новой породы. К 1837 г. в одном только Вермонте пасся миллион мериносов[97].

Подобные бумы в Америке обычно быстро сходили на нет. Торговцы мериносами посчитали, что у текстильных предприятий жажда шерсти неутолима, и цена на одного ягненка взлетела до тысячи долларов[98]. Когда же мериносовый пузырь лопнул, американцы мгновенно переключились на экзотические породы кур: польские черные, белые доркинги, желтые шанхайские… Но и куриная лихорадка тоже закончилась[99].

Американские фермеры интересовались не только новыми породами животных, но и новыми сортами растений. Однако они, в отличие от Найта и Менделя, обычно не проводили направленного скрещивания. Вместо этого они просто случайно натыкались на диковинное растение. Некоторые фермеры держали свою находку при себе, надеясь привлечь больше покупателей, когда будут продавать свои товары на местном рынке. Другие рассылали информацию по семенным каталогам, рассчитывая разжиться на заказах. Квакер-земледелец Джесси Хайатт из Айовы как-то увидел маленькую яблоньку, растущую в его саду меж рядов плодовых деревьев[100]. Он срубил ее, но на следующий год деревце снова выросло. Он вновь срубил яблоньку, но она опять выросла. В конце концов Хайатт сказал деревцу: «Раз растешь – расти». Через 10 лет яблоня наконец принесла плоды: красивые красно-желтые хрустящие сладкие яблоки. Хайатт отправил несколько штук на конкурс, проводимый в Миссури компанией Stark Bro. Яблоки Хайатта выиграли, а компания Stark Bro назвала этот сорт Делишес. Он стал одним из популярнейших сортов и остается им до сих пор.

В 1849 г. в этот мир, пропитанный сельскохозяйственными работами и разведением, пришел Лютер Бёрбанк. Позже он рассказывал, что его первым воспоминанием о матери был эпизод, когда она посадила его на землю подле себя, пока собирала клубнику на их ферме в Массачусетсе[101]. В течение нескольких лет Лютеру приходилось много заниматься крестьянским трудом: «носить дрова, выпалывать сорняки, кормить кур, выпасать коров», как он писал впоследствии[102]. Тем не менее у мальчика еще оставалось время, чтобы мастерить водяные колеса и каноэ из древесной коры. Он пытливо рассматривал яблоневые деревья в семейном саду, узнавая, чем различаются сорта Болдуин и Грининг. Он наблюдал за набухшими почками, раскрывающими свои коричневые чешуи, за появлением белых и розовых лепестков. Когда Лютер стал подростком, он посадил свой собственный сад и написал старшему брату, живущему в Калифорнии, письмо с просьбой присылать ему семена экзотических западных сортов.

Семья Бёрбанк надеялась, что Лютер станет врачом, но в школе ему плохо давались латынь и греческий. Он больше интересовался книгами по естествознанию, которыми его снабжал двоюродный брат – натуралист-любитель. Кузены вместе гуляли по сельской местности, и брат рассказывал Лютеру обо всем, что их окружало, от камней до растений, которые возвышались над ними. У подростка появилось страстное желание «узнавать правила этой увлекательной игры под названием “Жизнь” не из вторых рук, а непосредственно от самой Природы», как он сам позднее писал[103].

Когда в 1868 г. Лютеру Бёрбанку исполнилось 19 лет, с мечтами о природе и медицине пришлось распрощаться. Его отец внезапно скончался, семья продала ферму и переехала в другое место. Лютер должен был содержать мать и сестру, работая на арендованных полях. Позднее он вспоминал: «Естество призывало меня обратиться к земле, и когда я получил свою долю скромного отцовского наследства, то уже не мог сопротивляться этому зову»[104].

Бёрбанк решил, что должен делать больше, чем просто сажать семена в землю. Ему надо было изменить сами семена. Продавая свою продукцию на рынке, он обратил внимание, насколько выше была выручка у фермеров, которые предлагали более качественные сорта. Их покупателям нравились фрукты покрупнее и овощи повкуснее. Фермеры, чьи растения созревали раньше, могли раньше и начинать продажу своих плодов. У Бёрбанка появилась грандиозная цель: узнав правила игры под названием «Жизнь», создать абсолютно новые сорта.

В 1860-х гг. в США представления о наследственности не были широко распространены. Учебники, по которым Бёрбанк учился в школе, даже не использовали это слово[105]. Вместо этого они содержали ворох народных представлений о том, почему люди напоминают своих предков. Пособие по физиологии сообщало, что, если у женщины «тонкая талия, врожденная или приобретенная, она может проявиться и у ее детей, а это показывает истинность Писания, где сказано, что беззаконие отцов наказывается в детях до третьего и четвертого рода»[106].

Однажды Бёрбанк заметил в городской библиотеке Ланкастера новый двухтомник, посвященный разведению растений и животных. Крайне нуждавшийся в помощи для своих экспериментов, он погрузился в чтение и за короткое время буквально проглотил книгу. Перевернув последнюю страницу, Бёрбанк почувствовал себя так, словно ему выдали ключи от всех тайн наследственности. Он был готов создавать новые, ранее невиданные сорта растений. Позже он говорил: «Я думаю, что немногие смогут понять то острое чувство радости, которые я испытывал при чтении этой замечательной работы»[107].

То был труд «Изменение животных и растений в домашнем состоянии», написанный британским натуралистом Чарльзом Дарвином. В нем автор представил наследственность как научный вопрос, требующий срочного ответа. Но ответ, который предложил он сам, оказался совершенно ошибочным.

«Изменение животных и растений…» стало продолжением хорошо известной книги «Происхождение видов». В более раннем труде Дарвин описал свою теорию эволюции. Как заметил автор, все виды или породы отличаются друг от друга. Некоторые такие отличия помогают особям выживать и размножаться. Следующее поколение наследует эти удачные вариации и в свою очередь передает их дальше. Дарвин называл этот процесс естественным отбором и считал, что через многие поколения он приводит к образованию новых видов. За значительно большее время естественный отбор таким же образом может создать принципиально новые формы жизни.

«Происхождение видов» стало одной из наиболее влиятельных когда-либо написанных книг, открыв миллионам людей глаза на то, что миллиарды лет жизнь эволюционировала, образуя новые виды, и этот процесс продолжается поныне. При этом Дарвин понимал, что умалчивает о самых важных аспектах эволюции. Хотя его логика была достаточно понятна, ученый не мог объяснить биологию эволюционного процесса. Да, особи различаются, но почему? Да, потомки напоминают своих родителей, но почему? Любой, кто попытался бы ответить на эти вопросы, должен был бы сначала объяснить, что такое наследственность.

Дарвин признавал свое поражение и писал, что «законы, управляющие наследственностью, по большей части неизвестны»[108].

Тридцатью годами ранее, когда выдающемуся исследователю было всего 28 лет, он начал вести серию тетрадей, куда записывал свои заметки и вопросы[109]. По их страницам можно проследить постепенное изменение его представлений о разнообразии жизни. С самого начала автор заметок осознавал всю важность и загадочность наследственности. Почему при скрещивании двух пород, вопрошал он, потомство иногда оказывается более похожим на одну, чем на другую? А отчего иной раз оно не похоже ни на кого из родителей?

В поисках ответов Дарвин прочитал о наследственности все, что смог найти. Неудовлетворенный аргументами натуралистов, он обратился за помощью к селекционерам. Он прочел знаменитые правила Бакуэлля для создания лучших пород овец и коров[110]. В 1839 г. Дарвин издал небольшую брошюру «Вопросы о разведении животных» и отправил ее ведущим селекционерам Англии[111]. Он спрашивал их, что происходит, когда скрещиваются различные виды или породы, – получаются ли гибриды, и если да, то могут ли они размножаться. Кроме того, он интересовался, насколько точно черты передаются из поколения в поколение, наследуют ли животные поведение своих родителей, может ли неиспользование какой-либо части тела привести к ее уменьшению.

Дарвину оказалось недостаточно информации, которую он получил от селекционеров. Поэтому он решил сам заняться разведением. Ученый стал экспертом по части скрещивания орхидей, заполнив ими всю свою оранжерею. Он покупал домашних кроликов, чтобы сравнивать их по размерам с дикими сородичами. Он построил у себя во дворе голубятню и заселил ее редкими породами голубей. Он посещал клубные встречи заводчиков этих птиц и даже присутствовал на ежегодной выставке птицеводства в Бирмингеме, известной как «птичьи олимпийские игры». Дарвина изумляло, каким образом селекционерам удавалось замечать крохотные различия между голубями и использовать их для выведения экстравагантных новых пород. Своему другу Чарльзу Лайелю в 1855 г. он заявил, что голуби – это «величайшее удовольствие, на мой взгляд, которое может быть доступно человеку»[112].

В поисках разгадки тайн наследственности Дарвин обращал свое внимание и на человека, но главным образом он изучал, как сходят с ума. Долгое время врачи не понимали причин безумия. Одни винили в этом алкоголь, другие – горе, третьи – грехи, четвертые – мастурбацию. Но некоторые считали, что безумие – это наследственная болезнь. В XVIII столетии во Франции разгорелись ожесточенные споры на тему, существуют ли вообще наследственные заболевания, и французские психиатры – алиенисты, как их тогда называли – начали собирать данные для подтверждения этого предположения[113]. Они заполняли анкеты на людей, попадающих в приюты, и анализировали переписи населения. Врачи пришли к выводу, что безумие явно передается в семьях. Французский алиенист Жан-Этьен Эскироль в 1838 г. писал, что «среди всех заболеваний умственные расстройства наиболее сильно наследуются»[114].

Французские психиатры изучали, как безумие может наследоваться, что у него общего с другими наследственными заболеваниями, такими как подагра или золотуха. Врачи размышляли над главной загадкой – тем процессом, благодаря которому и патологические, и нормальные признаки передаются через поколения. Тем временем произошло небольшое, но важное лингвистическое изменение. Сначала французские психиатры использовали только прилагательное héréditaire[115] для описания болезней, полученных от предков. А уже в начале XIX в. стали употреблять существительное hérédité. Наследственность приобрела свой собственный смысл.

Исследуя безумие, Дарвин от корки до корки прочел двухтомный «Трактат о естественной наследственности» французского алиениста Проспера Лукаса, опубликованный в 1850 г.[116] На полях книги он сделал множество пометок. По примеру Лукаса ученый стал последовательно использовать слово «наследственность», но в его английском эквиваленте – heredity.

Дарвин погрузился в изучение наследственности не только из чисто интеллектуального любопытства. Его жена Эмма приходилась ему двоюродной сестрой, и он волновался, не отразится ли это на их потомстве. Дарвин прочитал свидетельства психиатров, что дети от таких браков склонны к безумию. Ему самому не повезло со здоровьем, и это только усиливало тревогу. В возрасте чуть за 20 он был достаточно крепок, чтобы совершить кругосветное путешествие, но после возвращения у Дарвина открылось множество разных расстройств[117]. Его сильно тошнило, он страдал от фурункулов и экземы, его пальцы немели, а сердцебиение было учащенным. В 1857 г. он сам себя называл «жалкий презренный инвалид»[118]. Трое из десяти детей Дарвина умерли в детстве, а состояние здоровья остальных причиняло им страдания.

«Это большой изъян в моем счастье, что все они не очень крепкие, – писал Дарвин одному из друзей в 1858 г. – Видимо, некоторые из них унаследовали мое отвратительное строение организма»[119].

В «Происхождении видов» Дарвин почти не уделял внимания наследственности. Напротив, он приберег эту важную тему для отдельной книги[120]. Однако когда он на ней сосредоточился, то рассудил, что собранного по голубям и безумию материала будет недостаточно. Ему следовало выяснить физический процесс, который объяснил бы все странные особенности воспроизводства животных и растений[121].

Именно в те годы Мендель выращивал горох и ястребинку, но ни Дарвин, ни большинство его ученых современников не знали даже, кто он такой. В то время Дарвин был вдохновлен работой других биологов, сделавших важнейшее открытие, что все живое состоит из клеток.

Для великого ученого главный вопрос наследственности заключался в том, какие вещества из клеток родителей переходят в зародыш, делая его клетки похожими на родительские. Что бы ни влияло на силу мышц, оно было в мышечных клетках. Что бы ни делало мозг мудрым или портило его, должно было находиться в клетках мозга.

Дарвин думал, что, возможно, клетки по всему телу выделяют «мельчайшие крупинки или атомы»[122]. Он назвал эти гипотетические крупинки геммулами. После выхода из клетки геммулы распространяются по телу, постепенно накапливаясь в половых органах. Когда геммулы от обоих родителей объединяются в оплодотворенной яйцеклетке, они позволяют ей развиться в смесь клеток от обоих родителей.

Дарвин хотел дать этому воображаемому процессу яркое запоминающееся название. Может быть, что-то, объединяющее клетки и происхождение[123]. Он попросил своего сына Джорджа, обучавшегося в Кембриджском университете, посоветоваться с тамошними преподавателями древних языков о подходящем названии. Джордж вернулся с необычными предложениями, среди которых были, к примеру, атомогенезис и циттарогенезис. Дарвин выбрал пангенезис.

Дарвиновская гипотеза пангенезиса отличалась от представлений большинства натуралистов той эпохи. Они объясняли наследственность как слияние черт, сродни тому, как смешивают синий и желтый цвет для получения зеленого. Дарвин же, напротив, смотрел на наследственность как на совокупность отдельных частиц. Они никогда не сливались и никогда не теряли свою индивидуальность. Ученый хорошо понимал, что пангенезис – это «временная гипотеза или предположение»[124]. Тем не менее для Дарвина она обладала огромной объяснительной силой. Он говорил: «Меня осенило понимание многих сложных явлений»[125].

С помощью своей гипотезы Дарвин смог объяснить, почему на одного родителя дети похожи больше, чем на другого: некоторые геммулы были сильнее других. Формирующие новорожденного геммулы были смесью частиц, которые накапливались на протяжении поколений у родителей, дедушек и бабушек и т. д. Какая-то геммула могла затеняться другими, более сильными, на протяжении тысячелетий, а потом выйти вперед и проявиться в виде некой характерной черты далекого предка. И жизненный опыт мог изменять геммулы – подобно тому, как он меняет клетки. В результате признаки, приобретенные с течением жизни, могли передаваться следующим поколениям.