Классическая генетика прежде всего занимается изучением корреляций, в частности корреляций между мутацией гена и ее заметным воздействием на организм. В контексте развития открытие какой-то корреляции означает, что ген можно описать как «ген, определенная мутация которого приводит к неправильному формированию такой-то структуры тела». Ни один нормальный докладчик не станет по сто раз повторять эту фразу во время пятиминутного выступления, и она быстро превращается в выражение «ген такой-то структуры тела». Когда гену наконец присваивается название, оно нередко сохраняет след былого обозначения: например, wingless («бескрылый»), thick vein («толстая жилка») или small eye («маленький глаз»). Пока все помнят, что стоит за тем или иным названием, никакой проблемы нет. Однако если смысл забылся, то, услышав такую фразу, можно подумать, что функция гена заключается в создании определенной части тела или даже что между этим геном и развитием данной части тела есть жесткое соответствие. Это очень распространенное заблуждение. Вся проблема в направленном характере причинности, которую прекрасно иллюстрирует известный детский стишок (возможно, основанный на событиях, стоивших жизни английскому королю Ричарду III):

В стишке устанавливается четкая причинная связь между отсутствием конкретного предмета и драматической развязкой. Однако никакому здравомыслящему человеку не придет в голову рассматривать гвоздь как причину победы в Войне роз. Функция гвоздя – закреплять подкову лошади, и учитель, который станет говорит о «гвозде правления Тюдоров», привьет ученикам весьма неортодоксальное понимание истории. Считать, что функция немутантной формы гена wingless плодовой мушки – это создание крыльев, означает впасть в ошибку того же рода. Функция этого гена вовсе не в этом, а в том, чтобы производить сигнальный белок (мушиный эквивалент знакомых нам человеческих белков WNT). У плодовой мушки этот сигнальный белок выполняет несколько функций, одна из которых важна для образования крыльев. При определенных мутациях этого гена крылья отсутствуют, но в остальном плодовая мушка развивается нормально. Отсутствие крыльев и позволило впервые обнаружить этот ген.

Может показаться, что различие несущественно, а недовольство по поводу того, что некоторые буквально воспринимают сочетание «ген такой-то структуры тела», – не более чем академическое занудство. Однако я считаю, что правильное понимание здесь очень важно. Проблема с выражением «ген такой-то структуры тела» в том, что оно наводит на мысль о жестком плане, а не о гибкой системе «вложенных» механизмов, организующих тело за счет интеграции собственных сигналов и сигналов окружающей среды. Так создается впечатление предопределенности, а оно не соответствует действительности. Цепкость этого заблуждения хорошо видна по яростной полемике о сравнительной роли генов и окружающей среды при развитии человека, иначе говоря, о роли «природы» и «воспитания». Уже в 1909 г. биологи Вильгельм Йоханнсен[372] и Ричард Вольтерек[373] независимо друг от друга опубликовали два четких подтверждения того, что развитие животных определяется не только генетикой, но и взаимодействием генетических механизмов с окружающей средой. В дальнейшем то же самое было показано во многих других исследованиях на огромном количестве видов, включая людей. Тем не менее буквальная интерпретация таких чисто технических обозначений, как «ген такой-то структуры тела», породила в умах некоторых психологов, социологов, педагогов и политиков, а также общественности ложную дихотомию «природы» и «воспитания». Когда политики и врачи закладывают неверно интерпретированные научные результаты в основу разработки образовательных программ, программ охраны психического здоровья и уголовного кодекса, становится понятно, что «академическим занудством» этот вопрос никак не назовешь.

Данные по аномалиям развития и их причинам (как генетических, так и связанных с окружающей средой) были и остаются исключительно важными для понимания нормального развития, только их нужно правильно использовать. Название тератологии – науки об аномальном развитии – происходит от древнегреческого слова, означающего «монстр» или «диво», хотя, когда речь идет об отклонениях в развитии человеческого тела, большинство людей предпочитают использовать нейтральную терминологию. Тератология вносит огромный вклад в биологию развития, который можно условно разделить на две основные части. Во-первых, тератология позволяет ассоциировать конкретный ген или биохимический путь с определенным событием при развитии. Например, инактивирующая мутация в обеих копиях гена, кодирующего сигнальную молекулу GDNF, приводит к рождению мыши или человека без нервной системы в кишечнике, а также без почек. Это наблюдение, естественно, наводит на мысль, что сигнальный путь, компонентом которого является GDNF, вовлечен в развитие двух этих органов. Это нетрудно проверить на генетически нормальных эмбрионах при прямом локальном воздействии на сигналы GDNF с помощью искусственных источников или ингибиторов сигнала. Такой подход дал настолько хорошие результаты, что были запущены масштабные программы по выявлению последствий мутаций в каждом гене некоторых простых организмов, таких как черви и плодовые мушки, чтобы примерно понять, в какие события при развитии вовлечены белки, кодируемые каждым геном. Очень часто информацию, полученную на этих животных, потом с исключительным успехом применяли для планирования экспериментов над мышиными и человеческими эмбрионами. Аналогичным образом, тесная корреляция между химическим токсином и определенным сбоем развития позволяет понять (если известно биологическое действие токсина), какие сигнальные пути и другие процессы необходимы для развития той или иной части тела. Вспомним историю с талидомидом, о которой шла речь в главе 11. Еще один пример, на этот раз из области сельского хозяйства: у овец, которые пасутся на полях, где встречается полевой вьюнок, часто рождаются ягнята с одним глазом по центру и одной ноздрей. Это растение содержит циклопамин (циклопы – одноглазые великаны из древнегреческой мифологии), который является мощным ингибитором сигнального пути многократно упоминавшегося белка SHH. Это наблюдение – хорошая подсказка исследователям, что сигнальный путь SHH принимает участие в формировании правильной структуры лица. Существенная часть информации о развитии человека, представленная в этой книге, была получена именно благодаря тератологическим, в том числе терато-генетическим, исследованиям.

Вторая заслуга тератологии (я снова имею в виду тератологию, сопряженную с генетикой) – это вклад в понимание эволюционного происхождения человека. Как поняли еще Уоллес и Дарвин, для эволюции нужны две вещи: изменчивость (для образования разнородной популяции) и естественный отбор (для того чтобы в следующем поколении были представлены только определенные варианты из встречающихся в популяции). Изменчивость у животных, которые конкурируют за то, чтобы оставить успешное потомство, подразумевает изменчивость конкретных событий в их развитии. Как правило, они незначительны: чуть более длинная или короткая нога, чуть более разветвленные легкие, чуть более складчатая кора головного мозга. Иногда последствия мутации оказываются более значительными, например, в случае мутации, которая «отменяет» избирательную гибель клеток между пальцами, так что скачкообразно формируются приспособленные для плавания перепончатые лапы. Эволюционные биологи до сих пор спорят о том, как происходит большинство эволюционных изменений – за счет частых небольших изменений или внезапных скачков, – но в любом случае изменения в развитии обеспечивают изменчивость взрослых организмов, которые оставят потомство. Изучение того, как изменения в генах животного могут привести к мелким или значительным изменениям его тела, а также того, как развитие меняется в результате взаимодействия генетической основы и факторов окружающей среды (от температуры до токсинов), показывает нам, как возникает эволюционно важная изменчивость.