Дени намного лучше распорядился своими экземплярами печально известного атласа. Остатки нескольких книг висели на стене. Каждый том был аккуратно порезан на треугольники и трапеции, страницы в которых были скреплены винтами, чтобы их было невозможно открыть (Дени объяснил мне, что именно так французы обходятся с плохими книгами). Конструкции на проволоке были подвешены к кронштейнам. Такое решение оказалось, конечно, куда более изобретательным, чем мое. Это был чисто эволюционный подход к утилизации ненужных вещей – превратить носитель устаревших идей в предмет искусства.

Дени несколько десятилетий изучал Hox-гены, определяющие строение, или, как говорит сам Дени, – архитекторы тела. Он описал мне, как они работают. Дело обстоит так, что строение соответствующего сегмента определяет не один ген из кластера, а их совокупность. Гены действуют не по отдельности, а совместно, и для построения каждого следующего сегмента к действующим генам присоединяется еще один. Так Hox-гены работают у дрозофилы, и так же работают они в человеческом эмбрионе. Самым наглядным результатом такой согласованной работы Hox-генов у взрослого человека является позвоночник. Эти гены определяют различия в строении отделов позвоночника – шейного, грудного, поясничного и крестцового, а также различия между соседними позвонками в одном и том же отделе.

В углу кабинета, на полу, стоял стеклянный сосуд. Дени снял с него крышку и извлек заспиртованную самку питона. Это была очень красивая особь – длинная, изящная и тонкая – размером около 70 см. У самки питона оказалось больше позвонков, чем у человека, но я была весьма удивлена тем, что у нее столько же генов Hox, сколько и у меня, а именно 39.

– Поразительно, что у нее столько же генов, сколько и у меня, – сказала я. – Но почему у змеи больше позвонков? Как так получается?

– Сигнал сформировать конец тела, – начал объяснять Дени, – а этот конец у змеи расположен у клоаки (терминального отдела кишки), поступает не сразу, а с некоторым запаздыванием, и при развитии тела змея строит один сегмент за другим – их образуется около 250 – до того момента, когда гены Hox наконец говорят «хватит». После этого остается только сформировать хвост.

Есть и еще одна существенная разница в базовом строении тела между человеком и змеей. Подобно другим четвероногим (амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим), у меня имеются конечности.

– Те же гены, что контролируют сегментацию тела, кодируют и сегментацию конечностей, – сказал Дени. – И для завершения роста пальцев служит тот же сигнал, что завершает удлинение тела.

Мы поговорили о сложности подобной программы развития; о том, что один ген может направлять развитие разных отделов эмбриона, и это исключает свободную модификацию развития. Морфологические ограничения связывали воедино разные сегменты и придавали смысл всей структуре организма в целом. Однако помимо морфологических ограничений, имеют место и ограничения на генетическом уровне, так как один ген выполняет далеко не одну какую-либо функцию в каком-то одном месте в определенное время.

Это стало одним из самых поразительных открытий в ходе расшифровки человеческого генома. Все были удивлены тем, что на самом деле у нас не так уж много генов. «У нас их не больше, чем у дрозофилы, – рассказывал Дени. – Педиатры были, например, потрясены тем, что развитие разных частей организма может контролироваться одними и теми же генами. Так что, если нарушение касается, скажем, пальцев рук или ног, то надо исследовать и гениталии, потому что нарушение может проявиться и там».

Мне тогда подумалось, что, хотя, возможно, клиницисты и испытали потрясение, все же они должны были подозревать, что отдельные гены влияют на развитие большого числа частей организма. В конце концов, уже много веков известно, что наследственные синдромы включают в себя нарушения во многих областях тела. Теперь благодаря генетике появилась возможность прослеживать действия специфических генов, которые могут вызывать набор нарушений в разных, подчас удаленных друг от друга частях тела.

Мы также внимательно рассмотрели крошечные мышиные эмбрионы во флаконах. Мягкие ткани были сделаны прозрачными, а скелет окрашен в красный и синий цвета, чтобы было легче отслеживать действие индивидуальных генов, направляющих развитие эмбрионов.

– Экспериментальная работа очень кропотливая, – признался Дени. – Требуется два года на то, чтобы в организме произошли желательные для нас генетические изменения, и только после этого в эмбрионе мыши становятся заметными эффекты генных изменений. Не многие исследователи готовы ждать результатов так долго.

Однако кропотливый труд окупился: дефекты полученных в ходе генетических экспериментов эмбрионов показали роль нормальных генов в эмбриональном развитии. Консервативность всей системы Hox-генов позволяет предполагать, что развитие людей немногим отличается от развития мышей. Такие биологи, как Дени, подошли очень близко к пониманию программы, создающей структуру организма позвоночных, но одновременно приблизились и к пониманию того, как эти программы могут давать сбой.

Томас Хант Морган начал свою научную карьеру с изучения развития и регенерации, пытаясь разобраться в том, как именно происходит членение тела на структуры у эмбрионов и в регенерирующих конечностях, но затем переключил свое внимание на наследственность. Он сам был очень доволен тем, что выбранный им модельный организм – мушка-дрозофила – оказал такое могучее влияние на генетику. Мало того, скромная плодовая мушка помогла приблизиться к решению загадки, мучившей самого Моргана, – к раскрытию связей между генетикой и эмбриологией.

Здесь мы снова вернемся к крошечному человеческому эмбриону. Прошло всего четыре недели после зачатия, и эмбрион имеет размер около половины сантиметра. Теперь у эмбриона – все признаки хордового животного: хорда, полая нервная трубка и хвост. Кроме того, так же как и все эмбрионы позвоночных животных, эмбрион человека располагает жаберными дугами. По сторонам крошечной головы уже видны толстые, округлые плакоды, будущие хрусталики, которые скоро погрузятся внутрь глаз. Вдоль спины эмбриона тянется двойной ряд небольших возвышений, напоминающий расположенные рядом нитки бус.

Эти бугорки появились в ответ на внутренние сигналы, поступившие из расположенных в тех же бугорках клеток. Однако после этого в контакт с бугорками вступают и другие ткани. Естественно, они тоже говорят языком химических сигналов (морфогенов). Когда эти морфогены проникают в бугорок из окружающей ткани, клетки бугорка начинают дифференцироваться. У непосредственных предшественников позвоночных, таких как хайкоуэлла и ланцетник, хорда выступает как осевой стержень, на котором держится все тело животного. У позвоночных животных, таких как вы и я, роль опоры берет на себя последовательность костей, сочлененных между собой подвижными суставами и образующих гибкий позвоночник. В какой-то степени хорда сама способствует собственному отмиранию в процессе эмбрионального развития, так как посылает в бугорки (которые мы будем называть сомитами) сигналы, заставляющие их превращаться в части скелета – в данном случае в позвонки. Другие сигналы, поступающие из нервной трубки, приказывают клеткам верхних и наружных участков сомитов превращаться в предшественников дермы (глубинного слоя кожи) и мышц.

Все, что возникает из каждого бугорка, или сомита, иннервируется одним спинномозговым нервом. Где бы ни заканчивались эти ткани, они всегда помнят о том сегменте, из которого они произошли. Мышцы могут переместиться на значительное расстояние от исходного сомита и даже оторваться от него, но они сохраняют прежнюю иннервацию исходным сегментарным нервом. Например, мышечные клетки, происходящие из пятого и шестого шейных сомитов, могут мигрировать в зачаток формирующейся верхней конечности и дать начало таким мышцам, как двуглавая мышца плеча (называемая в просторечии бицепсом). Так вот, иннервация бицепса осуществляется нервом, который берет начало все там же, на шее, в промежутке между пятым и шестым шейными позвонками.