Супермухи. Удивительные истории из жизни самых успешных в мире насекомых - Джонатан Бэлкомб

фетишей, которыми славятся люди, нас тоже нельзя назвать хранителями сексуальной традиции. Тот же самый человек, который морщится при мысли о зловонном любовном гнездышке для мух, может возбудиться при виде гигантской чаши горячего шоколада.

Часть III

Мухи и люди

9

Герои генетики

Я – тоже муха:

мой краток век,

а чем ты, муха,

не человек?

Уильям Блейк, 1794 г.

В оставшихся главах мы поговорим о том, что связывает муху и человека. В каких случаях мухи становятся нашими злейшими врагами и что с этим делать? Как мухи помогают раскрыть преступления и почему хирурги обращаются за помощью к личинкам мух? Как муха может помочь нам понять процесс эволюции и то, как все устроено? Давайте начнем с последнего вопроса.

Если попросить ученых назвать один организм, внесший наибольший вклад в развитие генетики, большинство выберет муху. Фруктовая мушка Drosophila melanogaster – самый популярный и всеми любимый объект генетических исследований. С греческого само название «муха» буквально переводится как «любители росы с черным брюшком».

Плодовые мушки – миниатюрные насекомые: если вы их видели у себя на кухне или где-то еще, то помните, что на подушечке большого пальца может удобно разместиться дюжина таких мух. Плодовая мушка добралась до Нью-Йорка, Филадельфии, Бостона и других крупных городов Северной Америки к 1870-м годам, переплыв в Карибское море на кораблях работорговцев из Африки и Южной Европы[384], чему способствовала бурно развивающаяся после Гражданской войны торговля ромом, сахаром, бананами и другими тропическими фруктами. Имея вдоволь еды и массу подходящих для обитания мест, созданных человеком, маленькая муха очень скоро утвердилась в своих новых владениях.

История плодовой мушки в качестве лидера генетических исследований среди животных началась примерно в 1900 году, когда аспирант Гарварда Чарльз Вудворт начал разводить их для эмбриологических исследований. Несколько лет спустя профессор зоологии по имени Томас Хант Морган заметил спонтанное изменение цвета глаз у плодовых мушек, которых разводил в Колумбийском университете, и научная карьера плодовой мушки пошла в гору. В период с 1910 по 1937 год число лабораторий, где изучали плодовых мух, в Соединенных Штатах и Европе выросло с 5 до 46[385].

Сегодня на плодовую мушку уходит больше типографских чернил, чем на любое другое насекомое, за исключением разве что медоносной пчелы. Помимо нескольких сотен тысяч статей в научных журналах, существуют сотни книг и руководств по генетике дрозофил. Есть журнал, посвященный изучению мух. Называется он, соответственно, Fly («Муха») и сосредоточен исключительно на исследованиях дрозофил. Если вы хотите узнать, как температура влияет на кишечный биом плодовой мухи или как ускорить производство геномной ДНК мухи в лаборатории с помощью шейкера для смешивания краски, то именно здесь можно об этом прочитать.

Это показатель научной тенденции к конкретизации, где D. melanogaster, несмотря на всю свою популярность в лаборатории, – лишь один из почти 4000 описанных видов рода Drosophila. Большинство видов этой группы спокойно питаются разлагающимися растениями и грибами. Другие занимают брутальные ниши паразитизма или хищничества. Разносторонний образ жизни данных мух включает охоту на личинок мошки и гнуса, поедание яиц стрекоз, слизи, остатков жизнедеятельности крабов, поедание эмбрионов лягушек внутри икринок. В таком окружении плодоядные привычки D. melanogaster смотрятся довольно скромно.

Одно из преимуществ использования этого вида для исследований в том, что ученые обращаются к открытиям своих коллег. «Все в современной генетике[386], от генной терапии до проекта по клонированию генома человека, построено на фундаменте исследований плодовых мух начала XX века», – пишет Мартин Брукс в книге «Муха: невоспетый герой науки XX века» (Fly: The Unsung Hero of 20th-Century Science), вышедшей в 2001 году. «Радиация вредна для мух, и благодаря мухам мы знаем, что рентгеновские лучи опасны, – сказала мне генетик, изучающая плодовых мушек, Келли Дайер. – Многие открытия касательно наследования генов были сделаны на основе исследований мух, но мало кто понимает, что многое из того, что мы знаем о раке, тоже получено благодаря мухам»[387]. Помимо других потрясающих открытий, сделанных с помощью плодовых мух[388] и прославивших русско-американского генетика XX века Феодосия Добжанского, можно назвать следующие: дикие популяции содержат резервуар генетических вариаций; гены представляют собой основу эволюционных изменений; дикие популяции (животных с коротким периодом генерации, таких как мухи) могут эволюционировать всего за несколько месяцев.

В начале 1980-х годов появились новые мощные инструменты для манипуляций с генами[389], которые позволяли, например, выделять и клонировать отдельные гены и расшифровывать последовательность символов ДНК. Затем, в 2014 году, ученые усовершенствовали CRISPR-Cas9[390], революционную технологию редактирования генов. CRISPR включает клеточный механизм восстановления ДНК, позволяющий генетикам менять местами любую последовательность генов по своему усмотрению, вплоть до уровня одной пары оснований (нуклеотидов). Система CRISPR вызвала огромный ажиотаж в научном сообществе, потому что с ней методы редактирования генома стали быстрее, дешевле, точнее и эффективнее. Возможности CRISPR таковы[391], что разработка метода вполне достойна Нобелевской премии[392].

Многие гены, как и окаменелости, удивительно хорошо сохраняются с течением времени, поэтому методы CRISPR открывают широкие возможности применения в разных областях. Возьмем, к примеру, ген CREB, который имеет решающее значение для долговременной памяти у плодовых мушек; он также обнаружен у морских слизней, червей-нематод, крыс, мышей и людей. Если нарушить ген CREB у мышей, то у них останется только кратковременная память, и воспоминания перестанут сохраняться. Еще интереснее, что если соединить дополнительный ген CREB в геном плодовой мушки[393], то память мухи значительно улучшится, и она научится, например, ассоциировать конкретный запах с электрическим током после всего одной попытки, вместо обычных десяти.

На данный момент исследования плодовых мух удостоились семи Нобелевских премий[394]. Сейчас на плодовых мушках среди прочего проводят исследования старения, токсичности, иммунитета, эпилепсии, нейродегенеративных расстройств, таких как болезнь Паркинсона и хорея Гентингтона, микробных заболеваний, таких как эбола и холера, а также эволюции разума. Существует около ста тысяч линий («пород») D. melanogaster[395], несущих практически любую мутацию, которую только можно себе представить. Разнообразие мутаций, вызванных генетиками у этих насекомых[396], отражено в креативных, часто непочтительных кличках: мутант Мафусаил устойчив к стрессам и способен прожить дольше остальных, при этом мутанты Мертвая лепешка, Бисквит, Швейцарский сыр и Яичница переносят наследственные заболевания, напоминающие дегенерацию человеческого мозга. У мутантов Кена и Барби[397] нет наружных половых органов, Дешевка особенно восприимчив к алкоголю, а у Железного Дровосека нет сердца, и проживет он недолго.

Визит в лабораторию

Мне очень хотелось увидеть современную