Огарок во тьме. Моя жизнь в науке

Впервые мне это пришло в голову, когда я вел индивидуальные консультации: достаточно хорошо осведомленный зоолог в принципе должен быть способен распознать по анатомии, физиологии и ДНК вида – где и как этот вид жил, с кем враждовал, с какими погодными условиями боролся и так далее. Я преподавал основы таксономии, науку о классификации животных. Животные, которые не родственны, но ведут сходный образ жизни, часто обладают некоторыми поверхностными сходствами – здесь таится опасность не заметить сходства, которые объединяют их с истинными таксономическими родственниками. Внешне дельфины похожи на марлинов: и те, и другие стремительно плавают у поверхности моря, но намного больше общих черт у дельфинов с сухопутными млекопитающими, а у марлинов – с другими рыбами. Существуют численные методы оценки таких конкурирующих сходств, независимо от их “древности”.

Подобные методы “численной таксономии” были в моде в мои студенческие годы, когда я узнал о них от Артура Кейна; теперь они уже не столь популярны, но помогают наглядно объяснить, что я имею в виду. Измерьте все, что можете, у множества разных видов, скормите все измерения компьютеру, и велите ему вычислить расстояние между каждой парой видов. Конечно, речь идет не о расстоянии в пространстве. Речь о том, насколько они похожи друг на друга: о расстоянии в многомерном математическом “пространстве сходства”. Надеяться вы будете на то, что обнаружите: хоть дельфины и марлины благодаря похожему образу жизни находятся чуть ближе друг к другу, чем предполагалось, – но сходств (таких как обтекаемая форма) намного меньше, чем различий, проистекающих из того, что один вид – млекопитающие, а другой – рыбы, и со времен девонского периода у них было огромное количество времени, чтобы разойтись подальше. Численные подсчеты “отфильтровывают” поверхностные, немногочисленные сходства и оставляют нам фундаментальные сходства, указывающие на родственные отношения.

В рассуждениях вместе со студентами на консультациях мне пришло в голову, что эти численные методы можно перевернуть с ног на голову. Мы могли бы заниматься прямо противоположным: не отфильтровывать “поверхностные” функциональные характеристики (такие как обтекаемая форма дельфинов и марлинов), оставляя “истинные” таксономические свойства, а приложить все усилия, чтобы отфильтровать таксономические свойства, происходящие от родственных связей, и сосредоточиться на меньшинстве функциональных сходств. Как это провернуть? Представьте себе, что мы составляем набор пар животных. В каждой паре одно живет в воде, другое – на суше. Но, говоря таксономически, каждое животное ближе ко второму из пары, чем к любому другому на “своей” стороне: {выдра, барсук} {бобер, суслик} {водяной опоссум, опоссум} {водяная землеройка, землеройка} {водяная полевка, полевка} {водяная улитка, сухопутная улитка} {водяной паук, сухопутный паук} {морская игуана, сухопутная игуана}. Предположим, на всех этих животных (и множестве других похожих пар) мы проведем сотни измерений – анатомических, физиологических, биохимических, генетических, – а затем забросим их все в компьютер и сообщим компьютеру, кто в каждой паре водный, а кто сухопутный. Теперь зададим компьютеру такие вопросы (это не так просто, как кажется, но и для этого существуют технологии): “Что общего у всех водных животных по сравнению с их сухопутными парами?” Можно пойти еще более хитрым путем. Мы не будем относить животных к одной из двух категорий – водные или сухопутные, – но расположим их по градиенту “водности” и на этом градиенте будем искать количественные корреляции. Мы можем даже осмелиться задать такой вопрос: “Какие характеристики животного на какой коэффициент нужно умножить, чтобы преобразовать его из сухопутного в водное?”

Затем мы могли бы проделать то же самое для пар древесных и наземных видов: {белка, крыса} {древесная лягушка, лягушка} {древесный кенгуру, кенгуру}; затем то же самое – для видов подземных и надземных: {крот, землеройка} {медведка, сверчок} {слепыш, крыса} и так далее. В случае с водными и сухопутными животными можно ожидать, что одним из ответов будут перепончатые лапы, и это довольно очевидно. Но я бы надеялся, что компьютер обнаружит и менее очевидные ответы, скрытые в глубинах организмов животных. Например, что-то в химическом составе крови. И, возвращаясь к “Генетической книге мертвых”, мы могли бы проделать то же упражнение с генами. Есть ли гены, связывающие одних водных животных с другими, хоть они и не близкие родственники? Обычно мы ожидаем, что генетические сопоставления сообщат нам о том, какие животные близкородственны друг другу. Морские и сухопутные игуаны, будучи близкими родственниками, наверняка окажутся очень похожими по большинству своих генов. Но я бы надеялся и на обратное: найти горстку генов, которые объединяют морских игуан с другими морскими животными и отличают их от сухопутных игуан и других сухопутных животных: может быть, например, ген, связанный с выведением из организма соли.