Тем не менее изыскания мои казались многообещающими. Похоже, мне предстояло узнать побольше о генетике человеческих рас. Как раз в это время с Аланом связался Рик Уорд, новозеландец, теоретик популяционной генетики, работавший в Солт-Лейк-Сити. Он хотел освоить методы ПЦР, и я вызвался поработать в его лаборатории. Для этого я месяц катался туда-сюда, в Юту и обратно. Рик, великолепный специалист в своей области, слыл благодушным эксцентриком. Он всегда, даже в мороз, носил шорты и гольфы, брался за все и ничего не заканчивал – ни научных, ни бумажных дел. Из-за этого ему не приходилось рассчитывать на звание университетского любимчика, но зато он обожал обсуждать науку и мог с бесконечным терпением объяснять сложные алгоритмы таким неучам, как я: у меня, к сожалению, не было систематического математического образования. Мы с Риком занялись изучением вариабельности мтДНК у небольшого коренного канадского племени нуу-ча-нульт, живущего на острове Ванкувер. К тому времени Рик работал с их ДНК уже много лет. К своему удивлению, мы обнаружили, что у населения в несколько тысяч человек в генах нашлась почти половина вариантов мтДНК всех остальных коренных жителей Северной Америки. Для меня это означало, что общепринятая гипотеза о генетической гомогенности (однородности) подобных коренных племен оказалась попросту мифом и что люди всегда жили в группах со значительным генетическим разнообразием.
А в Беркли работа спорилась, как никогда. За что бы мы ни брались, все получалось. В лаборатории появился молодой канадский специалист Ричард Томас. Он хотел освоить ПЦР, и я предложил ему взять у меня эстафету в исследовании сумчатого волка, Thylacinus cynocephalus, того самого, что так подвел меня в цюрихской лаборатории. Тилацин проживал в Австралии, Тасмании, Новой Гвинее и очень напоминал обычного волка, только был сумчатым, как кенгуру и другие австралийские животные. Таким образом, у нас в руках появлялась прямо-таки иллюстрация из учебника по конвергентной эволюции. Конвергентная эволюция – это процесс, при котором неродственные животные формируют схожие морфологические и поведенческие черты, если оказываются перед сходной адаптивной задачей. С помощью секвенирования небольших фрагментов мтДНК сумчатого волка мы показали, что он приходился близким родственником другим сумчатым хищникам из этого региона, например тасманийскому дьяволу. При этом он мало связан с южноамериканскими сумчатыми, хотя некоторые из вымерших форм были внешне очень похожи на тилацинов. Таким образом, эволюция выводила волкоподобных животных даже не два, а целых три раза: один раз среди плацентарных млекопитающих и дважды среди сумчатых. Эволюция в некотором смысле повторялась – это явление известно и наверняка будет подтверждено еще не раз на самых разных организмах. Свои результаты мы оформили в статью для Nature, и Алан любезно предложил поставить мое имя последним, что в научных кругах обозначало ведущего исследователя[13]. Такое произошло со мной впервые, и я понял, что мое видение себя в научном процессе меняется. До сих пор я трудился день и – часто – ночь у пробирок и реторт, сам ставил эксперименты и добивался результатов. Даже если идеи были моими собственными, за мной всегда стоял научный руководитель, консультируя и направляя процесс. Теперь же мне самому помогали ставить эксперименты. А значит, я должен постепенно учиться вдохновлять и направлять других. И если поначалу сама мысль об этом пугала меня, то в реальной жизни все получилось само собой.
Будучи участником множества проектов по использованию ПЦР для изучения древних ДНК, я сосредоточился на технических тонкостях их выделения. Я обобщил и подытожил опыт, накопленный за годы работы в Упсале, Цюрихе, Лондоне, и опубликовал рукопись в PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences)[14]. По сути, в статье было написано, что фрагменты ДНК из древних образцов получаются обычно короткими, содержат множество химических повреждений, часто соединяются друг с другом. Степень разложения ДНК так или иначе ограничивает возможности ПЦР. Самое главное, оказалось невозможно получить сколько-нибудь длинные фрагменты древних ДНК. Больше 100–200 нуклеотидов не удавалось собрать в цепочку. Еще я обнаружил, что если у меня было очень мало относительно длинных молекул или же все молекулы были короткими, так что ДНК-полимераза не могла без перерывов переходить от одного праймера к другому, то “сшивались” вместе короткие случайные отрезки ДНК. В результате выходили Франкенштейновы комбинации, никогда не существовавшие в изначальном геноме древнего организма. Формирование такой химерной молекулы – я назвал ее “прыжок ПЦР” – представляет значительное техническое осложнение и может запутать результат секвенирования. Я описал “прыжок” в двух статьях, но совершенно не учел возможного размаха его последствий. Как это часто случается, сам процесс “сшивания” использовал несколько лет спустя Карл Штеттер для вполне практического применения: он соединил фрагменты разных генов и получил новые “мозаичные” гены со способностью создавать белки с заданными свойствами. Именно это приложение моих работ – о котором я даже не подумал, будучи полностью погруженным в прошлое – стало основой для целой области биотехнологии.
В лаборатории все было прекрасно, работа шла своим чередом, и для меня стали постепенно вырисовываться и границы возможностей новых методов, и ограничения, налагаемые сохранностью ископаемой ДНК. Во-первых, не в каждых древних остатках есть ДНК, пригодные для выделения и исследования даже с помощью ПЦР. И больше того, совсем немногие образцы содержат подходящие для амплификации и секвенирования ДНК, если только образец не приготовили сразу после смерти животного. Во-вторых, в сохранных ДНК из-за разложения удается выделить только цепочки длиной в 100 или 200 нуклеотидов. В-третьих, амплифицировать ядерную ДНК оказалось практически невозможно. Так что мои грезы упсальских времен, как я отыскиваю длинную цепочку ядерной ДНК, оставались несбывшейся мечтой.
И в лаборатории, и вне ее стен я жил полной жизнью. Меня всегда привлекали и мужчины, и женщины, в Швеции я активно участвовал в движении за права гомосексуалистов. В Калифорнии в то время происходила вспышка эпидемии СПИДа, которая унесла жизни множества молодых мужчин. Я чувствовал, что должен что-то сделать, как-то помочь, и вступил добровольцем в местный СПИД-проект. Мне открылись две замечательные стороны американского общества: способность к самоорганизации и волонтерство – и то и другое не часто встретишь в Европе. И тем не менее, несмотря на все радушие американцев и научные возможности, я хотел когда-нибудь вернуться в Европу. И так вышло, что дальнейшее направление моего пути определила девушка. Барбара Вильд, немецкая аспирантка-генетик, красавица, умная и энергичная, приехала в Беркли на стажировку по рекомендации Вальтера Шаффнера. Он же и познакомил нас. У нас случился короткий, очень страстный роман, который продолжался и после ее возвращения в ее родной Мюнхен. Я использовал каждую возможность приехать в Европу; однажды мы встретились в Венеции и провели вместе необычайно забавные романтические выходные. Моя эмоциональная жизнь с юношества была завязана в основном на гетеросексуальных мужчин, которые время от времени оказывались ближе, чем просто друзья. С ними я никогда не мог себе позволить открыто выказывать чувства, и поэтому гулять с Барбарой по Венеции, не скрываясь, было просто восхитительно.
Чтобы придавать своим частым отлучкам в Мюнхен налет “научности”, я несколько раз приезжал на факультет генетики в Университет Людвига-Максимилиана, где училась Барбара. Однажды я даже провел там семинар по моим экспериментам с древней ДНК. После семинара Герберт Йекле, молекулярный биолог, предложил мне занять должность ассистента профессора, освобождавшуюся через два месяца. Я согласился, ведь это давало бы мне возможность постоянно находиться около Барбары. Но в следующий приезд в Мюнхен я осознал, что у нее завязались отношения с ученым, работавшим, как и она, над изучением дрозофилы. И действительно, вскоре он стал ее мужем. Я же, прилетев обратно в Беркли, изо всех сил постарался забыть и Барбару, и Мюнхен.
Полгода спустя я серьезно занялся поисками работы в Европе. Я съездил в Кембридж, где мне предложили место доцента; я побывал в Упсале и обсудил возможную ставку исследователя-лаборанта. И вот однажды Германия вновь появилась в моей жизни, теперь в форме предложения от Чарльза Дэвида, американца по рождению, декана факультета биологии в Мюнхене. Не буду ли я так любезен обдумать предложение должности теперь уже профессора, а не ассистента?
Да, это означало огромный карьерный рост. Обычно ученому приходится немало лет проработать ассистентом, прежде чем ему предлагают стать профессором. Такой статус приносит не только общественное уважение, но и деньги на исследования, лабораторию, персонал. Тем не менее я сомневался. О Германии я ничего не знал, кроме того, что здесь зародилась одна из самых уродливых идеологических систем в мире. Я понятия не имел, смогу ли вписаться в общество и не создаст ли дополнительных проблем моя бисексуальная ориентация. В конце концов Чарли и Герберт убедили меня, что в Мюнхене все прекрасно во всех отношениях, и я решил попробовать. Созрел план: воспользуюсь возможностями, которые дает профессорская должность, поработаю на совесть, тогда через несколько лет и в Швецию можно будет перебраться. Я принял предложение и одним ранним утром в январе 1990 года прибыл в Мюнхен с двумя большими чемоданами. Я был готов к независимой научной деятельности в этом новом для меня, пугающем мире.
Глава 4
Динозавры в лаборатории
Процесс организации лаборатории кого угодно заставит содрогнуться, да еще в первый раз, да еще в незнакомой обстановке… А она оказалась незнакомой вдвойне. Начать с того, что все здесь было пронизано немецкой историей. Здание, где мне предстояло работать, университетский Институт зоологии, было построено и передано университету в дар фондом Рокфеллера во времена Великой депрессии в 1930- х годах. Американцы разбомбили здание во время войны, и фонд впоследствии восстановил его. Таким образом, институт сам по себе олицетворял непростые и многогранные отношения между Германией и Америкой, этакий маятник с размахом от войны до согласия. Институт располагался между железнодорожной станцией и комплексом зданий, возведенных Гитлером для штаба нацистской партии. Ходили слухи, что станцию и штаб соединял подземный тоннель. Не знаю, правда ли это, но в образе того тоннеля сошлись мои страхи о подспудном, затаившемся фашизме.
Следующей необычной стороной дела стала собственно специализация института – зоология. Я никогда не изучал зоологию и даже биологией не занимался на университетском уровне, только медициной, так как по шведским правилам можно поступить в медицинский институт прямо из школы. Пробелы в образовании вскрылись почти сразу по приезде, когда один профессор постарше спросил, не пожелаю ли я читать курс систематики насекомых в следующем семестре. Я только прилетел, еще не перестроился на европейское время, мысли мои занимали самые разные проблемы, поэтому я, особенно не задумавшись, выразил удивление, с чего вдруг институт зоологии занимается какими-то насекомыми, то есть не очень-то животными. В моем представлении животные – это которые с лапками, пушистые, желательно с большими ушами. Профессор воззрился на меня в замешательстве и быстро молча удалился. Мне было ужасно стыдно, что я свалял такого дурака в первую же неделю. С другой стороны, инцидент этот имел и положительный результат: больше никто ни разу не предложил мне читать энтомологию или систематику.
Пока обустраивался, я узнал, что попал на место предшественника, который неожиданно умер от отравления. Передо мной стояла непростая задача заслужить благосклонность его бывших коллег, многие из которых видели во мне неопытного эксцентричного иностранца, в некотором роде самозванца-захватчика. Однажды все эти скрытые кривотолки выплыли наружу в неприятном столкновении с заслуженным профессором Хансйохемом Аутрумом, научным руководителем покойного. Профессор Аутрум являлся влиятельной фигурой в немецкой зоологии; когда я приехал в Мюнхен, он все еще выпускал довольно известный биологический журнал Naturwissenschaften, и его кабинет размещался на одном этаже с моей лабораторией. В первые дни, сталкиваясь с ним на лестнице, я сердечно здоровался, но он просто не отвечал. После этого он во всеуслышание – а мне рассказал об этом мой лаборант – жаловался, что, мол, многие молодые немецкие ученые сидят без работы, а университетское начальство нанимает “всякую международную шушеру”. Ну я и решил с того момента не обращать на него внимания. Много лет спустя, уже после его смерти, я стал членом престижной немецкой организации, в коей состоял и он, и мне довелось читать его некролог. Автор некролога упомянул, что до 1945 года профессор Аутрум был членом не только нацистской партии, но и штурмовых отрядов СА и вдобавок преподавал национал-социалистическую идеологию в Берлинском университете. И хотя обычно мое стремление всем нравиться даже несколько чрезмерно, но в этом случае я задним числом обрадовался, что такой персонаж не пожелал стать моим другом.
К счастью, профессор Аутрум был такой один в институте. И еще радовало, что его круг в Германии уже изживал себя. Я не скрывал недостаток образования, и не только в области систематики, но и в зоологии и в делопроизводстве. Постепенно моя искренность и открытость сплотила вокруг всех, даже старых лаборантов, и все с воодушевлением принялись создавать нечто новое и замечательное. Чарли и Герберт, в свою очередь, помогали чем могли. Когда, устраивая лабораторию, мы исчерпали все фонды, университет выделил дополнительные деньги. Шаг за шагом мы собирали необходимое оборудование, и вот наконец все было установлено. И, что самое прекрасное, некоторые студенты выразили желание поработать у меня.
Свою текущую научную задачу я видел в том, чтобы выработать систематический подход и надежные методики секвенирования древней ДНК. Еще в Беркли я начал понимать, насколько серьезна проблема внесения инородной современной ДНК в материалы с ископаемой ДНК, особенно когда применяется ПЦР. С использованием новых секвенаторов и термоустойчивой ДНК-полимеразы процесс могли запустить всего несколько молекул ДНК или даже одна-единственная молекула. Если, к примеру, музейный экспонат растерял все свои собственные древние ДНК, зато приобрел за время хранения несколько фрагментов ДНК музейного куратора, то мы в результате вместо древнеегипетского жреца изучали бы музейного куратора. С вымершими животными в этом отношении было проще, меньше возможности перепутать нуклеотидные последовательности. На самом деле, именно работая с животными, я осознал, насколько серьезна проблема внесения инородной ДНК: иногда, умножая мтДНК из остатков древних животных, я получал человеческую нуклеотидную последовательность. В 1989 году, еще до отъезда в Мюнхен, я опубликовал статью в соавторстве с Аланом Уилсоном и Расселом Хигучи (тем, который начал работы с кваггой). Статья ввела в обиход “критерии аутентичности”, как мы их назвали, то есть ряд процедур, которые необходимо выполнить, чтобы подтвердить “древность” прочтенной ДНК[15]. Мы предложили параллельно с исследуемым материалом каждый раз проводить реакцию с “чистым экстрактом”, то есть использовать все те же реагенты, но без добавления ископаемого образца. Таким образом выявлялись фрагменты ДНК, случайно попавшие в сами реагенты. Кроме того, и процесс выделения ДНК, и ПЦР предлагалось провести несколько раз – требовалось, чтобы искомая цепочка ДНК появилась хотя бы дважды. И наконец, я пришел к окончательному заключению, что древние фрагменты ДНК вряд ли бывают длиннее 150 нуклеотидов. В общем, вывод из всего этого напрашивался неутешительный: все прошлые эксперименты, притязающие на выделение древних ДНК, особенно до изобретения ПЦР, были безнадежно наивными.
Да и мои собственные результаты, те найденные ДНК-последовательности мумий, опубликованные в 1985 году, задним числом выглядели подозрительно длинными: ведь ДНК всегда разбивается на короткие фрагменты. Как показали другие исследователи, я выделил гены антигенов, трансплантационных белков[16]. Я мог бы назвать две возможные причины их появления в составленной тогда цепочке (а мы как раз их и изучали в тот момент в лаборатории в Упсале): либо я пользовался реагентами, предназначенными для антигенов, либо фрагмент ДНК случайно попал в исследуемый материал. Учитывая длину полученной цепочки, я склоняюсь ко второму варианту. Я утешал себя мыслью, что вот таким образом я поучаствовал в научном прогрессе: методики устаревают, на их место приходят новые, лучшие. И я рад, что к этой части прогресса я буквально приложил собственные руки. К тому же с неожиданной стороны пришла помощь. В 1993 году Томас Линдаль опубликовал короткие комментарии в Nature, где предлагал критерии, схожие с опубликованными нами в 1989- м[17]. Соблюдать их он считал необходимым, если дело касалось древних ДНК[18]. Хорошо, что такой уважаемый ученый из другой области подтвердил наши выводы – я уже тогда обеспокоился тем, кто приходит в область исследований древней ДНК. Громкое освещение в прессе и общественное внимание привлекали ученых без достаточных знаний по биохимии и молекулярной биологии; они просто отправляли на ПЦР любые древние образцы, оказавшиеся под рукой. Мы в лаборатории называли такой подход “нелицензионной молекулярной биологией”.