Сайты партнеров




GEO приглашает

26 октября в самом сердце Москвы, в доме Пашкова, журнал Forbes отметил 100-летний юбилей. Мероприятие стало финальным в череде торжеств, посвященных юбилею легендарного бизнес-издания по всему миру


GEO рекомендует

В расписании авиакомпании Lufthansa на лето 2018 появилось пять новых маршрутов. Они свяжут Франкфурт с Глазго, Кишиневом, Санторини и Меноркой, а Фуншал на Мадейре с Мюнхеном. Билеты уже в продаже


Повелители мух

Ни один живой организм на Земле не изучен так подробно, как муха-дрозофила. Можно ли с помощью этого крошечного насекомого проникнуть в глубинные тайны человека?
текст: Мальте Хенк
фото: Золвин Цанкл

С высоты нашего положения может показаться, что чернобрюхая дрозофила (она же плодовая мушка) ведет ничем не примечательную жизнь. Эта крохотная муха не видна человеческому глазу; ее писк неразличим.

Особенно печальна судьба тех, кто живет и умирает ради науки. Мухи-дрозофилы появляются на свет божий в пробирках размером не больше указательного пальца. Вылупившиеся личинки барахтаются в желтовато-сером дрожжевом растворе на дне. Дальнейший жизненный путь прост: нажраться, выкарабкаться из пробирки, полетать. Большая часть взрослой жизни уходит на спаривание. Причем любовные игры — как и все остальные поступки дрозофил — подчинены четкому и в то же время простому плану. Смерть приходит через два месяца. А иногда и раньше, если это надо Науке. Последний приют жертв — мини-пылесос. Или «мушиный могильник» — емкость с водным раствором этанола на рабочем столе кандидата наук.

C’est la vie. Конечно, дрозофилы встречаются и в дикой природе. Но жителям пробирок эта роскошь не светит. Тысячи поколений мушек, родившихся и умерших в венском Институте молекулярной патологии, не видели в своей жизни ничего, кроме стен лаборатории. Здесь создан даже специальный «каталог» мух-дрозофил. Ни один живой организм на Земле, не считая некоторых скучных одноклеточных, не изучен так подробно, как дрозофила.

Биологи называют дрозофил «моделями». Модель «дрозофила» помогает биологам разобраться в хаосе бытия, хитросплетениях генов, белков и ферментов. Муха-дрозофила для биогенетика — это такой же научный инструмент, как телескоп для астронома или ускоритель частиц для физика. Да-да, эта крошечная точечка размером два миллиметра, жужжания которой не слышно. Это она дает человечеству шанс заглянуть по ту сторону материи, проводить эксперименты гигантского масштаба. Ни много ни мало увидеть, как из отдельных молекул зарождается жизнь. Место действия — Вена, Австрия, Институт молекулярной патологии. Здесь с рвением, которому позавидовал бы сам доктор Фауст, над чернобрюхими дрозофилами проводят генетические опыты, выращивают и рассылают по миру для нужд Науки.

 

Основателя венской лаборатории зовут Барри Диксон, всю свою научную жизнь он посвятил спариванию дрозофил. «Я надеюсь разобраться не только в сексуальной жизни мух, — объясняет он, — но и проникнуть в глубинные тайны человека».

Серьезно?

<quote>Выведенных в неволе мух рассылают курьерской службой по всему миру. Геном дрозофилы состоит примерно из 14 000 генов, геном человека — из 25 000. Гены мухи на 70 процентов состоят из «гомологических генов», аналогичных человеческим. Количество научных публикаций о дрозофилах в 2009 году: 1986.</quote>

На часах 5.30 утра, на кухне венской лаборатории начинается рабочий день. Франциска и Сабина готовят завтрак для мух в подвале Института молекулярной патологии. Они замешивают в стальной чашке ингредиенты: кукурузную муку, дрожжи, солодовую добавку, свекольный сироп. По подвалу медленно растекается тягучий, сладковато-мерзкий аромат, фирменный знак мушиных лабораторий.

Франциска и Сабина подогревают корм до 62 градусов, а потом разливают по пробиркам. Сегодня их ровно 13 672. Движения отработаны до автоматизма. «Иногда мы замешиваем корм с повышенной энергетической ценностью. Тогда не жалеем дрожжей», — делится «кулинарными секретами» Сабина. «Я раньше не могла есть хлеб, у него ведь похожий запах. Но теперь привыкла», — говорит Франциска.

Тремя этажами выше — длинные коридоры, светлые помещения, огромные лабораторные столы. Мир науки, где все вертится вокруг мух-дрозофил. Молодые ученые прильнули к микроскопам. Стеклянные пробирки расставлены по картонным коробкам. Они перемещаются из одной лаборатории в другую, как на конвейере. В каждой трубке несколько десятков обитателей, отдельный штамм. Их родина — холодильные камеры размером с кладовку. Температура внутри — плюс 18, влажность воздуха — 50 процентов, количество хранимых мух — пять миллионов.

Венские ученые хотят расшифровать геном дрозофил полностью. Для этого они создают гигантскую коллекцию насекомых, в которую входят тысячи мушиных штаммов. Получается всемирный каталог мух-дрозофил.

Отсюда, из стен венской лаборатории, мушек рассылают международной курьерской службой FedEx клиентам по всему миру. Заказчикам уже отправлено почти полмиллиона пробирок. Цена колеблется от 2,5 до 35 евро, к оплате принимаются кредитные карты.

Чтобы посмотреть на то, как работают с мухами, можно подняться в лабораторию Юргена Кноблиха и его научной ассистентки, кандидата наук из Португалии Катарины Омем.

Сдвинув на лоб защитные очки, Катарина возится с коробкой, где живут мухи. У нее под столом стоит емкость, похожая на ведро с водой. Катарина опускает туда коробку с мухами. Раздается бульканье и шипение. Исследовательница вынимает коробку из жидкости и встряхивает. Под микроскоп вываливаются мушиные части тел: крылышки, лапки, тельца. Катарина улыбается: «Жидкий азот. Оружие массового уничтожения».

Под звуки поп-музыки, доносящиеся из радиоприемника, ученая выискивает в кучке замороженных останков головки мертвых мух. Научная группа Кноблиха занимается исследованием рака мозга. Объект изучения — нейробласты, зародышевые нервные клетки в мозге насекомых, которые иногда при злокачественном перерождении продолжают делиться. Кноблих с коллегами пытается понять, почему это происходит. Для этого они проводят «скрининг», то есть один за другим извлекают из каталога и обследуют все штаммы дрозофил.

Геномы лабораторных штаммов содержат по одному модифицированному гену, цель которого — нарушить функцию некоего «нормального» мушиного гена. Достаточно запустить «испорченный» ген, и он заблокирует процессы, за которые отвечает его «напарник». Как правило, суть этих процессов — считывание генетического кода ДНК и его «доставка» в клеточные органоиды, где и происходит синтез белков. Считанный код — это своеобразная «инструкция» по синтезу макромолекул белков, строительного материала  для всех организмов. Если считывание ДНК нарушено, то синтез соответствующих белков прекращается. Это позволяет исследователям узнать, какой ген отвечает за какой белок.

Этот «вредительский» маневр можно проделать со всеми 14 000 мушиных генов. Именно так и поступили ученые, создавшие венский каталог дрозофил. Разумеется, они постоянно совершенствуют методы своих исследований. Взять хотя бы один пример — «активатор теплового шока». Если его пересадить в геном дрозофилы, то хватит одного поворота лабораторного терморегулятора, и соответствующий ген вырубится моментально. «Отключение» можно произвести в любой момент времени, во всех органах мухи.

<quote>А что там с мушиным мозгом? Допустим, Катарина Омем протестирует каждый ген в отдельности и выявит, какой из них нарушает рост мозговых клеток, когда блокируется «ген-напарник». Тогда в ее распоряжении окажется генетический список, программирующий рост жизненно важных клеток мушки-дрозофилы, а быть может, и человека.</quote>

Пытаться решить такую задачу можно только на свежую голову. Ведь исследовательнице предстоит проанализировать геномы целых 300 000 дрозофил, предварительно замороженных в жидком азоте. «Можно только надеяться, что мухи не чувствуют боли», — говорит она.

Развитие мозга — крайне сложный, но далеко не единственный процесс, протекающий в растущем организме. Никто не разбирается в биологии развития дрозофил лучше Кристианы Нюсляйн-Фольхард и ее коллеги Эрика Вишауса. Оба они работают в Европейской молекулярно-биологической лаборатории в Гейдельберге на юге Германии.

На заре своих исследований они и сами толком не знали, что и где искать. Начинали с бессистемного разведения и изучения тысяч мушек-мутантов. На их сравнительный анализ ушло два года кропотливой работы. Видимые отклонения в развитии отдельных насекомых подсказывали ученым, за что именно отвечают отдельно взятые гены. Так возникла детальная схема развития дрозофилы на всех стадиях: яйцо — эмбрион — личинка.

Но по-настоящему увлекательно стало лишь в тот момент, когда исследователи поняли: биология развития дрозофил имеет много общего с развитием человека! Казалось бы, какое отношение к человеку имеют гены «биторакс», мутация которых приводит к росту второй пары крыльев? Или ген «антеннапедия», мутация которого вызывает рост на голове лапок вместо антенн-усиков? Однако само существование, структура и принцип действия таких функциональных генов, регулирующих работу других генов (а значит, и строение тела), наводит на мысль: налицо явное сходство с генетическими процессами в организме человека.

<quote>Последний общий предок мухи и человека жил 600 миллионов лет назад. Однако функ­циональные гены в ходе эволюции не изменились. Если в геном мухи вживить ген человека, регулирующий развитие глаза, то у нее тоже вырастут глаза. Нормальные мушиные глазки.</quote>

Судьба мухи: жизнь в неволе и ранняя смерть.

В 1995 году Кристиана Нюсляйн-Фольхард, Эрик Вишаус и еще один коллега по науке стали лауреатами Нобелев­ской премии по медицине и физиологии. Их наградили «за открытия, касающиеся генетического контроля на ранней стадии эмбрионального развития». А сегодня венский «мушиный каталог» работает над научной задачей следующего уровня. Цель ученых — научиться одновременной фиксации всех последствий генетического программирования организма.

Венский каталог дрозофил — своего рода архив первых 100 лет экспериментов с дрозофилами, паноптикум отклонений: у представителей штамма «меченые» на тельце есть знак трезубца. «Мафусаилы» живут почти три месяца, а не два, как все нормальные мухи. Штамм «пируэт» владеет искусством пилотажа, а представители штамма «внезапная смерть» — хлоп, и вдруг ни с того ни с сего испускают дух.

Но все эти странности мало волнуют ученых. Их главная задача — разобраться в механизме генома. Почему ген X включается именно в этой клетке, а ген Y — в другой, и при этом под их общим контролем находится один и тот же орган? Раньше ученые были первооткрывателями — создавали, не стесняясь, мутантов и искали ген, кодирующий мутацию. Сегодня они превратились в «сетевых администраторов». Поскольку все гены по отдельности уже изучены, ученые ищут определенные генетические комбинации, например код, контролирующий сердечный ритм. Для этого они изымают из «банка» несколько штаммов и считают все гены, кодирующие биение сердца. У плодовой мушки их набралось пятьсот.

Долгосрочная цель ученых — понять механизмы мышления. Инстинкты мух, по всей вероятности, в основном находятся под контролем генов. Но речь идет не об инстинктах, а о поведении, которое труднее объяснить. Какие генетические коды программируют ритуал спаривания? Когда, как и какой ген подключается у них в мозге? Каково влияние запахов, действий партнера (вернее, противника) по половому акту? Какую роль играют память и сообразительность?

Недостижимая пока задача биологов: попытаться полностью познать «пластичность» мозга. Как удается генам управлять инстинктами живых существ? Сохраняя при этом открытость для познания и нового жизненного опыта? И что еще, если не эта природная страсть к познанию, относится к основам нашего миропонимания?

По всему миру 200 научных институтов заняты изучением поведения дрозофил. 200 научно-исследовательских лабораторий напичканы специальной техникой только ради того, чтобы узнать, что творится внутри этих крошечных организмов. Каких только открытий уже не сделано! Вот лишь некоторые заголовки публикаций: «Мушки и социальное обучение», «Дрозофилы и борьба за лидерство», «Психотропные средства, которыми лечат людей, успокаивают беспокойных мушек», «Под влиянием алкоголя дрозофилы становятся похожи на человека: мушки во хмелю не держатся на ногах, слабеют и хотят секса». Генетика и нейробиология, столкнувшись в теле плодовой мушки, создают новую дисциплину — поведенческую нейрогенетику.

Барри Диксон — один из пионеров новой науки. Ради дрозофил он перебрался из США в Австрию, перевелся из Калифорнии в венский институт. Барри Диксон — биолог, но отнюдь не сторонник биологизма. Конечно, он понимает: люди устроены гораздо сложнее каких-то там мух. И поведение человека — это результат не только генетических процессов, но и воздействия языка и культуры.

И все же: каждый раз, изучая дрозофил под микроскопом, человек невольно словно узнает сам себя в зеркале. Томас Хант Морган использовал мушек, чтобы продемонстрировать основы хромосомной теории наследственности. Кристиана Нюсляйн-Фольхард разложила по полочкам эмбриональное развитие на примере дрозофил. А уж нервные системы у всех организмов и подавно идентичны. Это Барри Диксон знает точно.

Так что не мешало бы всерьез прислушаться к словам ученых, которые утверждают: «Если мы действительно хотим познать глубины человеческого мозга со всеми его молекулярными и генетическими лабиринтами, то сначала нужно изучить дрозофил».

Сам погибай, а товарища выручай. Есть ли у мушек-дрозофил социальная ответственность?

«Ученые-дрозофилологи» — ироничные люди. Похоже, дает о себе знать объект исследования. Такая уж она, дрозофила, малюсенькая. И не любить ее невозможно, и совесть никого не мучает после массовых убийств в ведре с азотом. «С мышами мы бы так не смогли», — признаются ученые из Вены. Они-то знают: муха мухе рознь. Одни самцы настойчиво добиваются расположения самки, а другие держатся особняком. Встречаются даже самки, которые не выдерживают и вопреки брачному этикету начинают сами заигрывать с самцами.

<quote>Кристина Келеман наблюдала однажды в микроскоп душераздирающую сцену, от которой ей стало не по себе. Когда одна дрозофила застряла в пластиковой скрепке, к ней тут же поспешила другая и помогла выбраться из ловушки.</quote>

Без сомнений: у мух есть характер и индивидуальность. Барри Диксон и Кристина Келеман планируют создать единую модель для прогнозирования поведения дрозофил. Причем такую, чтобы в ней нашлось место для всех индивидуальных различий. Но дрозофилолог Мартин Гейзенберг из Вюрцбурга сомневается в целесообразности проекта. Он загружает своих дрозофил в специальный симулятор полета и фиксирует схему их движений. Его вывод: поведение дрозофил невозможно спрогнозировать.

Мартин Гейзенберг усматривает здесь принцип, который обнаружил в атомах еще его отец, физик Вернер Гейзенберг. Это принцип неопределенности.

Применительно к живым организмам этот прин-

цип формулируется как... свобода воли. Существование принципа неопределенности доказано на примере дрозофилы чернобрюхой.

У человека разумного остается множество вопросов. Например, неужели наступит день, когда человек сможет сказать, что познал свой собственный мозг благодаря плодовым мушкам? И неужели ученые действительно узнают, почему самцы чернобрюхих дрозофил спариваются по-разному? Почему один перед половым актом ждет 15 минут, а другой бросается на самку чуть ли не сразу? И при чем тут индивидуальность? А может, человечеству так никогда и не удастся постичь сущность жизни и люди обречены отставать от ее невероятного биологического многообразия?

Ответы на все эти вопросы мы получим через 50 лет, а может, и через 100. На смену Барри Диксону придут другие ученые. Сидя в лабораториях, они будут задаваться совсем другими вопросами. А что будет с мушками? Они-то точно никуда не денутся!

07.10.2011