Hox-гены (что, по правде говоря, для генов нехарактерно) остаются тесно связанными после сотен миллионов лет эволюции. Они практически всегда появляются вместе, располагаясь вдоль сплошных участков ДНК (у беспозвоночных наблюдается один участок примерно с десятью генами, у позвоночных – четыре примерно таких же). Что еще более необычно, позиция каждого из этих генов примерно соответствует положению в организме того органа, за который Hox-ген отвечает. Так, первый Hox-ген проектирует верхнюю часть головы, следующий строит что-то пониже и так далее, вплоть до последнего гена, формирующего нашу промежность и все, что ее окружает. Почему природа потребовала, чтобы пространственное планирование генов проходило сверху вниз, неизвестно, но, опять-таки, эта черта характерна для всех животных.
Ученые считают ДНК, которая появляется в одной и той же основной форме во многих и многих видах, очень «консервативной», так как живые организмы обходятся с ней очень бережно, консервативно. Некоторые Hox-гены, а также гены, подобные им, сохранились в настолько неизмененном виде, что ученые могут извлечь гены из организмов цыплят, мышей, мух, а затем обменять их друг с другом, и они начнут примерно так же функционировать. Как несложно догадаться, строгая консервация тесно связана с ДНК, о которой идет речь. И сразу видно (в буквальном смысле), почему живые существа не так уж сильно беспокоятся о состоянии своих сильно законсервированных Hox-генов. Удалите один из этих генов, и у животного могут развиться дополнительные челюсти. Измените другие – и исчезнут крылья, или появятся дополнительные пары глаз – причем там, где на них невозможно будет смотреть без страха, например на ногах или кончиках усиков-антенн. Другие мутации выращивают гениталии или ноги на голове, челюсти и антенны – в промежности. И это еще везучие мутанты: большинство существ, в ДНК которых идет вольное обращение с Hox-генами, живут совсем недолго, чтобы обращать на них внимание.
Такие гены, как Hox, не столько строят тело животного, сколько инструктируют другие гены о том, как строить организм: у каждого есть десятки подчиненных. Однако они все же не могут контролировать каждый аспект развития. В частности, они зависят от питательных веществ – таких, как витамин А.
Несмотря на название в единственном числе, витамин А представляет собой несколько родственных молекул, которые мы – не биохимики – объединяем для удобства. Эти различные витамины группы А относятся к самым распространенным питательным веществам в природе. Растения запасают витамин А как бета-каротин, который дает моркови ее характерный цвет. Животные запасают витамин А во внутренних органах, и наши тела свободно усваивают различные формы, которые нам помогают в великом множестве биохимических процессов – способствуют сохранению остроты зрения и потенциала сперматозоидов, повышают производство митохондрий и заставляют отмирать старые клетки. Поэтому нехватка витамина А считается одной из основных проблем здравоохранения по всему миру. Одним из первых генетически усовершенствованных продуктов, созданных учеными, был так называемый золотой рис, недорогой источник витамина А, с зернами, богатыми бета-каротином.
Витамин А взаимодействует с Hox-генами и смежными генами, чтобы строить головной мозг, легкие, глаза, сердце, конечности и практически все остальные органы. На самом деле витамин А настолько важен для клеток, что они строят специальные «подъемные мосты» в своих стенках, чтобы позволить этому и только этому витамину проникнуть внутрь. Однажды попав в клетку, витамин А связывается со специальными вспомогательными молекулами, а образовавшийся комплекс вступает в связь с двойной спиралью ДНК, активируя Hox и прочие гены. В то время как большинству сигнальных веществ приходится прикрепляться к клеточной стенке и сообщать свою информацию через маленькие отверстия, витамин А получает специальное разрешение: Hox-гены сумели бы построить очень мало в организме ребенка, если бы не его главное питательное вещество – витамин А.