Текст книги "Мы и её величество ДНК"
Автор книги: Федор Полканов
сообщить о нарушении
Текущая страница: 5 (всего у книги 11 страниц)
О трехцветном коте Макаре
Приходит однажды знакомая и говорит: «Уезжаю в экспедицию и просто с ног сбилась – не знаю, куда пристроить кота. Никто не хочет временно взять его».
В ответ я деликатно промолчал: мне тоже было весьма нежелательно брать его, тем более что знакомая уезжала на три месяца.
Но знакомая знала, чем можно меня заинтересовать: «Макар у меня кот замечательный... Трехцветный!» Это была именно та наживка, на которую я, увлеченный генетикой, влюбленный в ее величество ДНК, обязательно должен был клюнуть. Дело в том, что теоретически трехцветных котов не бывает, а раз этот Макар трехцветен, значит, он феномен. У кошек есть два гена окраски в Х-хромосомах: ген рыжего и ген черного цвета. Локализованы они друг от друга уж очень близко, а может быть, это вариации одного гена, во всяком случае соединить их при помощи кроссииговера в одной хромосоме не удается. У кошек две Х-хромосомы, и когда одна из них несет «черный» ген, а другая «рыжий», кошка получается трехцветной: у нее неправильное чередование черных, рыжих и средних по окраске серых пятен. У кота одна Х-хромосома, и, значит, кот может быть либо черным, либо рыжим, но никогда не трехцветным... А тут – трехцветный Макар!
Момент прибытия трехцветного Макара был выбран с таким расчетом, чтобы меня не было дома. А когда я вернулся и установил, что мужское у Макара лишь имя, в остальном же «он» самая настоящая кошка, было поздно: знакомая уже улетела куда-то в горы, изучать альпийские луга.
Через три месяца Макарка принесла котят. Какой был кот, я не знал, однако, что он был рыжим, установить оказалось совсем нетрудно. Вот какое расщепление по цвету было среди котят: котики рыжий и черный, кошка трехцветная и кошка рыжая.
А почему я уверен, что отцом котят был рыжий кот, читатели легко разберутся, если сами напишут схему скрещивания. Подскажу: особое внимание обратите на рыжую кошечку.
О трехцветном коте Анчутке, или Есть над чем поразмыслить
С некоторых пор я считаю, что только очень наивные люди полагают, что чудес не бывает. Судите сами.
Живет у меня кошка Сима – существо с причудливым характером и не менее причудливым генотипом. Мать ее – чистокровка сиамской породы, длинноногая короткошерстая хищница с палевым телом, черной мордочкой, черными лапками и хвостом. А отец – полусиамец но происхождению, но по виду обыкновенный полосатый чердачнпк. Сима, в общем-то, в маму, палевая и изящная, вот только хвост у нее – полосатый, самый банальный. Эта Сима нет-нет да и приносит котят, разнообразных, чаще черных и полосатых. Но вот от пятнистого бело-серого кота появились пятнистые котята, причем один из них, кот, – трехцветный!
Вот он сидит передо мной, мордастый и толстобрюхий юный котище Анчутка. Преобладает у него белый цвет, много и черного, но есть и... рыжие пятна. Феномен? Безусловно. Недаром когда-то среди религиозных людей ходило поверье: рождение трехцветного кота означает одновременное рождение Антихриста. Эта легенда могла возникнуть только потому, что трехцветные коты крайне редки. Однако для того и существуют феномены, чтобы их разъяснять. И вот тут-то у меня положение затруднительное.
Есть два способа исследования: гибридологический анализ и цитологический анализ. В первом случае кота нужно скрещивать с различными кошками, получать массу котят. Но мне этого делать не хочется. А во втором случае от кота нужно взять кусочек ткани, сделать препараты и просмотреть хромосомы. Резать кота? Нет! Правда, можно еще взять кровь и провести анализ на лейкоцитах (есть такая новейшая методика), но и это совсем не просто. И остается одно: теоретизировать. Этим сейчас и займемся.
С чего начинается всякое теоретизирование? С поисков литературы – незачем открывать Америки, уже открытые.
Генетикой кошек мало кто занимался, но все же кое-что найти удалось. Трехцветные, иначе черепаховые, коты иногда появляются, и хоть этот случай для нас не подходит – там обязательно должна быть трехцветной мать,– мы в нем разберемся.
В норме при редукционном делении половые хромосомы самки (XX) расходятся по одной в каждую из гамет (X). Однако на дрозофиле и других объектах показаны случаи так называемого нерасхожденпя. При этом в одну из гамет попадают обе Х-хромосомы (XX), в другую ни одной. После оплодотворения таких гамет зиготы получаются с формулами XXX, XXY, Х0 (зигота типа 0Y не выживает). На человеке, дрозофиле, кошке было прослежено, что лишняя хромосома или ее отсутствие – это всегда болезнь, проявляющаяся, как правило, очень резко. Случай этот для нас не подходит, и не только потому, что мать Анчутки не трехцветна. Кот совершенно здоров.
Можно предположить другой путь возникновения трехцветного кота. В результате транслокации с первой хромосомы ген черной либо рыжей окраски может «перескочить» в какую-либо другую хромосому. Но и это объяснение не подходит к нашему случаю, так как тут нужна либо трехцветная мать, либо рыжий кот. Кстати, возникновение «рыжего» гена в результате мутации в данном случае практически невероятно: оно должно было совпасть с нерасхождением или транслокацией, а вероятность такого совпадения уж очень мала. Но если не подходят гипотезы книжные, нужно придумывать свою.
Гляжу я на кота и думаю: кого он напоминает? По окраске больше всего пятнистую собачку, фокстерьера. И только подумал об этом, как в памяти всплыл старый спор. В начале нашего века генетик Бетсон спорил с противниками менделизма. Те в качестве доказательства несостоятельности законов Менделя приводили скрещивания у пятнистых собачек. В дальнейшем выяснилось, что противоречий с менделизмом в этих скрещиваниях нет, просто здесь происходят на редкость сложные расщепления, видимую картину которых нарушают взаимодействия генов. Чем пятнистые кошки лучше или хуже пятнистых собак? К тому же в рассматриваемом случае мать – сложный гибрид, а генотип отца и вовсе не поддается контролю. Но и тут препятствие: откуда же взялась рыжая окраска? Можно предположить, что пятна у кота по виду лишь рыжие, по происхождению же – палевые, как у сиамских кошек. Правда, палевость – рецессив, но мало ли что может «болтаться» в генотипе отца? А генные взаимодействия могли превратить сплошную палевость сиамок в пятна, сделать ее интенсивной, рыжей... Впрочем, пятна у Анчутки с возрастом темнеют.
Признаю, что эта гипотеза весьма приблизительна, но лучшей предложить не могу. Быть может, подумает кто-либо из читателей?
Один глаз рыжий, другой голубой
Получил я как-то письмо от юнната: «У моей кошки один глаз рыжий, другой голубой. Почему?»
А ведь правда – почему? Именно генетика это должна разъяснить, и интересно это, наверно, не одному читателю – многим.
Почему так случается? Как объяснить?
Мозаичное пятно и его происхождение.
Внимательный наблюдатель такого рода явления замечал, конечно, не раз. Сравнительно часто у черноволосых людей бывает на голове рыжий или светлый клок: рецессивный ген, казалось бы надежно прикрытый доминантным (карие глаза, темные волосы – доминанты, голубые глаза, светлые и рыжие волосы– рецессивы), вдруг появляется на более или менее большом участке. Не только у кошек и других животных, но и среди людей встречаются разноглазые, а еще чаще бывает, что маленький участочек радужной оболочки в карем глазу оказывается серым или голубым.
Все это так называемые мозаичные пятна. Как они образуются, ясно из схемы. Первые два деления прошли нормально, а в одной из клеток, образовавшихся в результате третьего деления, доминантный ген выпал. Это бывает в результате «потери» целой хромосомы в ходе деления, может быть также следствием мутации, произошедшей в доминантном гене, возможны и другие причины. Так или иначе рецессив оказался не прикрыт доминантой, и он проявляется.
Легко понять, что, если выпадение произойдет при втором делении, ровным счетом половина организма составит мозаичное пятно. Такого рода мозаики редки: очень мала вероятность потери хромосомы при наличии всего лишь двух клеток. Но в ходе развития образуется множество клеток. Тут уж даже при самой малой частоте возникновения мутаций они обязательно происходят. Отсюда следует, что каждый из нас мозаик. Но только далеко не всегда мозаичное пятно удается выявить, так как для этого оно должно затрагивать какой-то бросающийся в глаза и генетически изученный признак и быть к тому же достаточной величины.
Не мозаика признаков, а единое целое
Когда был вторично открыт менделизм, им увлеклись многие биологи в разных странах, начали скрещивать, изучать наследование, описывать гены. И это, конечно, привело к резкому скачку в развитии генетики. Но все имеет свои плюсы и минусы, так случилось и здесь. Независимость наследования, комбинаторика привели некоторых к неверному, мало того – нелепому представлению об организме как мозаике признаков. А ведь на деле это совсем не так!
Начать с того, что подавляющее число признаков организма обусловлено вовсе не действием одного, отдельно взятого гена, а взаимодействием, взаимным влиянием многих генов. Нет, например, гена жирномолочности у крупного рогатого скота или, например, гена длинношерстости у овец. Хозяйственно важные признаки, за исключением некоторых наипростейших, например цвет шкурки у норки или каракуля, зависят от большого числа генов, находятся практически под контролем почти всего генотипа.
Новообразование у кур.
В простейших случаях наличие или отсутствие того или иного гена никак не сказывается на действии других генов. Морщинистые семена могут быть у горохов и с красными и с белыми цветами, в бобах с перехватами и без них. Но уже первые генетики открыли множество случаев более сложных. Вот, например, на схеме скрещивание кур с гребнями разных типов. У меня нет возможности подробно разбираться в этом скрещивании – оно очень сложно, англичанин Бетсон в начале века немало поломал над ним голову. Однако схему я привожу. Если читатель и не сумеет в ней разобраться, то, во всяком случае, он поймет: все здесь очень сложно. Гены взаимодействуют, и результаты взаимодействия совсем нелегко объяснить. Не так все просто, как может показаться вначале, как, может быть, показалось кое-кому из читателей, как думали генетики в начале века. Организм – не мозаика признаков. Он неразрывное единство.
А теперь вернемся к пецилиям – здесь продолжить о них рассказ весьма уместно. Самцы у пецшшн гомозиготны но половой хромосоме, и получить красно-черных самцов легко. Но как быть с самками? У них только одна Z-хромосома, вторая же – W – не несет генов окраски. Помочь тут может кроссигновер (перекрест) между хромосомами у самца. Чтобы «поймать» нужную нам самку-перекрестницу, черно-красного самца следует скрестить с какой-либо самкой (красной или черной).
Перекрест между генами R и N происходит у пецилий примерно в 1,5% случаев, поэтому при достаточном числе потомков получить красно-черную самку не так уж сложно. Однако вот тут-то и приходит разочарование. Дело в том, что у красно-черной самки совсем не такая яркая, не такая красивая краснота, как у красно-черного самца. Почему? Казалось бы, одни и те же гены, и разве имеет значение, что «пересадили» один из них в другую хромосому, разместили рядышком с другим геном... Оказывается, имеет!
Это явление, только не на пецилиях, а на дрозофиле и при другом типе генных перемещений, открыли американец А. Стертевант и советские генетики Н. П. Дубинин и Б. Н. Сидоров. Они назвали его эффектом положения. Проявление гена, его действие, оказывается, помимо всего прочего, зависит еще и от места, которое занимает он в хромосоме. Организм– не мозаика признаков; учение об эффекте положения это лишний раз подтверждает.
К чести генетиков, нужно сказать, что от наивных представлений начала нашего века они давно отказались.
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. ШТУРМ САМОЙ ПРОЧНОЙ ИЗ КРЕПОСТЕЙ ПРИРОДЫ
Так уж люди устроены: во что бы то ни стало стремятся познать природу, а познав – переделать и изменить ее. В этом сокровенная сущность Науки, отсюда н проистекает ее революционная роль. Только вторглись во владенця королевы наследственности, подсмотрели упорядоченность рядов ее солдат-генов, и сразу в атаку. Но не так-то легко сдался ген. Пинцет и скальпель, традиционное оружие биологов, тут оказались бессильны. И только когда генетики вооружились невиданным ранее скальпелем – Лучом, – пришли к ним важные победы.
Спор длиною в полтора века
Жан Батист Ламарк.
Первое слово в этом длинном споре сказал человек с очень длинным именем: Жан Батист Пьер Мария Антуан Шевалье де Ламарк. Только-только шагнуло человечество из мрака средневековья в просвещенный XIX век, как выпустил Ламарк свою всемирно известную книгу «Философия зоологии». Это было в 1809 году, ровно за пятьдесят лет до появления замечательной книги Дарвина «Происхождение видов». У «Философии зоологии» любопытная и показательная судьба. Засилие, господство церковных догм, всеобщее признание божественного акта творения и, как следствие этого, неизменность, постоянство всего сущего, в том числе и в первую очередь мира живых существ, – такова была обстановка в стране. И Ламарк показал себя рыцарем без страха и упрека, смело бросив в лицо церковникам основную идею, которой от начала и до конца, от первой страницы и до последней пронизана его книга: живое не неизменно, оно развивается, усложняясь! Это была бомба, которая, однако, не взорвалась. Ламарк был просто-напросто признан чудаком и так и умер в безвестности, не завоевав ни популярности, ни признания. И виною тому оказалось не только время. В этом повинен был частично и сам Ламарк. Высказав правильную, неоспоримую в наши дни идею, Ламарк не сумел, да и не мог в то время эту идею сколько-нибудь разумно конкретными фактами подтвердить. Почему у жирафа длинная шея? Да потому, что он постоянно упражняет ее, стремясь дотянуться и дотягиваясь до древесной листвы, – таков главный из ламарковских доводов. Упражнение органа его развивает и увеличивает, неупражнение, наоборот, уменьшает, ведет к постепенному исчезновению. На первый взгляд доводы вроде разумные. Однако уже сам Ламарк чувствовал их недостаточность и, чтобы подкрепить свои позиции, придумал флюиды. Это, мол, действуют флюиды – соки и запахи, и в то же время вовсе не соки и запахи, а нечто идущее извне внутрь... Уйдя от религиозных нелепостей, Ламарк пришел к нелепостям идеалистическим, к доводам, не выдерживающим научной критики.
Однако здесь не место подробно разбираться в учении Ламарка. О нем зашла речь только потому, что породило оно среди биологов спор: наследуются или не наследуются результаты упражнения или неупражнения органа, последствия голодовок или же перекормов, влияния излишней влаги или же засухи – признаки, приобретенные животным или растением в течение жизни.
Что думал Дарвин?
Итак: наследуются или не наследуются приобретенные признаки? Что думал на этот счет Дарвин?
В том-то и беда, что величайший из теоретиков-биологов XIX столетия по этому поводу мог только думать: не было в его распоряжении достаточного количества фактов, которые позволили бы решить вопрос. Однако Дарвин со свойственной ему скрупулезностью создал классификацию явлений изменчивости, не утратившую своего значения и в наши дни.
Представьте себе засушливый, неблагоприятный для урожая год. Все растения в этом случае будут мелкими, в колосьях, початках, плодах окажутся мелкие семена, да и вообще этих семян будет мало. Или, наоборот, какая-то группа растений или животных попала в особо благоприятные условия. Тут, напротив, размеры будут большими и увеличится плодовитость. В обоих случаях мы даже заранее можем предсказать, что все растения, все животные изменяются более или менее одинаково, в определенном направлении, в ту сторону, в какую оказывает на них воздействия среда. Это одна группа изменений, Дарвин назвал эту изменчивость определенной. Совсем несложно понять, что именно на нее, на эту изменчивость, должны возлагать и возлагают все свои надежды ламаркисты: ведь только так, определенным образом, и могут изменяться животные и растения под влиянием определенного фактора среды. А Дарвин? Нет, говорит он. Определенные изменения хоть и очень обычны, но тем не менее никакого значения для эволюции не имеют. Совершенствование живого происходит за счет отбора, естественного или искусственного. А когда все организмы меняются определенным образом, нечего отбирать.
Чарлз Дарвин.
Между тем есть изменения иного типа. Семена из одного колоса или птенцы пз одного гнезда на первый взгляд абсолютно схожи друг с другом. Но присмотритесь внимательнее, и различия обнаружатся обязательно. Они будут малы, а может, и велики – бывает по-разному. Но они непременно будут, ибо нет в мире двух абсолютно одинаковых живых существ. А вот сказать, откуда взялись эти изменения, мы в большинстве случаев с должной определенностью не можем. Такую изменчивость Дарвин назвал неопределенной. Он подчеркивал: именно такая, неопределенная изменчивость поставляет материал для отбора. Ласточки проводят большую часть жизни в полете. Допустите, что один из птенцов окажется с более сильными и более длинными крыльями. Конечно, он получит преимущество перед другими! А на примере домашних животных Дарвин и вовсе непреложнейшим образом доказал: селекционеры используют для выведения новых пород именно неопределенные изменения.
Делил Дарвин явления изменчивости еще и по-другому. Есть изменения наследственные и есть ненаследственные, говорил он. Само собой разумеется, что для эволюции, для истории вида имеют значение лишь наследственные изменения.
О наследовании приобретенных в течение жизни признаков Дарвин высказывался очень по-разному. У него не было материала для строгих суждений, а кроме того, вопрос сам по себе мало его волновал. То, что он сказал об изменчивости в своем основном труде – книге «Происхождение видов», казалось ему достаточным для объяснения теории естественного отбора.
Между тем со стороны ламаркистов самых различных школ и течений до самого последнего времени дарвинизм подвергался ожесточеннейшей критике. Спор по этим вопросам длился полтораста лет!
А что же опыты?
Внимательный читатель, наверно, скажет: о чем тут спорить? Поставить опыт – и вопрос будет решен. И это верно. Только так и можно в науке решать спорные вопросы, но вот беда – не каждый опыт оказывается доказательным.
Ставил такой опыт Август Вейсман. Все было просто: в течение многих поколений Вейсман отрезал крысам хвосты и из поколения в поколение получал от бесхвостых животных хвостатых потомков. Приобретенный признак не наследовался. Убедительный опыт? Вроде бы да. А впрочем, его можно было не ставить. С XVII века, если не раньше, существует порода собак – фокстерьеры. И всегда им подрезали и подрезают хвосты, а бесхвостых фокстерьеров все же не вывели. Не уменьшились у этих собак и уши, которые тоже подрезают из поколения в поколение. Казалось бы, показательные факты. Но сторонников наследования приобретенных свойств такие факты (а число их можно увеличить) не только не убеждают, но даже мало смущают! Отрубленные хвосты и уши? Но ведь это же пустяк! Вы коренным образом измените обмен веществ, вот тогда мы посмотрим!
Ламаркисты в свою очередь тоже ставили опыты, и в некоторых наследование приобретенных свойств вроде бы получалось. А потом эти опыты проверялись и результаты их опровергались одними и подтверждались другими. Почему так?
Да потому, что эксперимент – дело сложное. Тут нужна педантичность и скрупулезность, предельная научная честность и самоконтроль, многократные повторности и самопроверки. И не сразу научились биологи ставить опыты правильно. А пока не научились, получалось нередко как у Гюйера и Смита: искусственное повреждение хрусталика глаза у отца вело к повреждениям у потомков. Конечно, в точных экспериментах эти опыты не подтвердились.
В каждой из пар слева пшеница урожая 1840 года, справа – 1911 года.
Однако: что такое правильно поставленный опыт?
Прежде всего он должен быть поставлен так, чтобы не мог обмануть самого исследователя. Нужна тщательная продуманность, большой материал, обязательно обставленный всесторонним контролем. И вот если с такой строгостью поставить опыты, окажется: признаки, приобретенные организмом в течение жизни, по наследству не передаются. Дети инвалидов не рождаются инвалидами, а наследственно маломолочная корова, как бы ее ни раздаивали, не даст обильномолочных потомков (если, конечно, не окажется в этом отношении улучшателем бык).
Почему это так происходит? С чем это связано? Собственно говоря, иного нельзя было ждать. Для вида, породы, сорта было бы катастрофой, если бы при любом изменении условий среды менялась наследственность. Не было бы ни малейшего постоянства видов. А между тем науке известно, что многие виды были такими же, как сейчас, сотни тысяч и даже миллионы лет назад.
Рассмотри внимательно рисунок, на котором показаны колосья различных пшениц. Это опыт, поставленный на свалефской опытной станции в Швеции. В каждой из пар слева изображены колосья из урожая 1840, а справа – 1911 года. Между двумя урожаями прошел семьдесят один год; самые различные условия встречали за это время пшеницы, но наследственные особенности сортов не изменились. Однако постоянство вовсе не означает неизменности – наследственность меняется. Немного ниже мы это увидим. Но меняется наследственность не так-то легко.
