Текст книги "Невидимый современник"
Автор книги: Николай Лучник
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 13 страниц)
То обстоятельство, что «гибель» бактерии – следствие одной-единственной ионизации, представляется действительно удивительным. Уж не в том ли здесь дело, что внутри бактерии есть какая-то особо важная мишень, о которой писал Хольвек?
Колебания маятника
Бактерии интересовали Ли не сами по себе. Ставя на них опыты, он хотел постичь общие законы действия ионизирующей радиации на живые организмы. И поэтому работал не только на бактериях. Таким образом, можно было выяснить, какие закономерности носят общий характер, а какие нет. Кроме того, сравнивая, скорее можно найти истину.
Ли ставил опыты и с вирусами, с бактериофагами, и с мухами, и с пыльцой растений, даже с растворами химически чистых веществ. Он интересовался экспериментами с яйцами морских ежей и с культурами тканей.
Закономерности, приводящие к потере способности размножаться и к гибели, оказались одинаковыми независимо от происхождения клеток. Растения, животные и микроорганизмы, одноклеточные и клетки, входящие в состав сложных организмов, реагируют на облучение очень сходным образом. Следовательно, механизм действия лучей во всех случаях одинаков.
Но к чему он сводится? Ли пришел к выводу, что в основе наблюдаемого эффекта лежит «попадание» в наследственный аппарат клетки. При этом вовсе не нужно, чтобы в клетке была одна мишень. Облучение может произвести в бактериальной клетке любое из многих сотен наследственных изменений, которое сделает ее потомство нежизнеспособным. Чтобы прийти к такому выводу, Ли потребовалось использовать факты, накопленные радиационной генетикой, которая ко времени работ Ли уже была неплохо развита и с которой скоро познакомимся и мы.
А пока придется сделать отступление и поговорить не о биологии, а о химии. У радиобиологии есть «сестра» – радиационная химия, наука о химических превращениях, вызываемых ионизирующими лучами. В наше время эта наука очень важна. Не зная, как радиация действует на те или иные материалы, нельзя построить ни атомного реактора, ни атомного ледокола. Однако этой наукой занимались и раньше. Очень часто так бывает: исследуют ученые что-то интересующее их с теоретической точки зрения, а потом оказывается, что они закладывали научный фундамент для решения важнейших практических проблем.
Еще в середине 20-х годов немецкий ученый Фрике (в начале 30-х годов, как и многие другие, покинувший Германию) изучал действие радиации на водные растворы различных веществ. Он получил результаты, которые было трудно объяснить. Чего, например, следует ожидать при изменении концентрации облучаемого раствора? Казалось бы, при облучении постоянной дозой процент измененных молекул меняться не должен, а общее число их будет возрастать пропорционально концентрации. Ничего подобного: число измененных молекул оставалось постоянным, а их процент с повышением концентрации падал!
В чем дело? Фрике подсчитывает, сколько молекул растворенного вещества может быть ионизировано при данной дозе, и получает парадоксальный результат: количество измененных молекул во много раз больше возможного числа попаданий в них. Создается впечатление, что эффект оказывают попадания не только в растворенные молекулы, но в молекулы растворителя, воды. Странно…
А почему, спрашивается, странно? Может, под влиянием облучения молекулы воды как-то активизируются и реагируют с молекулами растворенного вещества. Именно такое предположение и сделал Фрике. Он выдвинул гипотезу, согласно которой под влиянием облучения образуется активированная вода (что это такое – неизвестно), которая и изменяет растворенные молекулы. Эта гипотеза хорошо объясняла и концентрационную зависимость и другие непонятные результаты.
Тогда же Фрике предположил, что тот же механизм может играть роль и в радиобиологии. Ведь все живые ткани содержат огромное количество воды. Может быть, и при облучении живых организмов наблюдаемый эффект вызывается активированной водой. Такой механизм стали называть непрямым действием радиации в отличие от прямого, вызываемого непосредственным попаданием.
Не так давно в одной из обзорных статей по радиобиологии мне попались на глаза слова: «За последних два-три года маятник снова качнулся в сторону признания ведущей роли прямого эффекта радиации». До чего метко сказано! В течение нескольких десятилетий этот маятник все время колебался то в одну, то в другую сторону, причем амплитуда была огромна – от полного отрицания прямого эффекта до полного отрицания непрямого.
Крайние точки зрения редко бывают справедливыми, и, конечно, истина лежит где-то между ними. Следует прежде всего сказать, что гипотеза Фрике полностью подтвердилась: непрямое действие существует, так же как и активированная вода. Природа активированной воды выяснилась уже в послевоенные годы, главным образом в работах английского химика Джозефа Вейса. Оказалось, что под влиянием облучения молекулы воды распадаются на гидроксильный радикал и водородный атом (именно атом, а не молекулу водорода). Оба эти продукта химически высокоактивны; первый из них – окислитель, а второй – восстановитель. Ясно, что они могут вызывать великое множество реакций. Но какую роль эти реакции могут играть при облучении новых клеток – другой вопрос.
На этот вопрос умозрительно ответить нельзя. Нужны факты. А факты говорили то одно, то другое. Поэтому маятник и качался то в одну, то в другую сторону. Но теперь уже ясно, что прямое действие, непосредственное попадание, играет в биологическом эффекте облучения очень большую роль. С этим вряд ли можно спорить. Ясно, что и непрямое действие тоже играет роль. Но какова она, соизмерима с ролью прямых эффектов или пренебрежимо мала, какое конкретное место занимают эти эффекты в общей картине лучевого поражения – об этом ученые еще спорят.
Глава IV
До седьмого колена
В наследственность верит не всякий,
Но белая, бывшая в браке
С одним из цветных,
Родила шестерых —
И белых, и черных, и хаки.
С. Маршак
Дети отвечают за родителей
– Кровь его на нас и на детях наших! – кричала разъяренная толпа, требуя казни и принимая на себя (а также возлагая на своих потомков) ответственность за нее.
– Да будете прокляты вы и дети ваши до седьмого колена! – визжали бесноватые пророки.
Ох и любили в древности заставлять потомков (чаще всего именно до седьмого колена) отвечать за грехи предков. В наше время существует юридическая формула: «Дети за родителей не отвечают». Так говорит закон. Но так ли на самом деле?
Человек женился на двоюродной сестре. Оба были вполне нормальными людьми, а ребенок родился уродом. Врачи сказали, что это наследственное заболевание, пока еще неизлечимое. Но ведь оба супруга нормальны?! Их родители, бабушки и дедушки, тоже были нормальными людьми. Вина на каком-то одном непутевом прапрадеде, гены которого попали в обоих супругов. Находясь в единичном числе у каждого из родителей, они «дремали», а встретившись в ребенке, сделали свое черное дело.
Но ведь дети не должны отвечать за родителей! Да, не должны. И потому правительства не должны нарушать закона о неприменении ядерного оружия. А простые люди не должны нарушать кодекса законов о браке, запрещающего браки между близкими родственниками.
В мире животных и растений мудрая природа кропотливо исправляет ошибки наследственности. Великий естественный отбор, значение которого было открыто Чарлзом Дарвином более столетия назад, уничтожает уродов, больных, даже просто менее приспособленных.
У человека этого нет. Человек не треска, которая мечет миллион икринок, чтобы из миллиона мальков выжила лишь пара наиболее полноценных. А теперь врачи спасают и таких детей, которые не смогли бы выжить, если бы родились несколько десятилетий назад.
…Два события ознаменовали V Международный генетический конгресс, происходивший в 1927 году в Берлине. Русский ученый Сергей Сергеевич Четвериков сделал доклад «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Эта работа накрепко связала воедино генетику и эволюционное учение. Брак оказался счастливым. До сих пор ученые в разных уголках мира успешно работают в направлении, основы которого заложил доклад Четверикова.
Если в докладе Четверикова заключался союз между генетикой и эволюционным учением, то в докладе американского генетика Германа Меллера состоялось сватовство между генетикой и физикой. Меллер рассказал, что ему удалось искусственно изменить наследственность. Опыты ставились на плодовой мушке дрозофиле, которую облучали рентгеновыми лучами. Число наследственных изменений после этого возросло в десятки раз.
Почти одновременно с Меллером и независимо от него такие же результаты получил его соотечественник Стадлер. Но в отличие от Меллера он экспериментировал с культурными растениями.
Открытие Меллера имело не менее далекие последствия, чем открытие Четверикова. Ведь безуспешных попыток искусственно воздействовать на наследственность было столько, что кое-кто уже считал это невозможным. А применение ионизирующей радиации открыло дверь за семью печатями, которая вела в святая святых живых организмов.
Минули годы, ионизирующие лучи вошли в жизнь людей. С их влиянием на наследственность человечеству нужно считаться.
Грядка в монастырском дворе
Профессор Дрелинкур тщательно перечислил и обсудил в своем научном трактате все известные ему теории, пытавшиеся ответить на простейший, казалось бы, вопрос: почему дети похожи на родителей? Дрелинкур был весьма трудолюбив: число рассмотренных им генетических теорий составило ни много ни мало двести шестьдесят две. Итог был неутешительным: все они неверны, единственно правильная – двести шестьдесят третья теория, разработанная самим Дрелинкуром. Однако и она оказалась столь же неверной, как и все остальные, а имя автора ныне забыто всеми, кроме историков.
Это случилось не в античное время и не в средние века, а всего лишь в XVII столетии. Много было генетических теорий, которые ныне могут вызвать только улыбку. Как часто, например, находились люди, не согласные с мудрым правилом «что посеешь, то и пожнешь». Они считали, что соответствующие условия или надлежащее воспитание могут превратить рожь в пшеницу, а пшеницу в ячмень. Такие сказки рассказывал в середине XIII века Альберт Великий. Но, увы, то же пытались утверждать в середине нашего, XX века некоторые обладатели ученых дипломов и даже носители почетных званий. Эти люди живы, и я не буду называть их имен, так как, честно говоря, не знаю, кто продолжает придерживаться таких взглядов, а кто их оставил под воздействием изменившихся условий…
И сейчас, особенно среди не имеющих отношения к науке, есть люди, придерживающиеся абсурдных взглядов на наследственность. А сто лет назад вообще не было людей, которые бы на наследственность смотрели правильно. Впрочем, я не совсем точен, один человек был. Один-единственный. Но одна ласточка не делает весны.
Все ученые еще сто лет тому назад смотрели на наследственность как на смешение. От тех времен до наших дней дошли выражения: чистокровный, полукровка, кровосмешение… Некоторые сохранились не только в обыденной речи, но и в научной литературе.
Такие представления казались вполне естественными. Действительно, проще всего предположить, что потомки представляют собой что-то среднее по сравнению с родителями. Да и повседневные наблюдения как будто подтверждают это: ведь дети в равной степени походят и на мать и на отца. Но на самом деле наследственность – вовсе не смешение.
Законы генетики говорят, что наследование признаков родителей идет по совсем другим правилам. А законы эти стали известны лишь в самом начале нашего века. Как раз в 1900 году трое ученых независимо друг от друга опубликовали три очень похожие статьи, в которых описывались закономерности появления признаков у гибридных потомков. Имена этих ученых: Де Фриз, Корренс и Чермак. Их открытие сразу стало известно ученому миру, потому что большинство биологов ждали ответа на волновавший их вопрос. Но тогда же выяснилось одно прелюбопытнейшее обстоятельство: кроме этих троих ученых, опубликовавших свои труды почти одновременно, был еще и четвертый…
Этот четвертый напечатал свою статью далеко не одновременно с остальными. Он сделал это на 35 лет раньше! И что самое удивительное, он не был профессиональным ученым. Он был монахом…
Многие, вероятно, догадались, что речь идет о Грегоре Менделе. Когда генетику называли лженаукой, то любили писать о том, что ее основы заложил «австрийский монах Мендель» или даже «немецкий поп Мендель». Теперь пишут о «чешском ученом Менделе». Как ни странно, и то и другое соответствует истине. Иоганн Мендель (Грегором он стал после пострижения) родился в чешской семье. Но ведь Чехия входила в те времена в состав Австро-Венгерской империи Габсбургов. Он был прирожденным ученым, с детства хотел посвятить себя науке, много занимался и добился выдающихся успехов. Но (теперь это может показаться странным) для Менделя единственный путь в науку лежал через монастырь.
Сын крестьянина, он не имел средств для завершения высшего образования. Став монахом, смог и учиться, и учить, и заниматься научными исследованиями. Нельзя забывать, как стремительно развивается человеческое общество и как изменяется в нем роль науки. Это сейчас, да и то далеко не во всех странах, молодой человек, желающий посвятить себя науке, может поступить в университет, потом в аспирантуру, и в течение всего этого времени государство будет платить ему, чтобы он мог заниматься только учебой.
А ведь были времена (правда, тогда и Мендель еще не родился), когда «миряне» вообще не имели права заниматься наукой. Для этого нужно было стать монахом. Ведь и Ньютон был монахом. Но почему-то никогда не писали, что законы механики открыты «английским монахом». А вот про Грегора Менделя пишут, как и про Бертольда Шварца – изобретателя пороха.
Итак, первый человек, пришедший к научным представлениям о наследственности, был Грегор Мендель (в миру Ян, или, на немецкий манер, Иоганн). Чех, родившийся в Австро-Венгрии. Ученый, работавший в монастыре. Видимо, он был гением, если, получив довольно скромное образование и располагая неважными условиями для работы, смог открыть законы наследственности, опередив свое время на 35 лет. Да, он был гением. Он пришел к своему открытию отнюдь не случайно, а методика его опытов и анализ результатов настолько совершенны, что и теперь, спустя столетие, их можно ставить в пример.
Мендель сеял на грядках в монастырском дворе разные сорта гороха, скрещивал их и смотрел, как выглядят гибридные потомки. Многие ставили похожие опыты и раньше, но никто не открыл законов наследственности. В отличие от своих предшественников Мендель изучал наследование не «общего облика», а отдельных признаков. Настолько простым это кажется теперь, и насколько необычным был такой подход сто лет назад. Для скрещиваний ученый брал растения, отличающиеся только одним признаком: формой горошины, ее цветом, длиной стебля, окраской цветка…
Вторая особенность опытов Менделя состояла в том, что он ставил количественные опыты, а не ограничивался, как многие другие, рассмотрением потомков одной пары растений. Например, скрещивая растения с морщинистыми и с гладкими семенами, он получил от 253 гибридов 7324 горошины и каждую внимательно рассмотрел. И так было с каждым признаком, который изучался. Подобных опытов тогда никто не ставил.
И трудолюбие Менделя было вознаграждено. При исследовании столь обширного материала сразу обнаружилась закономерность. Так, при скрещивании растений с морщинистыми и гладкими семенами все потомки дали гладкие семена. Уже это показывало, что нет никакого смешения, а один признак явно доминирует над другим. Если же гибриды первого поколения скрещивались друг с другом, то во втором поколении наблюдались и гладкие и морщинистые семена, причем первых было втрое больше.
Такая же картина получалась и с другими парами признаков: полное доминирование одного над другим в первом поколении и расщепление признаков во втором в соотношении 3:1. Эти опыты позволили сформулировать два закона: закон доминирования и закон расщепления. Эти законы, справедливые не только для гороха, но и для всех живых существ на нашей планете, теперь во всем мире называют законами Менделя: первым и вторым. А всего законов Менделя три.
Третий касается скрещиваний между формами, отличающимися более чем одной парой признаков. Закон независимого расщепления (так его называют) гласит, что отдельные признаки наследуются независимо друг от друга.
К таким выводам пришел Мендель в результате своей многолетней почти каторжной работы. Ведь помощников у него не было. Даже грядки он вскапывал собственными руками. К тем же выводам пришли три других ученых спустя 35 лет. А потом десятки и сотни ученых поставили опыты на разнообразнейших растениях и животных, изучили наследование признаков у человека и подтвердили универсальность «гороховых законов». Но не это самое главное.
Самое главное
Если бы Мендель только открыл законы Менделя, и тогда его имя навсегда осталось бы в науке. Однако он сделал гораздо больше. Он разработал гипотезу, которая объясняла, почему при скрещиваниях признаки наследуются именно так, а не иначе. Причем гипотеза оказалась совершенно правильной, хотя Мендель пришел к ней в то время, когда живая клетка была почти не изучена. Ведь и открыли-то клетки незадолго до этого.
Гипотеза Менделя сводилась к тому, что каждый признак определяется специальным материальным наследственным зачатком («фактором», как их назвал сам Мендель) и что в каждой клетке находится по два экземпляра факторов каждого сорта. При скрещивании зародыш получает по одному фактору каждого сорта от отца и по одному от матери.
Эти простые предположения объясняли все результаты, полученные Менделем в его многочисленных опытах. Гипотеза, предложенная Менделем, оказалась справедливой, превратилась в теорию. Теперь менделевские факторы называют генами (это имя они получили в начале XX века), и ученые довольно хорошо знают их строение и химический состав.
Человеку, незнакомому с историей науки, вероятно, трудно себе представить совершенную удивительность работы Менделя. Дело не только в том, что гены – тончайшие структуры живой клетки, в которой и гораздо более грубые детали не были еще известны, но и в том, что Мендель применил в своей работе математический анализ – подход, совершенно неслыханный для биологов прошлого века.
Не удивительно, что в 1865 году, когда Мендель обнародовал свою работу, на нее никто не обратил внимания и она пылилась на библиотечных полках до конца века.
В последнее время популярны фантазии о «пришельцах» с других планет или из других времен, оставляющих какие-то следы. Чем работа Менделя не тема для любителей таких фантазий? Ведь ничего не стоит доказать, что без посторонней помощи подобную работу в середине прошлого века по целому ряду причин выполнить было невозможно.
Но гипотеза о «пришельцах» не нужна. Достаточно лишь верить в безграничную силу человеческого разума и воздавать должное наиболее выдающимся его носителям. Они этого заслужили.
Атомы жизни
Знаете ли вы, что такое папиллярные линии? Эти линии, покрывающие тончайшим узором подушечки наших пальцев, у всех людей различны, что очень помогает криминалистам. Расстояние между линиями настолько мало, меньше половины миллиметра, что они едва различимы невооруженным глазом.
Что живые организмы состоят из клеток, нет надобности повторять, это все знают. Но мало кто, даже из видевших клетки под микроскопом, представляет себе, насколько они малы. Между двумя папиллярными линиями умещается примерно от 20 до 50 клеток! Причем клетки, покрывающие поверхность нашего тела, относятся к числу крупных.
Нам трудно осознать величину больших чисел. Как часто мы говорим слово «миллион». А помните, когда Остап Бендер получил, наконец, миллион рублей, к которому так стремился, то просто не смог его истратить. Если увеличить в миллион раз человека, то, распластавшись на земле, он протянется от Крыма до берегов Финского залива! А миллиард – тысяча миллионов…
И я боюсь, что если скажу: человеческий мозг состоит из 15 миллиардов клеток, мало кто сможет ясно осознать, как это много или, с другой стороны, насколько мелки клетки. Должен признаться, что и я вполне ясно, зрительно, не очень-то представляю эти величины. Приходится сравнивать. Но и это не просто. Можно сказать, что клеток в мозгу примерно раз в пять больше, чем людей на Земле. Но вы представляете себе население нашей планеты?
А понять, что клетки малы – очень важно. Пусть даже останется не совсем ясным, насколько они малы, достаточно помнить, что они очень-очень малы, меньше всего того, с чем нам приходится иметь дело.
Это нужно, чтобы представить себе всю тонкость сложной клеточной организации. Организм человека достаточно сложен. Во всяком случае, мы им очень гордимся, считая почти верхом совершенства. Но ведь человек, как любое другое живое существо, вырастает из одной-единственной клетки – оплодотворенного яйца. И все наследственные признаки организма, вся информация о его строении, свойствах, развитии заложена в этой клетке, точнее, в небольшой ее части.
Живая клетка – мешочек, заполненный вязкой жидкостью. В этой жидкости, протоплазме, плавают мелкие частички – митохондрии и микросомы (в них-то и происходит большая часть процессов, которые называют обменом веществ). Среди них, окруженное тончайшей оболочкой, находится ядро клетки, также заполненное жидкостью, похожей на протоплазму. А в этой жидкости, кариоплазме, плавают тончайшие нити. Их называют хромосомами, и с ними нам частенько придется встречаться в дальнейшем.
Число хромосом в клетках разных видов организмов может быть очень различным. Так, в клетках лошадиной аскариды лишь по одной паре хромосом, у растения Гаплопапус грацилис – две пары, а у некоторых птиц или бабочек число их может достигать нескольких сотен. В клетках человека содержится по 23 пары хромосом.
Двадцать три пары, то есть сорок шесть штук. Но их действительно 23 пары, потому что в каждой клетке содержится по две хромосомы каждого сорта. Не ассоциируется ли это с менделевскими гипотетическими факторами (теперешними генами)? Пожалуй. И это не случайно, хотя хромосомы и гены – далеко не одно и то же.
Итак, каждая клетка содержит удвоенный набор хромосом. Но это не совсем так, потому что есть одно исключение из общего правила. Это исключение – зародышевые клетки. Клетки размножаются путем деления. Делению предшествует удвоение числа хромосом. Поэтому в каждой новой клетке оказывается то же самое, всегда постоянное число хромосом. Но при созревании половых клеток одно из делений происходит довольно своеобразно, в результате чего в зрелую клетку попадает только половинный, точнее – одиночный набор хромосом.
Оплодотворение, предпосылка для возникновения нового организма, состоит в слиянии двух половых клеток: мужской и женской. Поэтому в оплодотворенном яйце – зиготе, зачатке будущего организма, восстанавливается нормальное, парное число хромосом. Естественно, что один из членов пары всегда оказывается полученным от матери, другой – от отца. И снова мы видим, что хромосомы ведут себя точно так же, как гипотетические менделевские факторы (гены).
Но, конечно, ставить знак равенства между генами и хромосомами нельзя. Ген определяет один признак. У человека 23 пары хромосом. Но разве все наши свойства можно свести к 23 признакам? Вот если мы скажем, что все гены (а их несколько тысяч) находятся в хромосомах, то будем гораздо ближе к истине. Действительно, ген – это небольшой участок хромосомы.
Клетки, мельчайшие частицы живого, атомы жизни, хотя и состоят из многих миллиардов атомов, все же очень малы. И тем не менее эта крупинка, этот микроскопический мешочек, наполненный вязкой жидкостью, – хранилище полной информации о наследственных свойствах взрослого организма!
Атомы наследственности
Только что мы говорили о малой величине живых клеток. Но среди этих микроскопических пузырьков встречаются и исключения. Например, иногда я на завтрак съедаю две клетки и бываю сыт до обеда. Вы, конечно, догадались: это яйцеклетки курицы, куриные яйца. Яйцеклетки, женские половые клетки, вообще отличаются гигантскими размерами. Мужские же клетки, сперматозоиды, наоборот, относятся к числу самых мелких. У человека яйцо по сравнению с куриным невелико, оно составляет в поперечнике всего лишь около десятой доли миллиметра. Однако по своему объему превышает мужскую клетку в 80 тысяч раз. У курицы это соотношение – около триллиона, у страуса – еще больше…
Но как же согласовать такое несоответствие в размерах с тем общеизвестным фактом, что потомки в равной мере похожи на обоих родителей? Действительно, если бы наследственными свойствами обладало все вещество клетки, то все люди и другие животные практически были похожи только на своих матерей.
Если сравнивать объем не клеток, а клеточных ядер, то разница между мужскими и женскими половыми клетками окажется гораздо меньше. А вот объем, занимаемый в этих клетках хромосомами, в точности одинаков! И это обстоятельство (наряду со многими другими) служит одним из веских доводов в пользу того, что гены, материальные носители наследственности, находятся действительно в хромосомах.
Но что же представляют собой гены, эти удивительные атомы наследственности?
В рассказах о приключениях Шерлока Холмса и его многочисленных подражателей нас привлекает не то, что злодея он находит. Ведь если бы он просто застал виновного на месте преступления, результат был бы тот же, но об этом не стоило бы писать. Нас восхищает в этих рассказах то, что Холмс приходит к правильным выводам на основании анализа косвенных улик, иногда даже очень косвенных.
Это же влечет многих людей в науку. У кого из нас в детстве не вызывал зависти и восторга рассказ о том, что Леверрье открыл Нептун, не глядя в телескоп, сидя в своем кабинете? И не только открыл новую планету, но и точно указал место на небосводе, где ее следует искать.
История изучения гена полна подобных подвигов. Так, американский биолог Томас Гент Морган вместе со своими немногочисленными сотрудниками, не видя генов, не зная, что они представляют собой с химической точки зрения, смог сказать, как именно расположены они в хромосомах, где именно находится определенный ген, ответственный, например, за цвет тела или форму глаз.
Крылатая «морская свинка»
«Когда мы раскупорили одну из бутылок, то в первом стакане обнаружили трех утонувших мух, – так начал свой рассказ Вениамин Франклин, известный ученый и политический деятель. – Я когда-то слышал о том, что утонувшие мухи оживают под лучами солнца, и потому предложил поставить с ними опыт. Мы выставили их на солнце, на том же ситечке, с помощью которого выловили их из стакана, и стали наблюдать. Меньше чем через три часа две из них стали постепенно возвращаться к жизни».
Мухи, о которых шла речь, вне всякого сомнения, те самые мушки, которые способствуют превращению виноградного сока в вино, занося в него винные дрожжи. Правда, та же мушка и портит вино, помогая ему превратиться в уксус. Ее именуют плодовой, или уксусной. А научное название этой мушки – дрозофила, что по-гречески означает «любящая росу».
Так, еще в позапрошлом веке дрозофила была впервые использована в качестве «морской свинки» – объекта для проведения биологических опытов. В начале этого века Томас Гент Морган избрал дрозофилу в качестве объекта для генетических исследований, причем выбор оказался исключительно удачным.
Морган начал ставить на ней генетические опыты около 1910 года, и до сих пор дрозофила остается одной из любимейших «морских свинок» генетиков. Почему? Эта мушка мала, но не слишком мала, чтобы ее нужно было рассматривать в микроскоп, – достаточно простой лупы. Она неприхотлива, легко размножается в лаборатории. Но самое ценное – скорость размножения. Поколения у дрозофилы могут чередоваться каждые две недели, а одна пара мух дает по нескольку сотен потомков. Конечно, на таком объекте можно быстро получить очень большой материал. А объем материала – это точность выводов.
Морган делал в общем то же, что и Мендель; ставил скрещивания и исследовал гибридное потомство. Но если Менделя интересовали наиболее общие законы, то Морган искал отклонений от них. Стоит заметить, что Морган, ставший уже известным ученым к тому времени, когда заинтересовался генетикой, вначале был ее недоброжелателем. Он не разделял восторга окружавшей его молодежи в связи с переоткрытием законов Менделя. И опыты начал в какой-то мере для того, чтобы опровергнуть эти законы.
Но он был хорошим экспериментатором и честным ученым. В результате своих работ он не только убедился в полной правоте Менделя, но, кроме того, смог сделать и значительный шаг вперед. Этот шаг – создание хромосомной теории наследственности.
Морган вместе со своими талантливыми сотрудниками – Меллером, Стертевантом и Бриджесом доказали, что гены действительно находятся в хромосомах. Мало того: они выяснили, что гены в хромосомах расположены линейно, то есть следуют один за другим. Иногда хромосому предлагают рассматривать как бусы: нить, на которую нанизаны шарики. Каждый шарик – ген. Это, конечно, не совсем точно, но не так уж далеко от истины.
Но и этого мало. «Четыре разбойника», как назвали генетики Моргана и его друзей, продолжая опыты с дрозофилой, смогли разработать методы нахождения тех точек, где расположены определенные гены. Например, ген, ответственный за цвет глаз, находится на самом конце первой хромосомы дрозофилы. Неподалеку от него – ген, ведающий окраской тела, а ген, контролирующий форму глаз, – почти что на противоположном конце. Ген, от которого зависит нормальное образование поперечной жилки на крыльях, находится в маленькой, еле заметной в сильный микроскоп четвертой хромосоме. И так далее. Ученые локализировали сотни генов плодовой мушки. Излишне говорить, что те же методы применимы и к другим организмам.
Итак, исследователи научились находить то место, где расположен любой заинтересовавший их ген. Но в те времена никто не видел гена, никто ничего не знал о его физической и химической природе. Подобно тому как Леверрье, не видя Нептуна, определил, где он должен располагаться на небосводе, так и Морган, не видя генов, точно указывал их место в хромосомах. И заметим, совершенно правильно.
Вы присутствуете при открытии
Следующая задача, вставшая перед учеными: научиться изменять гены. Хотя это долго не удавалось, особых оснований считать гены неизменными не было. Большинство генов известны в нескольких разновидностях. И у растений гороха, которые скрещивал Мендель, гены несколько различались: у одного растения ген обусловливал гладкую поверхность семян, у другого – он же – морщинистую. Наследственные изменения генов, или, как их называют, мутации, широко распространены в природе. Время от времени они возникают у всех живых организмов без каких-либо внешних воздействий. Но хотя появляются они и крайне редко, значение их велико. Если бы не существовало естественных мутаций, не было бы и генетики – науки о наследственности. Все представители одного вида походили бы друг на друга больше, чем близнецы. А не было бы различий, нечего и сравнивать. Если бы не было мутаций, не существовало бы и высоко развитой жизни на нашей планете, так как именно мутации дают материал для эволюции организмов.
