Текст книги "Когда отступает фантастика"

Автор книги: Новомир Лысогоров

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 15 страниц)

Печеночный сосальщик и ржавчинный гриб – паразиты, сами они добывать пищу не могут, а потому существуют, «высасывая соки» из своих хозяев. Но ведь эти организмы получают от своего хозяина лишь средства питания. В то же время у них есть собственный обмен веществ, свои ферменты, биохимические реакции – словом, все то, что позволяет им извлечь из пищи энергию и за счет ее жить.

Иное дело вирусы. Паразитируют они внутри клеток, используя для своего размножения и энергию клетки и находящиеся в ней химические вещества. Здесь взаимодействие происходит на уровне молекулярного строения клеток. Вирусы вступают в связь не с целостным организмом и даже не с его клетками, а с отдельными химическими соединениями, молекулами, из которых клетка построена. Здесь идет, если можно так выразиться, разбой на уровне молекул. И вот в этом-то главная особенность существования вирусов, отличающая их от остальных существ живой природы.

Каков же механизм взаимодействия вирусов с клеткой, какие вещества участвуют в нем и к сколь серьезным по своей общебиологической значимости обобщениям и открытиям привело познание строения и способов размножения вирусов, мы расскажем в одной из следующих глав. А пока вернемся к бактериофагу.

Итак, необыкновенно высокая специфичность действия фагов объясняется их образом жизни, тем, что, будучи внутриклеточными паразитами, они взаимодействуют с клеткой-хозяином на уровне ее молекулярного строения.

И достаточно бактерии изменить свой обмен веществ, достаточно в поверхностной оболочке бактерии произойти каким-то химическим перестройкам, как она становится неуязвимой для данного фага.

Такова одна из причин неудач, случавшихся при применении бактериофагов в качестве лекарственных препаратов. И путь здесь один: дальнейшее тщательное и глубокое изучение условий взаимодействия бактериофагов с бактериями. Многое здесь уже познано, но многое еще предстоит понять и познать, чтобы представить себе всю сложность и своеобразие этого процесса, протекающего на молекулярном уровне.

Однако нет сомнения, что со временем, когда все стороны поведения фагов как в пробирке, так и в живом организме будут достаточно изучены, медицина вновь вернется к использованию «живого лекарства» д’Эрелля. В борьбе с бактериями бактериофаг еще не сказал своего последнего слова. А удивительное свойство фагов, их исключительная верность строго определенному типу бактерий уже сейчас находят применение в борьбе с болезнями.

Фаг в роли ищейки

Есть такая отрасль медицины – эпидемиология. Однако не надо думать, что врачи-эпидемиологи занимаются только изучением эпидемий, как это может показаться из названия их специальности. Основная задача эпидемиологов в наше время – предотвращение эпидемий. Мы уже рассказывали о роли, которую сыграл бактериофаг в 1938 году, когда вспыхнувшая в Афганистане эпидемия холеры грозила перекинуться в нашу страну. Тогда применение бактериофага остановило распространение заболевания на государственной границе.

Казалось бы, это история. 30 лет в наш век – срок большой. Да и о холере мы знаем в основном по книгам. В нашей стране ее нет. Но холерный вибрион не сгинул начисто. В природе он существует. И время от времени то в одной, то в другой азиатской стране происходят вспышки этого страшного заболевания. Вот и сегодня, когда я пишу эти строки, радио сообщило об эпидемии холеры в одной из провинций Индии.

Для советского человека стало привычным, что эпидемий инфекционных заболеваний в нашей стране не возникает, и мы редко задумываемся над вопросом: а почему? Мы забываем, что, как пограничники, охраняют наш мирный труд, целая армия врачей эпидемиологов и бактериологов стоит на страже здоровья.

Вот случай из работы английских эпидемиологов.

Трое детей, проживавших в районе города Винчестер, в июне 1948 года почти одновременно заболели брюшным тифом. Детишки признались, что пили речную воду. Так в руки врачей попала первая нить для поисков источника инфекции. Вскоре удалось установить, что бактерии брюшного тифа, выделенные из организма заболевших, сходны с возбудителями тифа, полученными из воды, которую взяли в местах, где гуляли дети. Поиск пошел дальше. Нужно было выяснить, каким путем бациллы брюшного тифа попадают в реку. Вначале следы привели к одному из речных притоков, потом к стоку нечистот и оттуда через длинную канализационную систему к одинокому домику, где проживал человек, оказавшийся носителем бактерий брюшного тифа.

Работу проделали огромную, обследование продолжалось более года. А источник инфекции был расположен всего в трех километрах вверх по течению от места, где заразились дети.

Каким же образом бактериологам удалось проследить весь путь распространения возбудителя, исключая многие и многие побочные варианты? Что им давало возможность из десятков присутствовавших в нечистотах, кишечнике больных, речной воде других бактерий брюшного тифа опознать именно виновников этих случаев заболевания?

Здесь на помощь врачу приходит бактериофаг. И если выше мы сравнили бактериологов и эпидемиологов с пограничниками, то фага можно уподобить их верному помощнику, собаке-ищейке, способной среди сотен посторонних следов найти след нарушителя и вести по нему своего хозяина.

Так же безошибочно бактериофаг среди многих штаммов возбудителей отыскивает представителей одной, строго определенной группы и позволяет установить их присутствие в кишечнике человека, нечистотах, речной воде, молоке и т. д.

Исключительно высокая специфичность действия, о которой говорилось выше, необыкновенная привязанность к определенным типам микробов делает фага незаменимым помощником бактериолога в трудной работе выяснения путей распространения инфекций. Сейчас известно 58 различных типов брюшнотифозных бактерий и столько же соответствующих им типовых фагов.

Имея в распоряжении такую коллекцию, можно всегда точно определить фаготип той или иной культуры возбудителя брюшного тифа; прием этот так и называется – фаготипирование и в своем исполнении довольно прост.

Чашку Петри заполняют питательной средой, а дно расчерчивается на отдельные участки. Затем над каждым участком по поверхности среды размазываются капельки испытываемых культур, а через некоторое время в центр подсохших пятен наносятся капельки фага. Теперь остается поместить чашку в термостат при температуре 37 градусов и через несколько часов проверить результаты анализа.

За это время бактерии успеют разрастись и образовать колонии (газоны), видимые простым глазом. Если испытуемые штаммы к фагу нечувствительны, то бактериальные газоны останутся целыми и неповрежденными. В случае же, когда бактериофаг встретился со своим типом, бактериальный газон будет либо растворен бактериофагом, либо окажется поврежденным.

Именно таким методом и был прослежен путь возбудителя в случае заболевания английских детей. Таким способом легко отличить возбудителей паратифа B¹ от бактерий брюшного тифа, в то время как симптомы этих болезней очень схожи.

Удалось недавно подобрать фаг, помогающий определять бациллы сибирской язвы. Советский микробиолог Дрожжевкина приготовила смесь фагов (поливалентный фаг), использование которой позволяет отличать возбудителей бруцеллеза – бруцелл от так называемых нетипичных форм. В этом случае фаг выполняет работу, с которой раньше справлялся не каждый бактериолог. Применяется метод фаготипирования для опознавания возбудителей и некоторых других опасных заболеваний.

Но научная мысль работает дальше.

Ведь чтобы определить, к какому типу относится, допустим, брюшнотифозный микроб, его нужно сначала выделить из среды обитания в чистую культуру, разобраться во всем пестром и многообразном микробном населении, скажем, той же речной воды. А представляете, сколь сложна и кропотлива такая работа? И хотя с тех пор, как стало известно, что сотни болезней передаются от человека к человеку бактериями, предложено много методов, с помощью которых можно обнаружить болезнетворных микробов в воде, продуктах питания и других средах, наиболее достоверным до самого последнего времени оставался именно бактериологический анализ.

Но он же и самый трудоемкий.

Вот вроде бы простая задача: установить, есть ли в данной пробе воды дизентерийный микроб. Начинается работа. Прежде всего готовится питательная среда и разливается в чашки Петри. Все делается, разумеется, стерильно, чтобы никакой посторонний микроб не помешал последующему анализу. Наконец питательная среда остыла и затвердела, для микробов готовы и кров и пища. Теперь в чашки помещают капельки воды, которую предстоит исследовать, и ставят их в термостат, где поддерживается температура человеческого тела. Через сутки на питательной среде появляются окрашенные и неокрашенные налеты – колонии размножившихся бактерий. Тогда берут заранее приготовленные пробирки с питательной средой, пересевают в них подозрительные по виду и форме колонии и опять ставят в термостат.

Наконец через сутки наступает последний этап анализа – надо определить: какие же бактерии размножились в пробирке? Однако внешне микробы, как правило, очень сходны, и, чтобы окончательно установить, с кем в данном случае имеешь дело, нередко приходится прибегать к новой серии трудоемких анализов. Каждый из них в отдельности обычно тоже не дает четкого ответа. О том, какая же найдена бактерия, приходится судить по совокупности признаков. Одним из них является взаимодействие с фагом.

Если дизентерийный фаг уничтожает выделенную бактерию и сам размножается – значит, это была дизентерийная палочка. Все, казалось бы, хорошо.

Однако медлительность и сложность бактериологического анализа почти всегда приходит в столкновение с запросами практики. Врачу важно поскорее узнать, возбудитель какой болезни находится в крови больного, в воде колодца или реки, в пищевых продуктах.

А нельзя ли изменить весь подход и отказаться от предварительного выращивания подозрительных бактерий на питательных средах?

Нельзя ли узнать о присутствии искомой бактерии в воде или продуктах питания по каким-то косвенным признакам? Мысль исследователей обратилась к бактериофагу.

Метод фагодиагностики болезнетворных микробов кишечной группы был предложен в 1955 году советскими микробиологами Владимиром Дмитриевичем Тимаковым и Давидом Моисеевичем Гольдфарбом и назван авторами реакцией нарастания титра фага. Чувствительность этого метода очень высока и превышает чувствительность обычного бактериологического анализа иногда в 10 тысяч раз. Даже в случаях, когда количество возбудителя брюшного тифа составляет всего несколько бактерий на 0,5 литра воды, их удается обнаружить уже через 16–20 часов. Минимальные количества дизентерийных бактерий в воде определяются через 14–20 часов, а в испражнениях – спустя 9–10 часов. И это когда обычным методом бактерий не удается обнаружить вообще: так мала их концентрация. С успехом применяется реакция нарастания титра фага и для выявления в воде возбудителя холеры.

Так изучение бактериофагов привело к разработке дешевых, быстрых, а главное – точных методов опознавания типов и видов болезнетворных бактерий и в окружающей среде и в организме человека. У врачей-эпидемиологов появился верный союзник, помогающий быстро и безошибочно отыскивать источники инфекции, а значит, и предотвращать развитие эпидемий.

Расшифровав и познав характер взаимоотношений между бактериями и бактериальными вирусами, наука привлекла бактериофагов на службу охраны здоровья человека.

Впрочем, изучение отношений между самими вирусами, по-видимому, может дать медицине также немало. Перспективы здесь многообещающие.

Интерферон

Пожалуй, в наше время вряд ли можно найти вирусолога, который не знал бы, что означает это слово. А каких-нибудь десять лет назад его не существовало вовсе. Так же, как не было слова «пенициллин», пока Александр Флеминг не дал это название антибиотику, вырабатываемому плесневым грибом.

Интерферон тоже «родился» в Лондоне, но совсем недавно – в 1957 году.

Четверть века назад двое английских ученых – Финдлей и Мак-Каллум, работая с вирусными инфекциями, описали необъяснимое, но весьма интересное явление. По их наблюдениям, обезьяны, зараженные лихорадкой долины Рифт (есть и такое вирусное заболевание), становятся невосприимчивыми к вирусам желтой лихорадки. Почему? Может быть, здесь какую-нибудь роль играет иммунитет? Но нет, антитела, вызванные вирусами одной лихорадки, иммунитета к другой не создают: их действие специфично.

Так в чем же дело? Проанализировав свои наблюдения, исследователи выдвинули гипотезу: по-видимому, решили они, завладевший «жизненным пространством» вирус лихорадки долины Рифт просто не впускает своего соперника.

Это явление получило название «интерференции вирусов». А вскоре было установлено, что распространено оно довольно широко.

Лабораторные опыты четко показывали, что вирус, завладевший клеткой, «не впускает» в нее другого. Как? Может, здесь происходит борьба вирусов и тот, кто первым попал в клетку, имеет более выгодную позицию? Ведь побеждает всегда он.

Вопрос совсем запутался, когда американские исследователи установили, что даже убитые вирусы успешно сопротивляются «сосуществованию» и мешают проникновению в клетку вирусов других рас. Значит, никакой вражды между вирусами нет. Они не борются друг с другом. От вторжения новых «жильцов» обороняется сама клетка. Но как?

Разгадка была найдена в 1957 году в лаборатории лондонского исследователя Алека Айзекса. Вначале родилась рабочая идея. Ученый рассуждал так: «Если клетка, уже зараженная одним вирусом, не допускает вторжения другого, то должен же быть какой-то материальный субстрат, вещество, при помощи которого клетка обороняется. Другого-то объяснения явлению интерференции вирусов нет. А раз так, то вся задача сводится к тому, чтобы это вещество найти и выделить».

Вместе со своим сотрудником Линдеманом Айзекс приступил к опытам. На культуру клеток воздействовал вирусом гриппа, предварительно убитым, или, как говорят вирусологи, инактивированным, высокой температурой.

И вот эта среда, в которой существовали клетки, через несколько часов после начала опыта вдруг стала губительно действовать на испытуемые вирусы. В ней имелось что-то такое, что не позволяло новым вирусам проникать в ранее зараженные клетки. Это «нечто» и было выделено в чистом виде. Айзекс и Линдеман дали ему звучное название «интерферон».

Интерферон сразу же заинтересовал вирусологов, и его дальнейшее изучение пошло довольно быстро.

Прежде всего было установлено, что вещество это белковой природы. Возникает оно в результате взаимодействия вируса с клеткой и, попав в клетку, лишает возможности развиваться любому другому вирусу.

Заметьте, любому!

Вскоре выяснились и другие удивительные свойства интерферона. Хотя это по своей природе белок, его тем не менее можно безбоязненно вводить в животные организмы. Он не вызывает при этом отрицательной реакции, как всегда случается при попадании чужеродного белка. И еще одно: интерферон, образуемый клетками обезьяны, оказывается активным при испытании на клетках человека. Вирус, которым пытались заразить обработанные интерфероном ткани человека, не размножался и погибал. В общем все свойства интерферона говорили, что со временем он может стать прекрасным лечебным препаратом против вирусных инфекций.

Впрочем, более правильным будет сказать, что именно изучение интерферона в качестве возможного лекарственного препарата и привело к выяснению всех его перечисленных свойств.

У нас в стране сразу же после открытия Айзекса интерфероном заинтересовалась член-корреспондент Академии медицинских наук СССР Зинаида Виссарионовна Ермольева.

С группой сотрудников – Фурер, Болезиной и Фадеевой – профессор Ермольева отработала методику получения интерферона, выяснила его антивирусную активность и другие свойства. А когда исследователи получили 18 экспериментальных серий интерферона, наступил момент испытания его целебных свойств на лабораторных животных.

Прежде всего необходимо было выяснить степень токсичности самого лекарства. Вспомните, как часто случалось, что химические препараты или антибиотики, уничтожая возбудителей болезни, оказывались также ядовитыми и для самого организма.

История эта повторялась и при попытках воздействовать химическими препаратами на вирусы. В пробирке вирусы погибали, но вместе с тем препараты убивали и клетку.

А как поведет себя в организме интерферон?

Но на этот раз опасения были напрасны: интерферон оказался абсолютно нетоксичным и не причинил организму никакого вреда. Теперь встал вопрос о его ценности как лечебного препарата.

Грипп для мышей – смертельное заболевание, животные гибнут от жесточайшего воспаления легких. Но стоило мыши ввести в нос или в лапку интерферон, как заболевания гриппом не возникало. После длительной проверки на животных решено было испытать интерферон на людях.

Тридцать четыре человека, больных тяжелой формой токсического гриппа, подверглись в клинике вирусных инфекций Института имени Дмитрия Иосифовича Ивановского лечению интерфероном, и в ряде случаев целебное действие препарата не вызвало сомнения.

В год, когда проводилась первая клиническая проверка интерферона, гриппозных больных было мало, и поэтому препарат удалось испытать лишь на малом количестве людей: больше не нашлось. А чтобы препарат считался безусловно прошедшим клиническую проверку, он должен излечить или предупредить заболевание по меньшей мере у нескольких сотен человек. Изучение целебного действия интерферона продолжается.

Клинические испытания нового препарата проводились и в Англии. Здесь изучалось, способен ли интерферон противостоять вирусу оспы. 38 добровольцам был впрыснут интерферон, и на следующий день в этот же участок кожи ввели ослабленный вирус оспы. Как и следовало ожидать, интерферон подавил вирус оспы, и у испытуемых не наблюдалось даже местной реакции на введение вируса.

Итак, «магическая пуля» против вирусных инфекций в принципе найдена. То, что мы здесь рассказали, только начало. Сейчас к изучению профилактического и клинического действия интерферона, выяснению механизма его влияния на вирусы привлечено внимание ученых многих стран. И хотя основное – интерферон действует на проникший внутрь клетки вирус губительно, не позволяя ему размножаться, – установлено, многие моменты этого сложного, проходящего на молекулярном уровне процесса взаимодействия в треугольнике «клетка – вирус – интерферон» еще предстоит познать. Но время это не за горами.

Залог тому – успехи вирусологии последних лет. Они столь огромны, что переросли уже рамки науки о вирусах и повлекли за собой решение самых кардинальных биологических проблем. И связано это прежде всего с выяснением строения и биологической роли нуклеиновых кислот.

ДНК

Если посмотреть высказывания крупнейших современные ученых о перспективах развития мировой науки, то большинство из них сводится к одному: после революции, происшедшей в физических науках в результате создания теории относительности, квантовой механики и расщепления атомного ядра, предстоит не менее грандиозная революция в биологии, именно в науке о наследственности – генетике.

По-видимому, тенденция развития естествознания действительно такова. Мало того, революция эта уже началась, и как лозунг совершившегося переворота на ее знамени написано: ДНК.

ДНК – всего три буквы – телеграфно краткое обозначение одного из химических веществ. Но сколько надежд ученых самых разных специальностей сейчас связано с этим веществом! И не только ученых. Сложившись в лучах последних достижений физики, химии, биологии и математики, эти три буквы так ярко засверкали на небосклоне науки, что сразу стали известны и неспециалистам. Ведь где бы ни упоминались эти три буквы, с ними были связаны ответы на извечные, волнующие всех вопросы. Вопросы, которые задает себе человечество уже несколько тысячелетий, а наука только сейчас начинает находить на них ответы.

Действительно, почему организмы, ежесекундно обновляясь в ходе обмена веществ, остаются самими собой? Почему, наконец, при всем огромном многообразии живых форм в природе мы наблюдаем их постоянство? Каждый вид животных характеризуется множеством определенных признаков, и они передаются из поколения в поколение. Почему? Почему дети, как правило, похожи на своих родителей? Как происходит передача наследственных признаков и свойств? Какие удивительные вещества и «механизмы» обеспечивают точность процесса наследования?

За всеми этими вопросами стоят три буквы – ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), вещество, изучение строения и роли которого привело науку к раскрытию одной из самых сокровенных тайн живой природы – наследственности.

О том, как это произошло, каков в представлении современной науки «механизм» наследственной передачи признаков и свойств, об огромном вкладе микробов, вирусов и бактериофагов в решение этой проблемы и пойдет дальше речь. Но сначала оставим на время мир ультрамалых существ и коротко познакомимся с некоторыми фактами из генетики (науки о наследственности) и цитологии (науки о строении клетки).

Единица жизни

Говорят, что мысль о существовании закона всемирного тяготения пришла Ньютону в голову, когда он увидел падающее яблоко. В физике наступила новая эра, а Ньютоново яблоко вошло в историю как пример мелочи, могущей натолкнуть ученого на великое открытие. Чаще же этот случай рассматривается просто как исторический анекдот.

Однако есть в истории науки факт, не менее разительный, чем Ньютоново яблоко, и в то же время абсолютно достоверный. Речь пойдет о кусочке пробки. Да, обыкновенной бутылочной пробки, приведшей к открытиям, пожалуй, столь же грандиозным и важным для биологии, как и установление закона всемирного тяготения для физики.

Но расскажем обо всем по порядку.

Событие это произошло в Англии в 1667 году и, как часто бывает, вначале не привлекло к себе внимания. В самом деле, что особенного можно было усмотреть в том, что некто Гук, по должности всего лишь ассистент известного физика профессора Бойля, издал книгу, в которой описывал сконструированный им микроскоп?

Чтобы привлечь внимание современников к своему микроскопу, Гук, как человек предприимчивый, не только описал конструкцию прибора, но и снабдил книгу рисунками тех удивительных вещей, которые можно было увидеть при помощи микроскопа. Был среди них и рисунок, изображавший кусочек пробки. Под микроскопом она выглядела совсем необычно. Не пробка, а пчелиные соты! Весь кусок – сплошные ячейки, плотно прилегающие друг к другу. Между ячейками тонкие перегородки, а внутри – пустоты. «Клетки» – так назвал Гук эти ячейки, с той поры слово «клетка» не сходит со страниц научных трудов биологов. Клетка стала предметом самого тщательного изучения исследователей всех стран. Создалась целая наука о клетке – цитология.

Что же так привлекает ученых в клетке? Почему они, не жалея труда и сил, стремятся познать тайны строения и жизнедеятельности клеток? Какие общебиологические закономерности стоят за этой микроскопической ячейкой?

Чтобы ответить на эти вопросы, придется хотя бы несколько слов сказать и о других открытиях, к которым вскоре привело применение микроскопа в биологии.

В конце XVII века голландские ученые Свамердам и Левенгук, рассматривая под микроскопом каплю воды из пруда, заметили в ней массу крохотных, разнообразных по форме животных, быстро двигающихся в разных направлениях. Микроскоп открыл целый мир существ, дотоле неизвестных. Свамердам чуть не сошел с ума при виде чудес этого «невидимого» мира. Он сжег свои рисунки, изображающие его обитателей, считая, что человек не должен проникать в тайны, скрытые от него богом. Менее суеверный Левенгук продолжал наблюдения. Вскоре он издал большой труд под названием: «Тайны природы, открытые при помощи микроскопа». В ней были описаны представители мира одноклеточных – инфузории и коловратки.

Известные человеку границы жизни расширились. И опять открытие было связано с клеткой – найденные Левенгуком животные состояли всего из одной клетки.

Вскоре были найдены и одноклеточные растения – микроскопические водоросли.

Итак, в капле воды, взятой из пруда, существовал целый мир микроскопических существ – одноклеточных животных и растений. Казалось бы, пределы распространения жизни найдены.

Но вскоре тот же Левенгук открывает еще один, дотоле неведомый мир живой природы, мир бактерий. И опять каждая бактерия представляет собой отдельную клетку.

Итак, уже первые десятилетия использования микроскопа привели к величайшим открытиям. Мир одноклеточных животных. Мир одноклеточных растений. Мир бактерий. Жизнь. Везде жизнь! И везде она связана с клеткой.

Благодаря тому же Левенгуку наука узнает, что в крови плавает несметное количество кругловатых телец, известных теперь под именем красных и белых кровяных шариков. Это тоже отдельные клетки.

Изучает Левенгук и строение мышц и нервов. Оказывается, они построены из не видимых простым глазом волокон. И только слабый микроскоп не позволил Левенгуку увидеть мышечные клетки.

Шло время.

Микроскопы совершенствовались. В работу включались все новые и новые исследователи, и шаг за шагом набирался и нарастал материал, из которого возникло лучшее и красивейшее из творений науки XIX века – клеточная теория строения организмов. Теория, которую Энгельс отнес к числу величайших открытий человечества.

Суть клеточной теории заключена в нескольких положениях. Каждое живое существо – будь то растение, животное или человек – состоит из клеток, то есть таких же или подобных им маленьких ячеек, которые разглядел Гук под своим микроскопом в пробке.

Другими словами, мир един в своем многообразии: все живые существа либо построены из множества клеток, либо представляют собой одну клетку. Так в бесконечной внешней несхожести бесчисленных видов живых существ, населяющих нашу планету, несхожести, объясняемой до этого прихотью божьей, была найдена общность, открывающая путь к дальнейшему познанию живой природы.

Не менее важно для биологии и другое обобщение клеточной теории. Коротко его можно сформулировать так.

Развитие каждого организма, какое бы сложное строение он ни имел впоследствии, всегда начинается с одной клетки. И если трудно уловить сходство, допустим, между слоном и ежом, то, когда каждый из этих организмов представлял собой всего лишь одну клетку, их почти невозможно было различить. Затем эти клетки делились, размножались, их становилось все больше, организмы развивались, и в одном случае получился еж, а в другом слон. Тело этих животных построено из очень многих клеток. Образно можно сказать, что клетки – это кирпичи, из которых сложено здание организма, его ткани и органы. Поэтому не удивительно, что еще в прошлом веке клетку называли «единицей жизни».

«Стало общепризнанной истиной, законом природы, что клетка – органическая единица – необходимое условие существования всего растительного и животного царства, – альфа и омега органической жизни; с нею занимается заря этой жизни, с нею же угасает и последний луч ея; весь мир растений и животных – собрание клеточек». Эти слова были сказаны почти сто лет назад.

Логика пути

Пожалуй, ни одна биологическая структура не привлекла к себе столь пристального внимания ученых, как ядро клетки и хромосомы. Уже более ста лет (клеточное ядро было открыто в 1835 году Робертом Брауном) идет непрерывный штурм этой микроскопической крепости. Сейчас проблемой занимаются тысячи ученых самых различных специальностей: цитологи, генетики, вирусологи, физико-химики, биохимики, математики.

Какие же факты заставляют ученых именно в клеточном ядре и хромосомах искать механизмы наследственной передачи?

Прежде всего некоторые общие закономерности развития организмов, которые уже сравнительно давно удалось выявить биологам.

Ближайшие потомки всегда в той или иной степени похожи на своих предков. Во всяком случае, потомство всегда повторяет основные черты строения родителей. Это так привычно, что часто даже не вызывает вопроса: почему? Причиной такого сходства является наследственность. Что же такое наследственность? Как протекает процесс передачи наследственных признаков от отцов и матерей к детям? Какие структуры в клетках организмов являются носителями индивидуальных признаков всякого существа? Или, другими словами, каковы материальные, вещественные основы наследственности? Ответить на эти вопросы стало возможным лишь после того, как были установлены основные положения клеточной теории строения организмов, а главное, изучено строение самих клеток, этих микроскопических «единиц жизни».

Сходство детей с родителями является едва ли не самой общей биологической закономерностью. Все живые существа – от примитивнейшего вируса до человека – обладают способностью передавать потомкам по наследству основные черты своего строения. Вот эта способность воспроизводить себя в потомках и называется наследственностью.

Следует сказать, что понятие наследственности применимо не только к целостным организмам. Наследственностью обладает и каждая отдельная клетка организма.

Известно, например, что в процессе жизни организма мышечные клетки делятся и количество их увеличивается, но мышца остается мышцей. Это значит, что каждая клетка при делении производит новую клетку, как правило похожую на себя, себе подобную.

Однако, если способность живых организмов повторять свои наследственные особенности в поколениях – одна из самых общих закономерностей живой природы, то не менее общей закономерностью является и их способность изменяться.

Изменчивость и наследственность представляют собой как бы две стороны одного явления. В природе идет постоянный процесс передачи наследственных свойств от родителей к детям и так же постоянно идет процесс изменчивости. Ведь дети никогда не представляют собой абсолютных копий родителей.

Биологическая дисциплина, занимающаяся явлениями наследственности и изучением законов, управляющих сходствами и различиями между родственными органами, называется генетикой.

Итак, развитие каждого организма, как бы сложно он ни был построен, всегда начинается с клетки. Клетка, дающая начало каждому сложному организму, называется яйцом, или яйцеклеткой. Яйцеклетки вырабатываются в теле женской особи. Но чтобы яйцо начало развиваться, необходимо оплодотворение его другой половой клеткой – мужской.

В результате слияния женской и мужской половых клеток (яйцеклетки и сперматозоида) образуется одна новая клетка – оплодотворенное яйцо, или, как его еще называют, зигота. Из нее путем многочисленных делений развивается сложный организм, состоящий иногда из многих миллиардов клеток, составляющих его ткани и органы.