Текст книги "Сфинксы XX века"
Автор книги: Рэм Петров
Жанр:
Биология
сообщить о нарушении
Текущая страница: 7 (всего у книги 14 страниц)
Чистые линии
Не трудно представить, как важны для изучения проблемы пересадки тканей идентичные во всех отношениях животные. Животные-близнецы, идентичные и в антигенном отношении. Не только потому, что между ними, как между однояйцевыми близнецами у людей, успешно проходят пересадки кроветворных клеток, кожи, почек и других органов и тканей. Но и…
Представьте себе, что мы животному №1 пересадили клетки селезенки животного №2. Для этого у животного №2 пришлось взять селезенку. Теперь нам нужно выяснить, повлияла ли и как, через какое время, если повлияла, пересадка этих клеток на возможность приживаемости почки донора, то есть животного №2. Для этого донорскую почку надо будет пересаживать через месяц, два, год. А донора уже в живых нет. Да если бы и жил, у него все равно только две почки. У любого другого животного (№3, 4, 5 и т. д.) «индивидуальность превыше всего», и копию нашему донору найти невозможно, если у него нет однояйцевого близнеца. А ведь для некоторых работ нужны сотни таких копий!
В идеальном случае экспериментатор во время каждого опыта должен точно знать, что животные данной группы идентичны между собой. Но они отличаются по антигенному строению тканей от животных другой группы, которые между собой тоже идентичны.
Для точных экспериментов и правильных научных выводов – это понятно всем – нужны именно идеальные условия.
И они на самом деле имеются!
Созданы животные чистых линий, то есть таких пород, внутри которых все особи антигенно тождественны, как однояйцевые братья или сестры-близнецы.
Теперь нам надо понять принцип создания чистых линий животных, их биологическое существо. Для этого придется получить еще порцию знаний. Нам сейчас надо хоть немного, хоть совсем поверхностно познакомиться с генетикой – наукой о наследственности.
Все основные внешние и внутренние признаки организма определяются особыми структурными единицами – генами. Гены располагаются в ядерных нитях – хромосомах. В человеческих хромосомах, например, содержится не менее 40 тысяч генов. Хромосомы в строго определенном парном числе находятся в ядрах всех клеток. В человеческих клетках 23 пары хромосом, в норме всегда 23, в крысиных – 21, всегда 21, у мышей 20 пар. Хромосомы каждой пары одинаковы, а разных пар различны.
Когда говорят: парные хромосомы одинаковы, имеют в виду их одинаковую форму и расположение в них генов, определяющих одни и те же признаки. Если в одной из парных хромосом расположены гены группы крови, цвета глаз, формы ушной раковины, то и во второй на тех же местах помещаются эти гены. Но сами гены неравнозначны.
Ген группы крови, например, существует в трех вариантах (аллелях) – А, В и 0. И если в одной хромосоме находится вариант А, а в другой 0, то группа крови человека будет А0; если В и 0, то В0; если А и В, то АВ; а если 0 и 0, то нулевая группа. Это совершенно ясно и просто и никаких дополнительных объяснений не требует.
Следовательно, парные хромосомы одинаковы по форме и расположению генов. По существу же, по качествам тех признаков, которые определяются этими генами, могут быть и чаще всего бывают различны.
Парность хромосом возникает в самом начале развития организма, при возникновении его во время слияния мужской и женской половых клеток. Один набор хромосом приходит от матери и один от отца. При этом каждая хромосома находит свою и только свою пару.
Оплодотворенная яйцеклетка с полным парным набором хромосом начинает делиться на 2, 4, 8 и т.д. клеток. Перед делением всякий раз каждая хромосома образует возле себя совершенно подобную себе хромосому – удваивается. Перед делением клетки вновь образовавшиеся дочерние хромосомы отделяются от старых. Каждая дочерняя клетка получает по одной из них. Обе новые клетки, таким образом, получают по два набора хромосом. Вследствие этого каждая клетка развившегося человека содержит 23 пары хромосом, каждая клетка мыши – 20 пар, крысы – 21 пару. Один из парных наборов пришел от отца и принес отцовские гены и отцовские качества, другой – от матери.
Когда у взрослого организма начинают образовываться половые клетки, происходит особого рода деление – без удваивания каждой хромосомы. Клетки – предшественники половых клеток содержат, как и все остальные, по два набора хромосом. В каждой паре одна хромосома от отца, другая от матери. В образующуюся половую клетку из каждой пары попадает только одна – или материнская, или отцовская. Какая пойдет в одну сторону, какая в другую, неизвестно. Это определяется случайностью. По крайней мере сегодня мы это считаем случайностью. Важно, что новообразованные половые клетки не получают все свои хромосомы только от одного из исходных наборов. Возникает новый набор, состоящий из смеси отцовских и материнских. Вот это соединение одинаковых пар хромосом при слиянии половых клеток и последующее (при образовании новых половых клеток) расхождение пар с возникновением перегруппировки, а следовательно, с возникновением нового хромосомного набора было названо «танцем хромосом».
Каждая хромосома несет большое количество генов. Каждый ген определяет тот или иной признак организма. Из всего сказанного ясно, что перегруппировка хромосом в новые наборы обеспечит у потомков новые комбинации признаков. Поэтому-то дети одних и тех же родителей отличаются друг от друга. Каждый из них имеет особым образом составленный в результате «танца» набор хромосом.
Давайте проследим за переходом из поколения в поколение только одной пары хромосом. Эта пара несет гены, определяющие какую-то группу признаков. Ну, например, интересующую нас антигенную дифференцировку, являющуюся причиной несовместимости тканей. Сейчас мы создадим семью и будем комбинировать детей, внуков.
...У отца имеется пара хромосом А и А1. У матери – а и а1. Их половые клетки будут содержать по одной хромосоме из этих двух: А или А1 и а или а1. Создаем детей. Дети имеют возможность получить следующие пары, как повезет: Аа, Аа1, А1а или А1а1. Теперь другие родители. Они еще не знают, что мы назначим им породниться. Отец Б и Б1. Мать – б и б1. Их дети имеют следующие возможности: Бб, Бб1, Б1б или Б1б1.
Породним эти семьи. Дети А1а1 и Бб поженились и сами стали родителями. Создаем внуков. Внуки возможны в следующих вариантах: А1Б, А1б, а1Б или а1б. Если теперь внуки вступят в брак с особями В и В1 или, скажем, с особями Г и Г1, получатся еще новые сочетания.
Хромосом много, и в каждой из них огромное число вариантов генов. Бесконечно много совершенно своеобразных хромосомных наборов, как говорят генетики, совершенно своеобразных генотипов. Число возможных комбинаций значительно превышает цифру в 3 миллиарда, то есть современное население Земли. Иначе говоря, совершенно своеобразных генотипов больше, чем живет на нашей планете людей. Отсюда и уникальность, неповторимость.
Поэтому нет идентичных людей, за исключением однояйцевых близнецов. Поэтому бесконечное число антигенных индивидуальностей. Поэтому ткани любого человека по антигенному строению отличаются от тканей любого другого и не приживают при пересадках.
Но мы же говорили с вами, что, несмотря на случайности, есть определенные закономерности. Надо только их вытащить из груды хаоса. Надо их только чуть-чуть направить.
И генетики нашли способ экспериментально создавать животных с практически идентичными парами хромосомных наборов. По крайней мере идентичными по интересующим нас факторам, определяющим антигенное строение. Каждая пара хромосом у таких животных состоит из двух тождественных по генному составу. Тождественных не только по форме и расположению генов, но и по каждому гену – в обеих хромосомах одни и те же аллели (это красивое слово нам знакомо, но здесь оно имеет совсем другой смысл) генов. Поэтому никакой «танец» во время образования половых клеток не меняет сути дела – хромосомы могут меняться местами, но они одинаковы. Такие животные называются гомозиготными, или чистолинейными.
Для их создания пользуются длительным внутрисемейным скрещиванием. Самцов и самок одного помета скрещивают между собой. Из полученного помета снова берут родных брата и сестру и скрещивают. И так поступают в течение ряда поколений.
Это браки по расчету. Расчет на появление все большего числа гомозиготных особей. Наконец все рождающиеся животные становятся чистолинейными.
Если представить себе животных, в клетках которых всего одна пара хромосом, то при самом благоприятном подборе пар для скрещивания чистая линия могла бы быть получена уже через четыре поколения. Практически это будет протекать дольше, так как пары для скрещивания очень редко подбираются совершенно успешно. Да и хромосом в клетках большинства организмов не по две, а больше. В практике выведения чистых линий животных проводится гораздо больше братско-сестринских скрещиваний. Например, у мышей чистой линией считаются лишь потомки 20-го поколения внутрисемейных скрещиваний. Исследователь, выводящий мышей, после 20-го поколения может дать сообщения в печать о выведении новой чистой линии. Некоторые для большей верности считают рубежом 40-е поколение.
В настоящее время имеется несколько десятков различных чистых линий мышей, крыс и других животных. Вот названия некоторых линейных мышей, наиболее употребляемых при иммунологических исследованиях (в скобках дана окраска шерстного покрова):
А (белые),
СЗН (серые),
С57ВL (черные),
С57ВR (коричневые).
На чистолинейных животных изучаются основные вопросы трансплантации тканей. Успешнее всего исследуются закономерности иммунологической толерантности, то есть иммунологической близости, иммунологического сродства, приводящего к созданию животных-сфинксов.
Обо всем этом речь пойдет в следующих главах, где еще не раз придется вспомнить о мышах чистых линий.
Исследование никогда не одиноко
«История науки изобилует примерами того, как ученые, разделенные пространством в тысячи миль, независимо друг от друга делали те же самые открытия».
«Природа не может скрыть свои секреты от прозорливого ученого».
Ральф Лэпп
Теленок, мышь и цыпленок
...И вдруг исследователь узнает, что задуманная работа уже выполнена другим. Узнает из прочитанной статьи или прослушанного доклада. Сложная гамма чувств возникает при этом.
Тут и горечь – тебя опередили.
Тут и радость – ты мыслишь правильно. Это направление действительно дает важные результаты.
Тут и польза – теперь уже не нужно проводить это исследование. Можно двигаться дальше.
Часто ли так бывает, что над одной и той же проблемой работают разные ученые в разных лабораториях, институтах, городах или странах? Не только часто – всегда. Исследование никогда не одиноко.
Так происходит потому, что никакое исследование не начинается из ничего. Каждый поиск и его вершина – открытие – это результат развития науки, следствие определенного уровня знаний, накопленных к этому моменту.
Нельзя было открыть мир микробов без создания микроскопа, без достаточного уровня развития оптики. Нельзя было создать ни электрический двигатель, ни лампочку накаливания без открытия законов возникновения и поведения электричества.
С другой стороны, изобретение микроскопа неминуемо привело человечество к открытию микробов. Открытие законов электричества естественно и закономерно привело к электрическому освещению и электролампочке.
Мировая наука подобна человеческому интеллекту, который накапливает знания в течение жизни. Мировая наука в течение всей своей истории-жизни получает образование посредством научных исследований, открытий, наблюдений, обобщений. Образование человека – впитывание его интеллектом знаний, накопленных наукой за всю предыдущую историю. Человеческий разум получает эти знания и может развивать их дальше. Аналогия между разумом отдельного человека и наукой в целом может быть продолжена.
Только образование мировой науки не имеет конца. Оно вечно, пока существует человечество. Образование же человека, к сожалению, ограничено. Максимально – его жизнью, минимально – творческим периодом ее.
Наука прошлого столетия не могла создать атомного реактора – была недостаточно образованна. Она еще не знала строения атомов и возможностей их превращений. Эта задача для прошлого века была преждевременна. Так же, как в свое время преждевременны были попытки алхимиков превратить свинец в золото. И человеческий разум без знания закономерностей современной ему науки не может развивать и совершенствовать ее.
У Даниила Данина есть такие слова: «Отчего географы древности не открыли Северного полюса, а заодно и Южного? Отваги не хватило? Нужды не было? Да нет же! Надо было прежде всего знать, что где-то полюса существуют».
Если человек не знает современной физика, естественно, он никогда не сможет сделать открытие в этой области знаний. Биологически неграмотный человек не сделает открытия в биологии. Он просто не будет знать, что делать.
Но зато каждый по-настоящему грамотный исследователь знает важнейшие направления поисков, видит цели, работает над самыми актуальными проблемами. А исследователей миллионы. Вот почему нет ни одной по-настоящему серьезной научной проблемы, которую разрабатывал бы всего один человек. Исследование никогда не одиноко. Оно всегда имеет прошлое – идеи и факты, из которых оно родилось, и людей, которые подготовили эти идеи и факты. Оно всегда имеет настоящее – тех исследователей, которые работают в одном направлении, двигаясь подобными или принципиально разными путями. Оно всегда имеет будущее – открытие нового явления и авторов его.
Рано или поздно открытие придет. Авторы обязательно будут. Если не одни, так другие. Один исследователь может лишь опередить другого. Иногда на несколько лет, иногда на несколько десятилетий. И зависит это не только от проницательности ума ученого, его умения работать, его таланта. Открытие всегда дитя по крайней мере трех сил: современного уровня человеческих знаний, качеств ученого и условий, в которых он работает.
И нельзя удержать открытие в тайне бесконечно долго. Да что там бесконечно! Зачастую его нельзя удержать в тайне даже в течение года.
Недавно в одном из наших журналов была помещена статья, в которой автор на основании многих относительно мелких открытий, сделанных в последнее время в изучении элементарных частиц, приходит к выводу, что в течение года должно произойти какое-то значительное открытие в этом разделе физики.
Исследования идут широким фронтом. Как же можно утаить открытие, когда его уже ждут, ибо оно естественно вытекает из всей совокупности работ! Значительное одинаковое открытие, как правило, подготавливается одновременно в нескольких лабораториях. Утаить невозможно. Сегодня ты утаил. А завтра его вновь откроют в другом месте. И приоритет родины потерян.
История знает немало примеров, когда открытия повторялись, когда те или иные закономерности открывались вновь. Иногда по прошествии нескольких десятилетий, иногда через несколько лет. А иногда – и отнюдь не редко – открытие совершается одновременно разными учеными в разных частях света.
Человек в парике и машина
В 1763 году уральский инженер Иван Ползунов разработал проект, а в 1765 году создал универсальный паровой двигатель. Этот двигатель работал, обслуживал завод. Через год Ползунов умер. Его паровая машина была заброшена, и никто в мире не узнал о ней – Россия того времени не заботилась об открытиях, информация о них не публиковалась. Через 19 лет, в 1784 году, универсальный паровой двигатель создает заново английский изобретатель Джемс Уатт и дарит свое открытие миру.
В 1865 году, почти сто лет тому назад, чешский ученый Грегор Мендель доложил обществу естествоиспытателей об открытии законов наследования биологических признаков. Это было столь ново, грандиозно и неожиданно, что «недостаточно образованная» наука того времени не оценила величия наблюдения Грегора Менделя. Оно не нашло отзвука и было забыто. О нем никто не упоминал в печати много лет.
Прошло три с половиной десятилетия… Менделевские законы были открыты вновь одновременно тремя учеными, которые работали независимо друг от друга и не знали исследований Менделя.
В самом начале 1900 года голландец Гуго де Фриз опубликовал результаты своих опытов – он снова открыл законы наследования. В одной из своих статей Гуго де Фриз писал, что о трудах Менделя он узнал лишь после завершения своих экспериментов.
В апреле 1900 года аналогичные результаты получил немецкий ботаник Карл Корренс. Он тоже считал себя первооткрывателем.
В июне 1900 года австрийский биолог Эрих Чермак совершил то же самое открытие. И он о работах Менделя ничего не знал.
А вот еще пример. В 1896 году итальянец Гульельмо Маркони приезжает в Англию и предлагает правительству приборы беспроволочного телеграфа. Они основаны на электромагнитных волнах Герца. Он берет патент на радиосвязь.
В этом же году в Русском физико-химическом обществе выступает Александр Попов. Он тоже демонстрирует приборы. С их помощью на расстоянии 250 метров он передает и принимает первую в мире радиограмму, состоящую из двух слов: «Генрих Герц». Созданы эти приборы были двумя годами раньше.
Ученый должен стараться сразу познакомить мир со своим открытием или изобретением. Не забыв при этом, разумеется, и обеспечить приоритет своей страны.
Перечислять независимые исследования можно бесконечно. Не будем делать этого.
В иммунологии в 1953 году также одновременно было совершено важное открытие в двух разных местах, двумя учеными независимо друг от друга. Это были чех Милан Гашек и англичанин Питер Медавар.
Милан Гашек
Этот раздел мне хотелось назвать «Милан Гашек едет на ферму», потому что именно с поездки на ферму началась работа, которая привела к открытию. Но я не назвал так, потому что главное, конечно, не поездка, а исследование и его итоги. Тем не менее начинать рассказ надо сначала, с поездки.
Летом 1952 года молодой сотрудник одной из лабораторий Института экспериментальной биологии Чехословацкой академии наук в Праге Милан Гашек поехал на ферму. И все началось… Во всяком случае, так утверждает сам Гашек.
– Как началось исследование? – спросил я его в одну из наших встреч.
– Мы поехали на ферму, – ответил Милан.
– На какую ферму?
– На птичью, – ответил он со смешным, но очень приятным чешским акцентом.
И было в самом деле так.
В лаборатории задумали интересное исследование. Не совсем было ясно – вернее, совсем было не ясно, что получится, если в период эмбрионального развития двум зародышам сделать общую систему кровообращения. Так, чтобы в период, когда самостоятельные организмы еще не создались, кровь одного из них проходила через кровеносные сосуды другого, и наоборот. Главное здесь не столько общая система кровообращения, сколько общая кровь. Системы кровообращения различны, но в одном месте соединяются, и кровь обобществляется.
Не ясно было, возможно ли создать такую модель. Не ясно было, жизнеспособна ли такая модель. Не ясно было (если окажется жизнеспособной), отразится ли эта операция на длительности жизни. Не ясно было, как скажутся в дальнейшей самостоятельной жизни (если такая наступит) взаимное влияние двух зародышей разных пород.
Поставить такой эксперимент на кроликах, собаках или любых других млекопитающих казалось невозможным. Ведь эмбрионы млекопитающих развиваются в матке материнского организма. Как соединить в эксперименте кровеносные системы двух эмбрионов, развивающихся в разных материнских организмах? Невозможно…
Совсем другое дело птицы!
Зародыши птиц куда доступнее. Они развиваются отдельно от матери. Их можно вообще растить без матери. Растить зародышей, а не младенцев-птенцов, которых и у млекопитающих можно вырастить без матери. Зародыши птиц отделены от мира лишь тонкой яичной скорлупой. Под скорлупой на одной из наружных оболочек зародыша развивается сеть кровеносных сосудов, связанная с системой кровообращения непосредственно тела зародыша.
Приблизительно к 8-му дню инкубации яйца при 37 градусах и развивается эта оболочка. Называется она «хорионаллантоисная мембрана». Если после 8-го дня в скорлупе двух яиц выпилить окошки, можно непосредственно соединить эти мембраны.
Короче говоря, первое, что надо сделать, – поехать на ферму, договориться о поставке в институт яиц разных пород кур. Второе: в лаборатории необходимо завести инкубатор. Без него не будут развиваться куриные эмбрионы, соединенные хорноналлантоисными мембранами. Никакой самой деликатной матери-курице нельзя доверить столь тонкое устройство, как сращенные яйца. Когда такие цыплята вылупятся, их можно изучать, определяя влияние эмбрионального соединения, или, как его стали называть, эмбрионального парабиоза.
Парабиоз в переводе обозначает «около жизни». Парабиоз имеет много значений. Например, «около жизни» может пониматься как что-то около жизни и около смерти (полумертвый). Но в данном случае, когда мы говорим «парабионты», мы имеем в виду другое – две жизни развиваются непосредственно около друг друга.
Начались до обиды короткие дни для экспериментирования и бесконечно долгие недели ожидания результатов.
Эти тонкие, хрупкие мембраны не так-то легко было соединить. Хирургические швы не помогали. Решение было найдено не сразу. Хорионаллантоисные мембраны двух десятидневных куриных зародышей прекрасно срастались только тогда, когда между ними помещали зародышевую ткань от третьего, еще более молодого эмбриона. Мембраны срастались и взаимно прорастали кровеносными сосудами друг в друга.
Проверка: краска, введенная в кровь одному зародышу, появляется в крови другого.
Итак, методика эксперимента отработана и усвоена. Можно начинать планомерное изучение цыплят, бывших парабионтов. Но до этого через лабораторию, операционную и инкубатор прошли десятки а потом и сотни куриных эмбрионов.
И вот, наконец, бесспорные результаты. В руках у Гашека объекты основного эксперимента: цыплята, вылупившиеся из соединенных яиц. Как они будут вырабатывать антитела на антигены друг друга? И будут ли? Впереди опять эксперимент.
Возраст цыплят – 107 дней. Это молодые куры породы белый леггорн. В эмбриональном периоде своей жизни они были парабионтами. Сосудистые мембраны будущих кур были соединены на 10-м дне инкубации яиц в термостате. Через 11 суток после этого, как и положено, цыплята вылупились и получили свои номера – 516 и 517.
Цыплята выросли…
Милан Гашек готовит шприц, чтобы начать иммунизацию двух цыплят – №516 и №517. Он берет кровь у одного и у другого. На пробирках появляются надписи: «Кровь парабионта №516» и «Кровь парабионта №517». Следующая процедура: иммунизация цыпленка №516 кровью №517 и, наоборот, цыпленка №517 кровью 516-го. Известно и еще раз проверено, что обычные – не парабионтные – цыплята леггорны в ответ на введение крови других цыплят вырабатывают антитела, которые склеивают эритроциты вводимой крови.
Пес, щенок, котенок и кот
Милан Гашек взаимно иммунизирует своих питомцев с кличками №516 и №517 – один раз, два, три, шесть…
Антител нет!
Цыплята инертны!
Через четыре недели Гашек повторяет иммунизацию. Результат тот же!
Бывшие парабионты не вырабатывают антител против эритроцитов друг друга! В остальном их иммунитет полностью сохранился. Они не утратили способности вырабатывать антитела вообще. В ответ на попадание в их кровь эритроцитов других кур – не парабионтов – эти цыплята со странными цифровыми именами реагируют нормально.
Впоследствии оказалось, что цыплятам, находившимся в эмбриональном парабиозе, оказывается, можно пересаживать кожу от своих необычных партнеров. И она приживает! А лоскут кожи от любого другого цыпленка отторгается в свой обычный срок. Для кур этот срок – 8—12 дней.
...Открыто нечто новое, ранее неизвестное науке. Открыто явление, противоположное иммунитету.
Контакт взрослого животного с антигеном приводит к стимуляции иммунитета и к выработке антител. Контакт эмбриона с чужеродными антигенами другого организма порождает терпимость к этим антигенам на всю жизнь. По отношению к этим антигенам иммунитет выключается на всю жизнь.
Иммунитет – страж индивидуальности организма – поддался. Пробита брешь в этой, казалось, неприступной стене. Найдена щель для разрушения биологической уникальности индивидуума.
Пока еще в эту щель ничего не проникло. Но она появилась. Стало ясно, что контролируемое воздействие может хоть в какой-то степени лишить индивидуум уникальности.
О своем открытии Милан Гашек сообщил в печати в 1953 году.
