Текст книги "Карлики рождают гигантов"

Автор книги: Владимир Крупин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 10 (всего у книги 13 страниц)

Опыты показали, что малейшая примесь перекисей может остановить деление клеток, вызвать глубокие изменения в их потомстве, в дочерних клетках. Другое вещество – хиноны, – появившись в клетке в ничтожном количестве, вмешивается в ход окислительных процессов клетки, действует в противоположном направлении. Жизнедеятельность клетки усиливается, деление ускоряется. В больших дозах хиноны сами становятся ядом. Они соединяются с ДНК, блокируют деление клеток.

Эта возможность – изменять ДНК – особенно привлекает экспериментаторов.

В самом деле: если при обстреле клетки гамма-лучами произойдет случайное столкновение ионизирующей частицы с молекулой ДНК, последствия этого события будут чрезвычайно важны и для данной молекулы, и для всей клетки, и для потомства этой клетки. Огромная молекула ДНК клеточного ядра воспримет энергию частицы и, деформируясь, прореагирует, например, с кислородом – в ней может нарушиться последовательность нуклеотидов, несущая закодированную программу для развития дочерней клетки.

«Если такое событие произойдет в половой клетке, – пишет член-корреспондент Академии наук СССР А. М. Кузин, – то может возникнуть изменение наследственно передаваемых свойств, связанных с данным (поврежденным) участком ДНК».

Если так, то почему не применять радиоактивное излучение для направленного изменения наследственности и получения нужных человеку форм полезных растений и животных.

Так-то оно так. Но обратите внимание на маленькую деталь: мы сказали, что столкновение ионизирующей частицы с молекулой ДНК случайно. В этом вся загвоздка. Мы обстреливаем цель вслепую. Мы еще долго не сможем вести прицельный огонь. Дело не только в несовершенстве оружия. Дело еще и в нашем незнании, куда именно надо стрелять. ДНК огромна. Упрощенно говоря, в каждом ее «отсеке» лежит план-чертеж на постройку определенной части будущего здания – живого организма. В одном заложена форма листа, в другом – махровость цветка и т. п. Но что именно и где именно, это нам пока неизвестно.

Идти вперед наугад? А почему бы нет?! Случайность – друг науки. Если мы, сознательно воздействуя на растение, случайно получим новый сорт, наука от этого нисколько не пострадает.

Первые опыты с лучами-конструкторами в нашей стране были проведены в лаборатории доктора биологических наук Л. П. Бреславец. Ей удалось вместе с сотрудниками выявить стимулирующий эффект лучей Рентгена на зерновках ржи. При дозе облучения в 1000 рентген число и вес зерен в ржаном колосе заметно увеличивается.

Намачивание семян в слабых растворах продуктов распада урана тоже привело к повышению урожайности.

Три десятилетия ушло у экспериментаторов на уточнение доз облучения, отработку условий опыта. И только совсем недавно удалось уяснить, как именно и почему гамма-лучи дают стимулирующий эффект.

При обстреле семян в них возникают свободные радикалы макромолекул. Возникают в оболочке семян, в эндосперме, в зародыше. Они сравнительно устойчивы. Их можно обнаружить в облученном семени через несколько суток после обработки.

Семя брошено в почву. Под влиянием тепла, воды и начавшихся окислительных процессов зародыш пробуждается. До этого времени были как бы заморожены и те радикалы, которые образовались в момент обстрела. Они готовы поспешить друг к другу, в объятья, но они находятся на разных сторонах глубокого ущелья. Перепрыгнуть его трудно. Нужен или мостик, или вода, по которой можно добраться вплавь. Таким мостиком обычно служит кислород, а рекой – вода. Однако в семени очень мало воды – 4–10 процентов, а доступ кислорода ограничен.

Но вот семя брошено в почву, перебрасываются мостки, начинается половодье. Свободные радикалы устремляются навстречу друг другу по мосткам и вплавь. Происходят короткие цепные реакции окисления. В результате их образуются гидроперекиси, перекиси и хиноны – соединения, активно вступающие в новые реакции.

Естественный процесс активации ферментов в этих условиях идет быстрее обычного. Ферменты следят за порядком в клетке. Появились перекиси и хиноны – надо их вовлечь в строго определенный поток движения веществ в клетке. Нарушителей задержать. Стройматериалы доставить на место назначения. Плохо, если нарушителей, появившихся после облучения, в клетке слишком много. Тогда ферменты не справятся. Наступит хаос и, вероятно, даже катастрофа.

Если же доза облучения подобрана верно, некоторое увеличение движения в клетке только на пользу общему строительству организма.

Особый вопрос – о соединениях, которым удается прорваться в штаб движения, в ДНК. Опытами доказано, что ортохины быстро проникают в ядра клеток, они входят в комплекс с ДНК и могут повлиять на те команды, которые отсюда исходят. Например, заставить существенно изменить интенсивность развития проростков.

Семя, зародыш – очень удобный объект для естествоиспытателя. Этого «ребенка» тоже надо воспитывать с первых дней. Тогда легче удается воспитать в нем желаемые качества.

Предпосевное облучение семян не только ускоряет рост и развитие растения. Оно вызывает и более глубокие изменения в организме.

На ВДНХ можно было как-то увидеть необычную кукурузу. На каждой «ветке» ее висело не один-два, а по четыре-пять початков. Предпосевная гамма-обработка семян капусты, моркови, редиса повышает витаминность овощей. В моркови больше содержится каротина, в капусте – витамина С. Гамма-облучение яиц, произведенное на Томилинской фабрике в дозе 1–2 рентген, повысило в последующем яйценоскость кур, выросших из этих яиц, на 10 процентов.

Глубинные причины этих удивительных явлений во многом еще не раскрыты и не поняты. Но уже сегодня делаются попытки проникнуть в святая святых жизни. Проникнуть и воссоздать ее в лучшем, чем это было до сих пор, виде.

Перед вторжением в эволюцию

Шел июнь двадцатого года. Третий поход Антанты. Голод. Разруха. В эти трудные дни в Саратове собрался III Всероссийский съезд селекционеров. Молодой профессор Саратовского университета Николай Вавилов прочитал собравшимся свой доклад о законе гомологических рядов в наследственной изменчивости. Теория Вавилова уложила в стройную систему всю флору земного шара.

Чтобы уяснить себе эту систему, обратимся к таблице мировых пшениц.

Пшеница распадается на восемь линнеевских видов: твердую, мягкую, английскую и т. д. В каждом из восьми видов бывают формы озимые и яровые, красноколосые и белоколосые, остистые и безостые. Все эти разновидности и образуют гомологические ряды.

Рожь со своими формами в таком же порядке повторяет пшеницу. Ячмень и овес повторяют друг друга, а также рожь и пшеницу.

В телеграмме, отправленной в Совнарком, съезд подчеркивал, что теория Вавилова представляет собой крупнейшее событие в мировой биологической науке и соответствует открытиям Менделеева в химии. Действительно, подобно менделеевской таблице, закон Вавилова позволял предсказывать существование, строение и свойства еще неизвестных или почти не изученных видов растений. К слову сказать, некоторые из предсказанных форм растений Вавилов и его соратники открыли в экспедициях по малоизученным местам земного шара.

Закон Вавилова оказался применим и для животного мира.

Успехи молекулярной биологии последних лет помогли понять механизм гомологичной (сходной) изменчивости у организмов. Закон гомологических рядов обогатился новым содержанием.

Раньше мы могли предсказывать особенности строения неоткрытых видов статистическим путем. Теперь мы начинаем понимать, почему будущие виды сходны со старыми.

Если мы заглянем в классический труд Н. И. Вавилова «Пшеница», то сразу же обратим внимание на его классификацию этого злака. Пшеница разделена им на три больших отряда: 14-, 28-, 42-хромосомную. Разница в числе хромосом, несомненно, определяет и разницу в особенностях каждого класса пшениц.

Если клетки организма содержат в своих ядрах полный набор хромосом, они называются диплоидами. Исчезни по каким-то причинам та или иная хромосома – и нормальная деятельность клетки и организма становится невозможной. Если в одной клетке соединятся полные наборы хромосом, получится новый организм.

В генетике под полиплоидией принято понимать более высокую степень повторения хромосомных наборов.

Внешне полиплоиды отличаются от растений того же класса, но имеющих меньший набор хромосом. Злаки диплоид имеют типичный остроконечный лист. У полиплоидов лист оканчивается тремя зубчиками. Полиплоиды медленнее растут. Среди них чаще попадаются растения-гиганты.

Иное внутреннее строение определяет иные свойства полиплоидов. Как правило, это более ценные сорта.

Интересные данные получил Леве, проанализировав, как чувствуют себя полиплоиды в плохую погоду. В 1939–1942 годах зимы в Швеции были на редкость суровыми. Анализ показал, что морозы перенесли только 5 процентов диплоидов, 90 – тетраплоидов и все 100 процентов гексаплоидов.

Неудача, ставшая открытием

Пионером экспериментальной полиплоидии был ученик Вавилова ленинградский генетик Г. Д. Карпеченко. Он провел смелый эксперимент. Карпеченко решил осуществить очень отдаленную гибридизацию – редьки с капустой. Разве не заманчиво получить растение, у которого будут капустные вершки, а корешки, как у редьки? И кочан и корнеплод сразу.

И у капусты и у редьки по 18 хромосом. Гибрид унаследовал по 9 хромосом от каждого родителя. Он оказался «растительным мулом» – потомства от него получить не удалось.

Карпеченко тщательно осмотрел половые клетки всех гибридных образцов. У нескольких из них хромосомы родителей сохранились полностью – по 18 от каждого предка. Тридцатишестихромосомный гибрид дал потомство. Он отлично размножался, но зато категорически отказался от своего прежнего родства. Он не скрещивался больше ни с капустой, ни с редькой. Возник совершенно новый вид растения, не существовавший в природе. Редько-капуста, или, как назвал его автор, рафанобрассика (по-латыни).

В 1927 году Карпеченко опубликовал теоретические обоснования синтеза новых видов с неограниченной плодовитостью.

Большая группа генетиков – советских и зарубежных – развернула поиски в этом направлении.

И хотя конкретная цель, которую ставил перед собой ученый, не была достигнута, – работы его показали путь к преодолению бесплодия отдаленных гибридов.

Полиплоидия коренным образом меняет природу растения. У него появляются совершенно новые свойства. Клетки полиплоидов крупнее, цветы и плоды их тоже увеличиваются. Физиологические процессы протекают активнее. Организм скорее приспосабливается к изменениям условий жизни.

Как получить полиплоидные клетки?

Лабораторная техника этого дела разработана за последние десятилетия довольно основательно. Клетку охлаждают приблизительно до 3 градусов. Это делается в тот момент, когда она готова к делению, то есть к размножению. Именно в этот момент легче всего вмешаться в процесс размножения.

Но каким инструментом осуществить эту операцию?

Русский биолог Н. К. Кольцов еще в 1917 году предложил применить для вторжения в эволюцию рентгеновы лучи и предсказал, что могут найтись и другие способы воздействия на хромосомы.

1925 год. Советские генетики Г. А. Надсон и Г. А. Филиппов, обстреляв кормовые дрожжи Р-лучами, получают новые формы этого микроорганизма.

Последовала целая лавина открытий в области экспериментальной полиплоидии. Работы Меллера и Дубинина, Астаурова и Жебрака, Цицина и Сахарова, Сапегина и Делоне, шведского генетика Мюнтцига и болгарского биолога Костова привели к созданию новых видов растений и животных.

В 1936 году было установлено, что алкалоид колхицин стимулирует образование полиплоидных клеток. Это сделали Блексли и его сотрудники (США). Правда, у них были предшественники – еще сам Дарвин пытался воздействовать на растения колхицином, но работы американцев охватывали такой широкий круг растений, а механизм действия колхицина ими так тщательно изучен, что их труды можно считать началом нового направления в генетике и селекции. Американские ученые дали обоснованную методику воздействия колхицина на определенных этапах развития растений.

Уже через два года благодаря этой методике биологи имели 40 видов искусственно полученных полиплоидов. А еще через несколько лет число полиплоидных растений увеличилось в 10 раз.

Увлечение полиплоидией подогревалось первыми успехами. Конечно, большую роль играл определенный азарт. В результате искусственно вызванных мутаций получались организмы с новыми признаками. Новизна – это уже хорошо. Но ведь важно получить ценные свойства. У полиплоидной гречихи Сахарова были крупнее зерна. Шведские генетики получили ячмень с прочной, неполегающей соломиной. Японские исследователи вывели тетраплоидный табак, содержавший на четверть больше никотина.

В полиплоидных растениях было больше витамина С (в томатах), больше рутина (в гречихе).

Но главного на первых порах не достигали. Все ждали от полиплоидов не только новизны, но и практической пользы. Надеялись немедленно получить новые, высокоурожайные сорта.

Из лабораторий выходили виды растений с крупными плодами или зернами. Но урожайность их практически оказывалась такой же.

Восемь лет – с сорокового по сорок восьмой – бились шведские генетики над получением полиплоидного сорта ржи. Он давал очень крупные зерна. Однако весил колос полиплоида столько же, сколько у обычного растения. Ни урожайностью, ни зимостойкостью, ни иммунностью новая рожь не отличалась. Правда, хлебопекарные качества ее и содержание белка в хлебе были повыше. Но стоило ли из-за такого малого эффекта тратить столько времени и трудов?

Увлеченные созданием новых форм растений – с большими плодами, с большим содержанием ценных веществ, – биологи воспринимали их как уже готовые сорта. Как годные для сиюминутного внедрения в практику. А практика иной раз подводила.

Авторы многих полиплоидов, охваченные вначале нетерпением увидеть свои сорта на полях, впали в пессимизм, увидев, что их труды не приносят ощутимой практической пользы.

Меллер и Фишер долго бились над тем, чтобы получить из растения «датура страмониум» тетраплоид с повышенным содержанием алкалоидов. Отступились. Сделали вывод, что эти попытки безуспешны.

Джексон и Роусон были более настойчивы. Из растений того же вида они получили тетраплоид, в котором процент алкалоида был в 3 раза выше.

Полиплоидия, наблюдаемая в природе, не давала поводов для пессимизма. Полиплоиды растительного мира – победители в борьбе за существование. Они составляют половину всех растений. Но природа, создавая полиплоиды, одновременно производила отбор их. Она работала на поприще селекции сотни тысяч лет. Почему же мы должны забывать об этой стороне работы?

Вывод очевиден: полиплоидия должна сопровождаться отбором.

«Мы в состоянии экспериментально вызывать появление новых наследственных свойств у организмов физическими, химическими и биологическими мерами. Изменение условий во внешней среде – еще один путь воздействия. Проверенный метод и скрещивание, отдаленная гибридизация, – говорит академик Н. П. Дубинин. – Однако во всех случаях основным является селекция, отбор для формирования пород и сортов. Все дело в том, что без направляющего влияния отбора сама наследственная изменчивость еще не поддается регуляции. Пока мы не можем получить поток направленных изменений».

Решить эту задачу – значит научиться управлять жизнью. Она еще кажется фантастичной самим ученым; но это самая насущная задача современного естествознания. Она поставлена в повестку дня Программой партии. Вспомним ее вдохновляющие строки:

«Крупные сдвиги предстоят в развитии всего комплекса биологических наук в связи с потребностями успешного решения проблем медицины, дальнейшего подъема сельского хозяйства. Интересы человечества выдвигают перед этими науками в качестве главных задач познание сущности явлений жизни, вскрытие биологических закономерностей развития органического мира, изучение физики, химии живого, разработку различных способов управления жизненными процессами, в частности обменом веществ, наследственностью и направленными изменениями организмов».

Научиться управлять этими изменениями – мутациями – значит научиться в какой-то мере руководить процессом эволюции, заставить ее идти быстрее, в ногу с веком и его задачами. Ускорить бег биологического времени – заветная цель селекционеров. Сегодня, когда в руках их находится такой мощный инструмент, как радиационная генетика, она вполне осуществима.

Мы говорим о необходимости сочетать полиплоидию и отбор. Это нужно. Но в результате гамма-облучения полиплоиды возникают не так часто. Зато, облучив, допустим, тысячу растений одного вида, мы получаем почти тысячу мутантов – образцов растений с новыми свойствами. Не беда, что большинство мутаций вредны. Иногда в результате облучения возникают полезные для нас формы. Их-то и надо использовать для выведения новых сортов.

Мутацию надо закрепить путем отбора.

То же делает селекционер и на опытном поле, отыскивая среди миллионов растений единичные образцы мутантов, обладающих ценными свойствами. Его поиск целеустремлен, хотя все же в какой-то степени случаен. На делянке, где растут искусственно созданные мутанты, у селекционера больше материала для размышлений. Здесь больше растений, из числа которых можно что-то отобрать. Чем больше найдется подходящих мутантов, тем быстрее пойдет процесс отбора.

Излучения повышают скорость естественных мутаций, ускоряют работу селекционера. При обычных методах на выведение нового сорта ржи, устойчивого к ржавчине, требуется до 10 лет. Радиационная селекция позволяет сделать это за 18 месяцев. Меняя дозу и приемы воздействия на исходный материал, селекционер может управлять количественной стороной мутационного процесса.

Качество, то есть получение определенных, целенаправленных мутаций, пока человеку неподвластно. Но он находится на близких подступах к решению этой задачи.

Существо по заказу

Лет десять назад по страницам газет и журналов метеором пронесся сенсационный заголовок: «Вещество по заказу!» Из разных мест, по разному конкретному поводу, с разной степенью достоверности репортеры торопились поведать читателю об удивительных вещах, творимых в лабораториях химиков. Из колб и реторт, из реакторов и растворов экспериментаторы начали извлекать одно за другим вещества с заранее заданными свойствами. Пластмассы, синтетические волокна, лекарства… Правда, подавляющее большинство этих творений так и застряло на стадии эксперимента. Из-за сложности технологии, из-за дороговизны. Но сам принцип уже восторжествовал! Выкладки и предположения химиков-теоретиков были блестяще подтверждены практикой. Многие теории, казавшиеся смелыми, если не безудержной фантазией, стали на твердую почву фактов.

Вещество по заказу получить не так-то еще просто. Но безусловно возможно. Мечта ученого-химика становится в наши дни реальностью.

Сокровенная мечта современных биологов еще более дерзка и фантастична. Существо по заказу! Вот к чему направлены вкупе усилия всей армии творцов науки о жизни. Может быть, это слишком громко сказано. Можно сказать проще: новый сорт растений, новая порода животных – по заказу.

Химики уже научились управлять процессами, которые приводят к созданию новых полимеров, обладающих желаемыми свойствами.

Биологи стоят пока на пороге аналогичных открытий. Стоят перед дверью, в которую надо еще хорошенько постучаться.

Они смогут проникнуть туда, только узнав пароль. Пароль – это пропуск. Пароль в данном случае – это знание закономерностей наследственности и ее изменчивости.

Принято считать, что наследственность определяется так называемыми генами. Но существуют ли гены? Наука спорит об этом уже добрых сто лет. Механизм деятельности генов до конца еще не выяснен. Выдвинуто много любопытных и весьма правдоподобных гипотез, до некоторой степени подтвержденных опытными данными. Серией опытов доказано, что в каждой хромосоме содержится множество генов, определяющих ряд отличительных признаков особи. Знаменитая муха дрозофила, ставшая притчей во языцех, помогла выявить порядок расположения генов по длине хромосом.

Как выглядит ген? Нарисовать его портрет покамест сложно, но некоторые черты «лица» начинают проясняться – считают, что ген представляет молекулу (или ее участок – локус) в форме длинной цепи. Вдоль нее расположены в строгом порядке боковые группы атомов. Молекула эта подобна печати. Она может дать любое число отпечатков.

Вероятно, портрет этот упрощен и далек от сходства. Для нас важно другое.

Мы видели, что облучение зародышевой клетки радиоактивными частицами – рентгеновыми лучами, нейтронами, быстрыми электронами – вызывает серьезные последствия. Попадая в молекулы гена, они либо откалывают от них какую-то частицу, либо меняют их структуру иным путем (ионизируя водную среду и повышая концентрацию заряженных атомов водорода и гидроксильных групп). Эти изменения – мутации – необратимы. Они передаются по наследству (в соответствии с законами Менделя!). Чаще всего мутации вредны, они порождают химеры, организмы, не достигающие зрелости. Должно ли это удивлять нас? Ни в коем случае. Представим себя в роли скульптора, который решил высечь из камня статую, обстреливая ее с приличного расстояния из пулемета. Получить нужную фигуру – это значит отсечь от камня лишнее. Добавьте к этому, что у скульптора завязаны глаза и он может определить, что попал в цель, только по звуку пули, чиркнувшей по камню. Однако повязка не вечно будет закрывать глаза ваятеля.

Произвольно вызываемые мутации осуществимы. Мутации, дающие необходимый эффект, станут когда-нибудь самым надежным и точным инструментом в руках селекционера.

Биолог будет знать наверняка: обстреливая данный участок молекулы, он получит сорт с повышенной урожайностью; попадая в соседнюю группу атомов, он получит засухоустойчивое растение. Существо по заказу станет реальностью. Не за горами время, когда секреты гена, особенности каждого участка его молекулы станут достоянием науки. Управление наследственностью растений, изменение ее в нужную сторону перейдет из области теории в практику сельского хозяйства. Радиационная генетика позволит отказаться от кустарщины и эмпиризма.

Электронная оптика и здесь сослужит свою службу.

Мы знаем, что быстрые электроны можно отклонять от их пути и конденсировать, подобно тому как увеличительное стекло конденсирует лучи света. В электронном микроскопе пучок электронов изгибается и фокусируется с таким расчетом, чтобы изображение предмета, через который прошли электроны, воспроизводилось с огромным увеличением. Этот замечательный прибор позволяет видеть мельчайшие детали молекулы, только в два-три раза превышающие диаметр обычных атомов, образующих живую материю. Представьте на минуту, что у вас в руках бинокль. Переверните его стекла наоборот. Предметы, которые оптика приблизила в несколько раз, теперь будут во столько же раз уменьшены. Так можно поступить и с линзами электронного микроскопа. Они позволяют создать тысячекратно уменьшенное изображение источника электронов. Значит, можно сконцентрировать электронный пучок на участке всего в три диаметра атома. Что это даст? Направим этот тончайший лучик на хромосому половой клетки, на какой-то определенный участок, и мы получим нужный генетический эффект. Мы сможем регулировать этот эффект, меняя время, дозу облучения. Мы будем обстреливать только те участки, мутации которых принесут нам желаемые изменения в наследственности всего организма.

Возможно, и в этом случае многие мутации окажутся неблагоприятными. Но зато теперь нам не придется в течение долгого времени выращивать тысячи новых особей, чтобы потом отбросить тысячи неудачных вариантов и отобрать единичные перспективные экземпляры. Лауреат Нобелевской премии Дж. Томсон считает, что такой метод можно было бы без особых затруднений применить к растениям и, пожалуй, даже к низшим животным.

Научимся ли мы когда-нибудь направлять электроны с точностью, достаточной, чтобы вызывать нужную мутацию? Это вопрос времени. Надо прежде проникнуть в механизм действия генов. Может случиться так, что мы всех тайн этого механизма не раскроем. Мы только будем знать, какой именно ген, какой именно участок молекулы претерпел изменения. Но и тогда перспектива выведения совершенных видов растений необычайно расширится. Возрастут и скорость выведения новых пород и размах изменчивости. Мы будем использовать эти мутации так же, как сегодня используем клубеньковые бактерии, не зная до конца механизма их действия. Как использовало человечество для своих нужд ферменты, тысячелетиями не подозревая об их существовании.

Гибридизация молекул

Метод гибридизации занимает прочное место в арсенале селекционеров. О том, какие необычайные перспективы он сулит, мы знаем со школьной скамьи. Помните мичуринский церападус – гибрид черемухи и вишни? Или пшенично-пырейные гибриды Цицина? Каждый оригинатор, выводящий новый сорт, ждет, что его детище унаследует лучшие качества отца и матери. Скрещивая черемуху с вишней, Мичурин надеялся, что гибрид будет плодовит, как черемуха, и крупноплоден, как вишня. Великий преобразователь достиг в данном случае своей цели. Но не всегда подобный эксперимент удается.

Вспомним знаменитый гибрид Карпеченко. От редьки – корешки, от капусты – вершки.

Но Карпеченко осуществил свой знаменитый эксперимент в те времена, когда мы еще не знали, что такое ДНК, когда полимерная химия еще не выбралась, по сути дела, из своей первой пробирки. Слова «полиэтилен» и «полистирол» появились много позже. Еще позже ученым удалось привить молекулу полистирола на молекулу полиэтилена. Так был получен гибрид двух полимеров, обладавший качествами обоих своих родителей. Но этот гибрид родился в «мертвой» природе.

А в живой?

Применить этот метод на уровне живых молекул оказалось делом чрезвычайно сложным, но все же осуществимым.

Чтобы «влезть» в клеточное ядро, особенно в хромосомы, экспериментаторы проявили много изобретательности и долготерпения. Хромосомы окрашивали в разные цвета и разными веществами. Их переваривали ферментами, исследовали ультрафиолетовым микроскопом, выделяли из клетки и изучали прямыми химическими анализами.

Хромосома устроена на первый взгляд просто. Она содержит три главные составные части – белок, ДНК и РНК. Все эти три вещества соединены в хромосоме в единую структуру – нуклеопротеид. Но ДНК при ближайшем рассмотрении представляет довольно сложную молекулу. Азотистые основания (числом до 30 тысяч), остатки сахара и фосфорной кислоты соединены в ДНК в двойную цепочку при помощи водородной связи.

Еще сложнее выглядит фермент рибонуклеаза, способный гидролизовать рибонуклеиновую кислоту – РНК. Он представляет собой биополимер, состоящий из 124 аминокислот.

Прежде чем научиться скрещивать подобные молекулы, нужно было распознать их структуру. Распознать – это значит разобрать по частям. Клеточное ядро пришлось растирать, дробить ультразвуком, замораживать и обрабатывать кислотами. Из полученной «каши» надо было выделить по очереди все ее компоненты. Только центрифуга, прибор необычайных возможностей, помогла это сделать.

Под действием центробежной силы в ней возрастает сила тяжести. Мелкие частицы, которые остаются обычно в растворе, осаждаются. Нужна огромная сила, чтобы оторвать одни частицы от других. В центрифуге сила тяжести примерно в 100 тысяч раз превосходит земное притяжение!

Наконец компоненты разделены. Можно приступить к скрещиванию живых молекул. Смешиванием различных нуклеиновых кислот удалось добиться спаривания их молекул. Гибрид получился довольно прочный. Он сочетал в себе свойства родителей.

Опыт за опытом – задача усложнялась. Скрещивание было проведено на уровне белковой молекулы. Взяли фермент, встречающийся у двух разных бактерий. Полипептидную цепь от одной скрестили с цепью бактерии другого вида. Потомок вполне походил на обоих «предков».

Гибридизация на уровне молекул открывает захватывающие перспективы.

Ученые, занимающиеся молекулярной биологией, любят говорить о двух важнейших задачах этой науки. Первая: синтез белков. Вторая: получение направленных мутаций. Гибридизация молекул работает в одном и другом направления одновременно. Практические возможности этого метода пока еще невозможно ясно представить. Но вот один из последних фактов, над которым читатель сможет сам поразмыслить.

Советские и чешские биологи сумели осуществить гибридизацию двух белков-антител. Антитела – это белки, образующиеся при иммунизации организма. Одно антитело было носителем невосприимчивости к одному заболеванию. Другое – обеспечивало иммунитет к иной болезни. Гибрид антител соединял в себе свойства своих родичей. Нужны ли пояснения к этому факту?

Наука идет вперед семимильными шагами. Жизнь сплошь и рядом ставит перед ней задачи, которые всего несколько лет назад вызвали бы усмешку. Столетиями, желая высмеять ученого, говорили, что он выращивает в колбе гомункулуса (по-латыни: человечка) или, на худой конец, что занимается химерами.

Опыты итальянских ученых с человеческим зародышем сегодня стали сенсацией дня.

Что касается химер, этот термин приобрел ныне вполне научное звучание.

Химические химеры доктора Раппопорта

Доктор наук И. А. Раппопорт занимается химерами вот уже тридцать лет. Я говорю об этом вполне серьезно. Упорство и жизнь этого самоотверженного исследователя кому-нибудь послужат еще темой книги. Книги, полной драматических ситуаций и психологических конфликтов, напоминающей по остроте сюжета детектив.

Алкалоид колхицин, применявшийся генетиками для получения искусственных мутаций, выделяется из семян безвременника. Извлекать его оттуда довольно трудно, да и семян это растение дает не много. Правда, для экспериментов нужны были микроскопические дозы алкалоида. Но для широкой постановки опыта требовались и соответствующие масштабы.

Начались поиски химических заменителей колхицина. Фенантренная основа молекулы колхицина подсказала академику И. Шмуку где искать. Он предположил, что в ряду карбоциклических соединений есть вещество, подобное колхицину. Так и оказалось. Из нафталина и бензола был выделен аценафтен. В растворе он вел себя достаточно инертно. Зато в кристаллическом состоянии производил мутагенный эффект. Правда, аценафтен действует медленнее колхицина. Но это было на руку исследователям. Можно было получше изучить процесс мутагенеза.

…Вот охлажденная клетка помещена во влажную камеру. Чем теплее в ней, тем скорее происходит деление клетки.

В камере растение обрабатывается колхицином или его производными – аценафтеном, хлористым сангуннарином, гаммексаном, линданом и другими. Они действуют быстро и весьма эффективно. В результате в камере образуется достаточно много полиплоидных клеток. Некоторые из них способны к размножению, большинство же погибает, так как колхицин и другие химические вещества – это яды для растительного организма.