10 ЗАПОВЕДЕЙ НЕСТАБИЛЬНОСТИ. ЗАМЕЧАТЕЛЬНЫЕ ИДЕИ XX ВЕКА

Флауэрс Чарльз

Именно такую передачу наследственности «через поколение» наблюдал и смог математически точно оценить Мендель для всех изученных им признаков (высокие и низкие стебли, сморщенные и гладкие семена и т. п.). Например, при скрещивании сортов гороха с высокими и низкими стеблями растения во втором поколении были только высокими, но в третьем высокими оставались лишь 3/4 образцов, а у 1/4 вновь появлялся ранее подавленный признак низкорослости. Другими словами, если наследуемые признаки неодинаковы, то в первом поколении гибридов проявляется только один (так называемый доминантный или преобладающий признак), а другой (рецессивный или подавляемый) признак остается как бы скрытым или «спрятанным». В следующем поколении признаки распределяются в пропорции 3:1 (на основе тщательных подсчетов тысяч семян сам Мендель получил пропорцию 2,98:1).

Эти наблюдения позволили ему сформулировать простой, но весьма важный и вовсе не очевидный закон передачи наследственных признаков. До этого считалось (и такая точка зрения представляется как раз естественной

и понятной), что генетические признаки родителей каким-то образом смешиваются и сливаются, подобно распространенным в быту растворам разных жидкостей. В противном случае, оставалось непонятным, как два разных существа могут практически мгновенно создать новое существо с общими признаками. Великое открытие Менделя состояло не столько в том, что он обнаружил проявление скрытого признака через поколение, а в том, что он понял и осознал наличие скрытой передачи отдельного признака в единой и неизменной форме. Мендель понял, что признаки не смешиваются и не сливаются, а представляют собой некие маленькие, невидимые и неделимые образования, своеобразные «атомы» наследственности, которые мы сегодня называем генами. Образно говоря, в биологии возникла своя «атомарная» теория наследственности. Очень простые организмы, естественно, имеют очень мало генов, например вирус обладает всего лишь десятком генов (простота не означает биологической незначительности, поскольку такой вирус может убить население целых стран). Плодовая мушка дрозофила, ставшая, благодаря своей исключительной плодовистости, основным и чуть ли не центральным объектом биологических исследований всего XX века, имеет около 10 тысяч генов. Раньше биологи считали, что человек должен обладать более чем сотней тысяч генов, причем уверенность в этом была столь сильна, что многие биотехнологические фирмы и исследовательские компании даже уверяли инвесторов, клиентов и общественность в умении реально работать с сотнями тысяч генов. В 2001 г. к удивлению многих ученых, было строго показано, что каждый из нас имеет лишь около 40 тысяч генов. Количество признаков и соответствующих им факторов казалось настолько большим (Мендель предполагал некие варианты «смешения»), что и реальный механизм передачи наследственности оказался значительно более сложным.

Мендель установил, что любой наследственный признак складывается из двух разных элементов или единиц наследственности, получаемых организмом от половых клеток двух родителей. Еще важнее то, что он сумел обнаружить и доказать, что из двух элементов наследственности один всегда оказывается более сильным (доминантным), а другой -подавляемым (рецессивным), что и соответствует постоянному значению получаемого им соотношения 3:1. Выяснилось также, что это соотношение между элементами конкретной пары признаков не зависит от передачи всех остальных признаков.

Мендель был абсолютно прав и писал очень ясные и точные по содержанию статьи, которые по разным причинам оставались незамеченными и забытыми вплоть до 1900 г., когда их «обнаружили», перепроверили и очень высоко оценили маститые ученые. К сожалению, это произошло через 16 лет после смерти Менделя. Особый интерес биологов к модели Менделя был обусловлен тем, что она могла свидетельствовать как в пользу дарвиновской теории естественного отбора, так и против нее, и лишь через несколько лет стало окончательно ясно, что она в какой-то мере подтверждает и укрепляет теорию Дарвина. Об этом следует вспомнить сейчас особо, в связи с новой «вспышкой» споров о природе эволюции. Например, в 2000 г. опрос населения США продемонстрировал, что 60% респондентов считают идеи антидарвинистов (так называемых «креационистов») достойными преподавания в школах, наряду с теорией эволюции.

Возможно, столь долгие дискуссии вокруг дарвиновской теории показались бы Менделю забавными или удивительными. Остаток его жизни оказался довольно грустным и неинтересным. В 1868 г. он стал аббатом своего монастыря и с тех пор забросил научные занятия, отдавшись административным и финансовым заботам. У Менделя не было профессионального окружения коллег и единомышленников, способных понять и оценить значимость выдвигаемых им идей (в таком блестящем окружении работали Хаббл, Эйнштейн, Бор, создатели теории Большого взрыва и многие другие), так что ему пришлось разделить судьбу аутсайдеров науки, великих ученых-любителей типа Вегенера и Ферма. Вы спросите, может ли его биография и посмертная слава служить утешением или надеждой для чудаков- одиночек, которых всегда было полным-полно в истории науки? По- видимому, на этот вопрос следует дать отрицательный ответ, поскольку великие озарения этого одинокого монаха позднее все равно пришлось проверять и уточнять. Вот уже около ста лет серьезная наука реализуется в крупных лабораториях со сложным оборудованием. Современные исследования немыслимы без солидного финансового обеспечения и поддержки со стороны правительства, исследовательских центров и большого бизнеса. В наши дни доказательство и проверка даже кажущихся простыми теоретических озарений великих ученых требуют длительных усилий больших научно-технических коллективов, оснащенных дорогостоящей и высокоспециализированной аппаратурой.

***

Просматривая одну из последних книг по астрономии при подготовке предыдущих глав этой книги, я вдруг заметил, что одно важное соотношение записывается и трактуется

по-разному в разных разделах книги. Заинтересовавшись этим обстоятельством, я обратился к знакомому физику, который и объяснил мне, что автор, известный специалист в своей области, действительно, объединил в единую книгу разделы, написанные несколькими его аспирантами, а позднее просто не удосужился отредактировать текст и убрать разночтения. Система использования многочисленной команды для решения сложных и масштабных задач является, в сущности, традиционной для истории науки. Здесь следует особо отметить одного из самых известных «эксплуататоров», а именно профессора Колумбийского университета Томаса Ханта Моргана, который в начале XX века сумел привлечь большую группу молодых талантливых ученых для проведения системного исследования механизма передачи наследственных признаков.

Начиная с 1907 г., возглавляемая Морганом команда изучала передачу наследственных признаков у плодовой мушки Drosophila melanogaster, ставшей в дальнейшем излюбленной живой моделью биологов из-за быстроты размножения и плодовитости. Дрозофила способна породить 200-300 особей за двухнедельный жизненный цикл, что позволяет изучить в течение года передачу признаков у 24 поколений. Еще за четыре года до этого биологи установили, что передача наследственных признаков каким-то образом связана с хромосомами, представляющими собой стержневидные структуры из белков и нуклеиновых кислот. Хромосомы обязательно объединяются попарно и расположены в ядрах всех клеток живого организма, причем пара формируется из двух отдельных хромосом (по одной от каждого родителя), каждая из которых несет в себе полный набор наследственной информации от конкретного родителя, в результате чего каждый из них передает в клетку половину своего генетического наследства.

Плодовая мушка отличается не только скоростью размножения, но и удивительной простотой генетической информации, поскольку ее клетки содержат только четыре пары хромосом. Прослеживая передачу конкретных признаков во многих поколениях, удалось быстро и убедительно доказать, что во всех случаях соотношение доминантных и рецессивных признаков прекрасно согласуется с законом 3:1 в полном соответствии с законом Менделя. Более того, биологам удалось даже полностью расшифровать записанную в хромосомах дрозофилы информацию, т. е. связать ее с конкретными характеристиками. Это сделало плодовую мушку уникальным объектом генетических исследований, так как она стала одним из немногих видов живых существ на планете, для которого точно известен полный набор генов, т. е. наследственных факторов или элементов Менделя. Образно говоря, этот набор можно назвать правилами, которые «указывают» клеткам будущей плодовой мушки способы и методы их превращения во взрослую, полноценную плодовую мушку.

В строгих и четко организованных экспериментах сотрудников Моргана были обнаружены новые, неожиданные закономерности передачи наследственных признаков. Так, например, практически в каждом опыте по непонятным причинам появлялись и дрозофилы с удивительными признаками, отсутствующими у обоих родителей, что сперва пытались объяснить (в полном соответствии с теорией эволюции по Дарвину) исчезновением наследственных особенностей, оказавшихся ненужными для борьбы за выживание в новой среде обитания. Понятно, что лабораторные условия выращивания вовсе не были похожи на привычные многим поколениям мушек леса или сады, однако некоторые из этих новых признаков были настолько странными, что ученым пришлось задуматься и о других объяснениях. В январе 1910 г. среди прочих мушек с обычным, красным цветом глаз родилась удивительная, белоглазая мушка, что позволило поставить еще один необычный эксперимент, имевший впоследствии огромное значение. У первого потомства этой белоглазой мушки оказались глаза обычного, красного цвета, однако уже в следующем поколении соотношение по цвету пришло к привычной менделевской пропорции 3:1.

С наследованием признаков (т. е. с их будущей судьбой) все оказалось в порядке, но появилась проблема их возникновения (образно говоря, их прошлого). Естественно, возникает вопрос о том, где «прятался» ген бе-логлазости плодовой мушки до его обнаружения? Напомним, что ген по определению считался постоянным, не способным к изменениям «квантом» наследственности, поэтому неудивительно, что Морган, уже тогда считавшийся отцом американской генетики, мучительно искал и не мог найти на него ответ. В наши дни термин «мутация» является настолько общеизвестным и тривиальным, что его знают даже дети (хотя бы из самых примитивных книжек и фильмов разряда фэнтази), но в начале XX века это открытие знаменовало собой огромный прорыв в познании законов наследственности и эволюции вообще. Герман Мюллер, коллега Моргана по университету, сумел сперва обнаружить, что мутация цвета глаз дрозофилы связана с химическими изменениями в генной структуре, а затем и показать, что аналогичные изменения могут быть вызваны рентгеновским излучением или даже происходить спонтанно. В результате разносторонних и тщательных экспериментов было достоверно установлено, что изменения генетической информации родителей передаются их потомкам не только у мушек, но и у всех остальных представителей животного и растительного мира. «Древо жизни» оказалось способным к изменениям, поскольку мутировали сами гены, носители исходной информации различных биологических видов, из чего с неизбежностью следовал вывод о наличии в генах каких-то внутренних структур, способных к трансформации.