Открытия, которые изменили мир. Как 10 величайших открытий в медицине спасли миллионы жизней и изменили наше видение мира

Кейжу Джон

Первые подвижки в формировании теории наследственности появились в начале XIX века, частично благодаря совершенствованию микроскопа. С момента, когда датские мастера по изготовлению очков Ганс Янсен и его сын Захарий изобрели свой первый микроскоп, прошло более 200 лет, и к началу XIX века технические усовершенствования наконец позволили ученым пристальнее взглянуть на «место действия» — клетку. Мощный сдвиг произошел в 1831 г., когда шотландский ученый Роберт Броун обнаружил, что многие клетки содержат крошечную темную центральную структуру, которую он назвал ядром. И хотя роль, которую ядро клетки играло в вопросах наследственности, оставалась неизвестной еще несколько десятилетий, Броун по крайней мере нашел место действия изучаемых процессов.

Почти десять лет спустя британский врач Мартин Бэрри изучил это место действия

еще глубже. Он выяснил, что оплодотворение происходит, когда клетка мужской спермы попадает в женскую яйцеклетку. Да, сегодня это звучит банально, но всего лишь несколько десятилетий назад был популярен миф о том, что каждая неоплодотворенная яйцеклетка содержит крошечную «заготовку» человека, и задача спермы — пробудить ее к жизни. Более того, вплоть до середины XIX века большинство людей не подозревали, что в зачатии участвуют только один сперматозоид и одна яйцеклетка. А без знания этого простого равенства (1 яйцеклетка + 1 сперматозоид = 1 ребенок) были невозможны даже первые младенческие шаги к истинному пониманию наследственности.

Наконец, в 1856 г. появился человек, который не только знал об этом равенстве, но и был готов посвятить десять лет жизни разгадке тайны. И хотя его работа может производить впечатление полной идиллии (он трудился в уютном саду на заднем дворе), его эксперименты были, скорее всего, невероятно трудоемкими. Делая то, на что никто раньше даже не решался, он вырастил десятки тысяч гороховых побегов и скрупулезно задокументировал, как их маленькие ростки вели себя в каждом поколении. Позже он не без гордости писал: «Безусловно, чтобы взять на себя такой масштабный труд, нужна определенная смелость».

Но к тому моменту, когда Грегор Мендель закончил в 1865 г. свою работу, он ответил на вопрос, который человечество задавало тысячелетиями: наследственность обусловлена не случайностью или изменчивостью, а определенными правилами. Приятный бонус — помимо кладовой, набитой запасами гороха — заключался в том, что Мендель основал науку под названием генетика.

Веха № 1

От гороха к научным принципам: Грегор Мендель и открытые им законы наследственности

Родившийся в 1822 г. в семье фермеров в моравской деревне (которая сейчас находится на территории Чехии), Иоганн Мендель может считаться либо самым невероятным священником в истории религии, либо самым невероятным исследователем в истории науки. А возможно, и тем и другим. Его интеллектуальные способности несомненны: Мендель так блестяще учился в юности, что один из его учителей рекомендовал ему посетить Августовский монастырь в ближайшем городе Брюнне. Это был обычный для тех времен способ, к которому прибегали бедняки, чтобы получить образование. Там он принял новое имя Грегор. К моменту, когда Мендель получил сан священника в 1847 г. (в возрасте 26 лет), он производил впечатление человека, подходящего для научной деятельности. Мендель с удовольствием преподавал в школе физику и математику, однако провалил экзамен на получение лицензии учителя. Чтобы реабилитироваться после такой неудачи, он отправился в Венский университет на четыре года, где изучал множество разнообразных предметов, включая курсы по математике и физике (которые преподавал Кристиан Допплер) и по естественным наукам. Вернувшись в аббатство в 1853 г., Мендель получил должность преподавателя в высшей школе Брюнне и в 1856 г. предпринял попытку сдать экзамен на лицензию во второй раз.

И снова его провалил.

Хотя сдать экзамен на должность преподавателя Мендель так и не смог, полученное им образование — включая курсы по выращиванию фруктов, анатомии и физиологии растений и экспериментальным методам — было, казалось, предназначено для чего-то куда более важного. Как мы знаем сегодня, уже в 1854 г., за два года до того, как он провалил свой второй преподавательский экзамен, Мендель проводил эксперименты в саду аббатства, где выращивал разные виды гороха, анализировал их развитие и планировал еще более великие эксперименты, которые провел всего через пару лет.

Эврика: 20 тыс. гибридов, простая пропорция и три важнейших закона

О чем размышлял Мендель, когда начинал свой знаменитый эксперимент с горохом в 1856 г.? Прежде всего, эта идея пришла к нему не из ниоткуда. Как это обычно бывает, скрещивание разных видов растений и животных долгое время представляло интерес для фермеров Моравии:

они пытались усовершенствовать качество своих декоративных цветочных растений, фруктовых деревьев и овечьей шерсти. И хотя эксперименты Менделя были, возможно, отчасти обусловлены желанием помочь местному сельскому хозяйству, его также явно интриговали серьезные вопросы наследственности. Но если он когда-либо пытался делиться с кем-нибудь своими идеями, то, скорее всего, встречал недоумение. В то время ученые не предполагали, что индивидуальные характеристики могут быть предметом изучения. В соответствии с существовавшей тогда теорией развития, они смешиваются из поколения в поколение и их нельзя изучать по отдельности. Так что сама идея эксперимента Менделя (сравнение особенностей гороха в масштабах многих поколений) была по тем временам эксцентричной (никому это раньше и в голову не приходило) и — что не случайно — озарением гения.

При этом Мендель всего лишь задавал те же вопросы, которые многие уже задавали до него: почему определенные характеристики — будь то блестящая дедушкина лысина или вокальные способности тети — исчезают в одном поколении и снова появляются в другом? Почему какие-то черты случайным образом проявляются и исчезают, а другие, как сформулировал Мендель, появляются вновь с «поразительной регулярностью»? Чтобы изучить этот вопрос, Менделю был нужен организм, обладающий двумя ключевыми свойствами: характеристиками, которые можно легко обнаружить и количественно проанализировать, и коротким репродуктивным циклом, чтобы новые поколения могли появляться относительно быстро. И вот фортуна распорядилась так, что нужный организм Мендель обнаружил в собственном дворе: это был Pisum sativum, обычный горох. Начав выращивать его в саду аббатства в 1856 г., он сосредоточился на 7 характеристиках: оттенок цветков (фиолетовый или белый), расположение цветков (на стебле или на верхушке), цвет семян (желтый или зеленый), форма семян (округлая или сморщенная), цвет стручка (зеленый или желтый), форма стручка (наполненная или сморщенная), высота побега (большая или маленькая).

В следующие 8 лет Мендель вырастил тысячи растений, тщательно проанализировав и распределив по категориям их характеристики в рамках многих поколений. Это был невероятный труд: за один только последний год работы он вырастил 2500 растений второго поколения, задокументировав всего более 20 тыс. гибридов. И хотя он завершил свой анализ лишь к 1863 г., интригующие находки он обнаруживал почти с самого начала.

Чтобы по-настоящему оценить открытие Менделя, обратите внимание на один из его простейших вопросов: почему при скрещивании гороха с фиолетовыми и с белыми цветками получались растения исключительно с фиолетовыми цветками; а при скрещивании получившихся растений с фиолетовыми цветками среди новых растений большинство было с фиолетовыми цветками, а несколько — с белыми? Иными словами, где именно в том первом поколении растений с фиолетовыми цветками была «инструкция» спрятать белые цветки? То же произошло и со всеми остальными характеристиками. При скрещивании растений с желтыми и зелеными плодами у всех «потомков» первого поколения плоды были желтого цвета; но когда эти растения скрещивали между собой, у большинства представителей второго поколения горошек был желтого цвета, а у нескольких — зеленого. Где же в первом поколении была «инструкция» заставить зеленый горошек исчезнуть?

Лишь после того, как Мендель тщательно задокументировал и распределил по категориям тысячи гибридов в масштабах многих поколений, он начал обнаруживать изумительные ответы. В растениях второго поколения вновь и вновь появлялось одно и то же любопытное соотношение: 3 к 1. На каждые три растения с фиолетовыми цветками приходилось одно с белыми. На каждые три растения с желтыми плодами приходилось одно с зеленым. На каждые три высоких растения приходилось одно карликовое — и т. д.

Для Менделя это была не статистическая погрешность, а свидетельство важного принципа, основополагающего закона. Разбираясь в том, как именно могли возникнуть такие наследственные механизмы, он постепенно приблизился к математическому и физическому объяснению того, почему именно так наследственные черты передаются от родителей к потомству. В момент озарения он предположил, что наследственность должна включать перемещение определенного «элемента» (фактора) от каждого из родителей ребенку — то, что сейчас мы называем генами.