Мы и её величество ДНК - Федор Полканов

Цитогенетический параллелизм.

Цитогенетический параллелизм нередко называют гипотезой Сеттона — Бовери. Бовери — это ученый, много сделавший в начале нашего века для изучения клеточных делений, и его фамилия здесь стоит по праву. Но почему говорят о гипотезе? Совпадение полное, казалось бы, все доказано... Однако это не так. То, что открыл Сеттон, только лишь аналогия. Близнецы часто друг на друга похожи: Петр похож на Ивана, Иван на Петра, значит, Петр и Иван близнецы; вряд ли читателям покажется убедительным такое умозаключение. Оно основано на аналогии. В науках описательных, к сожалению, сплошь и рядом и по сей день пользуются аналогией как методом доказательства. Иное дело в экспериментальной науке. Генетика — наука экспериментальная, и на доли, аналогии здесь приходятся лишь гипотезы.

Труд, гений и... немножко удачи

Мендель бесспорно был гениальным ученым. Надо было обладать незаурядным умом, чтобы с такой тщательностью продумать и поставить эксперимент, с такой прозорливостью проанализировать его результаты. Но в то же время Менделю повезло. Не выбери он в качестве объекта горох, все оказалось бы бесконечно более сложным. Что, если бы он сразу же начал с ястребинок, опыты на которых закончились для него крахом? Не открыл бы Мендель своих законов, не стал бы отцом новой науки генетики.

Такого же рода везение выпало в начале нашего века на долю школы американских зоологов во главе с Томасом Гентом Морганом. Здесь тоже повезло с объектом. И оказалась им маленькая плодовая мушка — дрозофила меланогастер.

Чем замечательна дрозофила? Почему именно она вот уже 60 лет пользуется особой милостью генетиков и число работ, выполненных на этой мушке, исчисляется тысячами? Об этом следует рассказать, тем более что еще недавно слышались в адрес генетиков обвинения: занимаются муховодством, вместо того чтобы выводить хозяйственно важные сорта и породы.

Представьте себе архитектора, начинающего постройку без плана, без чертежа, без модели: клади, мол, братцы, камень на камень, авось что-то выйдет... Вряд ли найдется такой архитектор в наш просвещенный век. Или представьте себе горе-химика: он еще не попробовал, как идет и к чему приводит реакция в пробирке, а уже строит установку для ее хозяйственного осуществлення. Его же под суд отдать нужно! Но почему-то генетикам ставили в упрек их модель...

Дрозофила — самка (слева) и самец. Внизу — их кариотипы.

А дрозофила — модель замечательная. Менделю, чтобы получить два поколения у горохов, требовалось два года, да еще два года потратил он ранее для проверки четкости наследования признаков у исходных растений. Если бы он обратился к дрозофиле, на весь опыт ушло бы сорок дней. А у крупного рогатого скота и вовсе на каждое поколение требуются годы, а у плодовых деревьев порою десятилетия... Воз и поныне был бы там, генетика практически не ушла бы от того, что открыл Мендель, не обратись Морган и его ученики к дрозофиле.

Животных, которые размножаются быстро, немало. Однако не каждое из них столь же удобно, как дрозофила. Дело в том, что у этой мушки всего четыре пары хромосом, и к тому же каждая пара хорошо отличима. Скоро мы увидим, как это важно для генетических исследований.

После войны я вернулся в Московский университет и не успел еще сойти фронтовой загар, как оказался по уши загруженным работой с дрозофилой. Я был студентом третьего курса, н кругом были такие же студенты. Мы должны были ставить учебные опыты, однако никто из нас не довольствовался только лишь ими. Никто нас не заставлял, да и заставить не мог включаться в научную работу. Но обстановка на кафедре генетики в то время была такова, что не включиться в нее просто было нельзя. Преподаватели до поздней ночи сидели с дрозофильными пробирками, а их пример заражал и нас. Если добавить, что только что прогремели атомные взрывы в Хиросиме и Нагасаки, и каждый из нас ощущал, как важно сейчас изучать действие радиации на наследственность, станет ясным: мы не могли не работать.

Я ее очень хорошо помню — первую свою самостоятельную работу. Почти каждый день приходилось прибегать на кафедру до начала занятий: вылупляются мухи, куда тут денешься? А потом напряженный труд вечерами... За несколько месяцев я поставил около десяти Тысяч скрещиваний, а это значит — проанализировал несколько сотен тысяч мух. С каким другим объектом можно было бы достигнуть того же? Только с микробами, однако с ними в ту пору генетики еще почти не работали.

Цикл развития у дрозофилы в нормальных условиях всего десять дней. На дно пробирки заливают корм, сажают в пробирку самца и самку. Уже через сутки будет отложено полторы-две сотни яиц, а еще через сутки в питательной среде будут копошиться личинки. Примерно на пятый день они окуклятся, а на десятый начнется уже массовый вылет мух: можно считать результаты скрещивания.

Томас Гент Морган и его ученики начали работы с дрозофилой в 1906 году, и открытия посыпались как из рога изобилия.

Уже несколько раньше и на других объектах было обнаружено: некоторые признаки никак не желают расставаться друг с другом. Они менделируют по отношению к обоим партнерам, но при этом передаются из поколения в поколение группой, слитно, не разлучаясь, как будто обусловлены они одним геном. Такие группы стали называть группами сцепления, однако объяснить причины их появления на первых порах никак не могли. Морган с учениками сразу же обнаружили группы сцепления у дрозофилы. Например, щелевидные глаза, полудоминант по отношению к глазам нормальным, наследовались вместе с рецессивами, вызывающими желтую окраску тела, или извитыми, точно мухам сделали перманент, щетинками. И вот тут выяснилось одно замечательное обстоятельство. Сотни признаков, отличающихся у дрозофилы от нормы — признака обычного дикого типа, распались на четыре группы сцепления, то есть точь-в-точь на столько, сколько у дрозофилы пар хромосом! И если обнаруживался какой-либо новый признак, генетики при помощи скрещиваний сразу же выясняли, к какой группе сцеплений он относится. Это уже были не умозрительные рассуждения, а прямые экспериментальные доказательства. Они говорили о том, что, очевидно, именно хромосомы — материальные носители наследственности. Почему «очевидно»? Да потому, что настоящим ученым свойственно сомневаться, пока есть хотя бы малейшие возможности для сомнений.

Далее обнаружились еще более интересные факты. Уже по данным первых опытов Морган с учениками, пока только гипотетически, связали каждую из четырех групп сцепления с четырьмя парами хромосом дрозофилы. И вдруг в одном из опытов произошло «чудо»: «расцепилась» вторая группа сцепления и часть из относящихся к ней генов «прицепилась» к первой группе. Вот тут-то они и попались, эти самые гены! Морган, естественно, предположил: если гены связаны с хромосомами, то в кариотипе этих необычайно ведущих себя мух часть второй хромосомы, оторвавшись, «пересела» на хромосому первую.

Предположение было легко проверить. Сделали препараты и посмотрели под микроскопом. Так и есть! Это явление, много раз наблюдавшееся, назвали в дальнейшем транслокацией. Часто транслокации бывают взаимными. Например, участок второй хромосомы пересаживается на первую, а часть первой перескакивает на вторую. И всегда в этих случаях часть генов из групп сцепления совершает точно такой «перескок».

Стало наконец окончательно ясно: гены связаны с хромосомами, именно хромосомы — материальные носители наследственности.

Как бусы на нитке

Обычной причиной транслокаций являются нарушения в ходе клеточных делений. Представьте себе, что две хромосомы, первая и вторая, переплелись и в «узелке» произошел разрыв. После этого на месте разрыва обычно происходят срастания, но не всегда срастания происходят правильно — нередко хромосомы меняются кусками и образуется транслокация.

Схема кроссинговера.

А вот теперь разберемся в схемах, которые приведут нас к любопытнейшим выводам. Изобразим в виде прямых линий две непарные хромосомы. Далее предположим, что гены в хромосоме расположены точно бусы на нитке, лежат рядышком, один за другим, выстроившись в линию. Пусть в первой из наших, хромосом расположены (генетик сказал бы: локализованы) гены А, Б, В, Г и Д, а во второй Е, Ж, З, И, К. При этом мы, конечно, не знаем, в каком порядке расположены гены, да и вообще не уверены в том, что расположены они линейно. Однако в нашем распоряжении есть метод транслокаций, и при помощи этого метода мы свое предположение можем проверить. Как? Ну, для примера допустим, что произошла взаимная транслокация, причем в первой хромосоме разрыв произошел между Б и В, а во второй между И и К. Тогда мы получим новые хромосомы и новые, следовательно, группы сцепления. Одна из новых хромосом будет выглядеть так: А, Б, К. Она будет на препарате коротенькой. А вторая — Е, Ж, З, И, В, Г, Д, — напротив, будет иметь очень большую группу сцепления и большую длину на препарате.