Генетика за 1 час - Валерия Черепенчук

Большинство современных генетиков убеждены, что Грегор Мендель предвосхитил понятие гена. Лишь спустя много лет ген получит определение – участок ДНК, отвечающий за наследственность. Но не будем забегать наперед: разговор о ДНК нам еще предстоит. А Мендель не использовал понятие «ген», этот термин появится много позже. Он писал о «факторах», или «задатках», утверждая, что тот или иной признак (цвет, размер, форма) растения определяется двумя факторами, один из которых содержится в мужской, а другой – в женской половой клетке. Растения, появившиеся в результате слияния клеток, несущих в себе одинаковые «задатки», исследователь именовал константными (впоследствии их назовут гомозиготными).

Для упрощения работы Грегор Мендель обозначал доминантные признаки в паре растений прописными буквами (А, В, С), а рецессивные – строчными (а, b, с). Следовательно, при описании гибридов можно было составить простые формулы, наглядно демонстрирующие сочетания признаков и их «проявляемость». Менделю сослужило добрую службу то, что некоторое время он увлекался математикой и преподавал ее в школе. Склонность к систематизации и уверенное обращение с цифровыми и буквенными обозначениями помогли ему сделать то, что до него исследователям было недоступно: выявить и описать закономерности наследственности. Сейчас эти закономерности известны как законы Менделя. Давайте ознакомимся с ними подробнее.

Первое и второе гибридные поколения в опытах Менделя с низким и высокорослым горохом

1. Закон единообразия гибридов первого поколения (он же закон доминирования признаков) гласит, что при скрещении двух константных (или, как сказали бы сейчас, гомозиготных) растений все первое поколение гибридов будет полностью подобно одному из родителей – на первый план выйдут доминантные признаки. Правда, известны случаи неполного доминирования: когда доминантный признак не может полностью подавить более слабый, рецессивный. Помните, ранее мы описывали предположение ряда ученых XVIII–XIX вв., которые утверждали, что по логике вещей гибрид всегда должен представлять собой нечто среднее между родительскими экземплярами? В ряде случаев это возможно, например, у некоторых видов цветов при скрещивании растений с красными и белыми цветами в первом поколении гибридов цветы будут розовыми. То есть доминантный красный цвет лепестков не смог полностью подавить рецессивный белый. Могут быть и другие частные особенности в законе единообразия, но наша задача – дать читателю самые общие сведения о генетике и ее истории.

2. Закон расщепления признаков: если скрещивать между собой гибриды первого поколения, то во втором поколении признаки обеих родительских форм проявятся в определенном соотношении.

3. Закон независимого наследования признаков: если скрещиваются две особи, которые отличаются друг от друга двумя парами признаков, факторы и связанные с ними признаки будут наследоваться и комбинироваться независимо друг от друга. Так, Мендель скрестил горох с гладкими желтыми зернами и горох с морщинистыми зелеными зернами. При этом желтый цвет и гладкость зерен были доминантными признаками. Первое поколение гибридов было полностью представлено растениями с доминантными признаками – у гороха были желтые гладкие зерна. После самоопыления гибридов были получены новые растения: у девяти были желтые гладкие зерна, у трех – желтые морщинистые, у трех – зеленые гладкие и одно растение обладало зелеными морщинистыми зернами.

Конечно, впоследствии законы Менделя уточнялись в соответствии с новыми научными данными. Например, стало известно, что если за тот или иной признаку растения или организма отвечает не один ген, а несколько, то формы наследования будут более сложными и составными. Но все же Грегор Мендель был первопроходцем в области закономерностей наследования, и в его честь учение о наследственности позже было названо менделизмом.

Почему же его исследования при жизни не получили признания? Известно, что в 1865 г. Грегор Мендель выступил с докладом в Обществе естествоиспытателей и опубликовал статью «Опыты по гибридизации растений», не снискавшую особого успеха в научной среде. Скорее всего, открытия брюннского монаха не получили развития в первую очередь потому, что он сам вскоре разочаровался в их результатах. Мендель приступил к скрещиванию некоторых видов растений, изначально имевших особенности в способах размножения. Таким образом, закономерности, которые он вывел во время работы с горохом, не получили подтверждения – неприятный итог почти десятка лет напряженной работы! Вскоре Грегор Мендель стал аббатом, и новые обязанности заставили его полностью забросить биологические исследования. О его работах вспомнили только в начале XX в., когда несколько ученых «открыли» законы Менделя и подтвердили его разработки. Сам биолог-августинец скончался в 1884 г., задолго до триумфального возвращения его идей в научную среду…

2.2. Законы Менделя: второе рождение

На исходе XIX в. научный мир по-прежнему активно обсуждал проблемы наследственности, но «центром притяжения» были не открытия Грегора Менделя, а теории Дарвина и Вейсмана. Они находили как горячих сторонников, так и убежденных противников. Некоторые ученые предлагали воспринимать явления изменчивости и наследственности просто как данность, не пытаясь вывести какие-то общие правила. Например, дарвинист Климент Аркадьевич Тимирязев (1843–1920 гг.) считал, что рассмотрение законов наследственности вообще не имеет особого смысла, в первую очередь потому, что они связаны с условиями жизни организма, следовательно, предполагают слишком много допущений и исключений. Илья Ильич Мечников (1845–1916 гг.), очень интересовавшийся разработками Августа Вайсмана, с течением времени изменил свои взгляды. Начав с убеждения, что приобретенные признаки у растения или животного обязательно будут унаследованы последующими поколениями, позже Мечников писал, что простые и наглядные опыты немецкого зоолога (помните бесхвостых мышей?) убедили его в обратном.

Кстати, российские исследователи еще в 1880-е гг. обратили внимание на то, что в процессе эволюции организмы иногда подвергаются внезапным, на первый взгляд, совершенно непредсказуемым изменениям: слово «мутации» тогда еще не звучало, но явление как таковое было замечено и через несколько лет его рассмотрят и обоснуют подробнее. В целом биология, медицина, зоология в конце XIX в. развивались достаточно активно как в России, так и в Европе; и вскоре несколько исследователей независимо друг от друга «переоткрыли» законы Менделя и подтвердили их опытным путем; на этот раз «менделизм» вызвал серьезный резонанс.

Так, в 1890-е гг. нидерландский ботаник Хуго де Фриз (1848–1935 гг.; возможны разные написания его имени, например, Гуго де Фрис) изучал явления наследственности, скрещивая различные растения – как культурные, так и встречающиеся в дикой природе. Достоверно неизвестно, был ли он тогда в курсе работ Менделя. Согласно распространенной точке зрения, де Фриз лишь после нескольких лет опытов и подсчетов ознакомился с трудами брюннского аббата и нашел в них подтверждение собственных теорий. В 1900 г. он пишет статью для Немецкого ботанического общества, в которой подробно рассказывает о своих достижениях, ссылаясь на опыты Грегора Менделя лишь в качестве дополнительного аргумента в свою пользу.

В то же самое время в Германии публикует свою работу о наследственности у растений профессор Тюбингенского университета Карл Корренс (1864–1933 гг.). Спектр его научных интересов был очень широк: водоросли, семенные растения, грибы… Но на выводы относительно законов наследственности его натолкнули, прежде всего, опыты с кукурузой и горохом. Корренс выяснил, что отдельные постулаты Менделя – например, закон расщепления – могут иметь исключения, а также высказал предположение, что некоторые признаки могут быть связаны с полом, так как наследуются только по материнской или отцовской линии. Последний тезис тогда не получил особого развития – к нему вернутся позднее, когда сложится хромосомная теория наследственности.

Наконец, в Австрии ученый Эрих Чермак-Зейзенегг (1871–1962 гг.), занимавшийся гибридизацией гороха (поистине замечательное растение!), также обращает в 1899 г. внимание на закономерности, о которых более 30 лет назад писал Грегор Мендель, и год спустя публикует результаты своих изысканий.

После этого наступил подлинный ренессанс менделевской теории. Работы ученого-августинца переиздаются, переводятся на разные языки. Почему же это не произошло раньше? Многие исследователи считают, что Мендель слишком опередил свое время, что открытия, сделанные им, просто оказались не по зубам биологам той эпохи. Может быть, и так. Но ему постарались отдать должное ученые XX в.: памятники отцу генетики установлены не только в августинском монастыре города Брно, но и по всему миру, например, в российских Колтушах. А в 1970 г. его именем назвали лунный кратер.