Генетика за 1 час - Валерия Черепенчук

Итак, к концу XIX в. процесс деления клеток и распределения хромосом при этом уже не представлял особого секрета. Более того, многие ученые заявляли, что именно в хромосомах надо искать разгадку всех тайн наследственности. Но как?

Американский ученый Уолтер Саттон (1877–1916 гг.) в 1902 г. сопоставил «переоткрытые» законы Менделя с тем, что было ему известно о фазах митоза и мейоза. В работах брюннского монаха-исследователя он обратил внимание на строгие математические закономерности проявления разных признаков у дочерних организмов по отношению к родительским. Также Саттон удостоверился, что в ходе мейоза, при формировании половых клеток (их еще именуют гаметами) пары хромосом расщепляются, но их общее количество не увеличивается. Получается, что в составе половой клетки остается только ½ хромосомного набора, и когда сперматозоид сольется с яйцеклеткой, новый организм получит от каждого родителя по половине хромосом. Но ведь это вполне стыкуется с разработками Грегора Менделя! Значит, – делает вывод Саттон, – именно в хромосомах содержатся «факторы», о которых писал Мендель. Правда, ученый не разобрался окончательно, как именно связаны хромосомы и отдельные признаки: одна хромосома отвечает за что-то конкретное (например, за форму листьев у растения или цвет глаз у человека) или здесь работают какие-то иные закономерности? Саттон предполагал, что правило «один признак – одна хромосома» было бы слишком наивно, ведь каждый вид, а тем более каждый отдельный организм, – это сложнейшая совокупность разнообразных признаков. Исследователь считал, что одна хромосома должна содержать несколько так называемых аллеломорфов – это понятие равноценно понятию «ген», но, как мы помним, о генах тогда еще не говорили. В то время еще не выяснили достоверно, каким именно количеством хромосом обладают те или иные организмы и насколько это количество стабильно. До окончательного ответа на этот вопрос оставалось еще несколько десятилетий, например, дискуссии о количестве хромосом у человека продолжались вплоть до 1950-х гг. Но было очевидно, что число их ограничено. Одним из первых идею о постоянном количестве хромосом выдвинул немецкий ученый Теодор Бовери (1862–1915 гг.), и он же параллельно с Уолтером Саттоном заявил об их приоритетной роли в вопросах наследственности.

Фазы митоза

В 1904–1905 гг. было сделано еще одно важное открытие – так называемые половые хромосомы. Американские исследователи Кларенс Мак-Кланг (1870–1947 гг.), Эдмунд Уилсон (1856–1939 гг.) и Нетти Стивене (1867–1912 гг.) практически одновременно обнаружили у самцов отдельных видов насекомых «добавочные» хромосомы, в процессе митоза отвечающие за формирование половых признаков.

Вот мы и возвращаемся к тому, с чего начинали наше небольшое исследование: в 1906 г. английский биолог Уильям Бэтсон предложил использовать термин «генетика»: новая наука постепенно получала внешнее оформление…

Вскоре, в 1909 г., датчанин Вильгельм Иогансен (1857–1927 гг.) в своей работе «Элементы точного учения об изменчивости и наследственности» впервые использовал термин «ген». Как он определял его? В представлении Иогансена ген – это некий наследственный фактор, который располагается в половой клетке, по сути, аналог менделевского «фактора». Но что такое ген? Особого вида клетка, какой-то химический элемент, некая волшебная палочка, которая заставляет проявляться наследственность? Сам ученый писал о том, что он использует понятие гена скорее для удобства, обозначая им элементы, отвечающие за наследственность. А как, собственно, выглядит ген – достоверно неизвестно. Для удобства читателя поясним, что и в наше время особого единства в использовании этого термина нет. Кто-то понимает ген как условную единицу информации, кто-то – как двигатель естественного отбора. Большинство современных ученых отождествляют ген с участком ДНК, несущим информацию, определяющую признаки будущих организмов.

Иогансен также ввел понятие генотипа, обозначив таким образом совокупность генов, характерную для данного конкретного организма.

Окончательно хромосомная теория наследственности сформировалась благодаря американскому ученому Томасу Моргану (1866–1945 гг.) и его последователям.

Для своих опытов Морган избрал плодовую мушку Drosophila melanogaster. Это существо обладало рядом привлекательных для генетика свойств: обходилось дешево, занимало мало места, не требовало сложного ухода и, главное, размножалось с невероятной скоростью.

В один прекрасный день в 1910 г. Морган обратил внимание, что среди множества лабораторных мушек один самец обладал не ярко-красными, как у всех остальных особей, а белыми глазами. Морган отсадил красавца в отдельную емкость и начал скрещивать его с красноглазыми самками. У первого поколения потомков этих скрещиваний глаза тоже были красными. Значит, – сделал вывод исследователь, – «белоглазость» является рецессивным признаком. А вот в последующих поколениях уже встречались белоглазые особи, причем все они были самцами! Это позволило Томасу Моргану прийти к выводу, что некоторые признаки связаны с полом. Ведь уже несколько лет как были открыты половые хромосомы и можно было проследить связь наследования определенных признаков с особенностями митоза и распределения хромосом, отвечающих за половую принадлежность особи. Таким образом было получено весомое доказательство того, что факторы – гены – на самом деле «находятся на хромосоме». В дальнейшем Морган продолжил опыты и обнаружил еще несколько мутаций, сцепленных с полом. Его ученики и последователи – Кэлвин Бриджес (1889–1938 гг.), Альфред Стёртевант (1891–1970 гг.), Герман Мёллер (1890–1967 гг.) – продолжили исследования в области передачи различных признаков. Школа Моргана не только убедительно доказала, что ген (а значит, наследственность) неотделим от хромосомы, но и заявила, что гены расположены на хромосоме в определенной последовательности, причем разные хромосомы могут содержать разное число генов.

Основные положения хромосомной теории наследственности были опубликованы в 1915 г. в книге The mechanism of mendelian heredity («Механизм менделевской наследственности»). В 1933 г. Томас Хант Морган получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Но всех секретов хромосом Морган и его сотрудники не открыли – хотя бы потому, что в то время еще не была изучена роль ДНК…

2.5. Мутации можно вызывать искусственно!

Ученики Моргана внесли свой вклад и в изучение мутаций. Мы уже говорили о том, что такие скачкообразные изменения в признаках у растений и животных были известны давно. Правда, относительно причин их возникновения оставалось много вопросов. Ученых также интересовало, можно ли влиять на мутагенез (возникновение мутаций) искусственно?

Герман Мёллер в 1927 г. попробовал воздействовать на плодовых мушек-дрозофил рентгеновскими лучами и обнаружил, что это вызывает многочисленные мутации у потомства, в частности, отмечался сильный тератогенный эффект.

Тератогенное действие (от греч. τέρας – чудовище, урод) – влияние химических препаратов, лекарств, излучений на эмбриональное развитие. Итогом становится возникновение уродств и других аномалий.

Эти опыты убедили исследователя в том, что оказать внешнее влияние на гены и наследственность – возможно. Опыты Мёллера (в 1920-х – 1950-х гг. он работал в Америке, Германии, СССР) произвели ошеломляющее впечатление на научный мир. Исследователи задались вопросом: какие перспективы перед человечеством открывает возможность искусственно вызывать мутации? И несмотря на то, что в 1946 г. Мёллер получил Нобелевскую премию «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения», много сил он потратил на пропаганду исключительно мирного использования любых видов излучения и атомной энергии… После двух страшных мировых войн и появления атомного оружия было очевидно, что в случае бездумного использования мутагенов результаты могут быть чудовищными.

Еще за два года до начала опытов Мёллера с дрозофилами Георгий Адамович Надсон (1867–1939 гг.) в Советском Союзе описал мутагенное воздействие рентгеновских лучей на микроскопические грибы, а в 1928–1932 гг. были проведены успешные опыты по выявлению химического мутагенеза. В те годы ученые могли уже сказать однозначно, что мутация происходит потому, что вредное воздействие каким-то образом влияет на хромосому, ведь именно там заложены «двигатели» наследственности. Впоследствии было выяснено, что разные виды мутагенов «предпочитают» действовать в разные моменты: во время деления клетки, в момент покоя… Но как конкретно это происходит, было сложно судить, пока генетика не сделала очередной шаг вперед.

Кстати, а существует ли в наши дни какая-либо классификация мутаций? Их несколько: можно исходить из причин возникновения мутации, способа влияния мутагена на хромосому или ее часть, результатов изменений… Остановимся только на самых показательных моментах.