1. Что же такое генетика?

Читатель, которому преподнесли эту книгу, желает получить представление о том, что же в ней содержится. Ответить на вопрос: "Что такое генетика?" - далеко не так просто, как, например, на вопрос о том, что такое зоология или геология. Вместо ответа я прошу читателя прислушаться к разговору генетика, врача, фермера и школьника.

Врач. Я заглянул в мой толковый словарь, чтобы узнать значение слова "генетика". В словаре стоит: наука о наследственности. Согласны Вы с этим?

Генетик. В целом, да. Изучение наследственности было первоначальной задачей генетики и до сих пор остается основной. Однако проблемы современной генетики гораздо шире, чем изучение наследственности, по крайней мере в обычном понимании этого.

Школьник. Давайте посмотрим, что говорит словарь о наследственности: "тенденция сходного порождать сходное". Мне кажется, это значит, что у белой овцы рождаются ягнята белые, а у черной - черные.

Фермер. Но и у белой овцы могут быть в потомстве черные ягнята.

Школьник. Тогда здесь нет наследственности.

Фермер. Я этого не понимаю; в некоторых стадах могут быть черные ягнята от белых овец, а в других же нет. Так что здесь в какой-то мере дело именно в наследственности.

Генетик. Вы совершенно правы: именно наследственность, как таковая, заставляет черных ягнят появляться только от некоторых скрещиваний между белыми овцами. Не забывайте, что определение словаря (его нельзя считать безупречным) говорит только о тенденции сходного порождать сходное. Очень часто потомство не похоже на родителей, и очень часто это объясняется именно наследственностью.

Врач. Это похоже на те случаи, когда глухие дети рождаются от родителей с нормальным слухом.

Генетик. Да, подобные случаи наследственности довольно часты.

Фермер. Не бывают ли в этих случаях глухими деды и бабки? Или дяди и тети?

Генетик. Именно так. Все это показывает, как важно разобраться в истории семьи, если требуется дать советы родителям, опасающимся, что их ребенок будет как-то отягощен наследственным недостатком.

Врач. Имеются ли определенные правила, по которым можно предсказать, что ребенок будет иметь такой-то недостаток?

Генетик. Да, но не вполне точные. Мы едва ли когда-либо сможем с точностью предсказать судьбу каждого ребенка. Однако часто мы можем правильно указать родителям на вероятность появления ребенка с определенным пороком.

Фермер. Мне кажется, что Вы также можете кое-что посоветовать и животноводу, у которого в стаде 'Завелась наследственная болезнь, вроде водянки эйрширского рогатого скота.

Генетик. О, да! В этих случаях генетик может принести большую помощь животноводу. В самом деле, его предсказания будут гораздо более точными, чем прогнозы о детях, так как при работе с животными можно проводить испытания потомства.

Школьник. Все же это звучит для меня довольно пессимистично. Просто избавляться от плохой наследственности! И это все, что генетик может для нас сделать? Нет ли чего-нибудь существенного: вроде превращения нас в более совершенных людей?

Генетик. Генетики прекрасно представляют себе, что надо делать в этом направлении; однако проводить в жизнь генетические знания очень трудно, особенно мешает этому оппозиция многих представителей современного общества. Приходится пока довольствоваться успехами в улучшении сельскохозяйственных растений и животных.

Фермер. Разве этим люди не занимались с момента своего появления на земле, задолго до того, как узнали что-либо о генетике?

Генетик. Это все верно. Издавна применялись даже точно такие же методы, что и теперь: выбор наилучших особей для размножения и уничтожение самых плохих.

Фермер. К этому надо добавить скрещивание пород для комбинирования в их потомстве наиболее ценных свойств.

Генетик. Да, но это все старые, ненаучные методы. В настоящее время мы можем сделать то же самое более быстро и эффективнее, так как стали ясно понимать, что именно мы делаем. Помимо этого, на основе генетики были предложены совсем новые приемы работы. Как, например, испытание по потомству или выведение гибридной кукурузы.

Фермер. Мне вспоминается, что некоторые институты по селекции растений получили ценные сорта при помощи рентгеновских лучей или химических препаратов.

Врач. Неужели это так? Нас всегда предупреждают об опасности рентгеновского облучения, потому что оно порождает психически неполноценных людей в последующих поколениях.

Генетик. Здесь нет никакого, по существу, противоречия. Все становится ясно, если только немного познакомиться с генетикой.

На минуту задержимся на этой теме. Я хочу, чтобы вы уловили, что при этом мы оставляем в стороне предмет наследственности в узком смысле слова. Я имею в виду, что мы теперь перестали спрашивать, как передаются наследственные признаки, что является основным вопросом учения о наследственности. Теперь нас интересует, "как возникают наследственные изменения?". Это гораздо более актуальная проблема. Она играет выдающуюся роль в генетических исследованиях наших дней.

Школьник. Называют ли эти работы изучением мутационного процесса?

Генетик. Совершенно правильно. Об этом вы многое узнаете из нашей книги.

Школьник. Будет ли нам рассказано, что употребление кофе вызывает мутации?

Генетик. Возможность этого очень не ясна. Ее нужно еще проверить на мышах. Для работы по мутациям имеются гораздо более важные проблемы.

Врач. Мне часто приходится слышать, что между исследованиями мутаций и изучением рака имеется какая-то связь.

Генетик. В самом деле, связь действительно велика, особенно применительно к терапии рака. Возможно, что исследования мутаций также позволят понять, как возникает рак.

Врач. Мне хотелось бы поставить сейчас совсем другой вопрос. В медицинских журналах обсуждалась проблема людей, пораженных некоторыми формами интерсексуальности.

Школьник. В смысле превращения женщины в мужчину?

Врач. Нет, не об этом идет речь. Я имею в виду людей, не вполне нормальных в отношении пола и в какой-то мере похожих на противоположный пол. По всей видимости, у таких людей не все благополучно с хромосомами. Надо ли считать, что здесь замешана наследственность?

Генетик. Да, но не потому, что эти изменения наследственны, а в том смысле, что здесь испортился механизм наследственности.

Фермер. Нет ли здесь сходства с фримартинами? Я имею в виду бесплодную корову, родившуюся близнецом в паре с бычком?

Генетик. О, нет! Фримартины происходят совсем иным путем. Я очень рад, что здесь возник этот вопрос, так как это подводит нас к очень важной области генетических исследований - к проблеме определения пола.

Фермер. Вы имеете в виду изучение вопроса, чем отличается развитие самца от развития самки?

Генетик. Нет, это проблема эмбриологии. Меня занимает вопрос: почему у большинства видов животных рождается примерно столько же самцов, сколько и самок? Можно ли влиять на пол потомства после зачатия?

Фермер. Это можно делать с пчелами.

Генетик. Не совсем так. Можно только превратить рабочую пчелу в пчелиную матку, так как они обе самки. Но невозможно превратить трутня в матку.

Фермер. Да, этого сделать нельзя. Но можно добиться меньшего или большего числа маток или трутней, подставляя для кладки яиц нужный тип ячеек.

Генетик. Да, в этом смысле Вы правы. В действительности же определение пола у пчел сильно отличается от определения пола у большинства животных.

Врач. А как объяснить, что дальтонизм (неспособность различать цвета) гораздо чаще бывает у мужчин, чем у женщин? Я прочел в старинном справочнике по офтальмологии: причина в том, что женщинам приходится иметь больше дело с окрашенными предметами. Это мне кажется малоубедительным. Я думаю, что дело связано с генетической основой пола, о чем Вы сейчас упомянули.

Генетик. Это именно так и есть. Дальтонизм, т. е. неспособность различать красный и зеленый цвет, это попросту отклонение, связанное с наследованием пола.

Врач. Я боюсь, что раз это наследственно, то оно и неизлечимо.

Генетик. Отнюдь нет! Хотя это мнение очень широко распространено. Наследственная болезнь отнюдь не труднее поддается излечению, чем ненаследственная.

Врач. Не могли бы Вы привести пример излечиваемой наследственной болезни?

Генетик. Я могу назвать много таких заболеваний. Например, диабет.

Фермер. Это болезнь, при которой организм не может справляться с сахаром?

Врач. Да, именно эта. И теперь больным диабетом на помощь приходит инсулин. Но я никогда не представлял себе, что диабет - наследственная болезнь.

Генетик. Этого нельзя сказать на основании простого рассмотрения родословной больного диабетом. В действительности наследуется не сам диабет, а склонность к диабету. От образа жизни человека, в основном от диеты, зависит, проявится ли у человека эта склонность или нет.

Врач. Если Вы называете это наследственной болезнью, то и туберкулез можно также отнести сюда, так как тенденция к его проявлению определенно связана с некоторыми семьями. Но, очевидно, это не так.

Генетик. Почему же не так?

Врач. Мы знаем, что туберкулез вызывается бактерией, а не наследуется.

Генетик. Верно, но много людей соприкасаются с бактериями, а заболевают лишь некоторые. Произойдет это или нет, зависит от многих обстоятельств, например от квартирных условий и от питания. Вероятность заболевания в большей степени зависит также от прирожденной восприимчивости. Можно привести много подобных примеров, в которых проявление болезни зависит и от внешних факторов, и от прирожденной реактивности на болезнь.

Фермер. А как обстоит дело с умственными способностями? Наследуем ли мы интеллигентность или только склонность к тому, чтобы стать интеллигентами?

Генетик. Все зависит от того, как понимать интеллигентность. Я бы сказал, что мы наследуем задатки развивать умственные способности в результате воспитания, жизненного опыта. Однако, как разовьются наши задатки, зависит от условий жизни и от получаемого нами воспитания.

Фермер. Возможно, это похоже на то, что от ухода за нашими коровами зависит, будут ли они давать все молоко, которое способны давать.

Генетик. Именно так!

Фермер. Здесь возникает трудный практический вопрос. Как мне узнать, корова является очень дойной, так как я опытный хозяин, или потому, что она хорошая корова?

Школьник. Зачем Вам это знать, если Вы получаете молоко?

Фермер. Мне это нужно знать, чтобы решить, должен ли я вести от нее потомство.

Генетик. Итак, Вы подняли старый вопрос о соотношении наследственности и среды или природы и воспитания. Решение его имеет огромное значение не только в животноводстве и растениеводстве; оно определяет в значительной степени отношение к нашим детям и окружающим, если, например, признать, что в преступных действиях содержится значительный элемент прирожденного.

Школьник. Действительно ли это так?

Генетик. Об этом Вы прочтете несколько позже. К чему бы мы ни пришли, это обязательно как-то повлияет на наше отношение к преступности и преступникам. Крайне важной темой генетики надо считать изучение относительной роли наследственности и среды.

Школьник. Я это знаю. Сюда ведь относятся исследования по близнецам.

Генетик. Совершенно верно.

Фермер. Я боюсь, что задаю довольно глупый вопрос. Вы говорите столь многословно о наследуемых "тенденциях". Но для меня это звучит несколько мистически. Мне хотелось бы думать о своей собственной наследственности более осязаемо, чем о каких-то тенденциях. Что же мне при этом надо иметь в виду?

Школьник. Я знаю: гены.

Фермер. Гм, я об этом термине слышал раньше, но должен сознаться, что для меня это - пустой звук. Не могли бы Вы мне сказать, что представляют собой гены?

Генетик. Боюсь, что я не смогу этого сделать, по крайней мере идеально точно. В самом деле, о генах мы наслышались много в последнее время, об этом вы прочтете в последующих главах. На данном этапе достаточно сказать, что гены - это большие молекулы. Каждая зародышевая клетка несет тысячи генов, и каждый из них заведует каким-либо процессом в развитии, например образованием костей или мозга. Мы начинаем, таким образом, жить со своего рода миниатюрным кодом инструкций, как развиваться.

Врач. Зависит ли от среды, в которой мы живем, насколько точно выполняются эти инструкции?

Генетик. О, да! Это как раз очень правильный подход к пониманию соотношения природа и воспитание.

Врач. Кто же расшифровывает код и выполняет инструкции?

Генетик. Это делает живое вещество клетки, так называемая цитоплазма. Одной из двух величайших загадок жизни надо считать вопрос о том, как цитоплазма расшифровывает код и как переводит его в создание нового живого вещества, жизненной формы и деятельности. Во всем мире сейчас идут интенсивнейшие работы биохимиков и генетиков в этом направлении, но до сих пор мы еще очень далеки от разрешения этих проблем. По крайней мере это можно сказать относительно исходных шагов: декодирования и первичных химических реакций клетки. С другой стороны, мы очень хорошо осведомлены о том, как гены влияют на дальнейшие этапы развития. Наследственные уродства, как, например, бесхвостость у мышей, прослежены от истоков эмбриональной жизни. Великолепно проанализирована химическая основа генетических отличий многих растительных пигментов. Исследования этого рода относятся к области физиологической генетики; у высших организмов эти работы охватывают также особый раздел эмбриологической генетики.

Врач. Мне представляется, что, если углубляться в такой анализ, мы всегда дойдем до биохимического действия генов.

Генетик. Именно так и есть! То, что мы называем биохимической генетикой, стало наиболее важной отраслью физиологической генетики. Примерно за последние десять лет исследования на микроорганизмах внесли огромный вклад в изучение генетики.

Фермер. Вы имеете в виду бактерии?

Генетик. Бактерии, плесени и некоторые водоросли. Эти простые организмы оказались более пригодными для их изучения с позиций биохимии, чем большинство более высокоразвитых организмов. Например, можно обнаружить, что один штамм гриба синтезирует витамин в отличие от других штаммов, у которых отсутствуют необходимые гены. Таким образом, сопоставляя химические свойства этих разнообразных штаммов, можно узнать кое-что о химических процессах образования этих веществ. В самом деле, биохимия получила столько же пользы от генетики микробов, сколько эта последняя от биохимии.

Фермер. Работу по генетике с микроорганизмами мне даже трудно представить. Я всегда считал, что при этих исследованиях неизбежно занимаются скрещиванием.

Генетик. Да, но ведь микроорганизмы также можно скрещивать.

Врач. Может быть, это относится к грибам. Сознаюсь, мало знаком с их биологией, я твердо помню со студенческих времен, что у бактерий нет полового процесса.

Генетик. Вы поразитесь, узнав, что у них имеется не только один, но даже несколько весьма своеобразных половых процессов. Вы не могли об этом знать в студенческие годы, так как все это было открыто совершенно недавно. Вы удивитесь еще больше, если узнаете, что и у вирусов имеется свое особое проявление пола.

Врач. Вы действительно меня поражаете. Я привык к мысли, что вирусы - что-то среднее между живым и неживым.

Школьник. Могу я задать Вам вопрос, который меня занимает последние десять минут?

Генетик. Конечно.

Школьник. Вы сказали, что механизм передачи клетке генной информации представляет собой одну из двух великих загадок жизни. Что же считается второй загадкой?

Генетик. Вторая загадка касается того, каким образом каждый ген воспроизводит другой ген, совершенно с ним сходный. Это случается при каждом делении клетки, и в итоге во всех клетках взрослого организма находятся точные копии всех генов, полученных зародышем от его родителей. Сюда, конечно, относятся зародышевые клетки, и именно через них копии тех же самых генов передаются следующему поколению, и это происходит бесконечно. Вторая великая загадка жизни стоит близко к своеобразнейшей природе гена, и в наше время много ученых-генетиков, химиков и физиков пытаются в этом разобраться.

Я опасаюсь, однако, что наше время подходит к концу. Мне хотелось бы остановиться на одном аспекте генетики, далеко не последнего значения. Дело касается ее роли в нашем понимании эволюции. Дарвин воздвиг здание своей теории эволюции, не зная даже основ генетики. Это здание было весьма величественным, но в нем несколько слабых мест. Применив наши познания в области генетики к истолкованию эволюции, мы чрезвычайно укрепим дарвиновскую постройку, поскольку в человеческих силах сделать это в отношении теории, имеющей дело с фактами из области прошлого.

Врач. Чтобы увязать конец нашей дискуссии с ее началом, я хотел бы сказать следующее: Вам удалось четко показать, что современная генетика - это больше, чем изучение наследственности. Она, по всей видимости, захватывает весь живой мир - от природы гена до эволюции.

Школьник. И она, мне кажется, ближе стоит к тайне жизни, чем любая другая наука.

Фермер. Как человек практики, я хотел бы добавить, что генетика находит применение в гораздо более разнообразных областях человеческой жизни, чем я себе представлял: не только в сельском хозяйстве, но и в педагогике, в профилактике болезней, в выработке нашего взгляда на преступность и т. д.

Генетик. Я чрезвычайно рад, что эта дискуссия позволила вам увидеть все аспекты генетики. Мы коснулись их очень поверхностно, и думаю, что будет полезно, если, подводя итоги нашей беседы, я кратко обрисую последовательность изложения материала в этой книге.

Школьник. Мне кажется, что это блестящая идея. Я несколько запутался в разговоре о близнецах, вирусах и эволюции.

Генетик. Итак, начнем с законов наследственности. Мы познакомимся с ними, прослеживая гены от генерации к генерации, но не будем вдумываться особенно в вопрос о природе генов. Мы только будем помнить, что гены являются материальными переносчиками, носителями наследственной передачи. Мы познакомимся по ходу этой работы с определением пола. Нам, конечно, придется сказать многое о практическом значении генетики. Далее мы постараемся перекинуть мост между геном и признаком, или свойством, им определяемым. Мы начнем строить этот мост с далекого конца, там, где можно наблюдать факты. Прежде всего надо будет принять во внимание влияние среды на проявление наследственных признаков. В этом вопросе видная роль принадлежит исследованиям близнецов. Дальше мы посмотрим, какими путями гены влияют на развитие. Чем ближе подходим мы к гену, тем сильнее увлекает нас биохимическая генетика. Здесь будет полезно рассмотреть примеры из области генетики микроорганизмов. Наконец, мы подойдем к области, до сих пор неизведанной, где гены осуществляют свою таинственную деятельность, воспроизводства генов по своему подобию и передают их информацию цитоплазме. Чтобы пролить хоть немного света на эту область, нам придется черпать сведения из многих источников: из химии, физики, само собой разумеется, из генетики, особенно из работ по мутациям и генетике вирусов. Не все здесь будет представлять только теоретический интерес. Генетика микробов дает много ценного для практической деятельности человека, как, например, при выведении высокоурожайных штаммов пенициллина или при изучении вируса полиомиелита, вызывающего детский паралич. Едва ли стоит подчеркивать практическое значение мутационных исследований в атомном веке, в котором мы живем.