Безумная гипотеза

Итак, Мендель предположил, что в половых клетках есть какие-то материальные структуры - мы будем называть их генами, - ответственные за формирование признаков, и попытался, исходя из этого, объяснить найденные им законы. И здесь мы подходим к самому замечательному из того, что сделал Мендель.

Чтобы объяснить равноправие мужского и женского начал в наследственности, думал Мендель, нужно полагать, что каждый из родителей дает потомку по одному гену каждого сорта. Да иначе и быть не может, раз во втором поколении снова проявляются признаки обоих родителей. Как это может осуществляться? Проще всего, если две половые клетки - мужская и женская - сливаются. Тогда клетка зародыша будет иметь все разновидности родительских генов. Но что дальше? У родителей было в клетках по одному гену каждого сорта, а у их потомков должно стать по два... А когда эти потомки будут образовывать новый зародыш, в нем уже будет четыре гена? Какой-то абсурд! Пройдет совсем немного поколений, и весь горох будет состоять из одних генов...

Мендель продолжает думать. Он стал еще более замкнутым и молчаливым. По ночам его мучат кошмары. Горошина превратилась в пузырь, набитый генами. Две горошины сливаются в одну. Снова и снова повторяется это слияние. Вот уже горошина величиной с яблоко, вот она стала подобна огромной тыкве, вот она заполняет всю комнату... Сейчас она раздавит Грегора. Нужно бежать, но уже поздно. Гигантская горошина с оглушительным треском лопается. Мендель просыпается и снова начинает мучительно думать.

Безумная гипотеза

А, собственно говоря, почему клетки должны обязательно сливаться? Ведь они могут давать зародышу только половину своего вещества. Но тогда у каждого из родителей должен с самого начала быть двойной набор генов. А почему бы и нет? Мендель начинает прикидывать, и все результаты получают вполне естественное объяснение. Нужно только предположить, что у каждого из родителей имеется по два гена каждого сорта и что в зародыш попадает только по одному из них. Вот теперь можно подробно заняться рассмотрением результатов.

Вернемся к скрещиванию сортов гороха с гладкими и морщинистыми семенами и рассмотрим их с новой точки зрения. Очевидно, ген, "заведующий" формой семян, у этих сортов не одинаков. Условимся доминантную разновидность гена (или, как ее называют теперь, доминантный аллель) обозначать большой буквой, а рецессивную разновидность (рецессивный аллель) - малой. Пусть аллель гладкой формы семян будет А, а аллель морщинистой - а. Таким образом, клетки одного из родителей содержат АА, а другого - аа. В результате оплодотворения та клетка, из которой в дальнейшем разовьется зародыш, получит одно А и одно а, другими словами, генетическая формула ее будет Аа. Но поскольку аллель А (гладкие семена) полностью подавляет своего конкурента а (морщинистые семена), то у потомка проявится признак только одного из родителей. И так будет со всеми потомками, потому что при взаимодействии АА и аа ничего другого, кроме Аа, получиться не может.

У генетики, как и у всякой другой науки, есть своя терминология. Многих она пугает. Но без терминологии обойтись нельзя, и специфических терминов в генетике не так много. Во всяком случае, не больше, чем в школьной геометрии. Тяжело было бы изучать геометрию, не пользуясь такими словами, как "гипотенуза", "косинус", "биссектриса". Но геометрию проходят все, а генетику пока только специалисты. Вспоминаю, как один мой друг, физик-теоретик, прочел в книге по генетике следующую фразу: "Генотип только тогда проявляется в фенотипе, когда рецессивный аллель находился в гомозиготном состоянии". Эта, на его взгляд, абракадабра произвела на моего друга такое сильное впечатление, что он выучил фразу наизусть и стал применять в качестве самого сильного проклятия.

Мне сейчас крайне неловко перед читателем, который может посчитать себя обманутым. Взял книжку для легкого чтения, а ему всучили замаскированный учебник. Нет, это не учебник, и я стараюсь, чтобы книжка читалась легко. И именно поэтому я и пишу "доминантный аллель" (вы уже знаете, что это такое) вместо того, чтобы писать: "разновидность материального задатка наследственного признака, подавляющая проявление другой разновидности того же задатка". Согласитесь, что это еще хуже.

Вернемся к фразе, которая произвела такое впечатление на моего друга, тем более что два слова из нее как раз нам сейчас понадобились. Что означают слова "аллель" и "рецессивный", вы уже знаете. Разберемся в словах "гомозиготный" и "гетерозиготный". Незнакомые слова часто состоят из знакомых кусков, и это помогает понять их и запомнить. Приставки "гомо" и "гетеро" встречаются очень часто, и вы, конечно, знаете много слов с ними (гомогенный, гомологичный и тому подобные). "Гомо" - означает одинаковый, "гетеро" - разный. Что касается "зиготный", то если вы не биолог, это слово для вас новое. Зиготой называют ту первую клетку (оплодотворенное яйцо), из которой разовьется зародыш и которая образуется в результате' слияния мужской и женской половых клеток. Теперь, если я вам скажу, что гомозиготным называется организм (или клетка), содержащий одинаковые аллели, а гетерозиготным - разные, слова эти покажутся вам вполне естественными. В рассмотренном примере родительские растения АА и аа были гомозиготными, а их гибридный потомок Аа - гетерозиготным. Что же касается "генотипа" и "фенотипа", то это, соответственно, совокупность наследственных задатков (генов) и совокупность внешних признаков.

Теперь наша ужасная фраза стала понятной. Она как раз и объясняет, почему у растений Аа, имеющих ген морщинистости, он внешне не проявляется.

Вот, пожалуй, и все относительно объяснения первого закона Менделя на том уровне, на каком сам Мендель его понимал. К этому нужно добавить только, что доминирование не всегда бывает полным. Например, при скрещивании ночной красавицы с красными и белыми цветами гетерозиготные потомки оказываются розовыми. Это не противоречит первому закону Менделя. Ведь этот закон утверждает, что первое поколение гибридов все должно быть одинаковым. Это наблюдается всегда. Но не всегда гибриды в точности подобны одному из родителей.

А теперь перейдем ко второму закону. Как мы помним, в нем речь идет о втором поколении гибридов. Посмотрим же, чего следует ожидать при самоопылении гетерозиготных (я не боюсь этого слова!) гибридов первого поколения. В случае самоопыления не может идти речи о двух родителях, но и здесь зародыш получается от слияния мужских и женских элементов. Все клетки этого растения гетерозиготны (Аа), поэтому с каждой стороны может прийти в зародыш либо А, либо а. Переберем все возможности. Их всего четыре:

"Отцовское" А соединяется с "материнским" а, будет Аа, 
"отцовское" А соединяется с "материнским" А, будет АА, 
"отцовское" а соединяется с "материнским" а, будет аа, 
"отцовское" а соединяется с "материнским" А, будет аА.

Нетрудно себе представить, что вероятность всех этих событий одинакова. Следовательно, во втором поколении следует ожидать, что на каждых четырех потомков должно приходиться два гетерозиготных, один гомозиготный доминантный и один гомозиготный рецессивный, то есть должно наблюдаться менделевское расщепление 1:2:1. А поскольку у гетерозигот проявляется только доминантный аллель (я надеюсь, что вы теперь понимаете эти "заклинания" запросто), то они должны выглядеть внешне ("фенотипически") так же, как полные доминанты, то есть внешне должно наблюдаться расщепление 3:1 - на три части гладких семян должна приходиться одна часть морщинистых. А именно такой результат и наблюдается во всех опытах Менделя. Если же доминирование неполное, то и внешне будет наблюдаться расщепление 1:2:1.

Остается третий закон Менделя. Он относится к тем случаям, когда родители отличаются друг от друга более чем одной парой признаков. Возьмем пример, который мы уже рассматривали: скрещивание сортов с гладкими желтыми семенами и с морщинистыми зелеными. Если ген окраски семядоль обозначим буквой В и по-прежнему большой буквой будем обозначать доминантный аллель (желтая окраска), а малой - рецессивный в (зеленая окраска), то генетические формулы родителей будут, соответственно, ААВВ и аавв. Поскольку они гомозиготны, то первое поколение будет совершенно однородным, хотя и содержит все разновидности генов. Вы и сами теперь сможете написать генетическую формулу гибридов. Она будет АаВв. Проявятся только доминантные аллели, и внешне гибриды будут выглядеть так же, как первый из родителей. Именно это и наблюдается во всех опытах.

Безумная гипотеза

Разобраться, что должно произойти после самоопыления во втором поколении, несколько сложнее. Для этого прежде всего посмотрим, какие аллели может получить зародыш. С каждой стороны возможны четыре комбинации: АВ, аВ, Ав и ав. А при встрече этих комбинаций друг с другом возможны 16 разных вариантов. Это уже многовато для того, чтобы их перебирать в уме. Проще составить таблицу. Выпишем все четыре комбинации по вертикали и по горизонтали; на пересечениях окажутся все возможные варианты. Разнообразие их велико. Но если учесть, что проявляется доминантный аллель, то потомство во втором поколении будет только четырех сортов. На каждые 16 семян должны приходиться:

9 гладких желтых, 
3 гладких зеленых, 
3 морщинистых желтых и 
1 морщинистое зеленое.

Другими словами, во втором поколении должно наблюдаться расщепление 9:3:3:1, как это уже было сказано. Остается добавить, что в опытах именно такой результат и наблюдается - разумеется, с определенными колебаниями, вытекающими из законов статистики.

Как видите, законы Менделя очень хорошо объясняются, если предположить, что наследственные признаки передаются через посредство отдельных материальных задатков (генов), находящихся в половых клетках. Конечно, существование генов в 1865 году, так же как и в 1900, при переоткрытии законов Менделя, было только гипотезой. Теперь существование генов не только превратилось из гипотезы в факт, но и о самих генах известно уже очень многое. Об этом будет речь в последующих главах.

Именно поэтому мне было довольно трудно сейчас писать о законах Менделя. Я это делал в абстрактной форме, на том уровне, который соответствовал временам, когда жил и работал Мендель. Теперь можно было сказать о том же проще и убедительнее. Но именно потому работу Менделя и можно назвать гениальной, что он ее выполнил в то время, когда из того, что мы теперь знаем, было известно очень мало. А Мендель уже тогда не только открыл основные законы наследования, но и сумел их объяснить. Вот что сделал Мендель.