О мухах и слонах

Милости просим!

У меня в лаборатории почти всегда пахнет пельменями. Не все разделяют мое мнение, многие говорят, что уксусной кислотой. Но для меня уксус пахнет пельменями. С детства я привык к тому, что, когда на обед пельмени, по квартире распространяется запах уксуса. Так, один мой знакомый терпеть не может черного кофе, утверждая, что он пахнет рыбьим жиром. Ребенком он разделял всеобщую детскую ненависть к рыбьему жиру, а заботливые родители заставляли его трижды в день глотать отвратительную жидкость и запивать черным кофе. Несчастные! Они хотели заглушить вкус рыбьего жира, а вместо этого на всю жизнь отбили у моего друга вкус к лучшему из напитков, без которого невозможно ни заниматься наукой, ни писать книжки.

К счастью, пельмени не рыбий жир, и, заходя в лабораторию, я испытываю только удовольствие. Приятен, конечно, не только запах пельменей, но и то, что несколько пар глаз сосредоточенно смотрят в окуляры микроскопов, а руки сотрудников время от времени заносят цифры в рабочие протоколы. Приятно, что лица у всех довольные - значит, с очередным опытом все в порядке, а препараты сегодня получились удачные.

Впрочем, препараты почти всегда получаются удачными. Теперь приготовление микроскопического препарата для цитогенетического исследования дело простое. Всему искусству можно обучить за несколько часов. Но в те годы, когда собирались основные факты о строении клетки, приготовление хороших препаратов было действительно искусством. В этой главе нам много придется говорить о хромосомах, клеточных органоидах которые заключены в ядре клетки. В них-то и находятся те самые гены, существование которых пришлось предположить после открытия основных законов наследственности. Но прежде чем говорить о хромосомах, вероятно, нужно рассказать о том, как их наблюдают и изучают.

Раньше это было очень сложным делом. Существовал только один способ исследовать хромосомы. Нужно было прежде всего убить клетку, но так, чтобы она по возможности полностью сохранила прижизненную структуру. Для этого применяли довольно сложные смеси из различных, подчас редких и дорогих веществ, вроде осмиевой кислоты, которая стоит, во всяком случае, дороже золота. Этот процесс убиения называют фиксацией. Затем следовала долгая и мучительная проводка; зафиксированный кусочек животной или растительной ткани переносили из одной жидкости в другую, держа в каждой более или менее строго определенное время. Потом погружали в расплавленный парафин и оставляли до тех пор, пока кусочек весь им не пропитается.

За этим следовала ответственнейшая процедура приготовления срезов. Из парафинового блока с залитым кусочком нужно было изготовить ломтики совершенно равномерной толщины - в несколько тысячных долей миллиметра. Вручную это сделать просто невозможно. Существуют специальные приборы - микротомы, с помощью которых изготовляют срезы для микроскопирования. Правда, недостаточно иметь микротом, чтобы получить хорошие срезы. Если материал плохо залит в парафин, или нож затупился, или микротом не отрегулирован, то кусочек парафина будет измят или изломан и вместе с ним пропадет опыт.

Но вот, наконец, срезы получены (большая часть материала при этом, конечно, пошла в отходы!). Это еще Далеко не все. Срезы кладут на стеклышко, удаляют парафин, красят, дифференцируют, осветляют. Каждая процедура - новая жидкость, которая запросто может смыть тончайший лепесток ткани. Потом, наконец, препарат заключают в слой смолы (канадский бальзам) между двумя стеклышками. Скоро можно будет и в микроскоп смотреть (когда бальзам засохнет, а сохнет он долго). Вся процедура, занимает в лучшем случае несколько дней, а то и растягивается на недели.

Правда, если есть опыт, то и срезы получаются хорошие и никакая процедура не смывает их со стекол, но это дается длительной практикой. Срезы изготовляют и теперь - иногда это необходимо, но много проще, чем сто лет назад. Чаще всего для цитогенетических исследований приготовляют так называемые "давленые" препараты, а это совсем легко.

Чтобы посмотреть, как это делается, милости просим в нашу лабораторию. Приготовление препаратов вам может показать кто угодно: хоть многоопытный Лев - мой старейший сотрудник, не одну собаку съевший на хромосомах, хоть школьница, пришедшая к нам на днях проходить практику.

Наш излюбленный объект - тот же, что у Менделя, - горох. Это, конечно, просто совпадение. Но горох не только хорошо подходит для генетических опытов - хромосомы изучать на нем тоже очень удобно. На столе в специальной стойке торчит батарея маленьких пробирок. В них хранятся зафиксированные корешки гороха. Это связано с постановкой опыта. Но для предстоящей процедуры можно взять и просто свежесрезанные корешки.

Я достаю один из корешков, кладу на часовое стекло и капаю на него десять капель красителя, растворенного в разбавленной уксусной кислоте, и каплю соляной кислоты. Если взят свежий материал, то он при этом и фиксируется и красится одновременно. А капелька солянки делает большое дело - растворяет вещество, соединяющее клетки друг с другом.

Я слегка подогреваю стеклышко, а спустя некоторое время отрезаю самый кончик корешка, кладу на предметное стекло, накрываю тоненьким покровным стеклышком и... давлю на него большим пальцем правой руки. (Теперь вам понятно, почему у всех обитателей этой комнаты большие пальцы в краске?) Окрашенные клетки распределяются в капле жидкости между стеклами равномерным слоем - и препарат готов. Просто, не правда ли? Но до этой простоты долго не могли додуматься.

Посмотрев в микроскоп, вы увидите бледные клетки с ярко окрашенными ядрами (я нарочно выбрал краску, которая особенно сильно окрашивает ядерное вещество). Посмотрите внимательно, и вы заметите, что ядра выглядят неодинаково. Большинство их имеет аккуратную округлую форму и окрашено совершенно равномерно. Только в центре - более светлое пятно, так называемое ядрышко. Но некоторые ядра выглядят совершенно иначе. Одни похожи на клубок из нитей - то более, то менее толстых, в других не видно ни ядрышка, ни даже самого ядра, а на его месте несколько ярко окрашенных палочек. Это и есть хромосомы, о которых нам придется говорить довольно много.

Отложим подробный разговор о хромосомах. Сейчас я только хочу вам показать, "как это делается", в чем состоит повседневная работа генетиков-экспериментаторов. И пока мы не ушли из лаборатории, хочу сказать, чем еще занимаются генетики.

Горох это, конечно, хорошо. На нем легко работать. Но ведь нас интересует не только горох. Нас интересуют общие законы природы. А ведь может случиться, что наш излюбленный объект ведет себя не так, как другие. Противники хромосомной теории наследственности любили кричать о том, что муха дрозофила не имеет хозяйственного значения, что генетики "делают из мухи слона". С научными аргументами это, конечно, не имеет ничего общего.

И уж если говорить о наиболее важном объекте, то это, безусловно, человек. На человеке ставить опыты нельзя, а на человеческих клетках можно. Еще не так давно это было неосуществимой мечтой, но в последние годы стало довольно простым делом. И не далее как в соседней комнате ученые экспериментируют на человеческих клетках.

Звучит немного жутко - не правда ли? Но занятие это совершенно мирное. Делали человеку когда-то операцию, кусочек удаленной ткани поместили в специальную питательную среду, и вот уже в течение нескольких лет клетки живут и размножаются вне организма. На дне флакончиков из-под пенициллина лежат маленькие стеклышки, покрытые слоем розовой жидкости. И на них растут клетки. Когда нужно, достаточно стеклышко вынуть, зафиксировать в смеси спирта и уксусной кислоты и покрасить. И уже можно исследовать клетки под микроскопом,

Впрочем, то, что вы только что увидели, ученые умели делать довольно давно, хотя и несколько другим способом. Самое интересное - рядом. В конических колбах с плоским дном - та же розовая жидкость. Возьмите колбу в руки и рассмотрите ее дно - лучше на темном фоне. Вы увидите простым глазом большое число белесоватых точек и пятнышек. Это колонии человеческих клеток. Две недели назад в колбу "посеяли" около сотни отдельных клеток. А теперь каждая из них размножилась, дав такую колонию, что ее видно без всякого микроскопа. Это очень важно. Мы хотим не только видеть, что происходит с хромосомами в клетке, но и знать, как это сказывается на судьбе клетки: сохраняет ли она способность к размножению, нормальное ли дает потомство. Получить колонии из отдельных клеток научились совсем недавно.

Многое можно было бы еще показать. Но и из того, что вы видели, ясно: генетики могут работать и работают на самых разнообразных объектах и дело это вовсе не сложное. Проведение серьезных опытов - дело не простое, требующее терпения и выдумки. Еще труднее сделать открытие, хотя бы и совсем небольшое. А убедиться своими глазами в основных генетических фактах очень просто. Если бы в средних школах решили проводить практикум по генетике и цитогенетике, то это было бы вполне осуществимым делом.

Но покидать лабораторию пока рано. Ведь мы еще не видели знаменитой дрозофилы, той самой мухи, которая сыграла такую важную роль в развитии генетики. У меня ее сейчас, к сожалению, нет. Недавно мы работали и с дрозофилой, и скоро, вероятно, снова придется к ней вернуться, а сейчас у нас дрозофильных работ нет. Но это поправимо. Достаточно спуститься двумя этажами ниже - в отдел Николая Владимировича Тимофеева-Ресовского, и там мы с ней познакомимся. Здесь я вас оставлю: я сам овладевал дрозофильной премудростью у Николая Владимировича, и он все покажет и расскажет лучше меня.

Он откроет термостат - шкаф, где поддерживается постоянная температура. Весь он заполнен деревянными подносами, на которых стоят сотни пробирок. На дне их - питательная среда, в основном состоящая из манной каши. В корме копошатся белые червячки - личинки мух, на стенках - бурые куколки и повсюду: на стенках, на корме, на ватных пробках - взрослые мухи. Они довольно мелкие - длина их всего 2-3 миллиметра, и рассмотреть их трудно.

Милости просим!

Для изучения мух усыпляют эфиром и кладут под настольную лупу. Теперь их можно хорошо рассмотреть. Формой тела они очень похожи на комнатных мух, которые так беспокоят нас летом. Но выглядит дрозофила гораздо более изящно. Поперек желтоватого брюшка идут черные полоски (как у осы), глаза рубинового Цвета, крылья покрыты кружевом тончайших жилок.

И не думайте, будто я так говорю потому, что привык к ней. Когда Николаю Владимировичу исполнилось 60 лет, мы, его ученики и сотрудники, решили преподнести ему юбилейный подарок. Дело происходило в Свердловске. Один из уральских умельцев сделал из разноцветных камней персональный сувенир. На куске яшмы - книга с юбилейной датой, зеленый листок, а на нем - дрозофила, конечно, сильно увеличенная. И хотя дрозофила изображена "без лакировки", такой, какая она есть, она приводит в восторг не только "дрозофилятников", но и людей, к генетике отношения не имеющих.

Вспоминаю историю создания этого сувенира. Когда я показал мастеру эскиз, он сказал, что вообще не будет делать - сложно и непривычно. Но, узнав смысл сувенира, заинтересовался. Когда же я сказал, что юбиляр - человек, объездивший весь свет и видавший любые диковинки и что у него бывают ученые со всего мира, умельца "взяло за живое". Началась история, похожая на ту, о которой рассказал Н. С. Лесков в своем знаменитом "Левше". Изобразить дрозофилу стало делом чести. Другие мастера все время следили за его работой, давали советы, разыскивали наиболее подходящий материал.

Однажды я пришел к мастеру, и - о, ужас! - на камне сидела муха, но не дрозофила, а отвратительная мясная муха - черная, с синим отливом. Я еще не успел раскрыть рта, как мастер с гордостью показал мне на оригинал: настоящую мясную муху, приколотую рядом. Чтобы лучше вышло, он решил делать с натуры, но взял совсем не ту "натуру". Возникал щекотливый вопрос: нужно было переделывать заново основную часть работы. Но обычных в таких случаях споров не последовало. Ведь речь шла о чести уральских мастеров.

Вернемся к живым дрозофилам. Наркоз уже начал проходить. Мухи зашевелили лапками. Пора их либо сажать обратно, либо высыпать в "могилу", иначе вся комната наполнится мухами. Вам показывают мух с различными наследственными изменениями. Вот муха с белыми глазами вместо красных, с оранжевыми глазами, с глазами цвета слоновой кости. Вот с различным цветом тела - от светло-желтого до черного. Вот разные крылья: укороченные, загнутые кверху, книзу, с измененными жилками, вот мухи, почти лишенные крыльев, с добавочными крыльями...

- В этом одно из достоинств дрозофилы, делающих ее незаменимым генетическим объектом, - говорит Николай Владимирович. - Генетикой можно заниматься с толком лишь на таком объекте, который быстро размножается, дает большое потомство и имеет ясные наследственные различия. Вот вы первый раз видите дрозофилу, но мутацию "уайт" не спутаете с нормальной. Вместо красных у нее совершенно белые глаза. И так же ясно различается большинство изменений. А это очень важно. Если признак такой, что вам кажется одно, а мне другое, если каждый раз нужно полчаса раздумывать, то грош цена такому объекту. И "провернуть" мало успеете, и точность совершенно никчемная. Николая Владимировича трудно остановить, когда он расписывает "прелести" своей любимицы.

- Почему во всех серьезных генетических лабораториях мира работают на дрозофиле? Невежды любят говорить о том, что дрозофила не имеет хозяйственного значения. Но ведь никто не пытается выводить породу жирномолочных дрозофил. На них исследуют законы наследственности. А они одинаковы для гороха и для человека, для мухи и для слона. Ежели хотите, можете экспериментировать на слонах, вы придете к тому же результату. Только пара дрозофил дает несколько сотен потомков и продолжительность поколения у нее две недели. А слоны... Посчитайте сами, сколько веков вам понадобится, чтобы сделать то, что я на дрозофиле сделаю за год!