Уксусная мушка

Знатный иностранец принимал гостей. Дело было в Англии. Но поскольку он сам был американцем, то купил несколько бутылок мадеры, изготовленной у него на родине, в штате Вирджиния. Что при этом произошло, пусть расскажет он сам.

"Когда мы раскупорили одну из бутылок, то в первом стакане оказались три утонувшие мухи. Я когда-то слышал о том, что утонувшие мухи оживают под лучами солнца, и потому предложил поставить с ними опыт. Мы выставили их на солнце, на том же ситечке, с помощью, которого выловили их из стакана, и стали наблюдать. Менее чем через три часа две из них стали постепенно возвращаться к жизни - они поднялись на свои лапки, передними стали чистить глаза, начали отряхивать крылышки и чистить их задними лапками, а затем и начали летать, очутившись вдруг таинственным для них образом в доброй старой Англии".

Эти строки написаны еще в позапрошлом веке Вениамином Франклином - известным ученым и политическим деятелем. Мухи, о которых идет речь, не случайно попали в вино. Именно они помогают превращению виноградного сока в вино (занося в него винные дрожжи). Но они же способствуют превращению вина в уксус. Раньше этих мушек чаще всего именовали уксусными, теперь - плодовыми. А ее научное латинское название - дрозофила.

Не знаю, ставил ли кто-нибудь опыты с дрозофилой до Франклина, но если даже начать ее "научную биографию" с того дня, когда любознательный физик, вынув ее из стакана, положил на солнце, то и тогда она окажется достаточно длинной. Но в течение долгих десятилетий мало кто использовал ее в качестве крылатой "морской свинки". Однако после того как профессор Морган решил использовать дрозофилу для проверки не понравившихся ему взглядов, плодовая мушка стала одним из излюбленных лабораторных животных. Почему, об этом мы уже разговаривали, когда бродили по нашему институту.

Уксусная мушка

Группа Моргана, начавшая изучать генетику дрозофилы, была небольшой. Был у Моргана лаборант Кальвин Б. Бриджес, который, естественно, с самого начала стал помогать ему. Очень быстро к нему присоединилось еще двое ученых - Герман Меллер и А. X. Стертевант. Всего четыре человека - "четыре разбойника", как их в шутку называли генетики. И в течение многих лет они продолжали работать, в основном вчетвером, в небольшой лаборатории Колумбийского университета.

Дрозофила оказалась удачным объектом. Отклонения от третьего закона получались с очень многими парами признаков. Опыты шли быстро, накапливался большой материал. Но вместо опровержения третьего закона стала намечаться совершенно новая закономерность. Первая мысль начать опыты с дрозофилой пришла Моргану в 1909 году, а уже в начале 1911 года картина прояснилась: все признаки дрозофилы распределились на четыре группы. Их назвали группами сцепления. Если для скрещивания брали мух, отличавшихся признаками из разных групп, все шло, как и полагается, в полном соответствии с третьим законом Менделя. Если же признаки относились к одной группе, то они вели себя исключительно так же, как "пурпурная окраска" и "прямой парус" в опытах Бэтсона на горохе. Но в опытах с дрозофилой исключение стало правилом, даже законом. Новым законом генетики - законом сцепления.

А как же с хромосомами? Теперь с ними нельзя было не считаться. Итак, у дрозофилы оказалось четыре группы сцепления. Три из них большие, а четвертая - маленькая. (В этой книге идет речь об одном вполне определенном виде дрозофилы - Дрозофила меланогастер, - наиболее часто используемом в опытах. У других видов иное число групп сцепления и, соответственно, иное число хромосом.) Но если посмотрите клетки дрозофилы под микроскопом, то увидите, что каждая из них содержит четыре пары хромосом. Три пары большие, а четвертая - совсем мелкая. Даже под самым сильным увеличением хромосомы четвертой пары кажутся точками.

Итак, группы сцепления соответствуют парам хромосом. Да так и должно быть. Раз какие-то гены находятся в одной и той же хромосоме, они должны наследоваться вместе: независимого расщепления и не следует ожидать. Таким образом, вместо опровержения было получено блестящее подтверждение хромосомной теории наследственности и сделан большой шаг вперед.

В опытах с дрозофилой было обнаружено много "сюрпризов". Удивительные результаты давали, например, скрещивания нормальных красноглазых мух с белоглазыми. Если скрещивали нормальных самок с белоглазыми самцами, то в первом поколении все получалось "по Менделю": все потомки были одинаковыми и все походили на матерей, а это свидетельствовало, что признак "красные глаза" является доминантным по отношению к белоглазости. Но когда потомков скрещивали друг с другом, то получалось нечто странное. Правда, наблюдалось расщепление 3:1 - три красноглазых на одну белоглазую, но среди самок белоглазых не было ни одной, среди самцов же у половины были красные глаза, а у половины - белые.

Еще более странные результаты получались, если для скрещивания брались белоглазые самки и красноглазые самцы. Здесь уже в первом поколении не наблюдалось однородного потомства. Мало того, и расщепление шло как-то необычно - 1:1, половина красноглазых и половина белоглазых, причем красноглазыми были все самки, а белоглазыми - все самцы.

Было очевидно, что наследование генов, определяющих окраску глаз, каким-то образом связано с полом. Подобные признаки так и называют - признаками, сцепленными с полом. Как объяснить их существование? Чтобы разобраться в этой задаче, нужно вернуться к рассмотрению хромосом дрозофилы.

Мы уже говорили, что каждая нормальная клетка дрозофилы (кроме, конечно, половых клеток, в которых число хромосом уменьшено вдвое) содержит четыре пары хромосом: три пары больших и одну маленькую. Это так, но у самцов и у самок хромосомы несколько отличаются. У самок все пары действительно являются парами. У самца же три пары - "парные", а четвертая (которую, однако, называют первой) состоит из двух неодинаковых хромосом. Одна из них точно такая же, как обе хромосомы самки, - палочкообразная, а другая имеет крючкообразную форму, которая явно бросается в глаза. Пары хромосом принято нумеровать. Но хромосомы этой, первой, пары имеют еще и собственные названия. Палочкообразные хромосомы называют х-хромосомами, а крючкообразные - у-хромосомами. Очевидно, что эти хромосомы связаны с определением пола. Если, помимо прочих, имеется две х-хромосомы, рождается самка, если одна х- и одна у-хромосома - самец.

Уксусная мушка

После этого легко объяснить, почему в потомстве большинства видов половина самцов и половина самок. У дрозофилы все яйцеклетки одинаковы.. Спермин же, получающиеся в результате уменьшения числа хромосом вдвое, оказываются разными: половина их содержит х-хромосому, половина - у-хромосому. В зависимости от того, какой спермий оплодотворит яйцо, получится самка или самец.

Нужно заметить, что не у всех видов определение пола такое же, как у дрозофилы. У птиц, например, наоборот: самка содержит разные половые хромосомы, давая два типа яиц, тогда как у самца обе половые хромосомы одинаковы. Бывают случаи, что у одного пола две х-хромосомы, а у другого только одна и нет у-хромосомы. Бывают и более сложные случаи. У вас, вероятно, возникает вопрос: а как у человека? Это известно. Механизм определения пола у человека такой же, как и у дрозофилы. Пол ребенка наследуется со стороны отца. Поэтому нередкие случаи, когда отцы, желавшие сына и получившие дочь, предъявляют претензии своим женам, свидетельствуют о невежестве в вопросах генетики.

А теперь можно вернуться к красноглазым и белоглазым мухам. У дрозофилы большое число генов, контролирующих окраску глаз и находящихся в разных хромосомах. В нашем случае идет речь лишь об одном из этих генов. И после того, что мы узнали из опытов, совершенно ясно: ген, ведающий окраской глаз, находится в х-хромосоме, а в у-хромосоме его нет. Посмотрите на рисунок, и все станет ясно. Изучение наследственности, связанной, с полом, принесло разгадку постоянного соотношения полов и стало новым подтверждением хромосомной теории наследственности.

Кто-то из сказанного может сделать вывод, что явления сцепления опровергают законы Менделя. И кое-кто действительно пытался делать такой вывод. Но это - результат непонимания законов развития науки. Ведь ни один физик не скажет, что работы Эйнштейна опровергают законы Ньютона. Эйнштейн открыл более общие законы, а законы Ньютона остались и навсегда останутся, как бы ни развивалась физика. После Эйнштейна мы узнали только, что законы Ньютона справедливы в мире достаточно больших масс и не слишком высоких скоростей. Точно так же и законы Менделя всегда останутся справедливыми для определенного круга явлений. А выяснение условий, ограничивающих сферу действия установленных законов, означает лишь углубление наших знаний. Менделевский закон расщепления правилен для генов, находящихся в разных хромосомах. Об этом мы узнали, когда были найдены случаи отклонения от независимого расщепления. Установленный Морганом закон сцепления касается генов, находящихся в одной и той же хромосоме. А исследование тех случаев, когда гены, находящиеся в одной и той же хромосоме, нарушают этот закон, позволило еще более глубоко проникнуть в тайны наследственности. Именно об этом мы и будем сейчас говорить.