В недрах наследственности

Первые шаги

Как наука генетика возникла на рубеже XIX и XX веков. Многие официальной датой ее рождения считают 1900 год, когда трое ученых из разных стран - А. Корренс из Австрии, К. Чермак из Швейцарии и Г. де Фриз из Голландии - независимо друг от друга, как это бывает в науке довольно часто, в своих исследованиях обнаружили, что в передаче отдельных признаков от родителей потомству существуют определенные закономерности.

Одновременность этого открытия не была, на мой взгляд, случайностью. Секреты наследственности интересовали биологов давно. Идея, как говорят в подобных случаях, уже витала в воздухе. Оставалось только правильно осознать ее и сформулировать получившиеся выводы. Что и произошло в одно и то же время.

Однако открытие законов наследственности, по существу, состоялось вторично. Изучение литературы показало - закономерности, выявленные тремя учеными, были установлены намного раньше. Чешский ученый-естествоиспытатель, преподаватель математики и физики, монах Грегор Мендель еще в 1865 году получил те же результаты, проведя исследования на садовом горохе. Но в то время его открытие не произвело должной сенсации, и довольно скоро о нем просто-напросто забыли. Г. Мендель опередил время.

Давайте рассмотрим на примере опытов Г. Менделя, каковы же были установленные им законы наследственности. Чешский ученый скрещивал, проводя перекрестное опыление, разные сорта самоопыляющегося гороха. Семена отличались по форме, так как были и гладкие и морщинистые, по цвету - желтые и зеленые, и по ряду других признаков. Прослеживая, как передается по наследству один из этих признаков, например цвет семян, Г. Мендель установил, что в первом поколении проявлялся лишь один из родительских признаков - желтый цвет. Второй же признак - зеленый цвет - в первом поколении исчезал.

Данное поколение Г. Мендель оставил самоопыляться. Полученное от него второе поколение имело семена как желтого, так и зеленого цвета в соотношении 3:1, то есть желтых семян оказывалось в три раза больше, чем зеленых.

Г. Мендель многократно повторил опыты, что позволило ему сформулировать законы, ставшие знаменитыми, по которым при скрещивании первое поколение всегда единообразно. Расщепление родительских признаков возникает только во втором поколении.

Период, прошедший с 1900 года до наших дней, в генетике ознаменован большими открытиями. Еще в XIX столетии, когда была создана клеточная теория, стало ясно, что источник наследственности, то есть генетической информации, находится в клетке.

Так что же представляет собой эта загадочная единица жизни? Достижения науки о клетке - цитологии позволили ученым проникнуть в самые глубинные механизмы строения и функции клетки. И произошло это сравнительно недавно.

Сегодня уже любому, даже начинающему биологу известно, что преемственность организмов осуществляется через одну клетку - оплодотворенное яйцо, которая несет в себе все основы развития особи. Весь животный и растительный мир в каждом поколении проходит такую стадию. В этот период исчезают все признаки и особенности взрослой особи. Через оплодотворенное яйцо передаются лишь наследственные структуры, связывающие поколения. Такая клетка является как бы гонцом из прошлого в будущее, от старого к вновь зарождающемуся.

Наследственные структуры обладают возможностью на основе процессов, идущих в клетке, и при наличии определенных условий среды вновь возродить всю необъятную сложность функций и форм живого, созданную в процессе многовековой эволюции.

Чаще всего исследователю удается познать что-то новое лишь тогда, когда в этом действительно есть необходимость. Находятся приборы, с помощью которых это можно сделать, возникает тот самый непреодолимый интерес, который заставляет ученого, забыв обо всем, искать и познавать именно то, что захватило его воображение.

Так и в данном случае. Необходимо было досконально изучить клетку. И тут на помощь пришло такое мощное средство исследования, как электронный микроскоп. Если сравнить разрешающие способности микроскопов и человеческого глаза, то световой микроскоп окажется примерно в 500 раз сильнее глаза, а электронный - в 500 раз сильнее светового.

Электронный микроскоп позволил наблюдать такие мельчайшие клеточные структуры, как рибосомы, мембраны, крупные молекулы органических веществ. Кроме того, современная цитология использует целый ряд биофизических и биохимических методов исследования, помогающих изучить состав и жизнедеятельность клетки.

От окружающей среды клетка отделена наружной плазматической трехслойной мембраной. Внутри различаются ядро и цитоплазма. Ядро от цитоплазмы тоже отграничено трехслойной ядерной мембраной. Основную массу по объему и в ядре и в цитоплазме составляет бесцветная вязкая жидкость, в которую погружены другие структурные компоненты клетки.

Цитоплазма не может долгое время существовать без ядра, а ядро погибнет без цитоплазмы.

Я не хочу вдаваться в подробности, так как это довольно сложно да и представляет интерес разве что для специалистов, но все же общее представление о строении живой клетки дать необходимо.

Цитоплазма клеток высших животных пронизана связанной с наружной плазматической мембраной сложной сетью сообщающихся между собой канальцев, пузырьков. Такая сетчатая структура называется вакуолярной системой и складывается из нескольких компонентов. Система ограниченных мембранами пузырьков, канальцев и цистерн, формы и размеры которых в разных клетках различны, представляют собой эндоплазматическую сеть. Эта сеть бывает двух видов: гранулярная, состоящая из канальцев и цистерн, поверхность которых усеяна зернышками - гранами, и агранулярная, то есть гладкая. Оба вида эндоплазматической сети не только задействованы в синтезе органических веществ, но и накапливают и транспортируют их к местам назначения, регулируют обмен веществ между клеткой и окружающей средой.

Так называемый комплекс Гольджи в отличие от эндоплазматической сети располагается вблизи ядра. Комплекс Гольджи участвует в секреторной деятельности и в синтезе углеводов, а также транспортировке и хранении питательных веществ клетки. "Энергетическими станциями" клеток, в которых происходит извлечение энергии, заключенной в питательных веществах, являются митохондрии. Они чаще всего равномерно распределены в цитоплазме, но в некоторых клетках свободно перемещаются, поставляя по мере необходимости в различные участки энергию. Они постоянно находятся там, где непрерывно потребляется энергия. Например, в мышечных тканях митохондрии кольцом окружают мышечные волокна.

И последний компонент цитоплазмы - рибосомы. Они состоят из рибонуклеиновой кислоты и белка, и если митохондрии называют "фабрикой энергии", то рибосомы с полным основанием можно назвать "фабрикой белка", так как в них происходит его синтез. Количество рибосом зависит от функционального состояния клеток. В молодой, а значит, растущей клетке, где идет интенсивный синтез белка, они составляют 25 - 30 процентов от общей массы. При голодании же, когда интенсивность белкового синтеза снижается, число рибосом существенно сокращается.

Но все это - цитоплазма. А как же устроено ядро? От цитоплазмы его отделяет ядерная мембрана.

На ней были обнаружены поры, через которые одни вещества проходят легче, чем другие, что определяет избирательную проницаемость этих мембран.

В ядре различаются одно или несколько ядрышек. Оказалось, что между активностью клетки и размерами ядрышек существует прямая связь: чем активнее протекают процессы синтеза белка, тем крупнее ядрышки. В клетках же, где синтез ограничен, они могут и вовсе отсутствовать. Ученые установили, что элементы ядра клетки отличаются от элементов цитоплазмы тем, что в последней структуры многократно дублируются, тогда как в ядре наряду с повторами имеются уникальные наследственные структуры.