Эта наука стоила борьбы

Деятельное участие в борьбе за нравственные устои науки, за правду, за истинную науку, за ее служение народу составляет величайшее счастье ученого. Часто спрашивают: нравственна ли сама наука, или она лишена какой-либо окраски добра и зла? Может, будучи незрячей, как Фемида, мертвой в нравственном смысле, наука одинаково служит и плохому и хорошему? Я не могу с этим согласиться.

Красота движения в ее внутренней организации свойственна материи. Ученый, познавая материю, пытливо прикасается к тайне мироздания, это возвышает его. Наука - это дитя разума человека, итог развития производительных сил и одновременно зерно будущего. Она не существует отдельно от духовного мира человека. Познание возвышает ученого и окрашивает его добром. Наука становится прекрасным сонмом законов об объективной действительности, руководством к управлению силами природы.

Красота и добро в науке непременно содержатся в работах больших ученых. Читая эти работы, вы видите красоту движения, познания, красоту мира, силу мысли - испытующей, мятежной, критической и вместе с тем благоговейной. Конечно, в последнем счете добро и зло в науке решают социальные условия, в которых творит ученый. Строй капитализма связан с войной, и, увы, несмотря на могущество науки в ряде стран капитализма, некоторые ученые этих стран, хотя им кажется, что это не так, все же находятся в плену сил войны. Существование человечества в условиях вечного мира - это органическая основа жизни человека при социализме. Задача ученого состоит в том, чтобы отдавать свой талант расцвету личности в народных массах, развитию производительных сил человечества. Прорывы ученых в тайны вселенной должны вооружать жизнь на земле, а не сеять смерть.

Думая о генетике, можно сказать, что эта наука в наши дни превратилась в громадную цветущую область. Перед нею открыты необозримые горизонты будущего познания тайны жизни и многообразных связей с жизнью общества, с производственной деятельностью людей.

В начале века в классических опытах по гибридизации открыто существование генов, основных единиц наследственности. В 20-х годах создана хромосомная теория, суть которой состоит в доказательстве, что гены связаны с хромосомами ядра клетки. После этого на протяжении 60 лет шел период громадного накопления фактов, который сопровождался прорывами по целому ряду направлений. В эту эпоху на весь мир прогремели достижения Н. И. Вавилова, Н. К. Кольцова, С. С. Четверикова, Г. Д. Карпеченко, А. С. Серебровского и других советских ученых.

Гигантский взрыв, изменивший лицо генетики, произошел в 1953 году, когда была установлена молекулярная природа явлений наследственности. Еще в прошлом веке показано, что хромосомы содержат белок и нуклеиновую кислоту. Молекулярная структура нуклеиновых кислот оказалась тем субстратом, в котором сосредоточена, или, как говорят иначе, записана, наследственная информация, передающаяся как факел жизни от родителей к детям в каждом поколении. Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) имеет генетически пассивную часть, которая составляет ее скелет и собственно генетический материал, а в нем сосредоточены сведения о наследственных свойствах организмов. Эта генетическая часть молекулы ДНК оказалась исключительно простой по своему содержанию и строению. Она имеет всего лишь четыре качественно различных строительных кирпича. Этими кирпичами служат азотистые основания - цитозин, гуанин, аденин и тимин.

Обнаружение молекулярной природы такого фундаментального свойства жизни, как наследственность, явилось переломным для биологии. Это открытие послужило источником, от которого взяла свое начало молекулярная генетика и молекулярная биология в целом.

В свете данных этих новых наук много сокровенных сторон жизни потеряли для ученых былую таинственность. Таинственными были основы, на которых зиждется деление клетки и передача информации при размножении организмов. В чем суть программирования при индивидуальном развитии, когда от одной клетки в виде оплодотворенного яйца после целенаправленных процессов возникает взрослая особь? Стало ясным, что для осуществления всех этих явлений служат структуры и процессы, обеспечивающие передачу по клеточным поколениям всей полноты наследственной информации. Одновременно нельзя забывать, что генетические структуры создавались на протяжении всей истории вида, что они служат основой для его существования и базой для его эволюции в будущем.

Стало очевидным, что, если наследственность записана в молекулах нуклеиновых кислот, следовательно, в основе размножения генетического материала лежит процесс самовоспроизведения молекул. Именно этот принцип был четко сформулирован в гипотезе Н. К. Кольцова еще в 1928 году, когда он выдвинул идею, что наследственные молекулы размножаются матричным путем. Он полагал, что исходная материнская молекула служит матрицей, по подобию которой в клетке строится копия, полностью повторяющая структуру исходной молекулы. Н. К. Кольцов, как и его современники, считал, что молекулярной основой наследственности служит белок. Теперь оказалось, что наследственность записана в молекулах ДНК. Понимание механизма матричного катализа конкретно приняло другой вид.

Молекула ДНК состоит из двух цепей, которые связаны между собою непрочными водородными связями. При размножении молекулы эти связи рвутся, и цепи освобождаются одна от другой. В каждой цепи все азотистые основания обладают силами притяжения парных к нему, комплементарных оснований. Запас таких оснований имеется в цитоплазме клетки. Они подходят к однонитевой молекуле ДНК и входят в состав строящейся, второй нити. Так из одной двойной молекулы ДНК возникают две дочерние двойные молекулы. По закону комплементарности при синтезе дочерних молекул каждая из них целиком повторяет исходную. При делении клетки нет материнской и дочерней молекулы. В каждую из двух новых, образующихся молекул попадает половинка разделившейся материнской молекулы, что и приводит к молекулярному равенству как материнской, так и обеих дочерних молекул. Все они обладают равноценной генетической информацией.

Раскрытие природы удвоения (ауторепродукции) молекул ДНК было гигантским шагом в истории новой биологии. Наступила эпоха изучения и вмешательства в глубины молекулярной механики размножения живого.

Однако какие особенности молекулы ДНК обеспечивают специфику наследственности вида и наследственные индивидуальные особенности особи? В молекуле ДНК имеется только четыре разных азотистых основания - А, Т, Г, Ц. Это указывало, что генетическое содержание молекул основано на специфике взаимоположения, то есть на разных порядковых сочетаниях азотистых оснований вдоль линейной структуры этой молекулы. Было показано, что ген - это отрезок молекулы ДНК, в котором в среднем содержатся тысячи азотистых оснований. Эти основания линейно расположены в строго специфическом порядке, свойственном каждому гену. Картина дробимости гена и его внутренний линейный план предстали перед исследователями воочию на внутримолекулярном уровне. Запись биологической информации в молекуле ДНК была разгадана как особая форма кода. Под кодом понимается запись сложного содержания с помощью простых символов. Так, например, азбука Морзе содержит только два знака в виде тире и точки, и при этом, комбинируя эти две буквы кода, с помощью телеграмм можно передать любую мысль человека. Генетическая программа записывается с помощью четырехбуквенного кода. Азотистые основания через комбинации в их взаиморасположениях создают биологическую специфичность вида и особи.

Вполне понятно, что в свете этих данных новое содержание получила и теория мутаций. Наследственность организмов относительно устойчива. Но столь же характерна для живого и его изменчивость, без чего не было бы эволюции организмов. Эта изменчивость в исходном ее виде представлена появлением уклонений в отдельных признаках. Так, например, среди обычных рыжих лисиц появляется белая, среди обычно вирулентных форм вируса вдруг возникает особенно злокачественная форма, среди высоких пшениц возникает карлик и т. д. Такое появление изменений получило название мутаций. Проникнуть в тайну их природы долго не удавалось. Теперь в свете молекулярных основ наследственности стало очевидным, что природа мутаций коренится в химических преобразованиях молекул ДНК. При мутации изменяется то или иное азотистое основание в данном ее отрезке (в гене), что дает новые особенности генетической информации. Представим, что в отрезке двойной молекулы ДНК имеются две нити с такими основаниями:

Мы видим характерную картину комплементарности, пары слагаются только из определенных оснований, а именно аденин (А) соединяется водородными связями с тимином (Т), а цитозин (Ц) с гуанином (Г). Во время синтеза молекула расплетается, и матрицами для дочерних молекул становится каждая из нитей. Представим себе, что при синтезе на матрице АТТЦГААЦ в результате ошибки одно из оснований незаконно внедрится в дочернюю нить. После синтеза, обладая двумя нитями, молекула примет такой вид:

После этой ошибки новая молекула при синтезе на измененной нити будет иметь новую структуру:

Ее генетическая информация изменена, вместо исходной пары ЦГ в ней имеется пара оснований AT.

Управлять процессами мутаций - значит овладеть одной из самых могущественных сил природы. Несколько десятилетий назад было открыто, что радиация и многие химические соединения проникают в клетку и вызывают многочисленные мутации. Теперь начато самое глубокое изучение взаимодействия энергии радиации и специфической энергии химических веществ, вступающих в реакцию с молекулами ДНК и изменяющих в ней отдельные основания, порядок оснований или их количество.

В течение последних 25 лет роль белка в передаче наследственности была развенчана, наследственность оказалась связанной с нуклеиновыми кислотами. Однако основные жизненные процессы все же представляют собою форму существования белковых тел. Это показывало, что молекулы ДНК, переходя по поколениям, должны определять появление специфичных видовых и индивидуальных белков. Встала проблема взаимоотношения белков и нуклеиновых кислот в процессах устойчивого воспроизведения по поколениям наследственно закрепленного типа обмена веществ.

Работами по биохимической генетике было показано, что роль молекул ДНК для воспроизведения форм жизни в основном и состоит в том, что они кодируют синтез молекул белка. Как было установлено в 1960 году, в определенные моменты своей жизни на одной из нитей молекулы ДНК синтезируется короткая, равная величине отдельного гена, молекула особой информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК). Эта короткая молекула воспринимает на себя информацию данного гена. Она уходит в цитоплазму, достигает особых зернистых структур, называемых рибосомами, и здесь происходит процесс передачи генетического кода на процесс синтеза специфических белков. Аминокислоты из цитоплазмы приносятся в рибосомы в активированном состоянии другим видом РНК, получившим название транспортных. Протягиваясь сквозь рибосому, молекула и-РНК обеспечивает нужный порядок связи аминокислот, что и дает специфический белок.

Структура белка в закодированном виде представлена в соответствующем гене, где отдельная аминокислота, как это было показано в 1961 году, кодируется тройкой азотистых оснований. Эти отрезки гена в виде трех оснований получили название кодонов. Детальные биохимические исследования раскрыли все связи, которые существуют между разными типами кодонов и 20 аминокислотами, из сочетания которых строится все неимоверное разнообразие типов белков, нужных для осуществления явлений жизни на всем ее поле, от вирусов до человека.

В 1967 году было установлено, что генетический код, то есть порядок оснований в отдельных кодонах, программирующих вставку определенной аминокислоты, оказался одинаковым у бактерий, у одной из южноафриканских жаб и у млекопитающих - морских свинок. Это показало, что принципы генетического кода универсальны, его форма возникла на заре жизни и устойчиво сохраняется до сих пор.

Открытие природы синтеза белков, программируемого молекулами ДНК, ввело исследователей в глубины обменных процессов в клетке. Здесь методы генетики и биохимии слились воедино. Одновременно показано, что ДНК кодирует не только белки для общих процессов жизнедеятельности клетки, но и те белки, без которых невозможна жизнь самих молекул ДНК.

Размножение, функционирование и само существование молекул ДНК в клетке невозможно без действия сложного комплекса белков-ферментов. При удвоении молекул ДНК новая вторая цепь в дочерней молекуле создается с помощью особого фермента, называемого полимеразой, который был открыт в 1956 году. Этот фермент может быть выделен из клетки и может работать в искусственно созданных системах - аналогах клетки. Если в такую систему поместить набор разрозненных азотистых оснований и полимеразу, то, несмотря на ее наличие, синтеза молекул ДНК все же не происходит. Он идет только лишь при наличии в этом "бульоне" из азотистых оснований какой-либо молекулы ДНК. Эта молекула служит затравкой и матрицей при синтезе, новая, синтезируемая молекула повторяет строение затравки.

Короткие отрезки молекулы ДНК были созданы чисто химическим путем, и они приобрели способность быть матрицей при синтезе. Химический синтез коротких молекул ДНК был осуществлен путем соединения нуклеотидов, которые содержат азотистое основание, остаток сахара и фосфорной кислоты. Нуклеотид, несущий аденин, был связан с нуклео-тидом, содержащим цитозин, затем шесть таких двойных нуклеотидов удалось связать в цепь: АЦ АЦ АЦ АЦ АЦ АЦ. Это искусственно созданный отрезок молекулы ДНК был помещен в среду, содержащую полимеразу и набор азотистых оснований. Синтез ДНК происходил точно по заданной матрице, воспроизводя все взаимоположения оснований этой короткой, химически созданной цепи ДНК.

Функционирование генов, которое выражается в списывании с них информации на молекулы информационной РНК, также требует работы ферментов. Наконец, без ряда специальных ферментов невозможно само существование молекул ДНК в клетке. Раньше господствовало ошибочное мнение, что материальные основы наследственности устойчивы потому, что они якобы выключены из обмена веществ в клетке. Это оказалось ошибкой.

При наличии известной химической устойчивости молекулы ДНК, конечно, подвергаются в клетке различным процессам ассимиляции и диссимиляции. Как же тогда сохраняется генетическая информация? Оказалось, что в клетке работает целая биохимическая система защиты наследственных молекул от повреждений. Как только в молекуле ДНК возникают локальные поражения, это место находит особый фермент - эндонуклеаза - и вырезает его. Второй фермент расширяет эту образовавшуюся брешь. Однако молекула ДНК двуспиральна, поэтому против возникшей бреши лежит нормальный комплементарный участок второй нити. В этих условиях вступает в работу фермент полимераза, который выстраивает комплементарные основания по типу нормальной матрицы и этим восстанавливает исходную нормальную структуру всей молекулы ДНК. Если же этого в отдельных случаях не происходит, появляется мутация. Так в нескончаемом движении обмена веществ осуществляется и консерватизм, и изменчивость молекулярных основ наследственности. Жизнь клетки и развитие особи из оплодотворенного яйца строго закономерны, они состоят из бесконечного числа упорядоченных реакций. Это обстоятельство безмерно усложняет программирующую роль генетической информации. Качественно и количественно гены должны вступать в действие лишь по мере нужды в их эффектах.

Разработка вопроса о механизмах, регулирующих действие генов,- это один из величайших вопросов современной генетики, и он находится в начале своей истории. Обнаружены вещества в цитоплазме клетки, которые способны активировать гены. Известны также вещества, которые депрессируют их действие. Однако как осуществляется целостное, направленное, под действием генетической программы развитие особи и жизни клетки в целом, это пока остается неясным.

В результате всех новых открытий перед исследователями предстала картина сложной жизни клетки как целостной структурно-биохимической системы, регулируемой генетической программой. Суть этой системы еще далеко не познана. Однако соединенные прорывы генетики и молекулярной биологии, появление каждого из которых обогащало биологию, позволили уже в наши дни решать крупнейшие вопросы, подводящие нас к познанию сущности жизни и ее происхождения.

В 1970 году было открыто, что некоторые вирусы, генетическая информация которых закодирована в молекулах РНК, синтезируют особый фермент, получивший название обратной транскриптазы. Такие РНК-овые вирусы, попадая в клетки животных, могут войти в молекулу ДНК этих клеток в том случае, если вирусная молекула РНК будет превращена в молекулу ДНК. Это происходит под влиянием фермента обратной транскриптазы. Вирусы, способные трансформировать молекулу РНК в ДНК-овую копию и затем вновь превращать ее в молекулу РНК, получили название "ретровирусы". К их числу относится открытый в 1984 году вирус "чумы XX века", вызывающий синдром приобретенного иммунного дефицита (СПИД). Эта, пока неизлечимая, болезнь начала распространяться вначале на территории США, Африки и затем появилась в Западной Европе. Вирус СПИД имеет в своей РНК семь генов, один из них - ген Col обеспечивает синтез фермента обратной транскриптазы. Попадая в организм, вирус внедряется в клетки Т4-лимфоцитов, превращается в ДНК, внедряется в хромосому и начинает кодировать молекулы РНК вируса. Накапливаясь, вирус приводит к гибели клеток лимфоцитов, составляющих основу иммунного ответа.

Еще до открытия ретровирусов человека на основе обратной транскриптазы из вируса птиц был осуществлен ферментативный синтез гена. Он основан на том, что при наличии выделенной и-РНК, которая является РНК-овой копией гена, обратная транскриптаза превращает ее в ДНК-овую копию, то есть индивидуальный ген.

В 1969 году впервые был осуществлен химический синтез гена. В пробирке удалось синтезировать ту последовательность нуклеотидов, которая свойственна гену дрожжей, кодирующему транспортную аланиновую РНК. Однако для функционирования генов необходимо наличие регуляторных последовательностей. Такие последовательности сшиваются с химически синтезированным геном, и он превращается в функционирующую часть ДНК клетки. Так был получен живой, исходно химически синтезированный ген инсулина, интерферона, соматотропина, брадикинина и другие.

В этих работах впервые прокладывался мост между неживой материей и явлениями жизни. Мертвая молекула, будучи аналогом гена, химически синтезированная в пробирке, попадая в живую систему, превращается в живой элемент генетической информации.

В 1972 году началась эпоха переноса генов между разными организмами с помощью рекомбинантных плазмид. В клетке наряду с ДНК, локализованной в хромосомах, имеются молекулы ДНК в виде коротких кольцевых последовательностей нуклеотидов, получивших название "плазмид". Ферменты-рестриктазы обладают способностью разрезать ДНК плазмид, находя в ней группы определенных нуклеотидов. Если такие молекулы находятся в смеси с выделенными генами, они при их обратном превращении в кольцевые структуры включают эти гены в свой состав. Например, плазмида из бактериальной клетки включает в свою ДНК ген инсулина человека, или ген гормона роста крысы, или какой-либо другой чужеродный ген. Такие плазмиды могут быть введены в клетку бактерии, и там они полноценно функционируют. Таким путем осуществлен микробиологический синтез человеческого инсулина, который является препаратом для лечения диабета. Такими плазмидами - переносчиками генов у растений являются плазмиды из клеток корневых галлов, у животных - вирус SV-40 и другие.

В 1980-1982 годах было показано, что введение фрагментов ДНК, содержащих нужный ген, в оплодотворенную яйцеклетку животных может привести к тому, что этот ген интегрируется с ДНК и становится постоянным элементом генетической программы всех клеток данной особи и ее потомков. Так, в оплодотворенную яйцеклетку мыши микропипеткой были введены 600 копий гена гормона роста крысы. В 30 процентах случаев происходило включение этого гена в ДНК яйца. Такие животные получили название "трансгенные". В случае с мышами они стали более способными к интенсивному развитию.

В современных исследовательских центрах ведется работа по созданию трансгенных животных и растений путем введения в их ДНК генов устойчивости к заболеваниям, генов, кодирующих нужные ферменты, гормоны и другие продукты жизнедеятельности.

Все случаи введения в геном клетки чужеродных ему генов получили объединенное название "генная инженерия". Наряду с этим развивается клеточная инженерия. В этом случае осуществляются манипуляции на клеточном уровне. Еще в 1960 году было показано, что две соматические клетки одного или из разных организмов способны сливаться в одну клетку, в которой объединяется их генетическая программа. Обработка клеток убитыми частицами вируса Сендай резко увеличивает слипание клеток с последующим их объединением. Такая соматическая гибридизация происходит между клетками любых далеких организмов. Например, сливаются клетки человека и мыши, раковые и нормальные, клетки человека и комара и т. д. Одной из важных разработок в клеточной инженерии является получение моноклональных антител в гибридомах. Защита организма от внедряющихся в его ткани чужеродных белков и других антигенов происходит специфическими в каждом случае антителами. В популяциях лимфоцитов разные клетки содержат разные антитела. Чтобы иметь однородные, так называемые моноклональные антитела, надо получить клеточную популяцию в виде потомков от одной исходной клетки. Антитела синтезируются в лимфоцитах, которые имеют слабую потенцию к размножению в популяции. Чтобы преодолеть эти недостатки, получают гибридомы из лимфоцита и раковой клетки, такой гибрид интенсивно делится. При введении в организм он выделяет много одинаковых антител нужного качества.

Большие перспективы имеют исследования комплекса "антитело - токсин". В этом случае антитела доставляют токсин в компетентные клетки. Так, в случае компетентных антител с клетками рака прямой кишки человека антитела, соединившись с токсином, убивали клетки рака. Метод "антитело - токсин" перспективен в лечении болезней, возбуждаемых грибками, бактериями, простейшими и некоторыми вирусами.

На примере гибридов видно экономическое значение новых разработок по клеточной инженерии. В 1986 году оборот фирм в США, продающих моноклональные антитела, достиг миллиарда долларов. Эксперименты по слиянию соматических клеток коснулись мира растений. В этом случае клетки под влиянием ферментов освобождаются от целлюлозной оболочки, что превращает их в протопласты. Большим преимуществом растений является то, что из отдельной соматической клетки, выделенной из стебля, листа, в культуре ткани можно получить скопление клеток-каллюс. Каллюс превращается в целое растение, обладающее способностью к половому размножению. В тех случаях, когда сливаются клетки разных видов, получаются полноценные межвидовые гибриды, получившие название "парасексуальные гибриды".

Очень перспективно клонирование ценных генотипов путем переноса ядер из соматических клеток сверхценных особей в яйцеклетки, лишенные ядер. Группа особей, получившаяся в этом случае, содержит идентичный генотип и повторяет особенности особи, ядра клеток которой пересажены в безъядерные яйцеклетки. Такие клоны особей получены у лягушек и мышей.

Приложение этого метода к крупному рогатому скоту и другим животным будет иметь очень большие хозяйственные последствия.

Крупным успехом современных методов генной, клеточной инженерии, цитогенетики, теории гена является обоснование генной теории рака. Показано, что злокачественный рост возникает в силу того, что тот или иной протоонкоген превращается в онкоген. Набор протоонкогенов всегда присутствует в ДНК человека. Тот или иной протоонкоген может становиться онкогеном при появлении рядом с ним мощного регулятора, повышающего функционирование протоонкогена. Это, в частности, происходит за счет регулятора, привносимого вирусом. При перестройках хромосом протоонкоген попадает в окружение новых для него последовательностей ДНК, что вызывает "эффект положения". В некоторых случаях причиной служит появление мутаций в протоонкогене. Современные методы позволяют установить всю цепь последовательности нуклеотидов в ДНК. Этот метод получил название "секвенирование". Сейчас полноценно секвенировано ДНК у ряда вирусов и бактерий. Идет работа по секвенированию всей ДНК на ядрах клеток человека. Несмотря на трудности этой задачи и ее дороговизну, игра, как говорится, стоит свеч. Для многих форм рака показано, что мутационные изменения в одном из нуклеотидов ведут к превращению протоонкогена в онкоген.

Перечисленные выше прорывы в области генетики являются результатом нового развития хромосомной теории наследственности и теории гена. Все они получены в последние 15 лет. Как будто прорвалась запруда, и огромная река открытий, методов, практических исследований открыла новые просторы для нашего познания мира.

Чтобы подчеркнуть экономическую значимость новых открытий, их действенный технологический характер, в середине 70-х годов появилось слово "биотехнология".

Кроме перечисленных вопросов еще ряд крупных разработок принадлежит к сфере биотехнологии. Громадное значение будет иметь решение вопросов азотфиксации. Пока этой способностью обладают лишь азотфиксирующие бактерии, например, вступающие в симбиоз с клубеньковыми растениями. Стоят задачи: интенсифицировать деятельность азотфиксирующих бактерий, создать симбиоз зерновых с клубеньковыми бактериями, внедрить азотфиксирующие гены в растения. Решение этих задач перестроит потребности сельского хозяйства в азотных удобрениях.

Громадное значение имеет вопрос об отходах современного производства, с ним связана защита среды, окружающей человека. Биотехнологические методы позволяют создавать микроорганизмы, которые превращают химические остатки и отбросы в полезные соединения.

Биотехнология решает вопросы превращения в доступную энергию миллиарды тонн клетчатки, которые находятся в отбросах древесины, свекловичного жмыха, сахарного тростника и т. д. Гликолиз этих отходов при помощи клеток дрожжей дает этиловый спирт с его большим запасом энергии.

Органические отходы из городов, пищевой промышленности, от животноводческих комплексов можно превратить в биогаз (метан плюс окись углерода), на котором микроорганизмы, созданные генной инженерией, синтезируют белок.

Надежды, связанные с успехами биотехнологии, очень велики. Ее развитие становится заботой государств, многих отраслей промышленности, медицины и сельского хозяйства. Недаром среди особых проблем, поставленных для разработки и научного использования по СЭВ, включена биотехнология. Нет сомнений, что к концу XX столетия производство многих медицинских препаратов будет переведено на микробиологический синтез, то же касается синтеза белка, гормонов, витаминов. Будут получены трансгенные сорта растений, устойчивых к болезням, к стрессам со стороны условий среды, трансгенные продуктивные и устойчивые животные, будут разработаны методы генотерапии наследственных заболеваний людей, выяснены процессы старения и рака, получены бактерии для выделения металлов из вод океана и недр Земли, для уничтожения отходов, развиты биотехнологические источники энергии и многое другое.

Биотехнология - это новый тип взаимоотношений между исследователями фундаментальной биологии, народным хозяйством и медициной. Фундаментальные исследования создали новые отрасли знания, которые открывают возможности для ряда фундаментально новых областей деятельности человека. Было бы ошибкой считать, что биотехнология в данный момент решает все главные задачи сельского хозяйства и медицины. Текущие задачи в основном решаются пока комплексом методов общей и молекулярной генетики. В практическом отношении наибольшее влияние биотехнологии испытывает микробиология.

Успехи биотехнологии в растениеводстве и животноводстве лишь начинают проявляться. Задача состоит в создании гармоничного комплекса методов классической генетики и селекции с методами биотехнологии. Сейчас в СССР и странах СЭВ созданы биотехнологические центры, которые должны решать эти задачи. К 2000 году настанет эра блистательных успехов биотехнологии. Развитие современной биотехнологии - это задача не меньшего значения, чем развитие машиностроения, космонавтики, новой энергетики, электроники, кибернетики и других основных направлений современной науки, техники, производства. Биотехнология станет одним из главных элементов цивилизации XXI века.

Когда подумаешь, что истоком этого могучего движения является хромосомная теория наследственности и теория гена, невольно говоришь: "Да, эта наука стоила борьбы".

Генетика, как основа селекции и биотехнологии, призвана обеспечить благоденствие и здоровье человека, создать изобилие продуктов и сельскохозяйственного сырья, улучшить качество трав, лесов, животных, растений, микроорганизмов. Однако как же человек, может ли он генетически улучшить самого себя? После появления работ по клонированию генов, методики пересадки ядер из соматических клеток в безъядерные яйцеклетки ряд зарубежных и наших ученых заявили, что якобы найден путь для создания клонов гениев в науке, художественном творчестве и в других областях деятельности человека. Для этого надо ДНК из клеток кишечника, принадлежащего гению, пересадить в безъядерные яйцеклетки и имплантировать зародыши в матки женщин-воспитательниц. Так будет получен клон людей, которые точно воспроизведут все особенности гения, так как у всех его биотехногенных потомков будет повторена его ДНК.

Гигантские достижения генетики и биотехнологии вызывают стремление у ряда ученых использовать эти достижения в целях изменения природы человека. Они не различают социальное в человеке от его биологических особенностей. Так, один из наших философов пишет: "Социальность человека в своем исходном значении выводима из биологии человека, из его телесной функции". Под натиском успехов генетики в число биологической обусловленности заносят чисто человеческие свойства - участие в жизни общества, доброту, совесть, интеллект и другие. На Западе создано новое направление, получившее название "социобиология", которое полагает, что социальные черты человека и его социальная эволюция определяются его биологией.

Биологическое разнообразие людей очевидно, их источником является генетическая вариабельность в популяциях. Личностное разнообразие, различия в способностях, талантах и в других человеческих свойствах так же очевидны. Есть точка зрения, что в принципе как телесные, так и личностные особенности вызываются биологическими различиями. Говорят о врожденном уме, о прирожденных поэтах, рабочих, крестьянах, художниках, музыкантах, ученых, полководцах, преступниках и т. д.

Однако так ли это? Разве мы не встречаем в каждом человеке нечто большее, чем то, что имеем в ДНК его зародышевых клеток? Человек - это биологическое существо, однако он кроме животных особенностей имеет сознание, самосознание, является субъектом общественного движения материи.

К. Маркс обратил внимание на существенное отличие в становлении чисто человеческих черт от становления врожденных биологических особенностей людей. Он приводит цитату из "Дон Кихота" Сервантеса, в которой изложены мысли Санчо: "Прирожденный философский ум сможет проявить себя либо в качестве университетского философа, либо в качестве деревенского философа. Наконец, прирожденный глупец всегда останется тупицей. И надо сказать, что прирожденные ограниченные головы бесспорно образуют самый многочисленный класс людей. Да и почему бы в человеческом роде не быть тем же самым различиям, которые встречаются во всякой породе животных". По этому поводу Маркс пишет: "Санчо и на этот раз выбрал свой пример с обычной неловкостью. Если принять всю его бессмысленную болтовню о прирожденных поэтах, музыкантах, философах, то его пример... с одной стороны, не доказывает ровно ничего, а с другой - доказывает обратное тому, что следовало доказать..." И далее Маркс пишет: "Он совсем не задумывается над тем, что способность детей к развитию зависит от развития родителей и что вся эта изуродованность, имеющая место при существующих общественных отношениях, возникла исторически и точно так же историческим развитием может быть снова уничтожена. Даже естественно возникшие родовые различия, как, например, расовые и т. д., о которых Санчо ничего не говорит, могут и должны быть устранены историческим развитием"^*.

^* (Маркс К., Энгельс Ф. Соч., т. 3, с. 424-425, 426.)

Возражая своим оппонентам, В. И. Ленин посчитал нужным подчеркнуть очевидность того факта, что люди не равны по своим личностным особенностям. Он писал: "Когда говорят, что опыт и разум свидетельствуют, что люди не равны, то под равенством разумеют равенство способностей или одинаковость физических сил и душевных способностей людей.

Само собою разумеется, что в этом смысле люди не равны. Ни один разумный человек и ни один социалист не забывает этого... Когда социалисты говорят о равенстве, они понимают под ним всегда общественное равенство, равенство общественного положения, а никоим образом не равенство физических и душевных способностей отдельных личностей"^*.

^* (Ленин В. И. Полн. собр. соч., т. 24, с. 361-362, 364.)

Однако для проблемы человека существенным является вопрос, каковы причины возникновения личностных различий и в связи с этим передаются ли эти различия потомкам путем биологического унаследования?

В трудах В. И. Ленина нет свидетельств того, что он придавал этим различиям врожденный, биологически унаследуемый характер. Это вполне естественно, ибо на этих взглядах строятся социал-дарвинизм, расизм и евгеника. Напротив, имеются свидетельства того, что В. И. Ленин отрицал подобное решение вопроса. Он подчеркивал значение универсализма человека. В. И. Ленин писал, что наступит время перехода "к уничтожению разделения труда между людьми, к воспитанию, обучению и подготовке всесторонне развитых и всесторонне подготовленных людей, людей, которые умеют все делать. К этому коммунизм идет, должен идти и придет, но только через долгий ряд лет"^*.

^* (Там же, т. 41, с. 33)

Может быть, данные современной генетики опровергли идеи Маркса и Ленина в проблеме изучения человека? Ряд генетиков полагают, что это так и есть, они говорят о врожденности социальных свойств человека, степень проявления которых зависит от условий среды. Однако на самом деле в генетике нет доказательств существования генов, определяющих общественное положение, генов эволюции общественных отношений, генов интеллекта, совести, преступности и других духовных свойств человека.

Если мы обратимся к современным сводкам по генетике человека, то можем прочитать в отношении интеллекта, определяемого с помощью коэффициента IQ, следующее: "Генетическая изменчивость не оказывает влияния на проявление личности в тестах IQ, т. е. наследуемость индивидуальных различий равна нулю"^*.

^* (Vogel F., Motulsky A. Human Genetics. New York, 1979, p. 700.)

Генетика человека развивается в наши дни исключительно быстро. Изучено более 2090 мутантных генов, составлены карты хромосом, выяснено наследование многих физических, анатомических, биохимических особенностей, разработана геногеография популяций, генетика рака, иммунных систем и др. В настоящее время большие силы брошены на молекулярную генетику человека. Поставлен вопрос о секвенировании всего генома. Опознание порядка нуклеотидов во всех 23 парах хромосом человека при имеющихся методах и масштабах потребует 100 лет. Обсуждается вопрос: какие методы, средства и кадры нужны, чтобы решить задачу за 10 лет?

И вот на этом фоне небывалого углубления в познание ДНК человека ученые не находят фактов о генетическом наследовании душевных различий людей. Ф. Фогель и А. Мотульский в основной мировой сводке по генетике человека пишут: "В генетике поведения мы сталкиваемся с оценкой и сравнением фенотипов, которые очень далеко отстоят от действия генов. Пока нами проведены лишь первые шаги в анализе взаимодействующих переменных. Не окажутся ли механизмы еще более сложными? Что, если их развитие у индивида менее строго запрограммировано и менее автономно? Не окажется ли, что взаимодействие с внешней средой более существенно для надлежащего развития функций мозга и даже его структуры? И это было бы неудивительно, поскольку мозг человека является самым последним и наиболее сложным продуктом эволюции. Некоторые имеющиеся в нашем распоряжении результаты подтверждают эту точку зрения".

В целом ряде современных работ мысль о значении социального наследования все больше завоевывает признание. Часто эту форму связи поколений называют культурным наследованием. Американский эволюционист В. Грант пишет: "Прогрессивное развитие и аккумулирование культуры составляют собой содержание культурной эволюции. Для культурной эволюции действует принцип наследования благоприобретенных признаков. Различия между человеком XX века и человеком эпохи каменного века по морфологическим особенностям, включая особенности черепа, очень малы. Однако культурное различие между ними огромно. Изменения Homo sapiens от палеолита до его современного состояния обязано в основном культурной эволюции. Культурная эволюция имеет свои причины, отличающиеся от факторов органической эволюции, культурная эволюция имеет свои законы"^*.

^* (Grant V. The evolutionary process. New York, 1985, p. 499.)

Сущность принципа социального наследования состоит в признании, что сознание, речь, способности, все содержание духовной жизни и все трудовые навыки, возможность его участия в жизни общества появляются у ребенка при его деятельном вхождении в социальный мир.

Современные исследования показали, что явление социального наследования основано на прижизненной эволюции мозга, которая проходит в течение жизни индивида. Устарелые взгляды о могущественном влиянии генетической программы на формирование личности человека далеки от новой науки.

В качестве примера современных взглядов сошлюсь на статью Д. Барнеса "Строение мозга: за пределами генов"^*, напечатанную в 1986 году в ведущем американском журнале "Наука". Барнес пишет, что в течение долгого времени преобладало убеждение, будто физическая структура мозга, расположение нервных клеток и пути, по которым распространялись нервные волокна, их контакты, все это жестко контролируется генетической программой. За последние 20 лет эта точка зрения подверглась изменению. Основной структурно-функциональной единицей нервной системы является первичная клетка - нейрон. Функциональная общность нервной системы обеспечивается связями между нейронами, которые идут через сложные образования, называемые синапсами. Мозговая ткань новорожденного слабо дифференцирована, объем мозга в 4-5 раз меньше, чем у взрослого. В развитом мозге имеется 10¹⁴ синапсов. Функциональная система мозга отличается гигантской сложностью. Наверное, это самая сложная "машина" в нашей Вселенной.

^* (Barnes D. M. Brain Architecture: Beyond Genes. Science, 1986, vol. 233, p. 155-156.)

Как же возникает этот сложный орган - мозг, который индивидуален для каждого человека? Мозг - это особая система, специфика которой развивается в основном как благоприобретенный признак. Генетически он детерминируется как исходно универсальный человеческий орган восприятия и переработки внешней и внутренней информации. Однако конкретная индивидуальность морфофизиологической системы мозга формируется только в процессе деятельности человека.

Развитие мозга, появление перестроек синапсов происходят начиная с ранней стадии развития эмбриона и продолжаются в течение всей жизни. За это время развитие мозга испытывает влияние разнообразных внешних и внутренних факторов, которые, побуждая или подавляя, дифференцируя его развитие, ведут к формированию мозга индивидуума.

Так, отсутствие зрения оказывает заметное влияние на функции синапсов в зрительной коре мозга. В опытах с обезьянами, у которых на ранней стадии был закрыт один глаз, доказано, что это привело к драматическому сдвигу в колонках зрительной коры мозга. Этот сдвиг можно вызвать в течение первых шести месяцев после рождения. В возрасте двенадцати месяцев зрительные колонки оказываются уже устойчивыми. При действии различных химических веществ на развивающийся мозг происходит изменение в его структуре. Классическим примером внешнего воздействия на мозг является развитие речи. Дети рождаются с очень широким восприятием разнообразных звуков, что обеспечивает им способность научиться говорить на любом языке вне зависимости от расы и национальности. Между шестым и двенадцатым месяцами начинается процесс созревания синапсов звуковой коры и речевой зоны, специализация узнавания звуков родной речи. Это вызывает впоследствии трудности в овладении чужим языком.

Роль внешних воздействий на развитие мозга отчетливо видна при анализе эффектов радиации на развитие ребенка. Изучение мозга мальчика, который во внутриутробном состоянии был облучен во время атомного взрыва в Хиросиме, показало причины его слабоумия.

При нормальном развитии нейроны в зрительной коре не образуются. У двух-, трехмесячных эмбрионов они мигрируют из области мозговых желудочков. У облученного мальчика нейроны застряли около мозговых желудочков. Радиация явилась внешней причиной, которая препятствовала движению нервных клеток во время критической стадии развития мозга, что явилось причиной появления умственной отсталости.

Д. Барнес, приводя эти и другие факты о влиянии внешних факторов на развитие мозга, в заключение пишет, что если бы мы знали все гены данного человека и их функции, то и в этом случае не могли бы предсказать, каким будет его мозг.

Наряду с внешними факторами внутренние особенности онтогенеза вызывают отклонения в процессах развития. Еще в 1927 году Б. Л. Астауров, изучая четырехкрылость у дрозофилы, показал, что у одной и той же особи проявление этого признака оказывается разным на левой и правой стороне мушки. Он сделал вывод, что имеет место изменчивость признака, которую нельзя объяснить ни генетическими, ни внешними влияниями. Она обусловлена случайными отклонениями в дифференцировке признака. В. А. Струнников в 1987 году, проводя опыты с тутовым шелкопрядом, пришел к выводу, что в онтогенезе даже при наличии равных генетических и средовых условий сложные адаптивные признаки, в частности жизнеспособность, отражают генотип далеко не полностью и у разных особей неодинаково.

Можно спросить, что же тогда происходит при развитии такого сверхсложного органа, каким является мозг? Очевидно, что в этом случае даже только за счет ошибок развития при одном и том же генотипе могут появиться люди с разной морфофункциональной системой мозга.

Внешние и внутренние факторы, влияя на развитие, могут ухудшать или улучшать систему мозга людей. О возможности улучшения говорят факты, полученные И. А. Соколянским и А. И. Мещеряковым при наблюдении за воспитанием слепоглухонемых детей. Эти дети лишены возможности получать информацию от людей, у них не развиваются никакие социально-человеческие свойства, они остаются полуживотными существами. Однако тактильная, систематическая подача информации о социальном опыте людей, жизнь в коллективе превращают их в полноценных, творческих личностей.

Способность мозга к разному развитию, причины которого находятся за пределами генов, приводит к тому, что такие качества человека, как его участие в общественной жизни, гениальность, талант, одаренность, вся сумма духовных качеств человека, биологически не наследуются потомками от родителей, имевших эти качества. При этом биологические особенности накладывают свою печать на развитие индивидуальности человека. Этот парадокс лежит в основе понимания того пути, которым осуществляется взаимодействие между биологическим и социальным в становлении каждого человека.

Изучение биологических особенностей имеет громадное значение для медицины, педагогики и психологии. Нарушение в нормальном генотипе широко распространено, имеется даже термин "генетический груз". Это касается и мозга, когда генетические повреждения ведут к разным формам слабоумия и неврологическим заболеваниям. Однако, когда мы обращаемся к людям с нормальной психикой, в этом случае наука не знает, в какой мере и как генетические особенности влияют на его развитие.

Деятельность мозга начинается у раннего эмбриона. Громадное число влияний на развитие мозга до сих пор совершенно непознано, в том числе в период от рождения до появления речи. Социальные условия - семья, школа, комсомол, общество - формируют личность каждого человека.

Обращаясь к молодежи, М. С. Горбачев на XX съезде ВЛКСМ в апреле 1987 года сказал: "Человек не рождается с генами интернационалиста или националиста. От него самого, от воспитания, от общества зависит, каким он станет в жизни". В этой фразе выражено зерно марксистского учения о социальной сущности человека. Такая позиция подтверждается современной наукой, которая показала исходную универсальность мозга. Зависимость становления личности от деятельности, биологическая неунаследуемость социально-детерминированных человеческих качеств целиком зачеркивают претензии расовых теорий, идеи биологического неравенства разных социальных групп, утверждения евгеников о том, что селекция людей и размножение избранных особей приведут к созданию благородной элиты. На самом деле социальные качества человека не передаются биологическим наследованием. Эти качества любому ребенку в каждом поколении приходится развивать заново. Элементарной моделью этого процесса может служить то, что каждый человек знает, что 2x2=4. Однако каждый новорожденный этого не знает, его приходится учить арифметике.

Моя позиция по проблеме человека, разработка проблемы социального наследования вызвали оппозицию со стороны ряда наших ведущих генетиков, в первую очередь Д. К. Беляева, Б. Л. Астаурова, В. П. Эфроимсона и некоторых других. Они полагали, что я умаляю роль генетики, видели в моей позиции неоправданное преувеличение значимости индивидуального развития мозга под влиянием деятельности человека. Они отказывались понять, что признание никем не доказанной генетической детерминации духовных качеств человека неизбежно ведет к признанию евгеники, социал-дарвинизма и расизма. Эти человеконенавистнические течения основаны на том, что все проявления психики человека можно объяснить, исходя из законов генетики.

Возникшие разногласия оказали заметное влияние на моральный климат в кадрах генетиков.

Одним из принципиальных положений в генетике человека является признание сохранности гигантских биологических потенций людей в системе их популяций. Данные о социальном наследовании показывают, что при наличии этого биологического потенциала социальная эволюция, развитие гения человека ничем не ограничены в будущие тысячелетия. В отношении человека можно говорить о нооэволюции, то есть эволюции разума и личности без преобразования биологической основы вида Homo sapiens.

Однако будут ли сохранены биологические основы жизни людей, нет ли угроз для наследственности человека? Сейчас стало очевидным, что такая угроза есть. Она связана с тем, что в окружающую среду поступает огромное количество отходов промышленности, сельского хозяйства, энергетики, исследовательских лабораторий. Количество отходов только в СССР ежегодно составляет несколько миллиардов тонн. Кислотные дожди привели к закислению почв и гибели лесов в Северной Америке и Западной Европе. Изменился видовой состав флоры и фауны, ряд видов растений и животных исчезли с лица Земли. Большие территории загрязнены сбросами сточных вод от промышленных предприятий и агропромышленных комплексов. В нашей стране страдают экосистемы Волги, Днепра, Оби, Иртыша, Аральского моря, озера Севан и другие. Вопрос о влиянии нитратов приобрел большое значение из-за резкого возрастания интенсификации сельскохозяйственного производства, связанного с увеличением количества азотных удобрений, вносимых в почву.

В атмосфере многих городов концентрация окиси углерода в два-три раза выше предельно допустимых доз. Концентрации двуокиси азота, сернистого газа заметно повышены; в атмосфере имеются фенолы, аммиак, фтористый и хлористый водород, сероводород и многие другие токсичные химические соединения. К 2000 году производство химических соединений в мире возрастет в два - два с половиной раза.

Все это показывает, что научно-техническая революция при всем ее значении для благосостояния людей имеет и обратную сторону. Успехи научно-технической революции по мере их нарастания связаны с повышающимся загрязнением среды, окружающей человека.

Химические соединения и ионизирующие излучения проникают в клетки и повреждают молекулы ДНК. В этих условиях увеличение числа генетических последствий на протяжении обозримого времени будет постепенно нарастать. В ряде случаев при катастрофических событиях происходит экологический шок. Всем известна трагедия Чернобыля. Над Байкалом и Ладогой нависла угроза их загрязнения. Тревожно на Нижней Волге, в ее дельте. После упорной борьбы был устранен проект переброски вод из сибирских рек через европейскую часть СССР. Для человека генетические последствия - это увеличение числа наследственных заболеваний и бесплодных браков. Происходит рост так называемого генетического груза в населении. Положение во всем мире очень серьезно, что заставило ученых создать мировую ассоциацию для исследования глобальных генетических последствий, возникающих в результате загрязнения биосферы.

В нашей стране главной организацией по исследованию этих вопросов является секция под названием "Генетические аспекты в проблеме "Человек и биосфера" при межведомственном научно-техническом совете по комплексным проблемам охраны окружающей среды и рациональному использованию природных ресурсов при Государственном комитете по науке и технике Совета Министров СССР. Она была учреждена в 1974 году, и с тех пор я руковожу секцией, которая координирует работу 49 институтов. Кроме заседаний в Москве секция ведет обширную работу в городах РСФСР и ряде республик.

Почему же к этому вопросу привлечено такое большое внимание, почему так живо откликаются на этот вопрос ученые из разных регионов страны? Дело в том, что наследственность человека уязвима для действия тех факторов, которые способны повреждать ДНК. Загрязнение окружающей среды химическими соединениями и повышение фона радиации немедленно в той или иной мере сказываются на структуре ДНК. По мере роста загрязненности среды растет ее повреждающий эффект. Однако уровень повреждений ДНК, появляющихся при обычном, естественном состоянии среды, уже очень высок. Показано, что 50 процентов оплодотворенных яйцеклеток у человека не оставляет потомства. Из них 10 процентов гибнет на первых неделях развития эмбриона, 20 процентов - при спонтанных абортах, 10 процентов детей рождается с наследственными дефектами и 10 процентов браков бесплодны из-за генетических нарушений воспроизводящей системы у одного из супругов. Такое напряженное положение с ДНК человека является причиной того, что если какая-то часть людей выживет в случае ядерной войны, то их наследственность будет поражена, а человечество на планете погибнет. Чтобы удвоить частоту мутаций, ведущую к появлению яйцеклеток, от которых не будет получено потомство, необходимо, чтобы люди просуществовали 30 лет в условиях хронического облучения малыми дозами. За это время накопится генетический эффект от суммарной дозы, которая может превысить 100 рад. Показано, что при такой дозе радиации частота мутаций удвоится и 100 процентов оплодотворенных яйцеклеток не оставит потомства. Это еще раз убеждает в том, что борьба против ядерной войны - борьба за выживание человечества.

Постепенность появления генетических повреждений ДНК под действием загрязнителей среды сравнивают с действием замедленной ядерной бомбы. Человечество может избежать ядерной войны, но мы не должны забывать о грозной опасности, которая угрожает среде, окружающей людей, и биосфере в целом. Загрязнение биосферы грозит самому существованию человека, вот почему к этому вопросу приковано внимание ученых всего мира. Наука обязана оценить глубину этого процесса и найти способ защитить ни с чем не сравнимую по своей драгоценности генетическую информацию человека.

Появление человека - это гигантский скачок возникновения нового в формах развития мировой материи. Если жизнь была связана с появлением качественно особой биологической формы движения, то появление человека было связано с возникновением общественной формы движения материи. Эта надбиологическая сфера в виде социальной и духовной жизни человека хотя и невозможна без определенных биологических свойств, однако не может быть объяснена биологическими законами, она имеет свои законы.

Таким образом, современная генетика открыла, что история жизни была связана с постоянным появлением нового, что в ней действуют принципы развития и всеобщей связи явлений.

Все это не только имеет значение для мировоззрения современного человека, но и открывает новые пути для преобразования природы. В наших условиях, когда задача состоит в соединении научно-технической революции с преимуществами социализма, ясное понимание принципа развития и становления нового в явлениях жизни имеет важнейшее значение для практики.

Да, генетика стоила борьбы, она наряду с физикой, информатикой, электроникой, химией и математикой вошла в первую шеренгу действующих могущественных производительных сил человечества. Ее успехи рисуют новую картину мира жизни, они входят составными элементами в кладезь великой философии диалектического материализма. Эта наука, генетика, растет, как дитя великана, вместе со всем естествознанием она олицетворяет ни с чем не сравнимую жажду человека к труду, к познанию мира, к власти над ним и к самоусовершенствованию.