Взгляд в прошлое

Слово "генетика" победно вошло в язык биологов немногим более 60 лет назад. Так в 1902 году английский ученый Вильям Бэтсон окрестил науку о наследственности.

Кстати, о словах и терминах. Пожалуй, ни одна из отраслей биологии не сможет поспорить с генетикой по части сложности ее языка. Шведский ученый А. Мюнтцинг к своему руководству, названному "Генетические исследования" и изданному у нас в 1963 году, приложил словарь, куда входит... около 300 терминов.

Лингвисты утверждают, что у Пушкина 200 самых частых слов составляют более половины всех его текстов. Значит, иностранец "с грехом пополам" прочтет Пушкина, если знает немногим более 200 русских слов, конечно, тех самых, которые особенно полюбились поэту. А в словаре у Мюнтцинга около 300 (шутка ли!) терминов, не считая еще генетику микробов. Об этой науке трудно писать, пользуясь ее языком, но еще труднее пытаться оперировать более простыми понятиями...

Итак, на каком веществе и каким образом записаны наследственные признаки живого? Генетика родилась из этого вопроса, и хотя в дальнейшем ее создавала целая плеяда талантливейших исследователей, первый камень в ее фундамент заложил тогда еще никому неведомый Иоганн Грегор Мендель.

Мендель был августинским монахом одного из монастырей около города Брно в Моравии. Чрезвычайная любознательность увлекла его на путь науки. Член капитула монастыря в перерывах между службами, а может быть, и отдыхая от них, занимался разведением гороха.

...Вот на грядке зацвели два сорта. У одного цветы похожи на язычки пламени, у другого - снежно-белые. А что, если опылить один сорт гороха другим? Любопытно, какие цветы появятся весной из семян такого гибрида?

"Скорее всего цветы будут розовыми", - рассуждал монах-экспериментатор, и вот почему. В те времена ученые считали, что в половых клетках заключено гомогенное, неделимое наследственное вещество, как бы "сгусток" всех признаков и особенностей родителей. Когда мужская и женская клетки сливаются, эти таинственные "экстракты" перемешиваются и гибрид получает смесь свойств обоих родителей, Мендель опылил снежно-белые цветы гороха алыми и ждал, что гибрид зацветет розовыми цветами.

Пожухли, опали лепестки опыленных цветов на опытной грядке, и начали расти стручки. Наконец, появились крупные горошины первого гибрида. Как скупой золотые монеты, стараясь не выронить ни одной, Мендель высыпал зрелые горошины из стручка в полотняный мешочек и, надписав на нем что-то, упрятал в шкафчик.

...Пришла весна. На грядках гибридного гороха распускаются первые цветы. Розовые? Нет, только красные и ни одного белого. Поразительно! Факт требовал объяснения. И Мендель решил, что красный цвет доминирует над белым.

А что если скрестить двух гибридных особей - самоопылить красные гибридные цветки на одном и том же растении? Результаты оказались еще более удивительными. На грядках гибридов второго поколения ³/₄ цветов были красные, а ¹/₄... белая.

В этом необходимо было разобраться. Откуда появились гибриды с белыми цветами? Значит, в первом поколении этот признак не исчез, а был каким-то образом подавлен. И Мендель ввел термины: "доминантный" признак - для красных цветов и "рецессивный" - для белых. В генетическом словаре появились первые два слова.

"Но как же все-таки объяснить итоги этих опытов? - размышлял экспериментатор.- Это можно сделать только, если допустить, что наследственное вещество - не жидкий экстракт клеток организма. Оно дискретно (прерывисто) и состоит из самостоятельных и строго постоянных единиц. Эти единицы в неизменном виде передаются половыми клетками от одного поколения к другому".

Легче рассуждать, рисуя свои мысли на бумаге. Мендель так и поступил, обозначив место в наследственном веществе клетки (позднее датский биолог Иогансен назвал его геном), которое каким-то непостижимым путем влияет на окраску цветка, буквой A (для красных) и a (для белых).

Мендель скрещивал чистые расы горошка, а это значит, что в половых клетках (они находятся в пыльце) у пунцового горошка-родителя содержались только гены A, у снежно-белого - только a.

Нетрудно догадаться, что при слиянии половых клеток родителей объединяются их гены: A и a. Все клетки горошка- гибрида (и листьев, и ствола, и цветов) получают набор генов A+a. И растение покрывается красными цветами - ведь ген A доминирует над a. А как в данном случае распределяются гены в половых клетках?

Мендель предположил, что гибриды образуют с равной частотой два рода половых клеток: с геном A и с геном a. При смешивании пыльцы двух гибридов (она у обоих родителей содержит эти два гена примерно в равном количестве) вероятность всех сочетаний почти одинакова: AA, Aa и aa. Это уже будут гибриды второго поколения. А цвет их? Горошины с генами AA"произведут на свет" красные цветы, с генами Aa - тоже красные (A доминирует над a), а с генами aa - белые.

Но почему же Мендель получил ³/₄ красных цветов, а не ²/₃, как получается из наших расчетов? Да потому, что в таинстве "зачатия" двух гибридов второго поколения участвуют два набора половых клеток (мужской и женский) и в каждом есть гены A и гены a. Впоследствии ученые изобразили это так:

Теперь хорошо видно, что возникают четыре комбинации: 1AA, 2Aa и 1aa. И красные цветы (одно AA и два Aa) будут составлять ³/₄, а белые (одно aa) - всего ¹/₄. Отношение красных цветов к белым будет 3:1.

Эти опыты Мендель ставил 7 лет. И вот в маленьком зале, где проходили заседания Общества естествоиспытателей города Брно, 8 февраля и 8 марта 1865 года выступил член капитула монастыря. Мендель рассказал собравшимся об удивительных законах передачи наследственных признаков, обнаруженных им в опытах по гибридизации двух сортов гороха, и сформулировал всего три вывода, поразительных по точности и простоте. Генетики теперь называют их - три закона Менделя.

Первый закон. Из двух контрастирующих признаков, внесенных отцом и матерью, в гибридах первого поколения (у "сыновей" и "дочерей") проявляется один, доминантный. Второй признак, рецессивный, не проявляется.

Второй закон. В следующем поколении гибридов (у "внуков") признаки расщепляются. Среди "внуков" есть растения с доминантными (A) и с рецессивными (a) признаками. Отношение первых ко вторым строго постоянно - 3:1.

Третий закон назвали законом независимого расщепления признаков. Мендель вывел его, скрещивая родителей, отличающихся друг от друга по двум и более контрастирующим признакам. Оказалось, что несколько признаков от одного и того же родителя передаются потомкам независимо друг от друга.

Надо сказать, что Мендель неплохо разбирался еще в физике и математике. Отсюда ясность и строгая логичность сформулированных им законов, которые удивляют и по сей день, не говоря уже об изумительной интуиции чешского ученого. Ведь свои опыты Мендель ставил в 1856-1863 годах, когда почти ничего еще не было известно о микроскопической организации клетки.

Конечно, Мендель знал, что организмы животных и растений состоят из клеток. Еще в 1832 году его соотечественник Ян Пуркинье открыл клеточную природу тканей животных, в 1839 году немецкие ученые Теодор Шванн и Матиас Шлейден доказали всеобщность клеточной организации животного мира, а в 1859 году Рудольф Вирхов провозгласил: клетка - основа всего живого, все живое возникает из клетки. Любое животное и растение - это тесное и сложно устроенное "сообщество" клеток, где целое зависит от жизни каждой клетки и каждая клетка подчинена целому.

Но сама-то клетка во времена Менделя казалась ученым бесструктурной капелькой жизни! Мир еще ничего не знал о существовании хромосом - носителей наследственности в ядре. Да что там хромосом! Даже о ядре имели весьма смутное представление, а о фазах деления и подавно. Мендель с точностью математика вскрыл законы наследования, обусловленные поведением неведомых тогда хромосом во всех фазах не известного еще процесса деления клетки и оплодотворения. На подобное открытие законов природы во все века были способны только гении.

Почему же именно Менделю наследственность раскрыла свои секреты? Потому что с самого начала он представил себе ее дискретной, состоящей из независимых друг от друга единиц, и сосредоточил все внимание лишь на одном признаке - окраске цветков гороха. Все другие различия были на время отброшены. Тем самым ученый избежал западни, в которую попадались его предшественники. Ведь они пытались изучать все сразу и за этим "лесом" не могли рассмотреть "деревьев" - законов, управляющих передачей признаков.

Открытие Менделя на десятилетия опередило свой век, и потому трудно было сразу ожидать его признания. Так и случилось. Напрасно ученый пытался увлечь своей идеей современников. Они были глухи. Взглянуть по-новому на механизм передачи наследственности - значило увидеть горы там, где взор улавливал лишь беспредельную равнину. А такие крутые повороты во взглядах людям даются труднее всего, это ведь и есть как раз то, что называется ломкой сознания.

Лишь через 10 лет после открытия Менделя в ядре клетки были обнаружены хромосомы. А еще позже биология обогатилась картиной поведения хромосом в процессе клеточного деления и оплодотворения. И наконец, в 1900 году Гуго де Фриз в Голландии, Эрих Чермак в Австрии и Карл Коррейе в Германии вторично открыли законы передачи наследственности. Это были те же законы, которые за 35 лет до них изложил скромный августинский монах. Только тогда ученые всего мира стали "обживать" идеи Менделя.