Елена Кочемировская - 10 гениев, изменивших мир

Каждую весну патер-ученый высаживал растения на своем участке, скрупулезно, до последней горошины, подсчитывал все категории семян гибридных поколений. И каждый раз обнаруживал одни и те же закономерности, которые позднее превратились в три закона Менделя – базовые постулаты генетики. Эта работа длилась восемь лет, за это время зоолог изучил двадцать тысяч растений.

В 1863 году Мендель закончил эксперименты и в 1865 году на двух заседаниях Брюннского общества естествоиспытателей доложил результаты своей работы. В 1866-м в трудах Общества вышла его статья «Опыты над растительными гибридами», которая заложила основы генетики как самостоятельной науки. Впрочем, это стало ясно только через 35 лет – в 1900 году, когда три ботаника – голландец X. (Г.) де Фриз, немец К. Корренс и австриец Э. Чермак независимо друг от друга подтвердили данные Г. Менделя собственными опытами. Вот тогда и произошел мгновенный взрыв признания труда австрийского монаха и универсального характера выведенных им законов для диплоидных организмов {34}, размножающихся половым путем.

Менделевская теория наследственности, его представления о наследственных факторах и характере их передачи от родителей к потомкам по своему смыслу прямо противоположны доменделевским теориям, в частности теории пангенезиса {35}, предложенной Дарвином. В соответствии с этой теорией, признаки родителей непосредственно от всех частей организма передаются потомству, т. е. свойства «наследников» прямо зависят от свойств родителя. Это полностью противоречит выводам, сделанным Менделем: наследственная основа организма, совокупность всех наследственных свойств отдельной особи (позднее названная генотипом) существует в организме более или менее независимо от него самого. Совокупность всех внутренних и внешних признаков и свойств особи, сформировавшихся на основе генотипа в процессе ее индивидуального развития (позже появилось название «фенотип»), определяется случайным сочетанием генов. Гены не меняются в зависимости от трансформаций или патологий каких-либо частей организма. Таким образом, менделевская теория наследственности противостоит идее наследования признаков, приобретенных в течение жизни (кстати, это положение о второстепенности влияния среды стало одной из причин борьбы с генетикой в СССР).

Законы Менделя получили полное подтверждение и объяснение на основе хромосомной теории наследственности. Но до той поры оставалось еще полвека, а пока, в 1865 году, окружающие плохо понимали, что именно сделал послушник Грегор, и работы брюннского монаха были забыты как малоценные.

Итак, 1900 год, когда К. Корренс, X. де Фриз и Э. Чермак «переоткрыли» законы Менделя, стал считаться официальным годом рождения генетики. В 1901-м голландский ученый X. де Фриз выдвинул теорию изменчивости, основанную на представлении о скачкообразности изменений наследственных свойств в результате мутаций. Само же название новой науки – генетика – было предложено в 1906 году английским ученым В. Бэтсоном. Чуть позднее датчанин В. Иогансен ввел в научный обиход такие принципиально важные понятия, как ген, генотип и фенотип. На этом этапе была принята и получила дальнейшее развитие менделевская, по сути умозрительная, концепция гена как материальной единицы наследственности, ответственной за передачу отдельных признаков в ряду поколений организмов. Кроме того, к этому времени уже обнаружили хромосомы, выявив, что эти крестообразные структуры располагаются в ядре клетки, но никто не мог объяснить их функции.

И вот тут на сцене появляется Томас Морган – 44-летний ученый, руководитель лаборатории в Колумбийском университете, признанный научный авторитет и специалист в области эмбриологии. Именно он стал «вторым» человеком в генетике после Менделя, хотя ранние работы ученого были полны скепсиса в отношении менделевской концепции наследственности. В частности, в 1905-м он оспаривал положение (которое впоследствии стало базовым для генетики), что каждая зародышевая клетка содержит в себе весь объем наследственной информации. Более того, он подвергал серьезному сомнению теорию естественного отбора и постепенности изменений, предпочитая ей теорию голландского ботаника Г. де Фриза, считавшего, что новый вид образуется в результате мутаций. «Природа сама создает новые виды, причем сразу и готовыми», – утверждал он. Так длилось до тех пор, пока Морган не начал эксперименты с плодовой мушкой Drosophila melanogaster. Собственно, она-то и принесла ученому всемирное признание и Нобелевскую премию.

История вопроса такова. Еще в 1902 году американский биолог Уильям С. Саттон и немецкий ученый Т. Бовери обратили внимание на сходство в поведении хромосом и менделевских «наследственных факторов» (генов) и независимо друг от друга высказали предположение, что гены размещаются внутри или на поверхности особых структур клеточного ядра – хромосом. Хромосома («окрашенные тельца», от греч. «хромо» – цвет, сома – «тело») – самовоспроизводящийся структурный элемент ядра клетки, содержащий ДНК, в которой заключена наследственная информация. Число, размер и форма хромосом строго определены для каждого вида. В любой клетке тела большинства животных и растений каждая хромосома представлена дважды: одна получена от отца, другая – от матери при слиянии ядер половых клеток в процессе оплодотворения.

Морган скептически относился к вышеупомянутой теории, считая, что хромосомы не являются носителями наследственности, а представляют собой всего лишь результат ранних стадий развития. Впрочем, ни убедительного доказательства, ни прямого опровержения хромосомной теории наследственности не было, и тогда Морган взялся за изучение и проверку выдвинутых гипотез.

Разумеется, сразу же возник вопрос о материале, на котором можно было бы построить исследования. Им стала уже упоминаемая мушка-дрозофила, превратившаяся в «священную корову» генетиков. Еще в 1900–1901 годах К. В. Вудворт, изучавший мушек в Гарвардском университете, обнаружил, что они являются превосходным исследовательским материалом для генетиков. С этим насекомым работали также В. Е. Кастл и Ф. Е. Лутц. Именно последний познакомил с результатами своей работы Моргана, подыскивавшего дешевый материал для научных изысканий. Тот с радостью ухватился за предложение Ф. Лутца, а через некоторое время Моргана уже именовали не иначе, как «повелитель мух».

В 1907 году ученый начал самостоятельное генетическое изучение плодовой мушки Drosophila melanogaster, маленького красноглазого насекомого, идеально подходившего для его исследований. Drosophila – это крошечное существо (всего-то 3 мм в длину), его легко содержать в лабораторных условиях – в полулитровую молочную бутылку помещалось тысяча мушек. Кроме того, у этой плодовой мушки всего четыре хромосомы, она начинает размножаться через две недели после появления на свет (в год сменяется около тридцати поколений дрозофил), и ее можно изучать в течение всей ее жизни, продолжительность которой составляет три месяца. У дрозофил можно легко определить потомков мужского и женского пола, и это оказалось немаловажным фактором. Вдобавок, поскольку у дрозофил нет внутриутробного развития, на каждом из этапов «взросления» мушки можно в полной мере наблюдать эффекты влияния мутаций. Ну и наконец, плодовая мушка почти ничего не стоила, была проста для разведения в лабораторных условиях (ее личинки развивались в бродящих, часто полужидких растительных остатках).