Том Джексон - Взламывая биологию

В 1898 г. голландский микробиолог Мартин Бейеринк опубликовал результаты опытов, показывающих, что мозаичную болезнь табака, фатальную для растения, вызывает возбудитель, который по размеру уступает бактерии. Он назвал его вирусом. Выводы Бейеринка совпали с наблюдениями, сделанными в 1892 г. русским ботаником Дмитрием Ивановским. У Бейеринка не получилось вырастить вирус in vitro , как это делали с бактериями, но он заключил, что вирус может воспроизводиться и множиться в живых растениях. Только в 1941 г. с помощью рентгенокристаллографии вирусная природа мозаичной болезни табака ( внизу ) была неопровержимо доказана.

Вирусы передаются разнообразными путями – по воздуху, через жидкости тела и при непосредственном контакте. Вирусы проникают в клетку и встраивают свою ДНК в ДНК хозяина. ДНК вируса содержит инструкции, которые заставляют клетку начать копирование вирусной ДНК. В конечном итоге клетка переполняется и разрывается, высвобождая вирусы, которые заполняют другие клетки. Если задействовано достаточно большое число клеток, организм заболевает. Как правило, после короткой болезни иммунная система выявляет и уничтожает вирусы. Тем не менее существуют некоторые вирусы – они вызывают заболевания, подобные ВИЧ, лихорадке Эбола или Западного Нила, – которые так сильно ослабляют иммунитет, что могут убить хозяина.

Вирусы – это самая распостраненная разновидность живых организмов. В стакане морской воды, например, их больше, чем людей на Земле. Подавляющее большинство вирусов совершенно безвредны для человека, каждый нацелен на конкретную группу хозяев.

Окружающая среда постоянно меняется. Сукцессия – это процесс замещения одной экосистемы другой. Впервые его начали изучать, понаблюдав за сносимыми ветрами дюнами в американском штате Индиана в конце 1800-х гг.

Экосистемы не вечны. В конечном итоге катастрофа – лесной пожар, или оползень, или деятельность человека – унесет укоренившиеся виды, и образуется пустота. После подобных событий живому приходится вновь отвоевывать место для себя. Например, заброшенный участок города сначала колонизируют мхи, лишайники и мелкие растения. Эти виды, называемые пионерными, обеспечивают пищу для насекомых, которые привлекают птиц и других животных. Позже сюда проникают семена кустарников и деревьев, которые дают побеги. Все более сложные группы живых существ сменяют друг друга, пока не сформируется стабильное сообщество – климаксовая экосистема. И она задержится здесь, пока следующая катастрофа – мелкая или крупная – не разрушит ее.

Теория о существовании сукцессии стала одной из первых выдвинутых экологами. Генри Чандлер Коулз из Университета Чикаго изучал подвижность экосистем, наблюдая за растительностью в заповеднике «Дюны Индианы» в конце XIX в. В ХХ в. Фредерик Клементс определил промежуточные стадии сукцессии внутри экосистемы и привел общую схему заполнения пустот.

С прекращением человеческой деятельности благодаря сукцессии всякая среда заполняется той или иной композицией видов – экосистемой. На востоке Северной Америки и в Европе, например, это в основном лиственные леса. Регионы с другими видами климата порождают другие климатические сообщества.

Первичная сукцессия – процесс, когда живые существа начинают колонизировать новую среду обитания. Это может произойти после такого бедствия, как извержение вулкана. Например, в 1963 г. у побережья Исландии после подводного извержения из моря поднялся новый остров, впоследствии названный Сюртсей. Всего за несколько лет мхи, лишайники и прибрежные растения укоренились в пепле и лаве. Затем остров заселили насекомые, позже – морские птицы. Если же нарушена уже существующая среда обитания, например, лесным пожаром или вырубкой, появление новой растительности называется вторичной сукцессией.

Неприхотливое растение пробивается сквозь лаву. Так начинается длительный процесс сукцессии, который обратит безжизненную среду в цветущую экосистему – до следующего извержения вулкана.

Наука о наследовании зародилась в 1860-х гг. с работой Грегора Менделя, но только в 1905 г. научное сообщество дало ей название.

Термин «генетика» происходит от греческого слова γενεσις, что означает «происхождение». Чарлз Дарвин и другие с помощью прилагательного «генетический» описывали неизвестный на тот момент механизм наследования. Слово «генетика» в качестве названия для науки о наследовании применил Уильям Бэтсон, английский биолог, открывший работу Грегора Менделя в 1905 г. Через несколько лет датчанин Вильгельм Иогансен ввел термин «ген», означающий единицу наследования. Другие ученые изучали ДНК – химическое вещество, содержащееся в хромосомах, но лишь 20 лет спустя была признана неоспоримая связь генов и ДНК. После этого развитие науки генетики уже не прерывалось. Сегодня это, возможно, самый важный раздел биологии – все благодаря сильной связи с медициной и технологиями.

Генетики оперируют и другими важными терминами. Так, аллели – это формы одного гена. Ген для цвета глаз, например, имеет несколько аллелей: голубой, коричневый, зеленый и т. д. Генотип – это тот набор аллелей, которые наследуются от родителей, а фенотип – фактическая реализация генотипа. В целом работа генетики заключается в том, чтобы разобраться, как ген – или последовательность ДНК – создает фенотип. Это непростая задача. Гены сами по себе фенотип не определяют: это скорее результат взаимодействия между генами индивида и окружающей средой.

У этого теленка-альбиноса имеется редкий мутировавший ген, который не позволяет вырабатывать пигмент кожи и волос. Мутация – это произвольное изменение в генетическом коде. Она передастся следующему поколению, только если происходит в зародышевой линии, то есть в половых клетках.

Значительная часть исследований генетиков посвящена аномалиям в наследовании у человека. Например, когда секции хромосом отсутствуют, смещены (как видно слева на хромосомах 22 и 9) или дублируются. Эти исследования проливают свет на работу генов в целом.