Том Джексон - Взламывая биологию

Ген – это единица наследования, то, что не меняется и передается от поколения к поколению. Тем не менее термин часто употребляют неверно. В повседневной речи многие используют его для описания признака – ген цвета волос, например. Более точным научным определением было бы такое: ген – это частичка ДНК, содержащая код для одной частички белка.

Цвет глаз – это хороший пример фенотипа. Но он не подчиняется простым законам Менделя – мало какие признаки подчиняются. Здесь задействованы 16 генов, и у пары глаз не всегда один и тот же фенотип!

Все живое состоит из клеток, а новые клетки состоят из старых, которые подверглись делению. Существуют два вида деления клетки: митоз и мейоз.

Цель митоза – рост, то есть получение двух генетически идентичных клеток из одной. Микробиологи, как утверждают они сами, наблюдали деление клетки в 1870-х гг., но подробное и качественное его описание было дано в 1880-х гг. немцем Вальтером Флеммингом, который назвал процесс митозом – от греческого μίτος – «нить». Флемминг выбрал такой термин, поскольку считал, что при делении ядра клетки появляется веретено с нитями (сегодня известно, что это белковые микротрубочки), делящее содержимое ядра на части.

Каждое деление проходит несколько сложных этапов. На первом этапе хромосома в ядре удваивается; соединенные вместе, эти «двойники» называются хроматидой. Хромосома затем утолщается и принимает форму буквы H – так мы обычно и представляем хромосому. (Большую часть времени хромосомы выглядят иначе.) Веретено разделяет хроматиды, и два хромосомных фрагмента отходят к противоположным концам клетки. Они станут содержимым ядер двух дочерних клеток. Мембрана формируется посередине клетки, на равные части разделяются органеллы и цитоплазма. Затем половинки разделяются и получаются две самостоятельные клетки.

Мейоз – это вид деления клеток, в результате которого получается четыре дочерние клетки с половиной генетического материала родителя. Имеет место смешение, или рекомбинация, и в результате генетический материал распределяется между хромосомами так, что все дочерние клетки становятся уникальными.

В результате митоза одна клетка превращается в две идентичные дочерние клетки.

Клетки тела – диплоидные, то есть имеют двойной набор хромосом, по одному от каждого родителя. Каждая хромосома содержит определенный комплект генов: так двойной набор хромосом может быть организован в гомологичные пары, которые несут одинаковые гены. Мейоз – это вид деления клетки, при котором образуются половые клетки – сперматозоиды и яйцеклетки. Половые клетки гаплоидны, то есть содержат половину хромосом обычной клетки. Чтобы вдвое сократить число хромосом при мейозе, предусмотрены два деления, в результате которых формируются четыре гаплоидные дочерние клетки. В ходе первого деления веретено разделяет гомологичные пары. Второе деление разделяет хроматиды, притом этот процесс очень похож на митоз. Половые клетки нужны для полового размножения организмов: они соединяются и образуют зиготу, первую клетку новой особи. При этом хромосомы разных гамет объединяются, и возникает диплоидная клетка, которая затем множится в процессе митоза.

В 1820-х гг. биологи обнаружили, что мозг состоит из разветвляющихся клеток, которые впоследствии назвали нейронами. Чтобы разобраться, как они устроены, потребовался целый век.

Революционным изобретением, позволившим исследовать нервные клетки, были ахроматические линзы для микроскопа. Они фокусировали свет любого цвета, что давало самые четкие из когда-либо виденых изображений тканей мозга при максимальном увеличении. Мозг резали на кусочки ножом или разделяли на тонкие фрагменты пинцетом. Когда у ученых появился такой микроскоп, они впервые увидели клетки мозга, по крайней мере наиболее крупные из них. Плотность мозговых клеток так высока, что было неясно, где заканчивается одна и начинается другая. Однако границы все же смогли рассмотреть три анатома, работавшие независимо: Христиан Готфрид Эренберг, Габриэль Валентин и Ян Эвангелиста Пуркинье. Рисунки Пуркинье, изучавшего крупные клетки в мозжечке, были лучшим отчетом об открытиях. Его иллюстрации немного похожи на головастиков или рыб с разветвляющимися и скрученными хвостами.

Изображение клетки мозжечка, названной в честь ее открывателя Яна Эвангелисты Пуркинье. Рисунок сделан Сантьяго Рамон-и-Кахалем, который в 1890-х гг. изучал строение нейрона.

Все нейрооны имеют схожую структуру. Ядро находится в теле клетки, которое имеет сотни дендритов и один аксон. Аксон передает информацию от клетки дендритам соседних клеток в виде электрических импульсов.

В 1872 г. клеточный биолог Камилло Гольджи (его имя носит одна из органелл клетки) усовершенствовал механизм изучения нейронов: он стал подкрашивать образцы специальным красителем. Несколько лет спустя немецкий врач Бернхард фон Гудден изобрел микротом – приспособление, которое разрезало мозг на ультратонкие слои, и тогда стало возможным увидеть отдельные нейроны. Но ученые не сошлись в интерпретации увиденного.

Клетки, казалось, имеют не один «хвост», а множество, и все они окружали тело клетки, или сому. Большинство ответвлений были короткими, и их назвали дендритами. А одно оказалось толще и куда длиннее. Сначала его назвали осевым цилиндром, но сегодня мы знаем его как аксон. Некоторые исследователи, в их числе и Гольджи, считали, что аксон соединен с дендритами соседних клеток. Тогда мозг и нервы, которые проходят через тело, образуют огромную единую сеть. В 1890-х гг. испанский ученый Сантьяго Рамон-и-Кахаль обнаружил, что все клетки существуют отдельно друг от друга, а в 1897 г. английский биохимик Чарльз Шеррингтон показал, что между нейронами нет физической связи. Они сообщаются посредством электрических импульсов, которые проходят по аксону и передаются соседней клетке химическими медиаторами, проходящими через синапс – место контакта.