Джеймс Уотсон - ДНК. История генетической революции

Понять сам принцип действия генетических механизмов оказалось не так-то просто. Грегор Мендель (1822–1884) опубликовал свою знаменитую работу на эту тему в 1866 году, но его статья оставалась без внимания научного сообщества на протяжении последующих 34 лет. Почему же так долго внимание научного мира не было обращено в сторону генетических механизмов наследственности? В конце концов, наследственность – важнейший аспект существования естественного мира, признаки, изменяющиеся в поколениях, легко наблюдать, и любой заводчик собак знает, что будет, если скрестить бурую и черную собаку; родители осознанно или неосознанно отыскивают свои черты у родных детей. Ответ на вопрос тривиален – генетические механизмы оказались очень сложными, а решение Менделем поставленной в статье задачи оказалось неочевидным, поскольку черты родителей не отражаются в детях произвольным образом. По всей видимости, крупнейший просчет, допущенный биологами в древности, заключался в неумении различать два принципиально разных процесса: наследственность и эволюционное развитие. На сегодняшний день становится понятным, что в оплодотворенной яйцеклетке содержится генетическая информация, полученная от обоих родителей, и именно данная информация определяет предрасположенность к наследственным заболеваниям, например порфирии. Мы говорим о факторах наследственности, и весь дальнейший процесс от развития новой особи из единственной клетки – это реализация данной информации. С академической точки зрения предметом изучения генетики является информация, а предметом изучения биологии развития – использование этой информации для построения алгоритмов развития. Объединяя наследственность и развитие в единый научный феномен, древние ученые так и не сформулировали те ключевые вопросы, которые бы могли натолкнуть их на разгадку тайны наследственности. При этом мы должны констатировать, что такие работы велись с самого зарождения западной цивилизации.

Над проблемами наследственности размышляли древние греки, в частности Гиппократ. Ими была разработана теория пангенезиса, согласно которой при половом акте передаются миниатюрные копии частей тела: «волосы, ногти, вены, артерии, суставы и кости, передаваемые части настолько мелкие, что просто невидимы глазом человека». Эта теория ненадолго возродилась, когда Чарльз Дарвин, безуспешно пытавшийся подкрепить свою теорию эволюции и естественного отбора жизнеспособной гипотезой о наследственности, сформулировал во второй половине XIX века доработанную версию пангенезиса. По Дарвину, каждый орган – глаза, почки, кости – порождал особые циркулирующие «геммулы», которые накапливались в половых органах и передавались при половом размножении. Дарвин предположил, что если геммулы образуются на протяжении всей жизни организма, то любые изменения в ходе развития особи, например удлинение шеи у жирафа, пытающегося дотянуться до самой верхушки кроны, могут передаваться из поколения в поколение. Весьма интересно сейчас выглядит тот факт, что Дарвин, занятый обоснованием теории естественного отбора, даже пытался защищать некоторые аспекты теории Жана-Батиста Ламарка, в основе которой лежало наследование приобретенных признаков. В будущем эта теория Ламарка была развенчана под влиянием эволюционных идей Дарвина. Последний считал, что движущей силой эволюции является естественный отбор, но одновременно предполагал, что механизм естественного отбора действует на уровне изменчивости, обусловленной пангенезисом. Если бы в то время Дарвин знал о работах Менделя, то он, вполне возможно, не ударился бы на закате своей жизни в некоторые ламаркистские идеи.

Итак, согласно теории пангенезиса, эмбрион «конструируется» из набора миниатюрных частей. Наряду с теорией пангенезиса существовала и иная гипотеза – «преформизм», в которой этап сборки эмбриона из частей вообще исключался. Согласно теории преформизма либо в яйцеклетке, либо в сперматозоиде (вопрос о том, где именно, оставался спорным) содержится полностью сформированный человек, именуемый «гомункулом». Соответственно, развитие сводилось к простому увеличению гомункула, из которого в дальнейшем вырастало полноценное существо. Во времена господства идей преформизма возникновение генетически предрасположенных заболеваний интерпретировались по-разному: как проявление Божьего гнева, вмешательство демонов или чертей или как свидетельство избытка или недостатка отцовского «семени». Порой генетические болезни увязывали с «греховными помыслами», которые позволяла себе будущая мать до и во время беременности. Например, считалось, что у плода могут быть пороки развития, если мать в период беременности подавляет свои чувства и испытывает фрустрацию. Наполеон во Франции даже пролоббировал закон, согласно которому беременным женщинам разрешались мелкие кражи в магазинах. Стоит ли говорить, что ни одно из этих убеждений не помогло человечеству приблизиться к разгадке природы генетических болезней.

К началу XIX века с появлением качественных оптических микроскопов преформизм был развенчан. Как ни вглядывайся в окуляр микроскопа, ты не обнаружишь крошечного гомункула, свернувшегося в сперматозоиде или яйцеклетке. Однако пангенезис – более древнее заблуждение – продержался намного дольше, просто потому что визуализировать геммулы было гораздо сложнее. Тем не менее эта теория также была развенчана Августом Вейсманом, считавшим, что наследование зависит от непрерывной передачи зародышевой плазмы от поколения к поколению и, следовательно, изменения организма, приобретаемые в течение жизни особи, не могут передаваться последующим поколениям. Свою теорию он доказал простейшим опытом по удалению хвостов у нескольких поколений мышей. Согласно теории дарвиновского пангенезиса бесхвостые мыши должны распространять геммулы с особой характеристикой – бесхвостостью, и все потомки бесхвостых мышей тоже должны быть бесхвостыми или иметь куцые хвосты, однако у мышей с удаленными хвостами из поколения в поколение рождались хвостатые мышата. Так опыт Вейсмана окончательно развенчал теорию пангенезиса.

Разобраться во всем этом многообразии теорий и опытов впервые удалось Грегору Менделю, который в связи с происхождением имел небольшие шансы стать великим ученым. Мендель родился на территории нынешней Чехии в крестьянской семье, блестяще учился в сельской школе и в возрасте двадцати одного года ушел в монастырь августинцев в городе Брно. Потерпев полный крах на посту приходского священника, поскольку обязанности священнослужителя довели его до нервного срыва, он попробовал себя в учительстве. По всем историческим отзывам, Мендель оказался хорошим учителем, но, чтобы закрепить право преподавателя, Менделю необходимо было сдать квалификационный экзамен. Он завалил экзамен. Тогда настоятель того монастыря, где служил Мендель, аббат Напп, выдал ему рекомендацию для учебы в Венском университете. Став слушателем университета, Мендель без устали изучал науки, готовясь к переэкзаменовке. Несмотря на то что в Вене Мендель делал явные успехи в физике, с экзаменом он снова не справился и не смог подняться по карьерной лестнице выше внештатного преподавателя.