Валерия Черепенчук - Генетика за 1 час

С точки зрения Коржинского, эволюцию двигают вперед не постепенные изменения, направленные на приспособление растения или организма к условиям внешней среды, а скачкообразные «вариации». Так, считал он, и возникают новые виды – не путем постепенного превращения, как утверждал Дарвин, а при помощи резкого выделения «из себя» новых форм. Такой способ Сергей Иванович назвал гетерогенезисом (от греч. heteros – другой; genes – происхождение, возникновение). Понятие «мутация» он еще не использовал. В 1899 г. исследователь изложил свою теорию в работе «Гетерогенезис и эволюция. К теории происхождения видов». Он не пришел к однозначному выводу относительно того, чем вызываются эти скачкообразные изменения, предположил только, что дело в каком-то воздействии на «яйцевую клетку». Ученый намеревался продолжить исследования, и, возможно, ему удалось бы значительно прояснить явление гетерогенезиса. Но сделать это ему помешала безвременная смерть – Коржинский умер в 1900 г., не дожив до 40 лет. Надо сказать, что в среде коллег его труд вызвал весьма неоднозначную реакцию. Многие прямо писали о том, что Сергей Иванович пытается представить «уродов» творцами эволюции и что далеко не всегда экземпляры, по неизвестной причине получившие какие-то новые признаки, оказываются идеально приспособленными к условиям окружающей среды!

Дискуссия продолжилась, когда свои разработки в вопросе внезапных изменений в 1901–1903 гг. представил Хуго де Фриз.

В числе его «подопытных» были экземпляры энотеры Ламарка (Oenothera lamarckiana), или проще – ослинника. Де Фриз заметил, что среди обычных растений иногда попадались довольно странные – чрезвычайно ветвистые, слишком большие или, наоборот, слишком маленькие, с чрезмерно большим количеством листьев или цветков. Вряд ли дело было в необходимости приспособиться, ведь подобные экземпляры произрастали рядом с обычными. Биолог предположил, что если бы изменение внешнего вида было результатом дарвиновской эволюции, то, во-первых, оно происходило бы постепенно и не столь явно, а во-вторых, затрагивало бы большее количество особей. Значит, причина в чем-то другом. Но самое интересное, что такие видоизмененные экземпляры, как выяснилось, могли передавать свои особенности потомкам! Именно Хуго де Фриз предложил термин «мутация» (от лат. mutatio – изменение). И по сей день мы называем так резкое изменение во внешнем виде организма или в его внутреннем строении, которое может наследоваться потомками «мутанта».

Как исследователи начала XX в. сформулировали «мутационную теорию»? Основные положения были следующими.

• Мутации происходят внезапно.

• Они проявляются весьма разнообразно; мутации могут быть как полезными, так и вредными.

• Появившиеся новые формы достаточно устойчивы.

• Мутации не представляют собой каких-то средних переходных форм, в отличие от наследственных эволюционных изменений. Они проявляются резко и радикально.

Во времена де Фриза механизм возникновения таких изменений не был подробно рассмотрен и изучен. Почему мутация возникает? Почему и, главное, как она передается? Можно ли вызвать мутацию искусственно? В самом начале XX в. на эти вопросы не было ответов… Как вы помните, к тому времени были лишь предположения относительно того, что наследственность (а значит, и мутации, скорее всего, тоже) связана с хроматином и хромосомами в клеточном ядре. Но предполагать мало, надо еще обосновать и доказать!

Параллельно с исследованиями Хуго де Фриза велись новые разработки в области исследования клеточного ядра и хромосом. Прежде чем рассказывать о том, как была окончательно сформулирована хромосомная теория наследственности, давайте посмотрим, что вообще на тот момент было известно о делении клетки и участии ее частей в этом процессе.

Весь путь развития организма – от оплодотворения до конца жизни – принято называть онтогенезом (от греч. őντος, ontos – сущий и γένεσις, genesis – зарождение). Термин был предложен Эрнстом Геккелем (1834–1919 гг.) еще в 1867 г. Как мы уже говорили, согласно клеточной теории, рост и развитие организмов – животных и растительных – основан на процессе деления клеток. Во второй половине XIX в. изучением этого удивительного явления занимался упоминавшийся нами Вальтер Флемминг. Именно он предложил термин «митоз» для обозначения клеточного деления, в процессе которого одна клетка делится на две с параллельным распределением хромосом поровну между дочерними клетками. Давайте посмотрим, какие основные стадии (фазы) митоза принято выделять.

• Профаза. В ходе этого подготовительного этапа образуется так называемое веретено деления клетки, условно говоря, клетка планирует, как она будет разделяться. Начинается процесс, который ученые называют конденсацией хромосом: они становятся видны под микроскопом. Как еще говорят, хромосомы уплотняются. Так происходит, потому что идут изменения на уровне ДНК (впрочем, во времена Флеминга об участии ДНК в процессе митоза, а тем более в формировании наследственности, еще никто не знал). Мы тоже обратимся к теме ДНК чуть позднее! Иногда говорят еще о препрофазе, но этот процесс «подготовки к подготовке» выделяют не всегда. Дело в том, что у клеток разных организмов и разных растений могут наблюдаться незначительные расхождения в протекании фаз митоза, но для нас они особого значения не имеют.

• Метафаза. Веретено деления полностью сформировалось, «внутренности» клетки начинают разделяться, как будто их притягивает к противоположным полюсам. Самое интересное, что хромосомы тоже подготавливаются к расщеплению. Если на ранней стадии митоза они под микроскопом напоминали пучки травинок или клочки тополиного пуха, то теперь они приобрели более четкую форму и стали похожи на буквы «X». «Пояски» в центре этих условных букв именуются центромерами.

• Анафаза. Хромосомы-буковки разделяются на уровне центромер и направляются к противоположным полюсам материнской клетки. Таким образом, в ней образуется два идентичных набора хромосом.

• Телофаза. Хромосомы становятся почти незаметны, или, как говорят биологи, деконденсируются. Вокруг каждого комплекта хромосом формируется новое клеточное ядро. Материнская клетка окончательно делится (этот процесс именуют еще цитокинезом), и на месте одной клетки образуется две. Каждая из двух дочерних клеток получает полный набор элементов, характерных для первоначальной клетки. Все!

В среднем все стадии митоза проходят за один-два часа. Конечно, мы описали этот сложнейший процесс в упрощенном виде, но для понимания происходящего пока достаточно. Митоз не следует путать с мейозом, который происходит в половых клетках и в процессе которого число хромосом уменьшается в два раза (ведь иначе при оплодотворении число хромосом увеличивалось бы вдвое, а с хромосомами шутки плохи!) Существует также понятие «амитоз» – в ходе этого процесса веретено деления клетки не образуется, она разделяется случайным образом и такое деление характерно в основном для патологических процессов, например, возникновения опухолей.