Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

Взглянув сквозь линзу, мистер Томпкинс увидел девушку в восточном одеянии, стоящую рядом с высокой стопкой глиняных табличек.

На каждой табличке было по одной букве какого-то неизвестного ему алфавита, девушка брала таблички из стопки — она складывала из них вторую стопку, точную копию первой.

— Это мисс Полимераза, фермент, — пояснил отец Мендельморганштерн. — Она строит точную копию хромосомы. Когда работа будет закончена и пары хромосом разойдутся в результате митоза, каждая из двух дочерних клеток будет обладать набором одинаковых хромосом.

— Вы хотите сказать, что одна клетка получает все новые хромосомы, а другой достаются все старые? — спросил мистер Томпкинс.

Мисс Полимераза строит точную копию хромосомы

— Нет. Новые и старые хромосомы ничем не отличаются друг от друга, поэтому не имеет значения, какие хромосомы, старые или новые, получает клетка.

— Трудно, должно быть, изготавливать точные копии, — заметил мистер Томпкинс.

— Не очень. Видите ли, такой способ копирования генетической информации природа изобрела в незапамятные времена, задолго до изобретения пишущих машинок, копирки и множительных аппаратов фирмы «Ксерокс». И нужно сказать, что действует этот способ почти без сбоев, лишь изредка случаются несколько ошибок, но числа их очень малы.

— Понятно, — кивнул мистер Томпкинс. — А как получается, что хромосомы делятся с такой удивительной точностью?

— А вот как. Взгляните, пожалуйста, сюда. Эта клетка в конце концов станет сперматозоидом. Все хромосомы уже удвоились, но дочки-близнецы еще не разделились и примыкают друг к другу по всей своей длине. Смотрите, что происходит дальше! Вот хромосомы выстроились в две линии вплотную друг к другу. На противоположных концах клетки имеется крохотное тело, которое называется центриоль. Оно тончайшими волокнами соединено с некоторой точкой на каждой хромосоме.

При митозе возникают две дочерние клетки с одинаковыми генами

Присмотревшись, вы заметите, что эти волокна сокращаются, и хромосомы разделяются, одни движутся к одному концу клетки, другие к другому. А вот клетка делится на две, и каждая дочерняя клетка имеет полный набор хромосом.

— Необычайно остроумный процесс! — не мог не признать мистер Томпкинс, — но чем больше я узнаю, тем больше теряюсь в догадках. Вы говорите, что эта клетка станет сперматозоидом. У нее 46 хромосом. Когда она сольется с яйцеклеткой, у которой, насколько я понимаю, тоже 46 хромосом, то по прошествии некоторого времени родится ребенок, сын или дочь, с 92 хромосомами, не так ли? У внука или внучки хромосом будет уже 184 и т. д. С каждым новым поколением число хромосом будет удваиваться! Но ведь в действительности ничего подобного не происходит! Как же так?

— Вы совершенно правы, когда утверждаете, что ничего подобного не происходит, — кивнул отец Мендельморганштерн. — Клетка, только что претерпевшая деление, не готова сразу стать сперматозоидом.

Прежде ей необходимо претерпеть еще одно деление, называемое редукционным делением, или мейозом, в результате которого число хромосом уменьшается вдвое. Взгляните сами, вот клетка, которая вот-вот должна претерпеть мейоз.

По мнению мистера Томпкинса, указанная клетка ничем особенным не отличалась от предыдущей, но отец Мендельморганштерн был для него непререкаемым авторитетом, и мистер Томпкинс верил каждому его слову.

— Когда клетка готовится стать сперматозоидом или яйцеклеткой, копии хромосом не делаются. Вот пара хромосом-близнецов номер три. Вместо того, чтобы каждая из них претерпела дубликацию, или удвоение, как это происходит при митозе, одна хромосома номер три, сближается с другой хромосомой под тем же номером. Все остальные хромосомы также образуют пары, или, как говорят специалисты, претерпевают конъюгацию, и выстраиваются парами. Поэтому вместо 46 хромосом, каждая из которых удваивается в результате дубликации, вы получаете 23 хромосомы, удвоенные в результате не дубликации, а конъюгации. Далее процесс протекает так же, как в случае митоза.

При мейозе каждая из дочерних клеток получает половину хромосом

Нити растягивают два набора по 23 хромосомы в противоположным концам клетки, клетка делится, и вы получаете в результате клетку с половинным числом хромосом. Вряд ли нужно говорить о том, что после мейоза в клетке остается только по одной хромосоме каждого типа.

Мы называем это гаплоидным, или половинным числом. Такая клетка содержит лишь по одной копии гена каждого типа. Нетрудно понять, что происходит дальше. Когда сперматозоид и яйцеклетка сливаются, каждый привносит по 23 хромосомы, и у ребенка снова образуется полный набор из 46 хромосом — по половине от каждого из родителей.

— Если я не ошибаюсь, — задумчиво проговорил мистер Томпкинс, — то это означает, что от бабушки и дедушки внук (или внучка) наследует четверть генов.

— Только в среднем, — поправил его отец Мендельморганштерн. — Дело в том, что при мейозе хромосомы распределяются случайным образом. Иначе говоря, дело обстоит совсем не так, будто все хромосомы, полученные вами от отца, достаются одному из ваших сперматозоидов, а все хромосомы, доставшиеся вам от матери, — другому сперматозоиду. Какая из хромосом любой пары достанется сперматозоиду, а какая — яйцеклетке, зависит от игры случая, важно лишь, что в сперматозоиде и яйцеклетке должны быть представлены по одной хромосоме каждого типа. Это означает, что если у вашего сына есть дочка, то вы можете не быть дедом вашей внучки.

— Как? — воскликнул мистер Томпкинс, несколько озадаченный и обеспокоенный таким заявлением.

— Очень просто, если, конечно, подумать. Так могло бы случиться, если сперматозоид вашего сына совершенно случайно получил бы только те хромосомы, которые ваш сын унаследовал от матери, и не получил бы ни одной хромосомы, унаследованной от вас. В этом случае ваша внучка не унаследовала бы от вас никаких хромосом.

— И часто такое случается?

— Это нетрудно подсчитать. Первая хромосома сперматозоида имеет равные шансы быть вашей или вашей жены, т. е. вероятность того и другого варианта равна 1/2. Следующая хромосома имеет такую же вероятность быть как вашей, так и вашей жены, поэтому вероятность того, что и первая, и вторая хромосомы, достались в наследство от вашей жены составляет 1/2 х 1/2 = 1/4. Вероятность того, что все 23 хромосомы унаследованы от вашей жены составляет одну на 223, или, что то же, одну 8388608-ю.