Георгий Гамов - Мистер Томпкинс внутри самого себя

Мистер Томпкинс вздохнул с явным облегчением. Заметив это, отец Мендельморганштерн решил еще больше обрадовать его:

— В действительности вероятность того, что ваша внучка не унаследует от вас ни одного гена, еще меньше. Это объясняется явлением, получившим название кроссинговера, или, попросту перекреста хромосом. Когда две хромосомы выстраиваются в пару при мейозе, некоторые из карточек с наследственной информацией, или генов, часто переходят из одного ящичка, где они хранятся, в другой. Какие из карточек меняются местами, а какие остаются на прежних местах, также определяется игрой случая. Однако ясно одно: если обмен происходит, то хромосомы перестают быть чисто отцовскими или чисто материнскими, а становятся смешанными — отцовско-материнскими (или материнско-отцовскими). Выглядит кроссинговер следующим образом. Когда хромосомы выстраиваются парами, прилегая друг к другу в каком-то одном и том же месте, у обоих хромосом, может произойти поломка, которая затем «залечивается», или рекомбинируется деталями хромосомы-партнера. Поэтому в сперматозоиде вашего сына хромосома, которую он унаследовал от своей матери, может содержать участки хромосомы, унаследованной им от вас. Поэтому вероятность того, что ваша внучка не унаследует от вас ни одного гена, ничтожно мала ... Однако она вполне может унаследовать от вас меньше генов, чем в среднем, составляющем 1/2. Если же взять не внучку, а ваших более отдаленных потомков, то вероятность того, что они не унаследуют от вас ни одного гена, становится довольно большой. Например, многие законные наследники Христофора Колумба вполне вероятно не являются его наследниками в биологическом смысле.

— Одно мне не совсем ясно, — прервал отца Мендельморганштерна мистер Томпкинс. — Вы живете здесь среди генов и знаете о них все.

Но как узнали о них так много биологи, написавшие о генах книги для людей, вроде меня? Они же заведомо не расхаживали, разглядывая гены в лупу, как я?

— Биологи использовали непрямые, или косвенные методы, чем-то напоминающие методы химиков. Хотя химики до недавнего времени не видели атомов, им все же удалось придти к правильным заключениям о структуре многих молекул, анализируя умозрительно, какие химические реакции возможны, а какие не возможны. Биологи сумели собрать огромную информацию, составляя карты хромосом, т. е. устанавливая, в каком порядке гены расположены в хромосоме. Хотя осуществить такую картографическую съемку на практике не всегда легко, теоретически это очень простая процедура.

Первые и наиболее подробные карты хромосом были сняты на плодовых мушках, поэтому и мы выберем их в качестве примера. Рассмотрим только одну пару хромосом. Одна из этих хромосом нормальная, а ее партнер несет шесть генов-мутантов, которых мы обозначим А, В, С, D, Е и F. Наша задача заключается в том, чтобы определить, в каком порядке эти гены располагаются в хромосоме.

Для этого вы можете спарить нормальную плодовую мушку с другой мушкой-носительницей двух хромосом с генами-мутантами. Потомство от произведенного нами скрещивания, разумеется, всегда получает от одного из родителей одну нормальную хромосому. Но другой родитель может дать либо нормальную хромосому, либо хромосому с генами-мутантами. Поэтому на первый взгляд может показаться, что у половины вылупившихся мушек все хромосомы будут нормальными, а у другой половины одна хромосома будет нормальной, а другая — с генами-мутантами. Но могут происходить и действительно происходят более сложные вещи. Предположим, что когда хромосомы выстраиваются в пары, чтобы уменьшить число хромосом и образовать яйцеклетку, нормальная и мутантная хромосомы частично обмениваются содержимым, например, обе получают повреждение в середине и залечивают рану, обмениваясь хромосомами с одинаковыми номерами.

В результате вы получаете яичко, в котором имеются, например, всего три мутантных гена, о чем вы узнаете, наблюдая за мушкой, которая вылупляется из этого яичка. Теперь вы знаете, что эти три мутанта лежат в одном блоке хромосомы, а три других гена — в другом блоке.

На основе этой информации вы составляете первую, предварительную карту хромосомы [А, С, D] [Е, В, F]. Квадратные скобки означают, что вам пока неизвестно, в каком порядке расположены гены в блоке.

Обмен в промежутках между генами D и С происходит чаще

Затем вы находите другую мушку, которая несет в себе гены А, С, D и ген В , но не несет гены Е или F. Из существования такой мушки вы заключаете, что мутантный ген В расположен к генам А, С, D ближе, чем Е и F, и составляет вторую предварительную карту [А, С, D] В [Е, F]. Если вам удастся найти мушку типа А, то карта примет вид А[С, D]B[E, F]. Повторяя скрещивания, вам в конце концов удастся расположить гены в надлежащем относительном порядке, например, в порядке ADCBEF. Вы можете также узнать кое-что об относительном расстоянии между генами. Предположим, что карта имеет вид A. D ... С. В. Е. F, т. е. что расстояние между D и С, больше, чем между А и D. Тогда обмен где-то в промежутке между D и С, будет происходить чаще, порождая мушек типа AD или CBEF, а обмен в промежутке между А и D станет менее вероятен. Следовательно, мушки типа А или D CBEF будут встречаться реже. Таким образом, изучая, сколько процентов от общего числа мушек составляют мушки различных типов, вы можете делать заключения о расстояниях между генами. По существу именно этот метод, уточненный и усовершенствованный, позволил нам получить неправдоподобно детальное знание генетической карты. Разумеется, существуют и другие методы исследования, и генетика стала одним из наиболее фундаментальных разделов биологической науки. Поскольку гены являются носителями всей информации об особенностях организма, чем больше мы знаем о генах, тем больше нам известно о всем организме.

— А все ли мои гены переносятся хромосомами? —поинтересовался мистер Томпкинс.

— Большинство генов переносятся хромосомами, но изредка встречаются гены, которые плавают в цитоплазме, так называется часть клетки вне ядра. Пока эти гены еще недостаточно исследованы.

— Весьма признателен вам за столь ясные объяснения, — поблагодарил мистер Томпкинс, — но, если позволите, я хотел бы вернуться к вопросу, который мне хотелось задать вам в самом начале. Как получается, что сыновья наследуют цветовую слепоту от матерей, и почему сами женщины редко страдают от этого дефекта?

— Все объясняется очень просто, — ответил отец Мендельморганштерн. — Из правила, согласно которому хромосомы матери и отца одинаковы, имеется одно исключение: двадцать третья хромосома бывает двух типов, X и Y. Х-хромосома более или менее похожа на другие хромосомы. У женщин имеются по две Х-хромосомы, равно как и по две хромосомы каждого из остальных типов. У мужчин имеется только одна Х-хромосома; партнером Х-хромосомы у них служит Y-хромосома, своего рода недоразвитый вариант Х-хромосомы, несущий неполное число генов.