Борис Медников - Дарвинизм в XX веке

Но вернемся к химическому мутагенезу. Еще в 1932–1934 годах советские генетики В. В. Сахаров и М. Е. Лобашов независимо друг от друга впервые получили точковые мутации у дрозофилы с помощью йода и других веществ. Эффективность первых мутагенов по сравнению с рентгеном была весьма низкой, поэтому открытие прошло незамеченным — все научные силы были брошены на исследование мутаций, вызванных рентгеновским излучением. Ученые, разрабатывающие новую отрасль, нередко напоминают игроков плохой футбольной команды, которые, сломя голову, кучей бегут за мячом, не видя ничего вокруг. А жаль! Хотя первые мутагены были и малоэффективны, они вызывали одни мутации чаще, чем другие. Иными словами, они действовали специфично, а это недвусмысленно говорило о различиях в химическом составе генов. Удалось также установить, что в одни периоды жизни клетки гены более доступны, чем в другие, что могло пролить свет на механизм действия гена.

Скачок в изучении химического мутагенеза произошел тогда, когда советский генетик И. А. Рапопорт открыл мутагенное действие формальдегида (1946), а впоследствии открыл супермутагены, вызывающие мутации почти у 100 % обработанных ими особей. Ш. Ауэрбах установила, что сходный эффект вызывают некоторые производные иприта. В последнее время химический мутагенез усиленно изучается и имеет большое практическое значение.

Специфичность действия мутагенов породила необоснованные надежды на возможность получения желаемых мутаций «по заказу». В печати иногда появляются сообщения о синтезе чудодейственных мутагенов, вызывающих направленные мутации. Это неверно: мутагены, как и излучение, могут вызвать желаемую мутацию лишь случайно. Чтобы получить мутацию «по заказу», нужно заставить мутаген прореагировать с определенным местом нужного гена (а генов в клетке много тысяч, мы не знаем расположения большинства из них и лишь в редких случаях можем предсказать ожидаемый фенотипический эффект). Поэтому проблема так называемых направленных мутаций вряд ли будет решена в обозримом будущем. Парадоксально, но направленно изменить наследственность оказалось проще другим путем: синтезировать ген заново и включить его в геном изменяемой клетки (оба этапа этой работы уже выполнены на модельных объектах).

Таким образом, исследования по химическому и радиомутагенезу лишний раз подтвердили принципиальную ненаправленность, случайность генетических изменений. Адекватности (соответствия) при мутациях не наблюдается, они носят характер дарвиновской неопределенной изменчивости. Самым важным в этих работах оказалось, однако, то, что они позволили оценить порядок величины генов и их стабильность. Как писал в то время Т. Морган, «мы легко можем оказаться на дороге в обетованную землю, где биологические явления могут рассматриваться как явления физические и химические».

До обетованной земли — молекулярной биологии — оставались считанные годы. Точнее, она уже тогда существовала, но никто, за исключением немногочисленных предтеч — в первую очередь академика Н. К. Кольцова, — не мог предвидеть ее грядущего величия.

Быть может, все началось с эффекта трансформации. Американский бактериолог Ф. Гриффитс в 1928 году изучал пневмококки, вызывающие воспаление легких у мышей. В его распоряжении было два штамма. Кокки одного исправно убивали мышей; их клетки могли одеваться капсулами (S-штамм). Второй штамм — R болезни у хвостатых мучеников науки не вызывал и капсул не образовывал.

Схема опыта по трансформации бактерии. Активный штамм S убивает мышей (1), неактивный R — не убивает (2). Убитые подогревом бактерии S не действуют на мышей, но если смешать их с неактивными R, передают им смертоносность (3, 4).

Гриффитс убил клетки S-штамма нагреванием, смешал с живыми клетками R-штамма и вспрыснул мышам. Через 3–5 дней мыши погибли, и из крови были выделены живые закапсулированные кокки S-штамма.

Опыт мог толковаться однозначно: убитые кокки выделяют какое-то вещество, которое внедряется в клетки живых, передавая им наследственные свойства. Легко было предположить, что это и было загадочное «вещество наследственности» — материал, из которого состоит ген. Однако, что это за вещество — никто не знал, хотя выбор был достаточно ограничен. Хромосомы всех организмов состоят из двух веществ — белка и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), в то время именовавшейся тимонуклеиновой, или просто тимонуклеином. Наш замечательный биолог Н. К. Кольцов еще в 1927 году предсказал, что гены должны быть огромными нитевидными молекулами, соединяющимися в хромосоме в одномерную последовательность. Далее он уверенно говорил о самоудвоении гена, его матричном синтезе. И лишь в одном Кольцов ошибся: субстратом гена он считал белок, ибо тимонуклеин в те годы казался чересчур простым соединением: «Наиболее специфическая окраска для хроматина, так называемая фельгеновская, оказалась реактивом на тимонуклеиновую кислоту, то есть сравнительно простое органическое соединение, которому было бы странно приписывать роль носителя наследственных свойств. Притом же в промежутках между двумя делениями клеток это вещество пропадает (то есть перестает окрашиваться специфической краской — реактивом Фельгена. — Б. М.), между тем как структуры, приписываемые хромосомам генетиками, настолько сложны, что было бы безумием допускать возможность хотя бы и временного их распада».

С точки зрения всего уровня тогдашних знаний вывод Кольцова казался безупречным. Большинство исследователей склонялось к нему (за ДНК без особых на то оснований стоял лишь известный генетик М. Демерец).

Так было до 1944 года, когда О. Эйвери, С. Мак-Леод и М. Маккарти после десяти лет чудовищной по сложности работы очистили вещество, изменяющее свойства пневмококков и условно названное фактором Гриффитса, в количестве, достаточном для биохимического анализа. Им оказалась ДНК. С этого времени и начался бурный взрывоподобный рост новой отрасли естествознания — молекулярной биологии. В истории наук не было прецедента, когда люди за столь короткий срок узнавали так много нового (пожалуй, за исключением эпохи создания атомной физики и квантовой механики).

Автор еще застал этот период молодости новой науки. Трудно описать атмосферу необыкновенного энтузиазма, когда каждый месяц (да что там — каждый день!) открывал что-то новое, когда ходившие среди нас живые классики еще не имели нимбов и не уверовали в свою непогрешимость — и все чувствовали себя равными богам. Быть может, такие чувства испытывают солдаты, после затяжной осады и кровопролитного штурма бегущие по улицам завоеванного города.

Теперь положение в молекулярной биологии несколько стабилизировалось, темп открытий замедлился (все верхние золотоносные жилы выбраны, начались глубинные разработки), а впереди проступают неясные перспективы новой, субмолекулярной биологии.

Впечатляющие успехи новой отрасли естествознания изложены во многих хороших книгах, содержание которых нет нужды здесь дублировать. Нас будет интересовать лишь то новое, что внесла молекулярная биология в теорию эволюции. Но перед этим нужно отдать должное тем, кто наполнил слово «нуклеин» новым содержанием.

В 1868–1869 годах в знаменитой Тюбингенской лаборатории немецкого химика Э.-Ф. Гоппе-Зейлера стажировался молодой швейцарский ученый Иоганн Фридрих Мишер. Его особенно интересовало химическое строение клеточного ядра — уже тогда наиболее дальновидные умы понимали значение этой структуры для жизни клетки. Объектом его опытов был гной — материал малоприятный, но благодарный: ведь гной состоит из полуразрушенных белых кровяных телец — лейкоцитов, из которых уже сами «выделились» ядра. Получив ядра в более или менее чистом виде, Мишер выделил из них некое новое вещество.

Оно осаждалось спиртом и кислотами и само было довольно сильной кислотой, имело значительный молекулярный вес и содержало много фосфора. Так как ядро по-латыни — нуклеус, молодой швейцарец, не мудрствуя лукаво, окрестил его нуклеином (так же, как вещество, выделенное из белладонны — латинское атропа, назвали атропином, а из кофе — кофеином).

Гоппе-Зейлер — химик с большим кругозором и чутьем, как говорят — с загадом, оценил открытие своего ученика. Стажеры Тюбингенской лаборатории попытались — и попытки эти увенчались успехом — выделить нуклеин из других объектов: дрожжей, эритроцитов птиц и пресмыкающихся. Эти клетки — ядерные; а вот из эритроцитов млекопитающих нуклеин выделить почти невозможно. Я сказал почти, потому что по последним данным в эритроцитах млекопитающих есть загадочная ДНК, связанная с их оболочками, хотя эти клетки безъядерны.

Вернувшись на родину, в Базель, Мишер продолжил исследования на новом объекте — сперме рейнского лосося. По-видимому, он умел выбирать объекты — сперматозоиды почти на 50 % состоят из ДНК. Мишер быстро установил, что нуклеин — вещество сложное, нечто вроде соли, где роль щелочи играет белок — протамин, а кислоты — загадочное, богатое фосфором вещество. Догадываясь, что в проблеме наследственности нуклеин имеет первостепенное значение, швейцарский Колумб молекулярной биологии не успел этого доказать.