Борис Медников - Дарвинизм в XX веке

Ген существует

…хромосомная теория наследств ценности вошла в золотой фонд науки человечества.

В шестидесятых годах прошлого века в августинском монастыре города Брюнна тогдашней Австрийской империи (ныне город Брно в Чехословакии) проживал странный монах Грегор (в миру — Иоганн) Мендель. Исполнением своих прямых монашеских обязанностей он явно тяготился, зато охотно преподавал в реальном училище, а в свободное время со страстью изучал природу во многих ее проявлениях. Он разводил пчел и выращивал растения в крохотном огороде (7×35 м) под окнами своей кельи, вел метеорологические наблюдения, переписывался со многими видными учеными Европы и живо интересовался последними новинками научной мысли, в том числе нашумевшей книгой некоего эсквайра Дарвина.

Удивляться нечему — рясу Мендель надел лишь для того, чтобы получить образование и верный кусок хлеба, не ведая, что монашеский сан через сто лет некоторые будут ставить ему в вину и даже отрицать на этом основании его безупречные опыты.

А опыты были воистину замечательными. Теперь они изучаются в школах и известны почти всем. Но на всякий случай напомним: Мендель установил, что признаки организмов (в данном случае — обычного гороха) можно разделить на две группы — доминантные и рецессивные[6]. Проявлялись они при скрещивании. Например, желтый цвет семядолей горошин подавлял зеленый цвет. Гибриды первого поколения все имели желтые горошины.

Однако Мендель на этом не остановился и высеял гибридные горошины снова. Странное дело: во втором поколении рецессивный признак — зеленый цвет горошин — вновь возник в среднем в 25 % случаев. На 152 824 желтых горошины оказалось 50 676 зеленых (отношение 3,004:0,996). Гениальность Менделя заключалась в том, что он истолковал полученный факт абсолютно правильно. Наследственные факторы организмов, как он называл гены, распределяются в потомстве случайно. Один ген организм получал от отца, другой — от матери.

Каковы же возможные сочетания генов (в данном случае — зеленых и желтых горошин)?

1. Зеленый + желтый.

2. Желтый + зеленый.

3. Желтый + желтый.

4. Зеленый + зеленый.

В любой из пар, кроме последней, доминантный фактор подавлял рецессивный, и отношение их в потомстве получалось 3:1. Совершенно аналогичный результат мы получили бы, подбрасывая сразу две монеты (договорившись, что выигрывает тот игрок, у которого хотя бы одна монета ляжет орлом кверху). В 25 % выпадает два орла, в 50 % — один орел и одна решка и лишь в 25 % — две решки. Эта аналогия имеет глубокий смысл — она указывает, что отношение 3:1 должно получиться лишь при достаточном числе бросков, то есть гибридных семян. Только в этом случае закономерность выступает из хаоса случайного.

Историки науки, после того как работа Менделя в 1900 году была переоткрыта, вспомнили, что подобные результаты получали многие исследователи, в том числе и сам Дарвин. Опишем для примера его опыт.

Дарвин скрестил обычный львиный зев с разновидностью, имевшей на верхушке радиально-симметричный, так называемый пелорический цветок. Потомство первого поколения оказалось все с обычными цветами, но во втором «из 127 проростков 88 имели цветы обычной формы, 2 — промежуточной между пелорической и нормальной и 37 — были пелорическими».

С учетом случайного отклонения отношение признаков было близко к 3:1. В этом нетрудно убедиться, подсчитав вероятную ошибку m по формуле

m = ± q(n — q)/n,

где n — сумма всех гибридов, a q — число, которое можно ожидать из соотношения 3:1. Почему же Дарвин не опередил Менделя?

Я не думаю, что причиной была пресловутая дарвиновская нелюбовь к математике. Дело гораздо сложнее. Предшественники Менделя пытались разгадать наследуемость всех признаков организма сразу, не абстрагируясь до судьбы отдельных. В результате первое поколение гибридов им казалось смешанным — ведь в нем проявлялись доминантные гены и со стороны отца, и со стороны матери. Отсюда прямая дорога к некоей слитной наследственности, о которой шла речь в предыдущей главе.

Второй, не менее важный закон Менделя касается гибридов, родители которых различаются по ряду признаков. Оказывается, эти признаки распределяются в потомстве независимо друг от друга, и комбинации их чисто случайны (в опыте Менделя, например, желтый и зеленый цвет горошин и морщинистая и гладкая их поверхность).

Законы Менделя далеко не всем могли понравиться — именно из-за четкого признания случайности в процессе перераспределения наследственных факторов. Поэтому после возрождения менделизма в 1900 году Де Фризом, Корренсом и Чермаком в биологии вспыхнули жаркие споры. Любопытная закономерность: самые непримиримые противники менделевских законов, если они были честными учеными, в конце концов становились их сторонниками и продолжателями дела Менделя.

Вот пример, малоизвестный и убедительный. Наш великий садовод И. В. Мичурин в 1915 году писал: «В последнее время наши неофиты дела гибридизации как-то особенно назойливо стараются нам навязать этот гороховый закон — создание австрийского монаха». Однако Мичурин был настоящим ученым и решил проверить законы Менделя на гибридах обычной яблони с яблоней Недзвецкого. Последний вид — очень удачный партнер для скрещивания: у него красные плоды, красная кора и даже хлорофилл листьев замаскирован красным антоциановым пигментом. Уже в 1917 году Мичурин описал первые подобные опыты, где были получены четкие числовые расщепления, а двадцать лет спустя отмечал: «В законе Менделя я нисколько не отвергаю его достоинств» — и рекомендовал для показательных скрещиваний, демонстрирующих применимость менделизма в генетике плодовых, именно яблоню Недзвецкого, а также краснолистную грушу, сливу и орех. Поэтому было бы кощунством утверждать, что Мичурин до конца дней отвергал менделизм. Все обстояло как раз наоборот.

Колоссально много для развития учения о наследственности сделал американец Томас Гент Морган, который вначале был столь же ярым противником Менделя и решил его опровергнуть на другом объекте — кроликах. Однако попечители Колумбийского университета, где работал Морган, сочли кроликов чересчур дорогими; Морган не пал духом и использовал для опытов крошечную плодовую мушку — дрозофилу. Дрозофила стала классическим объектом генетики — редчайший случай, когда скупость снабженцев оказала науке неоценимую услугу! Дело в том, что за год можно получить 25 поколений дрозофил и разместить на одном лабораторном столе их многотысячные «стада». Помимо этого, в работе с дрозофилой есть какая-то непонятная, но властная притягательность. Я помню, как мне в свое время пришлось поставить на ней несколько опытов — я без особой нужды для основной работы затянул их на добрые полгода и прервал с великим сожалением. Это, как говорят на лабораторном жаргоне, болтливый объект — так много из него познаешь нового.

Рассказать о всех открытиях Моргана и созданной им научной школы здесь невозможно: для этого потребовалась бы книга по меньшей мере такого же объема. Да в этом и нет нужды — в последнее время вышло достаточно хороших популярных книг, посвященных успехам генетики. Мы рассмотрим лишь те открытия, которые имеют первостепенное значение для эволюционной теории.

Морган и его не менее прославившиеся ученики — А. Стертевант, Г. Мёллер и К. Бриджес в 1909–1911 годах доказали, что второе правило Менделя не абсолютно. Полной независимости в распределении наследственных задатков нет: они распределены по группам сцепления, иными словами, — могут передаваться потомству лишь совместно. У дрозофилы четыре таких группы — столько же, сколько пар хромосом в клетках тела, и столько же, сколько хромосом получает мужская или женская половая клетка — гамета. Гениальное предвидение Августа Вейсмана, в XIX веке связавшего наследственность с хромосомами, полностью подтвердилось.

Далее, само правило сцепления оказалось неабсолютным. Гены могли переноситься из одной хромосомы в другую. Для тех, кто забыл школьную биологию или учился в период с 1948 по 1964 годы, напомним, что при делении клетки, приводящем к образованию гаметы (мейоз), хромосомы не делятся. Парные, гомологичные хромосомы выстраиваются друг против друга, а затем расходятся по клеткам. В результате яйцеклетка и спермий имеют уменьшенное вдвое число хромосом — у человека — 23, у дрозофилы — 4 (так называемый гаплоидный набор). Лишь слияние гамет, приводящее к возникновению оплодотворенной яйцеклетки — зиготы, восстанавливает прежний, диплоидный набор, характерный для вида.

Группа Моргана показала, что, выстроившись попарно, гомологичные хромосомы при мейозе могут обменяться частями. Это явление было названо кроссинговером (перекрестом). Оказалось, что цитологи уже давно наблюдали кроссинговер в клетках многих организмов.