Николай Дубинин - Тайны наших генов
Если выделить из ядра одной клетки человека все его генетические молекулы ДНК и расположить их в линию одна за другой, то общая длина составит семь с половиной сантиметров. Такова гигантская биохимическая рабочая поверхность хромосом. Она дрожит от напряженной работы в каждой клетке человеческого организма. Это сконцентрированное в молекулярной записи наследие бесконечных веков прошедшей эволюции.
Как совершенно правильно и образно сказал об этом в своем романе "Лезвие бритвы" писатель Иван Ефремов, "наследственная память человеческого организма - результат жизненного опыта неисчислимых поколений, от рыбьих наших предков до человека, от палеозойской эры до наших дней. Эта инстинктивная память клеток и организма в целом есть тот автопилот, который автоматически ведет нас через все проявления жизни, борясь с болезнями, заставляя действовать сложнейшие автоматические системы нервной, химической, электрической и невесть какой еще регулировки. Чем больше мы узнаем биологию человека, тем более сложные системы мы в ней открываем".
И из всех этих сложнейших систем природа, характер и развитие наследственности и есть предмет генетики.
- Николай Петрович, но, коль скоро все или, по крайней мере, основные секреты наследственности изучены, у ученых появилась возможность воздействовать на нее. Это значит, что человек может по своему желанию изменять животный и растительный мир и даже, как это довольно часто описывают в произведениях писатели-фантасты... самого себя. Не так ли?
- Вы говорите сразу о нескольких проблемах: о возможности воздействия на наследственность, о селекции сельскохозяйственных растений и животных, об улучшении генетики человека и борьбе с наследственными заболеваниями.
Как я уже говорил, познание законов наследственности - это не самоцель ученых-генетиков. Конечно же, все это необходимо нам для того, чтобы научиться воздействовать на природу, изменять окружающий нас животный и растительный мир, и если надо, то и самого человека. И благодаря открытиям ученых современная генетика уже научилась искусственно вызывать изменения в наследственных структурах организма. В этом ее величайшая заслуга. И хотя подчас биологи не могут еще детально разобраться в процессах, идущих в ядре и цитоплазме клетки, они уже научились использовать стойкие изменения в наследственном аппарате, если они полезны, и бороться с вредными.
Чтобы сделать яснее картину достижений генетики, бросим беглый взгляд на процессы эволюции в природе, те самые процессы, о которых говорится в учении Дарвина. Для этого воспользуемся нехитрой моделью - аквариумом, где плавают несколько пар рыбок гуппи. Через какое-то время рядом с родителями появится потомство первого поколения, затем второ,го, третьего... Постепенно гуппи заполнят весь аквариум. И если не увеличить рацион кормления и не подавать в воду насосом кислород, то выживут лишь самые сильные рыбки, те, что смогут бороться с невзгодами и захватывать пищу. В конце концов в живых будут оставаться только наиболее выносливые особи и в аквариуме установится биологическое равновесие.
Примерно то же самое происходит и в природе. Если бы не было борьбы за существование, то количество животных одного вида резко увеличилось, и в конечном итоге их стало бы так много, что они заполнили бы всю планету. Но мы знаем: число особей каждого вида на Земле ограничено. А это значит, что в каждом поколении остаются жить только наиболее приспособленные.
Однако для действия естественного отбора перенаселенность необязательна. В пределах одного вида нет генетически совершенно одинаковых существ. Некоторые оставляют более выносливое потомство, другие - хилое. Через несколько поколений преимущество получают потомки более приспособленных организмов. Вполне понятно, что такой процесс может происходить лишь в том случае, если полезные признаки передаются по наследству.
Эволюция предполагает появление новых признаков, и они приобретаются организмами. А это значит, что в наследственности возможны вариации. Возникают они в виде так называемых мутаций - стойких изменений в генах и хромосомах, изменений, которые выделяют организм из остальных, делают его непохожим, "чужим" среди других, подобных ему.
Для живых существ, как это показывают наблюдения и опыты, эти новые мутации могут быть полезными, вредными или нейтральными. Генетики и селекционеры стараются воспользоваться полезными мутациями и нередко сами создают их. И в то же время стремятся избавиться от вредных или ненужных изменений в наследственности.
- Из всего вами сказанного явствует, что на современном уровне генетики человек уже может воздействовать на наследственность, создавать такие виды животных и растений, которые ему необходимы и которых недостает в природе. Какими же путями идет генетика и селекция в сельском хозяйстве и каковы уже достигнутые результаты?
- Ученые-селекционеры, как правило, не ставили перед собой цели создавать новые виды растений, их основная задача - улучшать уже существующие, разрабатывать высокоурожайные сорта. Генетика стала научной основой селекции, многие ее экспериментальные и теоретические разработки привели к целому ряду скачков в производительности домашних животных и культурных растений.
В настоящее время выращивается более 4800 сортов и гибридов различных сельскохозяйственных культур, в том числе почти 2800 сортов различных полевых культур, в подавляющем большинстве хорошо приспособленных к возделыванию в местных почвенно-климатических условиях различных зон.
Они дают высокие урожаи и ценную по качеству продукцию.
Многие из этих сортов - результат работы ученых-генетиков.
И можно с полной уверенностью сказать, что в ближайшем будущем ожидаются более высокие достижения.
Нельзя забывать и такой факт, как изменение агротехники и введение механизации. Это, как ни покажется вам странным на первый взгляд, тоже создает новые требования к сортам, такие, как устойчивость против осыпания, неполегаемость у хлебов, у хлопчатника - определенное расположение коробочек, у кукурузы - определенная высота прикрепления початков и многое другое. Учитывать все это при выведении нового сорта - задача нелегкая, но необходимая.
И сейчас, когда многие законы наследственности уже познаны, ученым чаще всего не приходится работать на ощупь, как это было раньше. Они уже заранее видят, какое потомство получат от двух разных родителей. Выведение нового сорта идет 351 не наугад, а целеустремленно, и вследствие этого результаты получаются намного быстрее. Короче говоря, человек научился ускорять процесс эволюции. Природа улучшала какой-либо признак растения за тысячи лет. Человек сократил этот процесс в сотни раз. Скажите, разве это не фантастично, что человек научился направлять развитие организма в нужную для него сторону, "реконструировать" наследственность?
- Скажите, ну а каким же путем получается все это многообразие новых сортов?
- Еще совсем недавно для выведения нового сорта пшеницы чаще всего скрещивали различные географически удаленные формы. Сегодня же все чаще новые сорта получают с помощью мутаций - тех изменений, на которых строится эволюция. Использование мутационной формы кукурузы, которая резко повысила в зерне уровень для питания животных аминокислоты - лизина, привело к новой революции в возделывании этого растения.
Мы являемся свидетелями коренных переделок генетической природы растений. Эти переделки получили название "зеленых революций". У нас в стране после знаменитых работ В. Пустовойта с подсолнечником успешно переживают "зеленую революцию" пшеница, кукуруза, сахарная свекла и другие растения. По Мексике, Индии, Филиппинам и по ряду других стран триумфально шествует "зеленая революция" по возделыванию риса и пшеницы. Это было достигнуто путем использования мутации карликовости, при котором энергия роста переключается на развитие колоса. В Индии, например, получен замечательный сорт пшеницы после воздействия на зерно радиацией.
Широкое развитие получили методы искусственного вызывания мутации под влиянием радиации и химических соединений. Более 100 радиационных сортов растений уже вошло в производство и стало достоянием сельскохозяйственной практики. И хотя мы пока еще не всегда можем сказать с полной определенностью, какой из видов воздействия принесет ожидаемый результат, то, что уже достигнуто, - большой успех.
Мы уже в состоянии, используя факторы внешней среды, вмешиваться в химическую структуру генов, можем вызывать в любом нужном нам количестве мутации генов и хромосом.
Этим по-новому решается проблема исходного материала для селекции. И, лишь пройдя строгую селекцию, а в ряде случаев и пройдя через скрещивание, они могут положить начало новым сортам особо высокой урожайности.
