Страница 57 из 92
Так Морган установил, что гены действительно находятся в хромосомах. Это открытие, объясняло противоречие, обнаруженное Бетсоиом и. Пенистом. Вскоре, однако, возникли, новые проблемы. Гены, о, которых было известно, что они принадлежат к одной группе, в следующих, поколениях, неожиданно оказывались в разных группах. Морган высказал предположение, что происходит, обмен генетическим материалом, между разными, хромосомами. Ему даже удалось, наблюдать этот процесс в. микроскоп:. две. хромосомы, сближались и скрещивались, обмениваясь фрагментами. Этот, процесс, получил название кроссинговера.
Морган представлял себе. гены, упорядоченными по длине хромосом, как. бусинки в. ожерелье. Экспериментальные данные привели его к замечательной идее о создании генетических карт. Очевидно, что, чем дальше находятся два гена друг от друга, тем больше вероятность обрыва, их связывающей нити и получения, новых сочетаний генов. Стало возможным определить относительное расстояние между генами в. хромосоме путем, простого вычисления процента кроссинговера. Впоследствии: была даже, введена единица измерения «моргай», соответствующая, одному проценту кроссинговера.
Замечательное открытие Моргана дало мощный толчок развитию генетики. Молодая наука обогатилась первыми теоретическими обоснованиями и получила признание в мире ученых. Одним из выражений такого признания бьют решение: профессоров из Каролинского института присудить в 1933 г. Нобелевскую, премию по физиологии, и медицине Моргану за создание хромосомной теории наследственности.
В опытах Моргана новая мутация случалась один раз на несколько тысяч дрозофил. С развитием концепции гена стало ясно, что в основе мутации лежат какие-то химические изменения в веществе — носителе наследственной информации. Этот вопрос был подробно изучен Г. Дж. Мёллером, который еще со студенческих лет начал работать в группе Моргана. Освоив в совершенстве методы работы с дрозофилами, он приступил к самостоятельному исследованию мутаций, их причин и возможностей получения искусственным путем.
Мёллер подвергал дрозофил различным воздействиям и уже в самом начале исследований установил, что число мутаций увеличивается с повышением температуры. Он вспомнил об известной из химии закономерности, а именно о том, что при нагревании скорость реакции возрастает, и решил искать другие, еще более сильные средства воздействия. Он начал с облучения мушек светом и наконец, в 1926 г., дошел до рентгеновских лучей. За год до этого Г.А. Надсон совместно с Г.С. Филипповым в Советском Союзе уже провели подобные опыты, подвергая дрожжи рентгеновскому облучению.
Эти эксперименты положили начало радиобиологии. Мёллер добился почти 100-процентной мутации в потомстве дрозофил, что в тысячи раз превышает частоту мутаций в естественных условиях. Так он осуществил мечту своей молодости — ускорить процесс эволюции, найдя способ вмешиваться в него. Метод получения искусственных мутаций был с восторгом встречен селекционерами. Уже в 1928 г. Л. Стедлер успешно применил его к кукурузе. В 30-е годы Н.В. Тимофеев-Ресовский, Макс Дельбрюк и другие крупные ученые создали теорию мишени, которая объясняла действие радиации.
Открытие Мёллера принесло ему всемирную известность. В 1932 г. он был приглашен на работу в Берлин, а два года спустя — в Ленинград, где работал с выдающимся советским генетиком Николаем Ивановичем Вавиловым. Затем, до 1937 г., Мёллер работал в Москве, руководя большим коллективом сотрудников[25]. В 1945 г. мир узнал о зловещей мощи и пагубном воздействии атомного оружия. Радиобиология сразу стала исключительно актуальной. И вскоре, в 1946 г., Г.Дж. Мёллер был удостоен Нобелевской премии по медицине и физиологии за исследование мутаций, вызываемых рентгеновским излучением.
Хромосомная теория наследственности явилась высшим достижением классической генетики. Хромосомные карты и возможность создания искусственных мутаций с помощью радиации или химических мутагенов оказалась мощным оружием в руках селекционеров. Благодаря ему чисто интуитивный искусственный отбор, осуществляемый в течение тысячелетий, превратился в точную науку, и это позволило неимоверно ускорить создание новых сортов. В 50—60-е годы были получены новые высокоурожайные культуры, результат их внедрения оказался столь впечатляющим, что в мире заговорили о «зеленой революции». К числу ученых, внесших большой вклад в ее осуществление, относится американский ученый-селекционер Норман Эрнест Борлоуг. В 50-е годы он начал проводить в Мексике исследования коротко-стебельных сортов пшеницы, скрещивая японский сорт «нории» с другими известными сортами. Постепенно были получены короткостебельные гибриды японского предшественника, обладающие ценными качествами других сортов. Это сыграло исключительную роль в интенсификации земледелия: короткий стебель способен нести большой колос, не полегая, и растение не расходует энергию на образование вегетативной массы, которая превращается в дальнейшем в ненужную солому.
Норман Борлоуг не был кабинетным ученым. Осуществив эту блестящую селекционную работу, он приложил огромные усилия по внедрению новых сортов в максимально короткий срок. В 1965 г. он организовал отправку десятков тысяч семян из руководимого им Международного центра по улучшению сортов кукурузы и пшеницы на полуостров Индостан — один из районов хронического голода. Менее чем за пять лет производство зерна в Индии и Пакистане удвоилось.
Заслуги ученого, который покинул свою лабораторию, чтобы помочь голодающим на месте, побудили Нобелевский комитет при Норвежском стортинге присудить в 1970 г. Н.Э. Борлоугу Нобелевскую премию Мира.
Информационные молекулы
В конце 1868 г. швейцарский врач Фридрих Мишер выделил из ядер лейкоцитов неизвестное вещество, которое назвал нуклеином. Примерно в те же годы Грегор Мендель тщетно старался убедить ученый мир в значении своей работы. До середины нашего столетия никто не предполагал, что эти два открытия столь тесно связаны между собой. Работа Менделя пребывала в забвении до 1901 г., а результаты исследований Мишера были опубликованы в подробном изложении лишь после его смерти — в 1890 г. Незадолго до этого, в 1889 г., немецкий химик Рихард Альтман предложил назвать нуклеин Мишера нуклеиновой кислотой.
Мишер сделал свое открытие в лаборатории известного исследователя Феликса Гоппе-Зейлера. Оно было настолько необычным, что этот ученый, не поверив Мишеру, поручил своим сотрудникам проверить его. Это задержало на два года публикацию статьи Мишера, озаглавленной «О химических свойствах клеток гноя», в которой он описывал свое открытие[26].
В 1879 г. в лаборатории Гоппе-Зейлера начал работать Альбрехт Коссель. В течение десяти последующих лет он выделил основные составные части нуклеина: содержащие азот вещества — аденин и гуанин, фосфорную кислоту и соединения из группы углеводов. Работы Косселя над нуклеиновыми кислотами явились одним из его достижений, за которые он был удостоен в 1910 г. Нобелевской премии по медицине и физиологии.
До 40-х годов исследование нуклеиновых кислот считалось весьма скучным и вообще бесперспективным занятием. Так продолжалось до 1944 г., когда Освальд Теодор Эйвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти установили, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) является носителем генетической информации.
Это — одно из крупнейших открытий в современной биологии. Его история берет начало в 1928 г., когда Фредерик Гриффит в ходе своих опытов смешал невирулентные пневмококки с убитыми болезнетворными бактериями того же вида. Он заметил, что происходит какое-то взаимодействие, в результате которого живые микроорганизмы приобретают вирулентные свойства. В 1944 г. Эйвери с сотрудниками повторили этот эксперимент, используя чистую ДНК, — они обнаружили то же самое превращение. Это убедительно доказывало, что нуклеиновая кислота сохраняет и передает признаки вирулентности и вообще наследственные признаки.
25
Работая в Москве, Мёллер совместно с Александрой Алексеевной Прокофьевой-Бельговской в 1935 г. определил размер генов у дрозофилы. — Прим. ред.
26
Статьи и необычайно интересная переписка Ф. Мишера изданы на русском языке: Мишер Ф. Труды по биохимии. — М.: Наука, 1985. — Прим. ред.