Страница 58 из 74
Сразу после имен Дарвина, Менделя и нобелевского лауреата Моргана стоит Vavilov.
Проводя аналогию между вавиловским и менделеевским открытиями, профессор Заленский едва ли мог тогда предполагать, насколько она глубока.
В самом деле, природа периодичности в свойствах химических элементов была объяснена лишь после того, как физики разобрались в структуре атома.
Концепция «неделимого» потерпела крах. Та же судьба ожидала и генетику.
В 1928 году Н. П. Дубинин, работавший тогда под руководством профессора А. С. Серебровского, изучал изменения внешнего облика, искусственно вызванные рентгеновским излучением у дрозофилы (плодовой мухи). Он убедился, что теория Моргана, считавшая точечную мутацию преобразованием всего гена как элементарной, не дробимой далее единицы, не соответствует экспериментальным фактам.
Дубинин построил линейную модель гена, где былой «неделимый» предстал расчлененным на дольки — Николай Петрович назвал их «центрами».
Оказалось, что хромосомы могут обмениваться не только целыми генами, но и их фрагментами. Что отдельные элементы этой сложной структуры не индивидуалисты; они взаимодействуют друг с другом, и их влияние на организм зависит от положения среди соседей.
На новую концепцию с уничтожающей критикой обрушился маститый немецкий биолог Рихард Гольдшмидт. Но теория центров восторжествовала. За ее разработку Дубинин в 1933 году удостоился международной Рокфеллеровской премии.
Нападали не только теоретики, но и практики.
И не только зарубежные. «К чему делать из мухи слона? — язвили люди, далекие от подлинной науки. — Вместо того чтобы повышать продуктивность скота, вы возитесь с какой-то цокотухой. Муховоды!»
«Многие тогда не понимали, что голая эмпирика, господствовавшая в работе большинства селекционеров, хотя и дает некоторые результаты, однако никогда не сможет без осмысливания, без теории привести к серьезному успеху, — рассказывает академик Н. П. Дубинин. — Большое число (обычно десятки пар) хромосом у животных затрудняет изучение генетических явлений. То ли дело плодовая мушка!
У нее всего четыре пары хромосом. Можно работать с тысячами особей одновременно. Причем следующее поколение появляется всего через каких-нибудь 10 дней. А недавние эксперименты по изучению молекулярной структуры гена, открывшие новую страницу в науке, были поставлены с бактериофагами.
В пробирке каждые 20 минут удается получать новые поколения микробных вирусов, состоящие из миллиардов особей. Если бы подобные исследования пришлось проводить на домашних животных, потребовались бы целые стада и эпохи!» Конечно, арсенал исследовательского вооружения у нынешнего экспериментатора несравненно богаче, чем 30–40 лет назад. Тогда не было ни электронных микроскопов, ни меченых атомов, ни мощных ультрацентрифуг — всего того, что позволило использовать преимущества фагов перед дрозофилой. Тем не менее именно та методика, которая была разработана в опытах с никчемной дрозофилой, проложила дорогу к нынешнему триумфу в расшифровке тонкого строения гена.
— Если биологи научатся управлять мутациями, — говорит Дубинин, — то, пожалуй, удастся так видоизменять организмы, что их новый облик будет отличаться от старого не меньше, чем слон от мухи. — И добавляет: — Дрозофила заслуживает такого же монумента, какой воздвигнут в Колтушах по идее И. П. Павлова в честь подопытных собак.
Кстати, там же, в павловском городке под Ленинградом, был сооружен и памятник Менделю. Великий русский физиолог придавал огромное значение генетике вообще и в частности ее роли в изучении высшей нервной деятельности. Действительно, между павловскими и менделевскими идеями существует глубокая взаимосвязь.
В 1947 году увидела свет книга С. Н. Давиденкова «Эволюционно-генетические проблемы в невропатологии». Автор говорил о наследственных факторах, определяющих особенности высшей нервной деятельности, ее нормальные и аномальные проявления. Это событие академик Леон Абгарович Орбели, один из крупнейших наших физиологов, расценивал как настоящее торжество советской науки.
Да, не только цвет глаз, кожи, волос, не только рост и телосложение завещаются предками потомкам. Бывает врожденная глухонемота. Передаются из поколения в поколение также черточки характера, темперамента; наследуются маниакально-депрессивные психозы, шизофрения, некоторые иные душевные расстройства.
Понятно, сколь велико значение генетики в познании тайн души и тела. Нащупав молекулярные пружины удивительного копировального механизма, заключенного в живой клетке, ученые смогут активно влиять на его деятельность, преобразуя живую природу по своему усмотрению. Попытки редактировать наследственную программу организмов в практических целях уже предприняты.
В 1925 году в Ленинградском институте радия Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов сделали важное открытие: ионизирующее излучение способно вызывать мутации. Опыты проводились с дрожжевыми грибками. Два года спустя тот же эффект был обнаружен американцем Г. Меллером в экспериментах с дрозофилой. А в 1928–1930 годах наши ученые А. А. Сапегин и Л. Н. Делоне впервые применили рентгеновскую радиацию в селекционных целях. Им удавалось резко изменить генотипы пшениц. В 1934 году появилась основополагающая статья Андрея Афанасьевича Сапегина «Рентгеномутации как источник новых сортов сельхозрастений».
Нынче опробованы и используются самые разнообразные излучения как волновые, так и корпускулярные (гамма- и рентгеновы, нейтронные и протонные). Можно добиться, чтобы порожденные ими изменения в структуре хромосом наблюдалисы в тысячу раз чаще, чем если бы они возникали самопроизвольно в естественных условиях. Так, искусственно вызывая мутации, осуществляя искусственный отбор, человек тысячекратно ускоряет эволюцию.
В 1958 году в Институте биофизики АН СССР подверглись обстрелу гамма-квантами из кобальтовой «пушки» бобовые культуры. Потом провели искусственный отбор: ведь мутации, вызванные жесткой радиацией, в подавляющем большинстве своем вредоносны. Лишь в 1–2 случаях из 1000 они полезны для вида. Усилить эти преимущества можно последующим скрещиванием. Так были выведены новые сорта сои (один из них, «чудо Грузии», дает на 11–12 центнеров с гектара больше, чем стандарт) и фасоли («радиола-1175», «радиола-1177», урожайность которых столь же значительно — в полтора-два раза — выше общепринятой нормы).
В 1964 году на совещании, созванном Государственным комитетом по использованию атомной энергии, Академией наук и Министерством сельского хозяйства СССР, демонстрировались многочисленные мутантные формы пшениц, кукурузы, томатов, картофеля, моркови, хлопчатника и других культур — все они получены с помощью новых физических и химических средств, позволяющих вносить коррективы в наследственную программу организма.
Не только лучевое воздействие способно изменить наследственную конституцию организма.
Три четверти века назад профессор Московского университета И. И. Герасимов, изучая спирогиру, нашел, что на холоде и в присутствии наркотиков эта нитчатая зеленая водоросль ведет себя несколько необычно. В процессе деления та или иная ее клетка может образовать две неравноценные: в одной совсем нет ядра, и она вскоре погибает; зато в другой их целых два, причем оба затем сливаются, давая удвоенный комплект хромосом. Подобное явление (полиплоидия) не редкость.
Скажем, у дикой пшеницы в каждой клетке содержится 14 хромосом, у культурных же ее сородичей — по 28 (твердые сорта, именно они наиболее ценны с хозяйственной точки зрения) и даже по 42 (мягкие). В первом случае (7 хромосом от отца и столько же от матери) растение называется диплоидом; во втором (четырежды семь) — тетраплоидом; в третьем (шесть раз по семь) — гексаплоидом. Как видно, количество хромосом кратно их единичному (гаплоидному) набору, поступившему в оплодотворенную клетку из родительской гаметы. В двух последних примерах оно вдвое и втрое больше нормального — присущего диплоиду.
Такие аномалии, увеличивая резервы наследственной изменчивости, наделяют организм и его потомство большей генетической гибкостью, приспособляемостью, живучестью. Неспроста в самых неблагоприятных условиях заполярных тундр, бесплодных пустынь и высокогорных районов встречаются чаще всего именно полиплоиды.