Невидимый современник

Оплодотворение, предпосылка для возникновения нового организма, состоит в слиянии двух половых клеток: мужской и женской. Поэтому в оплодотворенном яйце — зиготе, зачатке будущего организма, восстанавливается нормальное, парное число хромосом. Естественно, что один из членов пары всегда оказывается полученным от матери, другой — от отца. И снова мы видим, что хромосомы ведут себя точно так же, как гипотетические менделевские факторы (гены).

Но, конечно, ставить знак равенства между генами и хромосомами нельзя. Ген определяет один признак. У человека 23 пары хромосом. Но разве все наши свойства можно свести к 23 признакам? Вот если мы скажем, что все гены (а их несколько тысяч) находятся в хромосомах, то будем гораздо ближе к истине. Действительно, ген — это небольшой участок хромосомы.

Клетки, мельчайшие частицы живого, атомы жизни, хотя и состоят из многих миллиардов атомов, все же очень малы. И тем не менее эта крупинка, этот микроскопический мешочек, наполненный вязкой жидкостью, — хранилище полной информации о наследственных свойствах взрослого организма!

Только что мы говорили о малой величине живых клеток. Но среди этих микроскопических пузырьков встречаются и исключения. Например, иногда я на завтрак съедаю две клетки и бываю сыт до обеда. Вы, конечно, догадались: это яйцеклетки курицы, куриные яйца. Яйцеклетки, женские половые клетки, вообще отличаются гигантскими размерами. Мужские же клетки, сперматозоиды, наоборот, относятся к числу самых мелких. У человека яйцо по сравнению с куриным невелико, оно составляет в поперечнике всего лишь около десятой доли миллиметра. Однако по своему объему превышает мужскую клетку в 80 тысяч раз. У курицы это соотношение — около триллиона, у страуса — еще больше…

Но как же согласовать такое несоответствие в размерах с тем общеизвестным фактом, что потомки в равной мере похожи на обоих родителей? Действительно, если бы наследственными свойствами обладало все вещество клетки, то все люди и другие животные практически были похожи только на своих матерей.

Если сравнивать объем не клеток, а клеточных ядер, то разница между мужскими и женскими половыми клетками окажется гораздо меньше. А вот объем, занимаемый в этих клетках хромосомами, в точности одинаков! И это обстоятельство (наряду со многими другими) служит одним из веских доводов в пользу того, что гены, материальные носители наследственности, находятся действительно в хромосомах.

Но что же представляют собой гены, эти удивительные атомы наследственности?

В рассказах о приключениях Шерлока Холмса и его многочисленных подражателей нас привлекает не то, что злодея он находит. Ведь если бы он просто застал виновного на месте преступления, результат был бы тот же, но об этом не стоило бы писать. Нас восхищает в этих рассказах то, что Холмс приходит к правильным выводам на основании анализа косвенных улик, иногда даже очень косвенных.

Это же влечет многих людей в науку. У кого из нас в детстве не вызывал зависти и восторга рассказ о том, что Леверрье открыл Нептун, не глядя в телескоп, сидя в своем кабинете? И не только открыл новую планету, но и точно указал место на небосводе, где ее следует искать.

История изучения гена полна подобных подвигов. Так, американский биолог Томас Гент Морган вместе со своими немногочисленными сотрудниками, не видя генов, не зная, что они представляют собой с химической точки зрения, смог сказать, как именно расположены они в хромосомах, где именно находится определенный ген, ответственный, например, за цвет тела или форму глаз.

«Когда мы раскупорили одну из бутылок, то в первом стакане обнаружили трех утонувших мух, — так начал свой рассказ Вениамин Франклин, известный ученый и политический деятель. — Я когда-то слышал о том, что утонувшие мухи оживают под лучами солнца, и потому предложил поставить с ними опыт. Мы выставили их на солнце, на том же ситечке, с помощью которого выловили их из стакана, и стали наблюдать. Меньше чем через три часа две из них стали постепенно возвращаться к жизни».

Мухи, о которых шла речь, вне всякого сомнения, те самые мушки, которые способствуют превращению виноградного сока в вино, занося в него винные дрожжи. Правда, та же мушка и портит вино, помогая ему превратиться в уксус. Ее именуют плодовой, или уксусной. А научное название этой мушки — дрозофила, что по-гречески означает «любящая росу».

Так, еще в позапрошлом веке дрозофила была впервые использована в качестве «морской свинки» — объекта для проведения биологических опытов. В начале этого века Томас Гент Морган избрал дрозофилу в качестве объекта для генетических исследований, причем выбор оказался исключительно удачным.

Морган начал ставить на ней генетические опыты около 1910 года, и до сих пор дрозофила остается одной из любимейших «морских свинок» генетиков. Почему? Эта мушка мала, но не слишком мала, чтобы ее нужно было рассматривать в микроскоп, — достаточно простой лупы. Она неприхотлива, легко размножается в лаборатории. Но самое ценное — скорость размножения. Поколения у дрозофилы могут чередоваться каждые две недели, а одна пара мух дает по нескольку сотен потомков. Конечно, на таком объекте можно быстро получить очень большой материал. А объем материала — это точность выводов.

Морган делал в общем то же, что и Мендель; ставил скрещивания и исследовал гибридное потомство. Но если Менделя интересовали наиболее общие законы, то Морган искал отклонений от них. Стоит заметить, что Морган, ставший уже известным ученым к тому времени, когда заинтересовался генетикой, вначале был ее недоброжелателем. Он не разделял восторга окружавшей его молодежи в связи с переоткрытием законов Менделя. И опыты начал в какой-то мере для того, чтобы опровергнуть эти законы.

Но он был хорошим экспериментатором и честным ученым. В результате своих работ он не только убедился в полной правоте Менделя, но, кроме того, смог сделать и значительный шаг вперед. Этот шаг — создание хромосомной теории наследственности.

Морган вместе со своими талантливыми сотрудниками — Меллером, Стертевантом и Бриджесом доказали, что гены действительно находятся в хромосомах. Мало того: они выяснили, что гены в хромосомах расположены линейно, то есть следуют один за другим. Иногда хромосому предлагают рассматривать как бусы: нить, на которую нанизаны шарики. Каждый шарик — ген. Это, конечно, не совсем точно, но не так уж далеко от истины.

Но и этого мало. «Четыре разбойника», как назвали генетики Моргана и его друзей, продолжая опыты с дрозофилой, смогли разработать методы нахождения тех точек, где расположены определенные гены. Например, ген, ответственный за цвет глаз, находится на самом конце первой хромосомы дрозофилы. Неподалеку от него — ген, ведающий окраской тела, а ген, контролирующий форму глаз, — почти что на противоположном конце. Ген, от которого зависит нормальное образование поперечной жилки на крыльях, находится в маленькой, еле заметной в сильный микроскоп четвертой хромосоме. И так далее. Ученые локализировали сотни генов плодовой мушки. Излишне говорить, что те же методы применимы и к другим организмам.

Итак, исследователи научились находить то место, где расположен любой заинтересовавший их ген. Но в те времена никто не видел гена, никто ничего не знал о его физической и химической природе. Подобно тому как Леверрье, не видя Нептуна, определил, где он должен располагаться на небосводе, так и Морган, не видя генов, точно указывал их место в хромосомах. И заметим, совершенно правильно.