Страница 7 из 18
Важно отметить, однако, что второй признак – зеленый цвет семян – не исчезает у потомков полностью. Когда Мендель скрестил растения «второго поколения» друг с другом (все они отличались желтым цветом семян), среди полученных гибридов было несколько растений с зелеными семенами – один гибрид с рецессивным признаком (зелеными семенами) на три гибрида с доминирующим признаком (желтыми семенами). На других признаках их расщепление в соотношении 3:1 также подтвердилось[3].
Не менее важным оказался вывод Менделя о том, что наличие одного доминантного или рецессивного признака не влияет на наследование другого признака – каждый признак наследуется независимо от других. Например, несмотря на то, что высокий стебель является доминирующим признаком, а короткий – рецессивным, растение с коротким стеблем может иметь желтые семена (доминирующий признак). И наоборот – у растения с высоким стеблем (доминирующий признак) может проявляться рецессивный признак – зеленые семена. Каждый из семи признаков, которые изучал Мендель, например гладкие горошины (доминирующий) или морщинистые (рецессивный), фиолетовые (доминирующий) или белые (рецессивный) цветки, наследовался растениями гороха независимо от других.
Эксперименты Менделя были удачными потому, что он сконцентрировался на отдельных, независимых признаках в отличие от других ученых-садоводов, увлеченных механизмами наследования. Если бы Мендель описывал сходство растения с «родителями» в целом, ему пришлось бы учитывать слишком много признаков. Все признаки растений, полученных в результате скрещивания, сложились бы в запутанный пестрый коллаж «материнских» и «отцовских» черт. (Чарльз Дарвин тоже разводил горох и экспериментировал с растениями, однако ему не удалось разгадать механизм наследования признаков по описанной выше причине – он пытался объяснить все сходства и отличия сразу.) Мендель сужал задачу каждого эксперимента до изучения одной черты, поэтому смог догадаться, что наследование каждой черты зависит от отдельного фактора. Мендель не использовал слово «ген», однако он говорил о структурных единицах наследственности, которые мы сегодня называем генами. Горох Менделя стал ньютоновским яблоком в биологии.
Мендель не только поставил биологию на новый качественный уровень, но и сформировал надежные математические основы генетики. Его очень увлекала статистическая обработка данных метеорологии, например, составление из ежедневных показаний барометра и термометра общей картины климатических данных. Тот же подход Мендель применял и при разведении гороха, от отдельных растений переходя к общим законам наследственности. Кстати, уже больше века из уст в уста передается порочащее ученого мнение о том, что именно в применении этого подхода Мендель сильно увлекся и позволил своей страсти к идеально точным данным ввести себя в заблуждение.
Если подбросить монету тысячу раз, то орел и решка выпадут примерно по пятьсот раз, но у вас вряд ли получится ровно по пятьсот орлов и решек, поскольку результат каждого броска монетки случаен. Подобным образом из-за случайных факторов результаты экспериментов нередко отклоняются от теоретических прогнозов. Следовательно, соотношение 3:1 полученных в результате скрещивания растений с высоким и низким стеблем (и другими признаками, которые исследовал Мендель) является приблизительным. Тем не менее Мендель утверждал, что расщепление признаков в соотношении 3:1 без каких-либо погрешностей наблюдалось на материале нескольких тысяч растений гороха. Современные генетики ставят данное утверждение под сомнение. Одна из новейших статистических программ вычислила, что погрешность вычислений Менделя, известного своей педантичностью в расчетах, которая отражена в журналах учета данных и описаниях метеорологических экспериментов, составляет менее одной десятитысячной.
Многие историки на протяжении десятилетий защищали Менделя, утверждая, что ученый был абсолютно прав либо допустил ошибки в расчетах неосознанно. В то время требования к публикации и верификации данных отличались от современных (один из симпатизирующих Менделю историков даже предположил без всяких на то оснований, что у ученого был чересчур рьяный ассистент, который знал, каких именно результатов ожидает Мендель, и тайком удалял лишние растения, чтобы ученый был доволен экспериментом). Записи хода исследований, сделанные самим Менделем, были сожжены почти сразу после его смерти, поэтому мы не знаем наверняка, фальсифицировал ли ученый данные. Как это ни парадоксально, если Мендель намеренно вносил исправления в полученные данные, это говорит о его удивительной проницательности: выходит, он интуитивно, не опираясь на доказательства, пришел к открытию «золотого» соотношения генетики 3:1. Не следует забывать, что Мендель был монахом и мог сфальсифицировать данные намеренно, чтобы превратить несовершенные данные в более убедительные и показать всем то, что ему было дано понять в результате откровения.
Интересно, что никто из современников Менделя не заподозрил его в мошенничестве – отчасти потому, что никто попросту не относился к этим экспериментам всерьез. В 1865 году на одной из научных конференций Мендель выступил с докладом о механизмах наследственности растений гороха. Современник ученого и очевидец отметил: «Аудитория отнеслась к докладу так, как любая аудитория, сталкивающаяся с большим количеством математических данных и расчетов, которые она не в силах осмыслить, – Менделю не задали ни одного вопроса, и обсуждение затронутых их тем не состоялось». Казалось, после такой реакции научного сообщества можно было не продолжать исследования. Тем не менее в 1866 году Мендель публикует результаты своих опытов. В итоге ни отзывов, ни откликов. Снова тишина.
Мендель продолжал исследования на протяжении нескольких лет, однако в 1868 году шансы на то, что ему удастся когда-нибудь повысить научную репу тацию, резко уменьшились, – его избрали аббатом. Мендель не имел опыта управления, поэтому ему пришлось многому учиться. Ежедневные заботы по управлению монастырем Святого Фомы заняли все время, и для опытов с растениями его совсем не осталось. Кроме того, новая должность предполагала новые привилегии. Жирная пища и сигары (Мендель выкуривал по 20 сигар в день и вскоре набрал лишний вес; его пульс в состоянии покоя достигал 120 ударов в минуту) привели к тому, что он стал меньше двигаться, и работа в саду и теплицах перестала приносить ему былое удовольствие. Один из посетителей монастыря вспоминал, что аббат Мендель пригласил его прогуляться по саду и с радостью обратил внимание на цветущие растения гороха, однако при первом же вопросе о его экспериментах аббат сменил тему, слегка смутившись. Когда его спросили, как ему удалось вырастить одинаковые высокие растения гороха, Мендель осторожно ушел от разговора: «Есть один небольшой секрет, а также одна история, связанная с ним, однако она слишком долгая и отнимет много времени».
Научная карьера Менделя не состоялась во многом потому, что ученый потратил много времени на политические распри и споры, особенно вокруг вопроса отделения церкви от государства (по его научной деятельности этого не скажешь, но Мендель и правда мог проявить огненный темперамент в отличие от холодного и рассудительного Мишера). Мендель был едва ли не единственным аббатом-католиком с либеральными политическими взглядами, однако либералы, находившиеся у власти в Австрии в 1874 году, не оправдали его надежд. Например, ими был отменен закон о том, что монастыри не могут облагаться налогами. Отныне монастырь Святого Фомы должен был ежегодно платить в государственную казну 7300 гульденов (что составляло 10 % предполагаемых доходов монастыря). Мендель, в гневе от того, что его предали те, кого он долгие годы поддерживал, выплатил лишь часть суммы и наотрез отказался отдавать остальное. В ответ правительство наложило арест на имущество ферм, принадлежавших монастырю Святого Фомы. В аббатство даже прибыл шериф, который должен был конфисковать монастырскую мебель. Мендель встретил противника в аббатском облачении у монастырской ограды. Чиновник смутился, опустил глаза и, так и не решившись ступить на территорию аббатства, уехал ни с чем.
3
Здесь предлагается вспомнить менделевское отношение. Если вы помните, что это такое, можете спокойно возвращаться к тексту главы. Однако непременно возвращайтесь в этот раздел – среди сносок будет чем поживиться, обещаю.
Итак, напомню: Мендель экспериментировал с доминантными признаками (например, высокий стебель; обозначаются буквой А) и рецессивными признаками (например, низкий стебель; обозначаются буквой а). У растений и животных есть по две копии каждого гена – одна от матери, другая от отца. Так, при скрещивании растений АА с растениями аа (см. схему внизу слева) Мендель получал растения с генами Аа и, следовательно, с высоким стеблем (поскольку А доминирует над а):
Результаты скрещивания растений Аа с любым другим растением (см. схему справа сверху) были намного интереснее. Растение с геном Аа передает потомку один из признаков – А или а, поэтому в результате скрещивания могут появиться растения с геном АА, Аа, аА или аа. Первые три случая – это растения с высоким стеблем, а четвертый – растение с низким стеблем, несмотря на то, что оно появилось в результате скрещивания двух высоких растений. Это и есть расщепление признаков в отношении 3:1. Для полной ясности отмечу, что это отношение «работает» у всех растений и животных, а не является особенностью скрещивания растений гороха.
Еще одно менделевское отношение проявляется при скрещивании Аа с аа. В этом случае половина потомства унаследует ген аа и не будет иметь доминантного признака, а половина – ген Аа и доминантный признак соответственно.
Расщепление признаков в соотношении 1:1 часто встречается в роду, где какой-нибудь доминантный признак проявляется редко либо внезапно возникает вследствие мутации, поскольку редкий ген Аа будет часто скрещиваться с распространенным аа.
Генетики постоянно сталкиваются с менделевскими отношениями 3:1 и 1:1 в действии. Первый рецессивный человеческий ген (обусловливающий окрашивание мочи в темный цвет) был открыт учеными в 1902 году. Три года спустя открыли первый доминантный человеческий ген, «отвечающий» за аномально короткие пальцы.