Страница 103 из 120
Развитие генетики после этого происходило быстро. Был принят принцип дискретности в явлениях наследственности, открытый еще Менделем, опыты по изучению закономерностей наследования потомками свойств и признаков родителей были значительно расширены. Было принято понятие ген, введенное, как уже говорилось, известным датским биологом Вильгельмом Людвигом Иогансеном (1857–1927) в 1909 г. и означающее единицу наследственного материала, ответственного за передачу но наследству определенного признака,
Утвердилось понятие хромосомы как структурного элемента ядра клетки, содержащего дезоксирибонуклеиновую кислоту (коротко: ДНК) — высокомолекулярное соединение, носитель наследственных признаков.
Читатель здесь вправе выразить неудовлетворение: только что было сказано, что ген является частицей наследственного материала, ответственной за передачу определенного наследственного признака, а теперь утверждается, что носитель наследственных признаков — ДНК. Что же в действительности несет в себе наследственные признаки (ген или ДНК) и как обеспечивается их передача потомству?
Ответить на этот вопрос теперь нетрудно. Впрочем, пе следует забывать, что хроника открытий не всегда совпадает с научной логикой объяснения предмета.
Дальнейшие исследования показали, что геи является определенной частью ДНК и действительно носителем только определенных наследуемых свойств, в то время как ДНК — носитель всей наследственной информации организма.
Развитию генетики способствовали в большой мере исследования известного американского биолога, одного из основоположников этой науки, Томаса Ханта Моргана (1866–1945), и его учеников, которым удалось определить расположение генов в хромосомах плодовой мушки дрозофилы (Drosophila), на которой они проводили опыты.
Важно отметить, что все клетки данного организма (в том числе, разумеется, и половые) имеют один и тот же набор генов, что сохраняет устойчивость организмов при размножении, а при делении клеток происходит также удвоение молекул ДНК.
Уже упоминавшийся выдающийся американский ученый Морган сформулировал хромосомную теорию наследственности. Большинство растительных и животных организмов являются диплоидными[356], т. е. их клетки (за исключением половых) имеют наборы парных хромосом, однотипных хромосом от женского и мужского организмов. Хромосомная теория наследственности сделала более понятными явления расщепления в наследовании признаков.
Важным событием в развитии генетики стало открытие мутаций — возникающих внезапно изменений в наследственной системе организмов и потому могущих привести к устойчивому изменению свойств гибридов, передаваемых и далее по наследству. Своим возникновением мутации обязаны либо случайным в развитии организма событиям (их обычно называют естественными или спонтанными мутациями), либо искусственно вызываемым воздействиям (такие мутации часто именуют индуцированными). Все виды живых организмов (как растительных, так и животных) способны мутировать, т. е. давать мутации. Это явление — внезапное возникновение новых, передающихся по наследству свойств — известно в биологии давно. Однако систематическое изучение мутаций было начато уже известным читателю голландским ученым Хуго де Фризом, установившим и сам термин «мутации». Было обнаружено, что индуцированные мутации могут возникать в результате радиоактивного облучения организмов, а также могут быть вызваны воздействием некоторых химических веществ.
Следует отметить первооткрывателей всего того, что связано с мутациями. Советский ученый-микробиолог Георгий Адамович Надсон (1867–1940) вместе со своими коллегами и учениками установил в 1925 г. воздействие радиоизлучения на наследственную изменчивость у грибов. Известный американский генетик, один из основоположников радиационной генетики, Герман Джозеф Мёллер (1890–1967), работавший в течение 1933–1937 гг. в СССР, обнаружил в 1927 г. в опытах с дрозофилами сильное мутагенное действие рентгеновских лучей. В дальнейшем было установлено, что не только рентгеновское, но н любое ионизированное облучение вызывает мутации.
Советские ученые-генетики Максим Николаевич Мейсель (р. 1901), Владимир Владимирович Сахаров (1902–1969), Михаил Ефимович Лобашев (1907–1971) обнаружили в период 1928–1934 гг. мутагенное воздействие на организмы некоторых химических веществ. Эти работы были успешно продолжены советским учеиым-генетиком Иосифом Абрамовичем Рапопортом (р. 1912) и другими советскими и иностранными учеными.
Уместно теперь задать такой вопрос: нужно ли с учетом установленных законов генетики и особенно открытия мутаций вносить какие-либо уточнения или изменения в теорию эволюции Дарвина, и если нужно, то какие именно?
Мы слегка касались этого вопроса раньше, но теперь требуется дать на него обстоятельный ответ. Современная паука, во всяком случае большинство биологов, как думает автор настоящей книги, дали бы на этот вопрос следующий ответ. Да, конечно, требуется. Достижения генетики (и биологии в целом) за прошедшее после выхода в свет книги Дарвина «Происхождение видов» время так значительны, что было бы удивительно, если бы все это никак не повлияло на дарвиновскую теорию эволюции. Два фактора: изменчивость и наследственность, — которым Дарвин придавал большое значение, получили более глубокое толкование.
Изменчивость растительного или животного организма может быть достигнута двумя путями: либо непосредственным воздействием внешней среды, в результате которого наследственный аппарат организма не изменяется, либо посредством мутаций, характерных тем, что они вызывают изменения наследственного аппарата (генов, хромосом), и поэтому происходящие в этом случае изменения организма являются уже наследственными.
Итак, дальнейшее развитие биологии и входящей в нее составной частью генетики, во-первых, еще более укрепило дарвиновскую теорию эволюции живого мира и, во-вторых, дало более глубокое толкование (соответствующее достигнутым успехам в биологии) понятиям изменчивость и наследственность, а следовательно, всему процессу эволюции живого мира. Более того, можно сказать, что успехи биологии выдвинули эту науку в ряды лидеров естествознания, причем наиболее поразительные ее достижения связаны с изучением процессов, происходящих на молекулярном уровне.
Прогресс в области изучения макромолекул до второй половины нашего века был сравнительно медленным, но благодаря, как уже говорилось, технике физических методов анализа скорость его резко возросла. На основе полученных данных о структуре вещества удалось воссоздать строение ряда белков и полипептидных гормонов, а также синтезировать некоторые менее сложные вещества. Химия белков, которая несколько лет назад казалась малообещающей областью, сегодня выдвинулась на передний край науки, а раскрытие структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) послужило началом интенсивных исследований в химии и биологии. Являясь носителем и передатчиком наследственных качеств и играя основную роль в синтезе клеточных белков, нуклеиновые кислоты образуют группы веществ, важность которых трудно переоценить.
Уже к началу 40-х годов в распоряжении ученых имелись надежные методы выделения и фракционирования биополимеров, в том числе метод фракционирования белков, предложенный А. Тизелиусом, и методы очистки нуклеиновых кислот, разработанные Е. Кей, А. Даунсом и др. Методы рентгеноструктурного анализа были разработаны в основном благодаря усилиям английских ученых, среди которых можно назвать Л. Брегга, У. Бергга, Д. Бернала и др. К этой группе принадлежит также и У. Астбери, который ввел в науку и сам термин «молекулярная биология» и провел основополагающие исследования белков и ДНК. Хотя в 40-е годы почти повсеместно господствовало мнение, что гены представляют собой особый тип белковых молекул, в 1944 г. О. Эвери, К. Маклеод и М. Маккарти показали, что генетические функции в клетке выполняет не белок, а ДНК. Установление генетической роли нуклеиновых кислот имело решающее значение для дальнейшего развития молекулярной биологии, причем было показано, что эта роль принадлежит не только ДНК, но и РНК (рибонуклеиновой кислоте). В 1956 г. Г. Шрамм (ФРГ) и X. Френкель-Конрат (США) независимо друг от друга выделили РНК из вируса табачной мозаики и показали, что при заражении табака этой РНК в нем происходит развитие вируса. Таким образом, было убедительно доказано, что РНК содержит всю необходимую информацию для синтеза вирусного белка. Год спустя Френкель-Конрат осуществил реконструкцию вируса табачной мозаики с помощью РНК и белка.
356
Исключение составляют гаплоидные организмы: грибы, некоторые водоросли, иногда высшие растения, клетки которых состоят из наборов непарных хромосом.