Чтение онлайн

Два взаимосвязанных открытия – обнаружение Менделем закономерностей передачи наследственности в конце XIX века и определение структуры ДНК Уотсоном и Криком в середине XX – касаются самих основ человеческого существования и заставляют задуматься о таких фундаментальных понятиях, как структура личности, свобода воли и личная ответственность. Ведь индивидуальность человека принципиально отличается от индивидуальности многих других природных объектов. Известно, например, что каждая отдельная снежинка тоже обладает собственной, неповторимой структурой, однако каждый человек представляет собой огромное скопление атомов и молекул, созданное по весьма сложным «чертежам» механизма наследственности. Помимо этого, серьезная проблема заключается в том, что эти чертежи немыслимое число раз копировались и корректировались в процессе эволюции, так что в них содержится сейчас большое число ошибок или «опечаток».

Мы признаем, что человеческая личность представляет собой некую устойчивую и постоянную сущность, но что, собственно, лежит в основе этой устойчивости и в чем заключаются смысл или предназначение этого постоянства? Еще в древнегреческих трагедиях отмечалось, что «характер – это судьба», а мы можем считать, что судьба определяется наследственностью. Естественно, что людей беспокоит не столько предрасположенность к болезням тела, сколько «ночной страх» перед безумием и душевными расстройствами. Мысль о связи нашей «сущности» с наследственной ДНК сыграла очень важную роль в развитии интенсивных исследований в генетике конца XX века.

В настоящее время считается установленным, что наши предки были когда-то бродячими охотниками и собирателями, которые примерно 10-12 тысяч лет назад перешли к оседлой жизни и земледелию сразу в нескольких подходящих местах планеты, в результате чего стали развиваться культурные навыки, методы рационального хозяйствования и т.п. Некоторые разрозненные сведения об интересе к наследованию признаков можно найти в 30-й главе библейской Книги Бытия, где рассказывается известная всем история об Иакове и Лаване (отношения между которыми можно в шутку сравнить с диалогами между автором книги и издателем), а также о пятнистых овцах и козах. Лаван, жуликоватый, подобно всем издателям, предлагает своему зятю Иакову взять всех ягнят и козлят из будущего приплода с такими признаками, оставляя себе только белых и черных животных. Иаков, готовый к риску, как и полагается писателю, соглашается, но восстанавливает справедливость, пользуясь хитрой комбинацией фольклора и примитивных методов селективного животноводства. Догадываясь, что более сильные козы и овцы дадут более сильное потомство, он показывал этим животным прутья с полосками, что и привело к рождению потомства с требуемыми признаками. Демонстрация овцам черно-белых прутьев может быть отнесена к фольклору (этот мотив иногда используется в сказках), в то время как получение сильного потомства от сильных родителей явно может быть отнесено к примитивному приему древней селекции. Более слабые овцы, которым полосок не показывали, дали менее ценное, но чисто белое потомство, которое и стало собственностью Лавана. Вся эта история свидетельствует об отсутствии серьезных биологических знаний у богов и людей в древней Мессопотамии.

По иронии судьбы, через несколько тысячелетий именно пастор, знаток Библии первым попытался объяснить ученым-коллегам те простые законы наследования признаков, которые когда-то уже заметили древние пастухи, но его никто не захотел услышать и понять. Этим человеком оказался Грегор Мендель, получивший образование сын крестьянина из Северной Моравии, который, выращивая фрукты и овощи в монастырском саду, сумел впервые методически правильно проанализировать закономерности, незамеченные многими поколениями садоводов и селекционеров.

Личная и научная судьба Менделя была очень сложной. Из-за несчастного случая его отец стал инвалидом, и семейная ферма пришла в упадок, так что образование мальчик получил лишь благодаря местному монастырю Ордена Августинцев. Несмотря на математическую одаренность и общительный характер, Менделя справедливо считали типичным неудачником: ему не удалось сдать экзамены на звание преподавателя естественных наук, карьера приходского священника не складывалась и т. д. В 1856 г. 34-летний монах начал экспериментировать с семенами нескольких сортов обычного гороха в монастырском саду, в течение нескольких лет тщательно анализируя признаки получаемых семян. Уже к 1864 г. собранный им статистический материал оказался достаточным для выработки основных положений современной генетики.

Образно говоря, Мендель сделал «следующий шаг» после очевидных всем наблюдений и заключений. Будучи сыном фермера, он понимал, что не стоит изучать наследственность плодовых деревьев, потомство которых изменяется простой прививкой других сортов. Он знал о совместимости различных сортов гороха, поэтому просто отобрал в исходный посевной материал семена с семью различными признаками и начал скрещивать их друг с другом. Например, высадив белые и серые семена, он получил в первом поколении, как и следовало ожидать на основе многовекового опыта, только гибриды с одним из признаков (серые семена), т. е. у потомства не только исчезал «белый» признак, но и отсутствовали все промежуточные формы (в урожае не было, например, светло-серых горошин). Аналогичный результат он получил для всех остальных изучаемых признаков.

Однако результаты исследования следующих поколений гороха заставляют вспомнить массу анекдотов, описывающих сценки в родильных домах, когда отец судивлением, восхищением или ужасом впервые видит своего ребенка. На бытовом уровне давно известно, что многие черты и особенности передаются через поколение. Вспомните, как влюбленным девушкам часто советуют «приглядеться» к родителям своего жениха и подумать о будущих детях. Вглядываясь в выцветшую групповую фотографию молодых парней, многие из нас вдруг угадывают в одном из них дедушку своего знакомого, потому что узнают черты лица и даже манеру улыбаться.

Именно такую передачу наследственности «через поколение» наблюдал и смог математически точно оценить Мендель для всех изученных им признаков (высокие и низкие стебли, сморщенные и гладкие семена и т. п.). Например, при скрещивании сортов гороха с высокими и низкими стеблями растения во втором поколении были только высокими, но в третьем высокими оставались лишь 3/4 образцов, а у 1/4 вновь появлялся ранее подавленный признак низкорослости. Другими словами, если наследуемые признаки неодинаковы, то в первом поколении гибридов проявляется только один (так называемый доминантный или преобладающий признак), а другой (рецессивный или подавляемый) признак остается как бы скрытым или «спрятанным». В следующем поколении признаки распределяются в пропорции 3:1 (на основе тщательных подсчетов тысяч семян сам Мендель получил пропорцию 2,98:1).

Эти наблюдения позволили ему сформулировать простой, но весьма важный и вовсе не очевидный закон передачи наследственных признаков. До этого считалось (и такая точка зрения представляется как раз естественной и понятной), что генетические признаки родителей каким-то образом смешиваются и сливаются, подобно распространенным в быту растворам разных жидкостей. В противном случае, оставалось непонятным, как два разных существа могут практически мгновенно создать новое существо с общими признаками. Великое открытие Менделя состояло не столько в том, что он обнаружил проявление скрытого признака через поколение, а в том, что он понял и осознал наличие скрытой передачи отдельного признака в единой и неизменной форме. Мендель понял, что признаки не смешиваются и не сливаются, а представляют собой некие маленькие, невидимые и неделимые образования, своеобразные «атомы» наследственности, которые мы сегодня называем генами. Образно говоря, в биологии возникла своя «атомарная» теория наследственности. Очень простые организмы, естественно, имеют очень мало генов, например вирус обладает всего лишь десятком генов (простота не означает биологической незначительности, поскольку такой вирус может убить население целых стран). Плодовая мушка дрозофила, ставшая, благодаря своей исключительной плодовистости, основным и чуть ли не центральным объектом биологических исследований всего XX века, имеет около 10 тысяч генов. Раньше биологи считали, что человек должен обладать более чем сотней тысяч генов, причем уверенность в этом была столь сильна, что многие биотехнологические фирмы и исследовательские компании даже уверяли инвесторов, клиентов и общественность в умении реально работать с сотнями тысяч генов. В 2001 г. к удивлению многих ученых, было строго показано, что каждый из нас имеет лишь около 40 тысяч генов. Количество признаков и соответствующих им факторов казалось настолько большим (Мендель предполагал некие варианты «смешения»), что и реальный механизм передачи наследственности оказался значительно более сложным.

Мендель установил, что любой наследственный признак складывается из двух разных элементов или единиц наследственности, получаемых организмом от половых клеток двух родителей. Еще важнее то, что он сумел обнаружить и доказать, что из двух элементов наследственности один всегда оказывается более сильным (доминантным), а другой -подавляемым (рецессивным), что и соответствует постоянному значению получаемого им соотношения 3:1. Выяснилось также, что это соотношение между элементами конкретной пары признаков не зависит от передачи всех остальных признаков.

Мендель был абсолютно прав и писал очень ясные и точные по содержанию статьи, которые по разным причинам оставались незамеченными и забытыми вплоть до 1900 г., когда их «обнаружили», перепроверили и очень высоко оценили маститые ученые. К сожалению, это произошло через 16 лет после смерти Менделя. Особый интерес биологов к модели Менделя был обусловлен тем, что она могла свидетельствовать как в пользу дарвиновской теории естественного отбора, так и против нее, и лишь через несколько лет стало окончательно ясно, что она в какой-то мере подтверждает и укрепляет теорию Дарвина. Об этом следует вспомнить сейчас особо, в связи с новой «вспышкой» споров о природе эволюции. Например, в 2000 г. опрос населения США продемонстрировал, что 60% респондентов считают идеи антидарвинистов (так называемых «креационистов») достойными преподавания в школах, наряду с теорией эволюции.