Невидимый современник

— Кровь его на нас и на детях наших! — кричала разъяренная толпа, требуя казни и принимая на себя (а также возлагая на своих потомков) ответственность за нее.

— Да будете прокляты вы и дети ваши до седьмого колена! — визжали бесноватые пророки.

Ох и любили в древности заставлять потомков (чаще всего именно до седьмого колена) отвечать за грехи предков. В наше время существует юридическая формула: «Дети за родителей не отвечают». Так говорит закон. Но так ли на самом деле?

Человек женился на двоюродной сестре. Оба были вполне нормальными людьми, а ребенок родился уродом. Врачи сказали, что это наследственное заболевание, пока еще неизлечимое. Но ведь оба супруга нормальны?! Их родители, бабушки и дедушки, тоже были нормальными людьми. Вина на каком-то одном непутевом прапрадеде, гены которого попали в обоих супругов. Находясь в единичном числе у каждого из родителей, они «дремали», а встретившись в ребенке, сделали свое черное дело.

Но ведь дети не должны отвечать за родителей! Да, не должны. И потому правительства не должны нарушать закона о неприменении ядерного оружия. А простые люди не должны нарушать кодекса законов о браке, запрещающего браки между близкими родственниками.

В мире животных и растений мудрая природа кропотливо исправляет ошибки наследственности. Великий естественный отбор, значение которого было открыто Чарлзом Дарвином более столетия назад, уничтожает уродов, больных, даже просто менее приспособленных.

У человека этого нет. Человек не треска, которая мечет миллион икринок, чтобы из миллиона мальков выжила лишь пара наиболее полноценных. А теперь врачи спасают и таких детей, которые не смогли бы выжить, если бы родились несколько десятилетий назад.

…Два события ознаменовали V Международный генетический конгресс, происходивший в 1927 году в Берлине. Русский ученый Сергей Сергеевич Четвериков сделал доклад «О некоторых моментах эволюционного процесса с точки зрения современной генетики». Эта работа накрепко связала воедино генетику и эволюционное учение. Брак оказался счастливым. До сих пор ученые в разных уголках мира успешно работают в направлении, основы которого заложил доклад Четверикова.

Если в докладе Четверикова заключался союз между генетикой и эволюционным учением, то в докладе американского генетика Германа Меллера состоялось сватовство между генетикой и физикой. Меллер рассказал, что ему удалось искусственно изменить наследственность. Опыты ставились на плодовой мушке дрозофиле, которую облучали рентгеновыми лучами. Число наследственных изменений после этого возросло в десятки раз.

Почти одновременно с Меллером и независимо от него такие же результаты получил его соотечественник Стадлер. Но в отличие от Меллера он экспериментировал с культурными растениями.

Открытие Меллера имело не менее далекие последствия, чем открытие Четверикова. Ведь безуспешных попыток искусственно воздействовать на наследственность было столько, что кое-кто уже считал это невозможным. А применение ионизирующей радиации открыло дверь за семью печатями, которая вела в святая святых живых организмов.

Минули годы, ионизирующие лучи вошли в жизнь людей. С их влиянием на наследственность человечеству нужно считаться.

Профессор Дрелинкур тщательно перечислил и обсудил в своем научном трактате все известные ему теории, пытавшиеся ответить на простейший, казалось бы, вопрос: почему дети похожи на родителей? Дрелинкур был весьма трудолюбив: число рассмотренных им генетических теорий составило ни много ни мало двести шестьдесят две. Итог был неутешительным: все они неверны, единственно правильная — двести шестьдесят третья теория, разработанная самим Дрелинкуром. Однако и она оказалась столь же неверной, как и все остальные, а имя автора ныне забыто всеми, кроме историков.

Это случилось не в античное время и не в средние века, а всего лишь в XVII столетии. Много было генетических теорий, которые ныне могут вызвать только улыбку. Как часто, например, находились люди, не согласные с мудрым правилом «что посеешь, то и пожнешь». Они считали, что соответствующие условия или надлежащее воспитание могут превратить рожь в пшеницу, а пшеницу в ячмень. Такие сказки рассказывал в середине XIII века Альберт Великий. Но, увы, то же пытались утверждать в середине нашего, XX века некоторые обладатели ученых дипломов и даже носители почетных званий. Эти люди живы, и я не буду называть их имен, так как, честно говоря, не знаю, кто продолжает придерживаться таких взглядов, а кто их оставил под воздействием изменившихся условий…

И сейчас, особенно среди не имеющих отношения к науке, есть люди, придерживающиеся абсурдных взглядов на наследственность. А сто лет назад вообще не было людей, которые бы на наследственность смотрели правильно. Впрочем, я не совсем точен, один человек был. Один-единственный. Но одна ласточка не делает весны.

Все ученые еще сто лет тому назад смотрели на наследственность как на смешение. От тех времен до наших дней дошли выражения: чистокровный, полукровка, кровосмешение… Некоторые сохранились не только в обыденной речи, но и в научной литературе.

Такие представления казались вполне естественными. Действительно, проще всего предположить, что потомки представляют собой что-то среднее по сравнению с родителями. Да и повседневные наблюдения как будто подтверждают это: ведь дети в равной степени походят и на мать и на отца. Но на самом деле наследственность — вовсе не смешение.

Законы генетики говорят, что наследование признаков родителей идет по совсем другим правилам. А законы эти стали известны лишь в самом начале нашего века. Как раз в 1900 году трое ученых независимо друг от друга опубликовали три очень похожие статьи, в которых описывались закономерности появления признаков у гибридных потомков. Имена этих ученых: Де Фриз, Корренс и Чермак. Их открытие сразу стало известно ученому миру, потому что большинство биологов ждали ответа на волновавший их вопрос. Но тогда же выяснилось одно прелюбопытнейшее обстоятельство: кроме этих троих ученых, опубликовавших свои труды почти одновременно, был еще и четвертый…

Этот четвертый напечатал свою статью далеко не одновременно с остальными. Он сделал это на 35 лет раньше! И что самое удивительное, он не был профессиональным ученым. Он был монахом…

Многие, вероятно, догадались, что речь идет о Грегоре Менделе. Когда генетику называли лженаукой, то любили писать о том, что ее основы заложил «австрийский монах Мендель» или даже «немецкий поп Мендель». Теперь пишут о «чешском ученом Менделе». Как ни странно, и то и другое соответствует истине. Иоганн Мендель (Грегором он стал после пострижения) родился в чешской семье. Но ведь Чехия входила в те времена в состав Австро-Венгерской империи Габсбургов. Он был прирожденным ученым, с детства хотел посвятить себя науке, много занимался и добился выдающихся успехов. Но (теперь это может показаться странным) для Менделя единственный путь в науку лежал через монастырь.

Сын крестьянина, он не имел средств для завершения высшего образования. Став монахом, смог и учиться, и учить, и заниматься научными исследованиями. Нельзя забывать, как стремительно развивается человеческое общество и как изменяется в нем роль науки. Это сейчас, да и то далеко не во всех странах, молодой человек, желающий посвятить себя науке, может поступить в университет, потом в аспирантуру, и в течение всего этого времени государство будет платить ему, чтобы он мог заниматься только учебой.

А ведь были времена (правда, тогда и Мендель еще не родился), когда «миряне» вообще не имели права заниматься наукой. Для этого нужно было стать монахом. Ведь и Ньютон был монахом. Но почему-то никогда не писали, что законы механики открыты «английским монахом». А вот про Грегора Менделя пишут, как и про Бертольда Шварца — изобретателя пороха.

Итак, первый человек, пришедший к научным представлениям о наследственности, был Грегор Мендель (в миру Ян, или, на немецкий манер, Иоганн). Чех, родившийся в Австро-Венгрии. Ученый, работавший в монастыре. Видимо, он был гением, если, получив довольно скромное образование и располагая неважными условиями для работы, смог открыть законы наследственности, опередив свое время на 35 лет. Да, он был гением. Он пришел к своему открытию отнюдь не случайно, а методика его опытов и анализ результатов настолько совершенны, что и теперь, спустя столетие, их можно ставить в пример.

Мендель сеял на грядках в монастырском дворе разные сорта гороха, скрещивал их и смотрел, как выглядят гибридные потомки. Многие ставили похожие опыты и раньше, но никто не открыл законов наследственности. В отличие от своих предшественников Мендель изучал наследование не «общего облика», а отдельных признаков. Настолько простым это кажется теперь, и насколько необычным был такой подход сто лет назад. Для скрещиваний ученый брал растения, отличающиеся только одним признаком: формой горошины, ее цветом, длиной стебля, окраской цветка…

Вторая особенность опытов Менделя состояла в том, что он ставил количественные опыты, а не ограничивался, как многие другие, рассмотрением потомков одной пары растений. Например, скрещивая растения с морщинистыми и с гладкими семенами, он получил от 253 гибридов 7324 горошины и каждую внимательно рассмотрел. И так было с каждым признаком, который изучался. Подобных опытов тогда никто не ставил.

И трудолюбие Менделя было вознаграждено. При исследовании столь обширного материала сразу обнаружилась закономерность. Так, при скрещивании растений с морщинистыми и гладкими семенами все потомки дали гладкие семена. Уже это показывало, что нет никакого смешения, а один признак явно доминирует над другим. Если же гибриды первого поколения скрещивались друг с другом, то во втором поколении наблюдались и гладкие и морщинистые семена, причем первых было втрое больше.

Такая же картина получалась и с другими парами признаков: полное доминирование одного над другим в первом поколении и расщепление признаков во втором в соотношении 3:1. Эти опыты позволили сформулировать два закона: закон доминирования и закон расщепления. Эти законы, справедливые не только для гороха, но и для всех живых существ на нашей планете, теперь во всем мире называют законами Менделя: первым и вторым. А всего законов Менделя три.

Третий касается скрещиваний между формами, отличающимися более чем одной парой признаков. Закон независимого расщепления (так его называют) гласит, что отдельные признаки наследуются независимо друг от друга.

К таким выводам пришел Мендель в результате своей многолетней почти каторжной работы. Ведь помощников у него не было. Даже грядки он вскапывал собственными руками. К тем же выводам пришли три других ученых спустя 35 лет. А потом десятки и сотни ученых поставили опыты на разнообразнейших растениях и животных, изучили наследование признаков у человека и подтвердили универсальность «гороховых законов». Но не это самое главное.

Если бы Мендель только открыл законы Менделя, и тогда его имя навсегда осталось бы в науке. Однако он сделал гораздо больше. Он разработал гипотезу, которая объясняла, почему при скрещиваниях признаки наследуются именно так, а не иначе. Причем гипотеза оказалась совершенно правильной, хотя Мендель пришел к ней в то время, когда живая клетка была почти не изучена. Ведь и открыли-то клетки незадолго до этого.

Гипотеза Менделя сводилась к тому, что каждый признак определяется специальным материальным наследственным зачатком («фактором», как их назвал сам Мендель) и что в каждой клетке находится по два экземпляра факторов каждого сорта. При скрещивании зародыш получает по одному фактору каждого сорта от отца и по одному от матери.

Эти простые предположения объясняли все результаты, полученные Менделем в его многочисленных опытах. Гипотеза, предложенная Менделем, оказалась справедливой, превратилась в теорию. Теперь менделевские факторы называют генами (это имя они получили в начале XX века), и ученые довольно хорошо знают их строение и химический состав.

Человеку, незнакомому с историей науки, вероятно, трудно себе представить совершенную удивительность работы Менделя. Дело не только в том, что гены — тончайшие структуры живой клетки, в которой и гораздо более грубые детали не были еще известны, но и в том, что Мендель применил в своей работе математический анализ — подход, совершенно неслыханный для биологов прошлого века.

Не удивительно, что в 1865 году, когда Мендель обнародовал свою работу, на нее никто не обратил внимания и она пылилась на библиотечных полках до конца века.

В последнее время популярны фантазии о «пришельцах» с других планет или из других времен, оставляющих какие-то следы. Чем работа Менделя не тема для любителей таких фантазий? Ведь ничего не стоит доказать, что без посторонней помощи подобную работу в середине прошлого века по целому ряду причин выполнить было невозможно.

Но гипотеза о «пришельцах» не нужна. Достаточно лишь верить в безграничную силу человеческого разума и воздавать должное наиболее выдающимся его носителям. Они этого заслужили.

Знаете ли вы, что такое папиллярные линии? Эти линии, покрывающие тончайшим узором подушечки наших пальцев, у всех людей различны, что очень помогает криминалистам. Расстояние между линиями настолько мало, меньше половины миллиметра, что они едва различимы невооруженным глазом.

Что живые организмы состоят из клеток, нет надобности повторять, это все знают. Но мало кто, даже из видевших клетки под микроскопом, представляет себе, насколько они малы. Между двумя папиллярными линиями умещается примерно от 20 до 50 клеток! Причем клетки, покрывающие поверхность нашего тела, относятся к числу крупных.

Нам трудно осознать величину больших чисел. Как часто мы говорим слово «миллион». А помните, когда Остап Бендер получил, наконец, миллион рублей, к которому так стремился, то просто не смог его истратить. Если увеличить в миллион раз человека, то, распластавшись на земле, он протянется от Крыма до берегов Финского залива! А миллиард — тысяча миллионов…

И я боюсь, что если скажу: человеческий мозг состоит из 15 миллиардов клеток, мало кто сможет ясно осознать, как это много или, с другой стороны, насколько мелки клетки. Должен признаться, что и я вполне ясно, зрительно, не очень-то представляю эти величины. Приходится сравнивать. Но и это не просто. Можно сказать, что клеток в мозгу примерно раз в пять больше, чем людей на Земле. Но вы представляете себе население нашей планеты?

А понять, что клетки малы — очень важно. Пусть даже останется не совсем ясным, насколько они малы, достаточно помнить, что они очень-очень малы, меньше всего того, с чем нам приходится иметь дело.

Это нужно, чтобы представить себе всю тонкость сложной клеточной организации. Организм человека достаточно сложен. Во всяком случае, мы им очень гордимся, считая почти верхом совершенства. Но ведь человек, как любое другое живое существо, вырастает из одной-единственной клетки — оплодотворенного яйца. И все наследственные признаки организма, вся информация о его строении, свойствах, развитии заложена в этой клетке, точнее, в небольшой ее части.

Живая клетка — мешочек, заполненный вязкой жидкостью. В этой жидкости, протоплазме, плавают мелкие частички — митохондрии и микросомы (в них-то и происходит большая часть процессов, которые называют обменом веществ). Среди них, окруженное тончайшей оболочкой, находится ядро клетки, также заполненное жидкостью, похожей на протоплазму. А в этой жидкости, кариоплазме, плавают тончайшие нити. Их называют хромосомами, и с ними нам частенько придется встречаться в дальнейшем.

Число хромосом в клетках разных видов организмов может быть очень различным. Так, в клетках лошадиной аскариды лишь по одной паре хромосом, у растения Гаплопапус грацилис — две пары, а у некоторых птиц или бабочек число их может достигать нескольких сотен. В клетках человека содержится по 23 пары хромосом.

Двадцать три пары, то есть сорок шесть штук. Но их действительно 23 пары, потому что в каждой клетке содержится по две хромосомы каждого сорта. Не ассоциируется ли это с менделевскими гипотетическими факторами (теперешними генами)? Пожалуй. И это не случайно, хотя хромосомы и гены — далеко не одно и то же.

Итак, каждая клетка содержит удвоенный набор хромосом. Но это не совсем так, потому что есть одно исключение из общего правила. Это исключение — зародышевые клетки. Клетки размножаются путем деления. Делению предшествует удвоение числа хромосом. Поэтому в каждой новой клетке оказывается то же самое, всегда постоянное число хромосом. Но при созревании половых клеток одно из делений происходит довольно своеобразно, в результате чего в зрелую клетку попадает только половинный, точнее — одиночный набор хромосом.

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.

Следующая задача, вставшая перед учеными: научиться изменять гены. Хотя это долго не удавалось, особых оснований считать гены неизменными не было. Большинство генов известны в нескольких разновидностях. И у растений гороха, которые скрещивал Мендель, гены несколько различались: у одного растения ген обусловливал гладкую поверхность семян, у другого — он же — морщинистую. Наследственные изменения генов, или, как их называют, мутации, широко распространены в природе. Время от времени они возникают у всех живых организмов без каких-либо внешних воздействий. Но хотя появляются они и крайне редко, значение их велико. Если бы не существовало естественных мутаций, не было бы и генетики — науки о наследственности. Все представители одного вида походили бы друг на друга больше, чем близнецы. А не было бы различий, нечего и сравнивать. Если бы не было мутаций, не существовало бы и высоко развитой жизни на нашей планете, так как именно мутации дают материал для эволюции организмов.

И вот, наконец, в 1927 году ученый мир узнал, что мутации можно вызывать и искусственно. Однако теперь, когда пишут об открытии действия ионизирующих лучей на наследственность, упоминают, что на два года раньше то же открытие сделали двое ленинградских ученых — Георгий Адамович Надсон и Григорий Семенович Филиппов. В 1925 году они, как известно, опубликовали первые работы о возникновении наследственных изменений у дрожжей под влиянием излучений радия.

Перед тем как начать писать эту главу, я решил просмотреть статьи Надсона. Вот самая старая из его радиобиологических работ, «О действии радия на дрожжевые грибы в связи с общей проблемой влияния радия на живое вещество». Она напечатана в самом первом номере журнала «Вестник рентгенологии и радиологии», основанного Неменовым. На журнале дата: 1920. Статья занимает почти сто страниц большого формата. Много места уделено подробнейшему обзору литературы, которая теперь безнадежно устарела. Говорится и об опытах по радиобиологии дрожжей, начатых Надсоном и его сотрудниками. Должен сознаться, раньше я эту статью не читал. Зачем? Ведь существуют более лаконичные последующие публикации того же автора, основанные на большем материале. Впрочем, статью, видно, почти никто внимательно не читал. Сейчас мне это совершенно ясно.

На странице 122 черным по белому написано: «Полученный от радия импульс может передаваться клеткой наследственно (это выделено и в журнале. — Н. Л.). Иногда клетка, непосредственно радиированная, не обнаруживает никаких заметных изменений, которые выявляются лишь у ее потомков». Это опубликовано в 1920 году, в самом первом номере журнала. Но чтобы напечатать статью, ее нужно сначала написать, а чтобы написать статью, провести опыты. Совершенно ясно, что опыты были поставлены не позже чем в 1918–1919 годах.

Выходит, Надсон опередил американских ученых не на два года, как обычно считают, а почти на целое десятилетие! Почему же честь открытия обычно приписывают Меллеру, почему именно он, а не кто-нибудь другой стал лауреатом Нобелевской премии за открытие действия ионизирующих излучений на наследственность?

В том, что открытие было сделано раньше 1920 года, а первая специальная статья по этому поводу вышла в свет в 1925 году, нет ничего удивительного. Низшие грибы, в частности дрожжи, относятся к числу трудных объектов для генетического исследования, даже сейчас с ними еще не все ясно. А в начале 20-х годов ясности было гораздо меньше. Правда, Надсон был одним из крупнейших в мире специалистов по дрожжам, именно это и позволило ему провести такие опыты.

Самым главным в этих опытах было доказать, что наблюдаемые изменения наследственны. Дрожжевые клетки обычно размножаются бесполым способом — простым делением. При этом даже ненаследственное изменение может наблюдаться в обеих дочерних клетках. Правда, по мере деления клеток ненаследственное изменение будет «разбавляться» и постепенно сойдет на нет. Поэтому в опытах с дрожжами требовалось наблюдать изменения в течение многих поколений, для чего нужно больше времени. И в опытах Надсона некоторые изменения прослеживались в течение более чем сотни поколений.

Но, несмотря на это, полной уверенности, что здесь действительно произошли настоящие изменения генетического аппарата, быть не могло. Нужны дополнительные сложные исследования. Надсон осторожен и не спешит с публикацией. Даже когда он стал печатать статьи об облучении дрожжей, то предпочитал называть наблюдаемые изменения не мутациями, как принято называть наследственные изменения, а «радиорасами».

Большая часть экспериментов велась молодым сотрудником Надсона — Григорием Филипповым. Работы, как правило, публиковались совместно. После выхода в свет первой работы стало ясно, что Надсон и Филиппов открыли широкое наступление. Они ставили опыты с разными группами дрожжей и с плесневыми грибками, работали с радием и рентгеновыми лучами, исследовали не только внешние, но и биохимические признаки, имея в виду возможное практическое использование «радиорас»…

Увы, этим опытам не суждено было завершиться. Филиппов умер от туберкулеза в 1933 году, в возрасте 35 лет. Ненадолго пережил его учитель. Он погиб во второй половине 30-х годов.

Меллер для своих опытов избрал плодовую мушку — дрозофилу, бывшую в те годы самым удобным, самым изученным генетическим объектом. К тому же к середине 20-х годов уже существовало большое число специальных культур для быстрого, простого и вполне однозначного обнаружения разных типов наследственных изменений. Большой популярностью пользуется, например, культура «Си-Эль-Би», которую применяют, когда надо выявить так называемые рецессивные леталии (то есть мутации, вызывающие гибель организмов, но при возникновении находящиеся в скрытом состоянии). С помощью этой культуры можно обнаруживать изменение не какого-нибудь одного, а всех генов, находящихся в так называемой половой хромосоме, что составляет около 20 процентов генов дрозофилы.

И методика работы с культурой «Си-Эль-Би» предельно проста. Исследуемых самцов скрещивают с самками из этой культуры и смотрят, есть ли во втором поколении самцы. Если у «дедушки» в соответствующей хромосоме была мутация, то при таком скрещивании наблюдаются только «внучки» и ни одного «внука». Не правда ли, просто? Мало того, такие эксперименты в отличие, например, от опытов с дрожжами совершенно ясно говорят о том, что в хромосоме произошло наследственное изменение.

Герман Меллер применил именно культуру «Си-Эль-Би» (кстати, он же и был ее автором). Не приходится удивляться, что хотя он начал опыты значительно позже Надсона и Филиппова, но довел их до победного конца раньше. Ведь даже сам Надсон не был вполне уверен, что у него получались истинные наследственные изменения. А данные Меллера не оставляли в этом никакого сомнения.

Мутации бывают разные. Все они изменяют наследственность, но в их основе лежат разные изменения хромосом. Во-первых, может измениться число хромосом. В нормальных клетках по две хромосомы каждого сорта. Но хромосомный набор может удвоиться, и в клетке окажется по четыре хромосомы каждого сорта. Такие случаи бывают. Организмы, содержащие увеличенное число хромосомных наборов, называют полиплоидами. Они вполне жизнеспособны, более того — полиплоиды обычно развиты лучше нормальных форм, обладают повышенной продуктивностью. Ясно, что они могут иметь важное хозяйственное значение. И многие селекционеры занимаются искусственным получением полиплоидов у сельскохозяйственных растений.

Бывают и другие случаи, когда большинство хромосом содержатся в клетках в нормальном двойном числе, а одна какая-нибудь в ненормальном, скажем, в единичном или тройном. Такие организмы называют анеуплоидами, и они в отличие от полиплоидов, как правило, характеризуются теми или иными дефектами. Полиплоиды и анеуплоиды объединяют под общим названием «геномные мутации».

Второй тип мутаций носит название хромосомных. О них говорят, когда количество хромосомного материала остается прежним, но меняется его расположение. Возможностей здесь много: две хромосомы обменяются своими частями, внутри хромосомы какой-то участок перевернется на 180 градусов, бывают и гораздо более сложные перестройки хромосом. Но чаще всего наблюдается их фрагментация: хромосома распадается на две или большее число частей.

Наконец, бывают случаи, когда микроскоп не обнаруживает в клетках никаких изменений хромосомного набора, но наследственное изменение тем не менее произошло и проявляет себя. Например, в потомстве нормальных красноглазых дрозофил появляется муха с белыми глазами. Это не просто уродство, потому что потомки такой мухи также белоглазые. Изменение налицо, однако микроскоп ничего не обнаруживает. Следовательно, заключили генетики, в основе мутации лежит внутреннее изменение самого гена, и назвали это явление генными мутациями. И оказались правы. В настоящее время научились исследовать тонкую химическую структуру гена, и выяснилось, что генные мутации сопровождаются небольшими изменениями в химическом строении отдельных генов. Понятно, что под микроскопом этого не заметишь.

Итак, мутации делятся на генные, хромосомные и геномные. Все эти типы встречаются в природе и возникают (хотя и крайне редко!) в лабораторных условиях, без всякого вмешательства человека.

Когда ученые узнали, что после облучения наблюдается большое число мутаций, многие стали говорить, что радиация просто-напросто ускоряет естественный мутационный процесс. Однако это не так. Если бы речь шла лишь об ускорении, то число мутаций всех типов должно было бы возрастать одинаково. Но уже Меллер обнаружил, что под воздействием проникающих лучей особенно увеличивается число хромосомных мутаций, как раз того типа, который в природе встречается особенно редко. Отсюда следует, что радиация не просто ускоряет возникновение мутаций, а способна их вызывать.

Теперь известно, что на образование геномных мутаций облучение влияет слабо. Что же касается генных и хромосомных мутаций, то они появляются в большом числе. И особенность действия лучей не сводится только к тому, что они вызывают большее число хромосомных мутаций по сравнению с генными. Если мы сравним «спектр» генных мутаций, возникающих самопроизвольно (как говорят генетики — спонтанно) и под влиянием радиации, то заметим большую разницу. Генные мутации бывают разными. Некоторые вызывают гибель будущего организма (летальные мутации), другие понижают жизнеспособность, что может сопровождаться или не сопровождаться внешними изменениями (мутации жизнеспособности), наконец, могут только меняться внешние признаки. Очень существенно, что под влиянием облучения особенно велик процент летальных мутаций: он гораздо выше, чем среди мутаций, возникающих спонтанно.

Мы гордимся тем, что действие ионизирующих излучений на наследственность впервые открыто нашими соотечественниками Георгием Надсоном и Григорием Филипповым. Их приоритет бесспорен. Но не приходится удивляться, что «отцом» радиационной генетики стал не Надсон, а Меллер. Это связано с тремя причинами.

Во-первых, Меллер избрал особенно удобный генетический объект — дрозофилу, — на котором можно быстро получать вполне однозначные результаты. Что же касается главного объекта Надсона и Филиппова — дрожжей, то он как раз относится к числу наиболее трудных. Заранее можно сказать, что десятки генетиков возьмутся продолжать работы Меллера, в то время как генетические опыты с дрожжами тогда мало кого могли вдохновить.

Во-вторых, Надсон и Филиппов успели только начать свои исследования. Смерть обоих ученых не дала возможности довести их до конца. А Меллер до сих пор жив и продолжает заниматься радиационной генетикой.

В-третьих, и это тоже имеет известное значение, Надсон и Филиппов публиковали большинство своих работ на русском языке, который был доступен лишь небольшому числу их коллег. А Меллер печатал почти все свои статьи на английском языке, который наиболее распространен в научном мире.

Можно, конечно, досадовать, что, хотя приоритет открытия принадлежит русским, Нобелевская премия за открытие и изучение мутагенного действия радиации присуждена американцу Меллеру. Однако и Меллер получил эту премию вполне заслуженно.

А много ли мутаций возникает под влиянием облучения? В первой работе Меллера ответа на этот вопрос не было. Он не измерял величину дозы, и в его статье указана только продолжительность облучения в минутах. Однако в большинстве последующих работ (в том числе, конечно, и в работах самого Меллера) производится точное измерение доз.

Возьмем какую-нибудь из работ с дрозофилой (все равно какую, так как разные авторы получают очень близкие результаты). Мы увидим, что после облучения дозой 1000 рентген около трех процентов мух имеют в X-хромосоме мутации. X-хромосома составляет пятую часть хромосомного материала, следовательно, мутации будут наблюдаться приблизительно у 15 процентов потомков. Речь идет здесь о рецессивных деталях — наиболее распространенном классе мутаций из тех, которые можно обнаруживать с помощью простых генетических методов.

Ведь это не так много! Для человека, например, доза 1000 рентген — абсолютно смертельна, так не все ли равно, что при этом произойдет с хромосомами?! При меньших дозах мутаций соответственно меньше. Их число возрастает с дозой линейно. Значит, при дозе 100 рентген будет около полутора процентов мутаций. Стоит ли с этим считаться? А при больших дозах возникает временная стерильность; к тому моменту, как плодовитость восстановится, «испорченных» хромосом в клетках почти не останется…

После подобных рассуждений возникает роковой вопрос: ну и что? Что из того, что радиация влияет на наследственность? Так ли это важно для человека? Так ли это существенно в общей картине лучевого поражения? Может показаться, что все это почти никакого значения иметь не может. Однако такой ответ — грубейшая ошибка!

Если вероятность, что у кого-то родится ребенок с наследственным дефектом, да к тому же в скрытой форме, равна одной сотой, это, как может показаться, не так уж важно. Ведь дозы облучения, которые дают такую вероятность, получают на нашей планете единицы.

Конечно, радиация — далеко не единственная причина наследственных аномалий. Без всяких атомных испытаний каждый год на нашей планете рождается около 1 миллиона 500 тысяч детей с тяжелыми наследственными недугами. 15 тысяч — всего лишь один процент от этой цифры. К результатам таких расчетов можно при желании относиться по-разному. Но совершенно ясно, что ничего хорошего в действии радиации на потомство нет и что даже небольшое повышение радиоактивного фона на нашей планете, которое уже существует, оказывается с этой точки зрения вредным.

Но вредное действие радиации на наследственность касается далеко не только грядущих поколений. Наследственность — это не просто передача признаков и свойств от одного индивидуума к другому. Это также передача тех или иных особенностей от клетки к клетке. Ведь в основе явлений наследственности среди организмов лежит клеточная наследственность.

Под действием радиации больше всего возникает хромосомных мутаций, а среди них наиболее часто встречается фрагментация («поломка») хромосом. Эти поломки, как правило, приводят к гибели клеток. Но ведь причиной лучевой болезни является поражение различных органов и систем (кишечник, кроветворные органы и так далее), а оно связано с гибелью клеток. Конечно, гибель клеток не единственная причина лучевой болезни. Так, поражение центральной нервной системы, вызывающее «смерть под лучом» при воздействии очень высокими дозами, вряд ли можно связать с гибелью клеток. Но, так или иначе, гибель клеток играет при острой лучевой болезни исключительно важную роль. А основная причина гибели облученных клеток (хотя тоже не единственная) — хромосомные мутации.

А как обстоит дело с отдаленными последствиями облучения? Самое серьезное из них — лучевой рак. А что такое рак вообще? Заболевание, при котором клетки начинают бесконтрольно делиться, передавая это свойство дочерним клеткам. Что же это, как не наследственное изменение? Следовательно, и лучевой рак — тоже результат действия радиации на наследственные свойства клеток.

Причины других отдаленных последствий облучения, таких, как преждевременное старение, худшая приспособляемость к окружающим условиям, до недавнего времени казались менее понятными. Однако и здесь, как выясняется, генетическим повреждениям принадлежит ведущая роль.

Это может показаться на первый взгляд странным. Ведь мы знаем, что вредная мутация чаще всего либо приводит к гибели ту клетку, в которой возникла, либо находится в скрытом состоянии, ничем себя не проявляя. Такие скрытые мутации (генетик выразился бы более точно, но совсем непонятно: «гетерозиготные рецессивные летали») проявляются только в результате скрещиваний, когда две одинаковые мутации встречаются вместе. Но так ли это? Может быть, мутации, которые называют скрытыми, в действительности как-то действуют на организм?

Самуил Наумович Александров, известный радиобиолог, занимающийся вопросами отдаленной лучевой патологии и работающий, кстати, в том же институте, где Надсон и Филиппов сделали свое историческое открытие, получил недавно поистине удивительные результаты. Он изучал способность клеток к свечению под действием ультрафиолетовых лучей. Нормальные клетки светятся, но если их предварительно облучить ионизирующими лучами, начинают светиться сильнее. Впрочем, удивительно не это. Способность сильнее светиться передается облученными клетками по наследству. Значит, она связана с возникновением рецессивных мутаций, которые, как думали, находясь в скрытой форме, не влияют на свойства клеток.

А раз меняется способность клеток к свечению, может быть, меняются и другие ее свойства, незаметные на первый взгляд? Ставятся дальнейшие опыты, и выясняется, что и преждевременное старение и пониженная приспособляемость организмов в первую очередь обусловлены рецессивными мутациями, находящимися в скрытой форме.

К этому нужно еще добавить, что генетические действия радиации играют особенно важную роль при низких дозах облучения. Для всех остальных биологических эффектов радиации есть порог: существует доза облучения, ниже которой нет вообще никакого эффекта. А для генетических эффектов порога не существует. Любая, самая малая доза способна изменить хромосомы. Правда, при низких дозах вероятность такого изменения очень мала. Но если это несущественно для любого отдельного человека, то очень важно для человечества в целом.

Итак, действие радиации на хромосомы играет очень важную роль:

во-первых, при острой лучевой болезни;

во-вторых, при отдаленных лучевых поражениях;

и в-третьих, при облучении очень малыми дозами, где все прочие эффекты оказываются несущественными.

Это все относится к организмам, которые были непосредственно облучены. А для потомства роль повреждения наследственности очевидна.

Что стоит в центре любой экспериментальной научной работы? По моему, рисование кривых линий. Опыты ставят, чтобы найти закономерность, которая изображается какой-нибудь кривой. А анализ полученных результатов сводится к тому, чтобы объяснить, почему кривая пошла не так, а эдак.

Кривые, получаемые в опытах, не слишком разнообразны: прямая линия (мы ее тоже называем кривой, правда, прямолинейная кривая — бессмыслица, но мы как-то привыкли к этому); кривая, загнутая вверх; кривая, загнутая вниз; эс-образная кривая (то есть в виде латинской буквы «S»), кривая с максимумом, которая сначала идет вверх, а потом загибается вниз. Вот, пожалуй, и все. Встречаются, конечно, и более хитрые кривые, но с ними ученые стараются меньше иметь дела: слишком это сложно. И когда получают такую сложную кривую, то или из нее делают целую науку, либо просто приводят без всяких комментариев.

Сколько я типов кривых перечислил? Пять. Как будто маловато. И человек, который никогда не имел дела с экспериментальными кривыми, может подумать, что, во-первых, это, должно быть, очень скучное и однообразное занятие, а во-вторых, что в этих пяти типах кривых разобраться очень просто. Однако простота и однообразие только кажущиеся. Можно всю жизнь прожить, получая и анализируя кривые, и считать это самым увлекательным делом. А любая новая зависимость, даже и самая простая — прямая линия, — заставляет поломать голову, но она же часто щедро вознаграждает за вложенный в нее труд.

При изучении мутаций самый главный вопрос — тоже получение кривых и их объяснение. Начнем с генных мутаций.

Главный результат сводится к тому, что зависимость числа мутаций от дозы выражается самой простой из возможных зависимостей — прямой линией. Прямая линия получается всегда: при действии рентгеновыми лучами и нейтронами; при облучении, заканчивающемся за несколько секунд, и при растягивании его на несколько дней, при высокой и низкой температуре, в опытах на излюбленной генетиками дрозофиле и на любых других организмах.

Но мало того, что почти все опыты дают прямые линии. Ведь и прямые линии могут идти по-разному, иметь разный наклон. Однако если поставить опыты по облучению дрозофил разными дозами рентгеновых, бета- и гамма-лучей разной жесткости, то для зависимости числа мутаций от дозы вовсе не получится пучка прямых линий, расходящихся веером. Нет, все экспериментальные точки (разумеется, в пределах точности опыта) лягут на одну прямую. Единственное серьезное исключение — быстрые нейтроны. Довоенные опыты показывают, что нейтроны менее эффективны, чем другие виды лучей. После войны некоторые авторы получили прямо противоположные результаты: нейтроны в несколько раз более эффективны. Теперь же пришли к выводу, что нейтроны оказывают ненамного больший эффект, чем рентгеновы лучи. В чем тут дело? Ни нейтроны, ни мухи не могли за это время стать другими. Генетики ставили опыты совершенно одинаково… Дело в физиках. Дозиметрия нейтронов дело не простое. Нетрудно подсчитать, сколько нейтронов «попало» в облучаемый объект. Но ведь для биологического эффекта важна энергия, которая поглотилась живыми клетками. А поглощенную энергию определить было нелегко.

Из этих простых фактов можно сделать важные выводы. Прямолинейная зависимость эффекта от дозы говорит о том, что возникновение генной мутации — реакция одного попадания, другими словами, для возникновения мутации необходимо и достаточно, чтобы через хромосому прошла всего одна ионизирующая частица.

Но проход частицы может оставить в хромосоме разную энергию. Какая же энергия необходима для возникновения мутации? Если бы для этого нужна была большая энергия, больше энергии одной ионизации, то редко ионизирующие (жесткие) лучи не при всяком проходе оставляли бы нужную энергию и потому должны были быть менее эффективными. Однако в опытах такого не наблюдается. Следовательно, для возникновения мутации достаточно энергии одной ионизации.

Итак, наследственное изменение, генная мутация, вызывается всего лишь одной ионизацией. А много ли может сделать одна ионизация? Не так много: произвести одно изменение в одной какой-нибудь молекуле. То есть может либо отщепиться, либо присоединиться, либо измениться какая-нибудь химическая группа. Значит, мутация — не что иное, как небольшое химическое изменение внутри гена. Такой вывод и как раз на основе анализа результатов опытов по вызыванию мутаций облучением смогли сделать уже в 1935 году Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, Карл Гюнтер Циммер и Макс Дельбрюк. Недавно с помощью более прямых методов молекулярной генетики удалось подтвердить правильность этого вывода.

Многие слышали древнюю притчу о группе слепых, захотевших узнать, что такое слон. Пощупав его, один сказал: это колонна; другой: змея; третий: гора. Ясно, что один ощупывал ногу, другой — хобот, третий — туловище. Нечто подобное произошло в первые годы с исследованием хромосомных мутаций, вызываемых облучением.

За дело взялись две группы ученых. Прежде всего те же дрозофильные генетики. Они обнаруживали хромосомные мутации в опытах по скрещиванию. По распределению признаков среди потомства делали вывод о том, что произошла либо транслокация (обмен частями между двумя хромосомами), либо инверсия (внутренний участок хромосомы перевернулся на 180 градусов), либо делеция (небольшой участок вообще выпал и потерялся), либо еще какое-нибудь более сложное изменение. Во всех случаях речь шла об обменах частями между хромосомами или внутри хромосом.

Но ведь что-то очень похожее было знакомо генетикам давным-давно. Созревание зародышевых клеток сопровождается процессом, который называют кроссинговер, или перекрест хромосом. Хромосомы каждой пары сближаются, приходят в тесный контакт и обмениваются частями. Внешне хромосомы выглядят так же, как и до кроссинговера, но произошла перекомбинация отцовских и материнских генов. Это один из способов, с помощью которых природа увеличивает наследственное разнообразие живых организмов. Кстати сказать, именно кроссинговер помог «четырем разбойникам» определять расположение генов в хромосомах.

Хромосомные перестройки напоминали результат кроссинговера с той только разницей, что обмен происходит не в гомологичных точках хромосом. Это позволило профессору А. С. Серебровскому предложить контактную, или кроссинговерную, гипотезу, которая была им детально разработана совместно с молодым в ту пору генетиком, ныне академиком Николаем Петровичем Дубининым. Согласно этой гипотезе, хромосомы под влиянием облучения приходят в контакт, как бы слипаются, а потом разъединяются, причем части их оказываются соединенными иначе, чем в исходных хромосомах.

Хромосомные мутации заинтересовали не только генетиков, но и цитологов. Они в отличие от генетиков не пользовались скрещиваниями, позволяющими наблюдать только отдаленный результат облучения, а изучали сами облученные клетки. При этом бросалось в глаза, что наиболее частое изменение, наблюдающееся после облучения, — фрагментация хромосом. Отдельные хромосомы оказываются разломанными на две или большее число частей. Кроме того, встречались и перестройки, описанные генетиками, но их было значительно меньше. Исходя из этого, Михаил Сергеевич Навашин предложил фрагментационную гипотезу, согласно которой хромосомы под действием облучения ломаются, а получившиеся фрагменты могут соединиться друг с другом неправильно. Генетики и цитологи наблюдали две разные стороны медали и соответственно предложили разные гипотезы.

Но кто прав? Долгое время шли споры между сторонниками обеих гипотез, и мир был внесен только тогда, когда, наконец, получили точные кривые зависимости эффекта от дозы. Опыты были проведены разными авторами и на разных объектах. Николай Петрович Дубинин в Москве облучал дрозофил, то же самое делал в Германии Ганс Бауэр, а в США Карл Сакс облучал растение традесканцию. Результаты оказались похожими и сводились к тому, что число фрагментов растет с дозой линейно (так же, как и число генных мутаций), а число перестроек увеличивается пропорционально квадрату дозы. Отсюда следовал вывод, что первично возникают фрагменты, а перестройки — результат нескольких (по крайней мере двух) элементарных событий. Фрагментационная гипотеза взяла верх.

Итак, поломки хромосом, подобно генным мутациям, дают для зависимости эффекта от дозы прямые линии. Но на этом сходство кончается. Если выход генных мутаций почти не зависит от жесткости лучей, то с хромосомными мутациями наблюдается вполне четкая зависимость: жесткие лучи оказываются менее эффективными. Чем более густую ионизацию вдоль своего пути создают частицы, тем при той же общей дозе больше получается хромосомных мутаций. Значит, чтобы поломать хромосому, недостаточно одной ионизации и нужна большая энергия.

Этим вопросом подробно занимался английский ученый Ли. Поставив совместно с ботаником Кечесайдом и с генетиком Тодеем ряд специальных опытов и проанализировав полученные результаты математически, Ли пришел к выводу: чтобы разломать хромосому, проходящая через нее частица должна оставить в ней около 15 ионизаций.

Таким образом, к середине 40-х годов вопрос о механизме образования как генных, так и хромосомных мутаций прояснился. Правда, что представляет собой с физико-химической точки зрения разлом хромосомы, или генная мутация, оставалось неизвестным.

Впрочем, подобный вопрос и ставить-то в те времена нельзя было. Как можно говорить о химической природе мутаций, когда неизвестна химическая природа гена? Как можно говорить о природе хромосомного разрыва, когда неизвестно, как построена хромосома?

Только в наши дни, после рождения новой науки — молекулярной биологии, радиационная генетика начинает искать ответы на эти вопросы.