Почему Сталин защищал Лысенко

В данной главе я попробую объяснить, что в понимании Лысенко концепция гена была гораздо ближе к ее современной концепции гена. Для этого мне пришлось углубиться в дебри молекулярной биологии и понять, а что же такое ген, как менялось это понятие по мере развития формальной генетики и молекулярной биологии и есть ли в организме те самые гены-шарики, о которых говорили Морган и другие формальные генетики.

5.1. КАК ПОНИМАЛИ СЛОВО ГЕН МИЧУРИНЦЫ И ФОРМАЛЬНЫЕ ГЕНЕТИКИ?

До открытия молекулы ДНК формальные генетики-вейсманисты (или в советской терминологии — вавиловцы) утверждали, что гены — это шарики диаметром 0,02-0,06 микрометра (миллионная доля метра), которые практически не изменяются и почти никак не зависят ни от самого организма, ни от окружающей среды. Американский генетик Меллера, которого Алиханян охарактеризовал как типичного “формального генетика" писал в статье, опубликованной в 1947 г.: "Наследственный материал потенциально корпускулярен, и каждая отделимая частица, определяющая воспроизведение в точности своего собственного материала, может быть названа геном. Лысенко же был против такого механистического взгляда на ген.

Чтобы меня не заподозрили в передёргивании опять приведу цитаты из выступлений формальных генетиков и мичуринцев на сессии ВАСХНИЛ 1948 г.

Формальный генетик Доцент С. И. Алиханян (кафедра генетики Московского государственного университета) заявил на сессии: ""Ген — объективно существующая материальная частица живой клетки… Целым рядом тончайших экспериментов показано, что гены очень точно локализованы и мы безошибочно можем изменить признак, изменяя определенный локус хромосомы, заранее нам известный. Советским генетикам необходимо вскрыть и понять, что метафизические концепции о неизменности гена и генотипа, о непосредственной связи гена с признаками приводят к реакционным концепциям в общебиологических теоретических положениях, к тем ошибкам, к которым скатились Серебровский, Филипченко, Кольцов и многие другие генетики".

А вот как на сессии ВАСХНИЛ объяснял, что такое ген, доктор биологических наук И. А. Раппопорт из Института цитологии, гистологии и эмбриологии Академии наук СССР: "Ген является материальной единицей с огромным молекулярным весом порядка сотен тысяч и даже миллионов единиц. Гены имеются в ядре клетки в совершенно определенных точках, которые называются хромосомами".

И снова в определениях формальных генетиков было много оговорок. Например, тот же И. А. Раппопорт говорил: “Мы убедились, что можно искусственно перемещать единицы из одной хромосомной системы в другую. Мы убедились, что эти наследственные единицы — гена — не являются неизменными, а, наоборот, способны давать мутации.

Профессор Н. И. Нуждин (Институт генетики Академии наук СССР) также заметил, что на Западе понятие гена становится все более размытым: "Возьмите вопрос с проблемой гена. Не буду останавливаться на критической части проблемы. Всем известно, что это одна из самых метафизических областей генетики. Но сейчас с проблемой гена в самой генетике не все благополучно. На протяжении последнего десятилетия такие крупнейшие генетики, как Гольдшмидт, ведут критику проблемы гена. Для примера приведу ряд его высказываний: "Ряд наблюдений показывает, что генных мутаций не существует, поэтому нет генов"… "теория зародышевой плазмы полностью порывает с концепцией гена как самостоятельной единицы". Гольдшмидт, автор "количественной теории гена", сейчас вынужден, под напором фактических данных, ставить под сомнение ген".

Однако мичуринцы эти оговорки считали несущественными. Например, заведующий кафедрой генетики растений Ленинградского государственного университета профессор Н. В. Турбин заявил: "Все эти новые течения цитогенетической мысли, которые появились в последнее время, несомненно, имеют стыдливо выраженную тенденцию к постепенному стиранию различий между хромосомными генами, как особыми единицами вещества наследственности, и соматическими элементами протоплазмы. Но нельзя переоценивать значение этих идей, как это, например, сделал английский цитогенетик Файф, попытавшийся проанализировать современное положение в генетике и значение работ академика Лысенко. Файф пришел к выводу, что новые идеи ведут к модификациям основных положений теории гена "в том же направлении, как это старается делать Лысенко, хотя он подходит к этому совершенно с другой экспериментальной точки зрения". Противники мичуринской генетики пытаются изобразить положение так, что мичуринская генетика выглядит в виде какой-то новой умозрительной концепции, не обоснованной экспериментальными фактами, в отличие от менделевско-моргановской генетики, якобы построенной на экспериментальных данных". (Работу Файфа можно посмотреть здесь — 143)

Академик Н. Г. Беленький заметил: В последнее время в лагере морганистов-менделистов появилось течение, которое допускает, наряду с генами, локализованными в хромосомах (хромосомная теория наследственности), существование генов, локализованных в других частях клетки (пластидные гены — плазмогены). Такое добавление не имеет принципиального характера, так как сущность теории остается та же, т. е. учение об особом неизменном веществе наследственности".

Хотя выступавшие на сессии ВАСХНИЛ формальные генетики тоже пытались сделать свои понятия размытыми до нельзя, мичуринцы в ответ на это цитировали то, что ранее писали сами формальные генетики. Профессор К. Ю. Кострюкова из Киевского медицинского института резко критиковала попытки формальных генетиков вывернуться: "Вчера с этой трибуны выступал тов. Раппопорт. Выступал он, как настоящий морганист, убежденный морганист. Он оказался в плену враждебной теории. Тов. Раппопорт так защищал моргановское направление, что сначала казалось, что все обстоит в этой теории благополучно. Ген у него оказался одетым в новую, модную одежду, биохимическую одежду. Речь уже шла о гено-гормонах. Но надо быть честным, тов. Раппопорт! Надо было сказать, что эта изложенная вами новая гипотеза — бездоказательная гипотеза, а вы ее выдаете за несомненную истину. Нужно сказать, что введение таких бездоказательных гипотез как несомненных истин в свою науку очень характерно для моргановского направления. Оно характерно для самого основателя теории — Моргана. Морган вообще не признавал слова "гипотеза": даже слово теория было ниже его достоинства. Все его измышления назывались законами. В любом учебнике генетики можно найти закон кроссинговера, закон линейного расположения генов и т. д. Правда, сейчас говорят, что гены есть и в плазме клетки. Но по существу это дела не меняет. И плазмоген и хромосомный ген — это особое наследственное вещество. Ген — это чистейшая фикция, как бы вы ни уверяли, тов. Раппопорт, что это материальная частица. Электронный микроскоп вас не спасет. Вы можете видеть в электронный микроскоп какие угодно мельчайшие частицы, но это будут частицы хромосомы, а ген вы не увидите, потому что его нет, как нет жизненной силы".

Мичуринцы на сессии, несколько огрубляя представления оппонентов, резко критиковали подобные моргановские и вейсмановские представления о гене.

Академик С. С. Перов, один из выступавших на августовской сессии ВАСХНИЛ, резко критиковал Алиханяна: “…Алиханян писал: "Ген, действительно, существует в хромосоме реально, но он связан с признаками и влияет на них лишь через геногормоны, испускаемые генами, очевидно, внутрь организма, как это полагается для гормонов. Как известно, в биохимии гормоны являются очень сложными соединениями, которые создаются специальными органами — железами внутренней секреции. Это же надо додуматься до представления о гене, как органе, железе с развитой морфологической и очень специфической структурой может только ученый, решивший покончить с собой научным самоубийством. Представлять, что ген, являясь частью хромосомы, обладает способностью испускать неизвестные и ненайденные вещества — …значит заниматься метафизической внеопытной спекуляцией, что является смертью для экспериментальной науки".

Академик И. И. Презент так критиковал взгляды формальных генетиков: "Как можете вы, ботаник Жуковский, не знать, что сейчас существует большое количество тончайших цитологических работ, являющихся результатом применения новых микроскопов и новых реактивов, работ, которые полностью опровергают всю цитогенетическую схему. А если эти работы знаете, то почему вы их скрываете и не делаете из них соответственных выводов?

Советский ученый профессор Макаров (Ленинградский университет) показал, что так называемая непрерывность хромосом — это миф. Крупный цитолог Джеффри показал, что одно из основных, демонстрированное здесь академиком Жуковским при помощи пальцев, положений цитогенетики об уменьшении числа хромосом на стадии мейозиса, как простого следствия соединения расположенных бок-о-бок хромосом в пары, как только осуществится редукция, — неверно. "Это предположение, — пишет Джеффри, — является результатом явного незнания структуры соматических или телесных хромосом и, прежде всего, незнания организации до сих пор совершенно не изученных в структурном отношении репродуктивных или гаметических хромосом. При существующем состоянии наших знаний нет достоверно известного случая соединения хромосом, расположенных бок-о-бок, так как изучение организации всех типов хромосом ясно показывает, что все хромосомы неизменно соединяются только концами. Больше того, соединение хромосом никогда не имеет места в начале деления ядра (как общепризнанные теории приписывают сущности мейозиса или редукции), но в конце (в телофазе) непосредственно предшествующего деления. Можно добавить, что не только соединение хромосом в клеточном делении характерно для предшествующего деления и приурочено к его концу, но это положение является также неизменной особенностью всех соединений хромосом, будь то соматические, репродуктивные или редукционные" (E. C. Jeffrey. The Nucleus in Relation to Heredity and Sex. Science, 1947, v. 106, № 2753).

Описав и продемонстрировав при помощи усовершенствованной микрофотографии структуру хромосом, Джеффри указывает, что "хромосомы мейозиса, сомы и гамет — все обнаруживают одинаковое строение…" "Это положение, — заключает Джеффри, — как было наглядно показано выше с помощью фотомикрографий, совершенно не соответствует принятым взглядам на связь хромосом с наследственностью… Отсюда следует, что доктрина о параллельном или латеральном влиянии хромосом в редукционном делении и заключения о передаче наследственности, основанные на этом предполагаемом условии, в действительности не имеют прочного основания" (там же).

Открытия Джеффри заставили даже редакцию такого журнала, как "Сайнс", заявить, что "эти исследования делают необходимым пересмотр наших взглядов на связь ядра и его производных хромосом с наследственностью и детерминацией пола (там же — "От редакции").

Вице-президент Американской ассоциации прогресса науки и председатель секции зоологических наук Ф. Шредер, делая обзор цитологии за три четверти века, вынужден признать, что "в цитологии дрозофилы имеется много такого, что не соответствует ходу событий, которые мы считаем стандартными" (F. Schrader. Three Quarter centuries of Cytology. Science, v. 107, № 2772), что "большая часть основ, на которых зиждется современная цитогенетика, требует перестройки", и "что почти все цитологи, за исключением Дарлингтона и его последователей, в настоящее время убеждены в неправильности его фактических данных (F. Schrader, там же).

Но почитайте работы самого Моргана, только не в популярных изданиях для студенчества и общественности, а для своих собственных единомышленников, и вы увидите, что Морган вынужден указать, что пол нельзя считать детерминированным только наличием х- и y-хромосом.

Система цитогенетики рушится. Недаром же морганисты на скорую руку придумывают в дополнение к генам всякие "плазмогены", "пластидогены" и другие такого же рода слова, долженствующие завуалировать полный теоретический и фактический разгром морганизма. Недаром же Гуго Илтис, тот самый Гуго Илтис, который в свое время при воздвижении памятника Менделю клялся его праху, предвосхищая тем самым рекомендацию академика Жуковского, ныне, став хранителем и сотрудником менделевского музея в Фредериксбурге, уныло заявляет: "Для генов наступили черные дни. Тяжело, когда твое существование берется под сомнение… Не меньшим поношением достоинства гена, главной гордостью которого была его кристаллоподобная чистота и постоянство, является обвинение в лабильности и едва ли в большей стабильности, чем стабильность куска сахара, растворяющегося в чашке кофе" (The Journal of Heredity, 1944, v. 35, № 11)." (конец цитаты). (МОЙ КОММЕНТАРИЙ: обратите внимание на прекрасное знание выступающим англоязычной литературы).

Итак, хотя формальные генетики и пытались дать оговорки к определению гена, в главном они сходились — ген это неизменная часть хромосом. Лысенко же критиковал подобные представления.

5.2. РАЗВИТИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ О ГЕНЕ. ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА

Давайте посмотрим, кто был в то время более прав. Для этого нам придется понять, а что сейчас молекулярными биологами понимается под словом ген и есть ли вообще те неделимые кирпичики, кодирующие белки; кирпичики, которые Морган предлагал считать генами? Фенотип подавляющего большинства организмов одного и того же вида чрезвычайно стабилен и имеет замечательную воспроизводимость. Почему? Этот вопрос давно интересовал ученых-биологов.

Дарвин говорил о неких гипотетических элементах, геммулах или геммулесах (единицы пангенеза по его теории пангенеза), передающих наследственные свойства. По мнению Дарвина, от всех клеток организма отделяются мельчайшие частицы — "геммулы", которые, циркулируя с током крови по сосудистой системе организма, достигают половых клеток. Затем, после слияния этих клеток, в ходе развития организма следующего поколения геммулы превращаются в клетки того типа, из которого произошли, со всеми особенностями, приобретенными в течение жизни родителей. Отражением представлений о передаче наследственности через "кровь" является существование во многих языках выражений: "голубая кровь", "аристократическая кровь", "полукровка" и т. д. Мендель называл эти единицы элементами.

В 1871 году английский врач Ф. Гальтон (F. Galton), двоюродный брат Ч. Дарвина опроверг своего великого родственника. Он переливал кровь черных кроликов белым, а затем скрещивал белых между собой. В трех поколениях он "не нашел ни малейшего следа какого-либо нарушения чистоты серебристо-белой породы". Эти данные показали, что по крайней мере в крови кроликов геммулы отсутствуют".

В 80-е годы XIX-го века с теорией пангенезиса не согласился Август Вейсман (A. Weismann). Он предложил свою гипотезу, согласно которой в организме существуют два типа клеток: соматические и особая наследственная субстанция" названная им "зародышевой плазмой", которая в полном объеме присутствует только в половых клетках. Для объяснения феномена наследования Вейсман предположил существование особых самовоспроизводящихся элементов, которые детерминируют (определяют) свойства организма. Он назвал эти элементы детерминантами.

В 1889 г. ещё до своего переоткрытия "законов Менделя" ДеФриз опубликовал книгу "Внутриклеточный пангенез", в которой он постулировал, что каждый специфический признак в процессе наследования имеет свой наследственный переносчик, частичку.

Он назвал эти частички пангенами. Де Фриз писал, что как физика и химия основана на молекулах и атомах, так и биологические науки должны проникать до самых этих элементарных единиц для того, чтобы объяснить ими комбинации феноменов живого мира.

Идея, как говорится, уже давно витала в воздухе. Наконец, в 1909 г., чтобы объединить все эти названия Йоханссен (Johannsen) ввел термин ген. Это слово использовалось для единичных элементов, факторов, или аллеломорфов в гаметах. Слово ген происходило от наименования самой науки — генетики. Йоханнесен определил ген как специфические условия и детерминанты, которые присутствуют (в половых клетках — гаметах) в виде уникальных, отдельных и поэтому независимых единиц и на основе которых специфицированы (определены) свойства организма (“special conditions, foundations and determiners which are present [in the gametes] in unique, separate and thereby independent ways [by which] many characteristics of the organism are specified” [246. С. 124]). Йохансен понимал, что за словом ген в то время не стояло ничего существенного, но он считал, что слово ген имеет смысл и в реальности, особенно в рамках Менделизма.

В 1910 году Морган с сотрудниками описали плодовых мушек с белыми глазами. “Последующие исследования Моргана по передаче фенотипа белых глаз стали основой хромосомной теории наследования, связавшей отдельные единицы хромосом, которые он [Морган] называл генами, с наследованием признаков (traits) в потомстве и объяснившей механизм менделевского [типа] наследования”. За эти выдающиеся (изменяющие основы существовавшей тогда парадигмы) работы в 1933 году Морган получил Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. (327, С. 591).

В том же 1933 году Морган заметил, что среди генетиков нет согласия насчет того, являются ли гены реалиями или это чистая фантазия. Для самого Моргана гены являлись биологическими аналогами молекул и атомов в химии и физике. Гены ему представлялись как некие гипотетические шарики на бусах, шарики диаметром несколько микрометров, в которых содержится некое неизменяемое от внешних воздействий наследственное вещество и которые кодируют указанные фенотипические характеристики: цвет, форму, расположение и т. д. Считалось, что гены-шарики располагаются линейно (279).

В те времена гены рассматривались в качестве единиц функций, которые идентифицировались генетическими методами (цвет цвет цветков, форма крыльев, число и форма колоний бактерий на чашке Петри. Этот анализ не имел ничего общего с ДНК или РНК. Имелась в виду исключительно функция, а точнее классификационный признак, рожденный с помощью человеческого языка (309)

Впервые высказали гипотезу о том, что гены содержатся в хромосомах Суттон и Бовери в 1902 г. (Цитируется по 307). Хромосомы не видны во время интерфазы (промежуток между делениями клеток). Однако Бовери доказал, что хромосомы сохраняют свою физическую интегрированность во время интерфазы. Хромосомная гипотеза Сутона и Бовери произвела эффект разорвавшейся бомбы, поскольку было окончательно доказано, что хромосомы — носители генетической информации в лаборатории Блэйкесли (173, 174, 315). Работая с одним из видом растений (Datura stramonium), имеющим 12 пар хромосом, Блэйкесли получил чистые линии мутантов, у которых кроме обычных 12 пар хромосом имелся небольшой кусочек из разных других пар. Все 12 линий имели разный фенотип. Эта же гипотеза была доказана в лаборатории Моргана позднее. В первом случае В 1921 г. Блэйкесли (174) сообщил о неменделевском типе наследования.

В 1928 году Гриффифс (225) открыл, что нечто, имеющееся в вирулентной бактерии, может быть перенесено в в живую невирулентную, болезнетворную бактерию и последняя может стать болезнетворной. Гриффит не знал, чем определяется трансформация и говорил о "трансформирующем начале". Только в 1944 г. было открыто, что это вещество может быть разрушено ДНК-азой, т. е. ферментом, который специфически режет ДНК (161).

В 1935 г. Бидл и Эфрусси изучали, как мутации в генах плодовых мушек дрозофил влияют на окраску их глаз и обнаружили, что различные мутации приводят к прекращению синтеза различных предшественников в пути биосинтеза глазного пигмента. Был сделан вывод: в норме гены обеспечивают наличие ферментов, осуществляющих биохимические реакции (226).

В 1941 г. тот же Бидл но уже с Татумом (164) открыли, что мутации в генах могут вызвать дефекты в метаболических путях. Что привело к созданию концепции один ген — один фермент. Но она оказалась тоже не совсем верной.

В 1944 г. Эйвери с соавторами (162) доказали, что ДНК является носителем наследственной информации в пневмококках. ДНК определяла биохимическую активность пневмококков и их специфические черты. Но в то время бактериям вообще отказывалось в праве иметь наследственную информацию, так как в них нет хромосом. Более того, в то время не все были убеждены, что то же самое имеет место быть в мире растений и животных.

В 1952 г. Херши и Чейз (232) показали, что в бактериофагах белки и нуклеиновые кислоты функционируют независимо друг от друга. А в 1955 г. ими же было обнаружено, что вещество переносимое бактериофагами из одной бактерии в другую есть ДНК (233). Тем самым была окончательно доказана роль ДНК, как хранителя наследственной информации.

Долгое время генетики считали, что гены работают постоянно и в одной и той же манере. О том, что подобная интерпретация может быть не верна, было предположено ещё Морганом. Он выдвинул гипотезу о батареях генов, которые синхронизируются в процессе развития. Однако только в 60-х годах стало ясно, что гены работают не все время — они включаются и выключаются в зависимости от специфических стимулов.

В 1961 году французские биологи Джакоб и Моно (243, 244) выдвинули гипотезу оперона — батареи генов, регулируемых одним регуляторным геном. Несколько генов могут функционировать как единый комплекс, названный опероном.

Они обнаружили, что у кишечной палочки одна мутация может приводить к исчезновению активности сразу нескольких генов. Для того, чтобы использовать в качестве пищи молочный сахар — лактозу, E. coli применяет сразу три фермента. Была обнаружена мутация (изменение в последовательности нуклеотидов ДНК), которая находилась вне этих трех генов, но приводила к тому, что активности всех трех ферментов отсутствовали и такие мутантные клетки не могли расти на среде с лактозой. Выяснилось, что эти три гена транскрибируются ДНК зависимой РНК полимеразой без остановок (ДНК зависимая РНК полимераза — фермент, осуществляющий синтез РНК на матрице ДНК, далее для краткости — РНК полимераза). В результате образуется единая длинная молекула матриксной РНК (такая молекула непосредственно используется рибосомой для синтеза белка), которая кодирует все три соответствующих фермента.

Тем самым Джакоб и Моно показали, что ген не просто функционирует — он должен активироваться или инактивироваться. То есть для обычных генов нужны гены регуляторные. Регуляторные белки приклеиваются к ДНК с целью контроля экспрессии (интенсивности синтеза) генов. Оперон представлял собой программу экспрессии генов. Возникли понятия генов-регуляторов.

Через 5 лет, в 1966 г. американцы В. Джилберт и Б. Мюллер-Хилл (218) открыли ген, ответственный за синтез белка-репрессора lac, то есть белка, блокирующего транскрипцию, тем самым представив дополнительные факты в поддержку данной гипотезы. Стал неясным вопрос, а оператор — это часть гена или нет.

В 1955 г. Была введена в оборот концепция цистрона, как область ДНК, которая подвержена мутациям (167). В 1958 г. Крик (194) сформулировал центральную догму генетики, в которой исключил возможность обратного потока информации от белка к РНК и от РНК к ДНК. В последнем случае он оказался не прав. Информация с РНК может переписываться на ДНК.

В 1959–1961 году концепция цистрона была чуть изменена (168, 169, 170). Она была детализирована после открытия Джакоба и Моно (243, 244). Цистрон стал определяться как последовательность нуклеотидов, кодирующая один белок (168–170), а ещё точнее ген — это непрерываемый участок ДНК, способный выполнять функцию в цис и транс аспекте (подробнее см. 309, 310). Если перевести с научного, то в понятие ген включили регуляторные гены (транскрипционные фактор, репрессоры…), то есть белки которые приклеиваются к регуляторным участкам ДНК, регулируя синтез белков с последующих участков ДНК. Непрерывный участок ДНК, включавший последовательности нуклеотидов, которые с помощью белков регулировали транскрипцию закодированных далее нескольких белков, получил название оперон. Ген оператор стал считаться частью гена. То есть, определение базировалось на следующей формуле: генетическая функция = ген = полипептид = непрерывный участок ДНК = цистрон.

В том далеком 1959 году, в самом начале эры молекулярной биологии ген определялся как единица функции определяемая генетическими методами, например цвет соцветий, форма крыльев мушки, число и форма колоний бактерий в чашке Петри. Обратите внимание никто не говорил тогда о генах как участках ДНК. Этот анализ не имел ничего общего с ДНК или РНК но определял исключительно функцию. Затем понятие ген было детализировано и под геном понималась не прерываемая последовательность нуклеотидов, кодирующая один белок. Функция (характеристика) = ген = полипептид = непрерывный участок ДНК. В те времена, термин ген был почти синомимом термину кодирование белка (295).

В 1965 г. двумя независимыми группами исследователей (285, 317) началась расшифровка генетического кода, который был теоретически предсказан советским физиком-невозвращенцем Гамовым (311).

В 1969 г. Патти задался вопросом, как последовательность нуклеотидов становится геном, как молекула становится сообщением. И не смог дать точного ответа (248).

Существенный шаг в понимании, что такое ген был сделан тогда, когда исследователи начали расшифровывать полные последовательности нуклеотидов в ДНК. Эти последовательности назвали геномами. В 1976 г. был получен первый полный геном бактериофага (212)

Открытие мозаичной структуры эукариотных генов было сделано в 1977 г. группами ученых, возглавляемых американскими исследователями Ричардом Робертсом и Филиппом Шарпом (170, 188, 216). Тем самым, были открыты интроны и сплайсинг. За это открытие им была присуждена Нобелевская премия. Но термины интрон и экзон предложил У. Джильберт (248).

Оказалось, что сначала матричные РНК синтезируется в виде непрерывного гигантского предшественника и только затем из нее вырезаются интроны, с процессе так называемого сплайсинга, то есть вырезания некодирующих участков из незрелой матричной РНК. Более того, один и тот же участок ДНК может кодировать несколько белков, которые синтезируются независимо друг от друга, если изменить так называемую рамку считывания. Были обнаружены гены, которые вообще не кодируют полипептидов. Это гены, кодирующие транспортные РНК (тРНК) или рибосомные РНК (рРНК), участвующие в синтезе белка. В составе матричной РНК были открыты так называемые нетранслируемые участки, которые в некоторых генах, например, прионах, длиннее чем сама кодирующая часть мРНК.

Уже Б. Мак-Клинток в своей Нобелевской лекции описала геном как очень чувствительный орган клетки, отслеживающий свою активность и корректирующий общие ошибки, чувствуя необычные и неожиданные события и реагирующий на них.

Геном, как команда в футболе. Никогда не знаешь, заиграет команда из лучших игроков или нет, пока не попробуешь. Как видим, никаких шариков на бусах нет и в помине.

В 1985 г. философом Р. Бурианом в очередной раз был поставлен вопрос о том, а что же такое ген (248). В свое время ген был провозглашен “удобным понятием”, “рабочей гипотезой” и т. п. В том же 1985 г. Фэлк (208) писал, что ген это элемент ДНК «и не дискретный и не непрерывный и не имеющий конкретной локализации и четко очерченной функции и даже постоянной последовательности нуклеотидов и четких границ» (… the gene is [.]neither discrete [.] nor continuous [.], nor does it have a constant location [.], nor a clearcut function [.], not even constant sequences [.] nor definite borderlines.

По мнению Портина (293. С. 208), старый термин ген, полезный в начале развития генетики, уже бесполезен в современных условиях. С ним согласен У. Джелбат, который пишет, что ген более не является физическим объектом. Это более концепция, которая приобрела большое значение в прошлом, но потеряла его в настоящем. По мнению историков науки, концепция гена никогда не была единой, понятной и точно очерченной (248. С. 69). Как видим, четкого понятия, что такое ген не было, нет и, скорее всего, не будет. Но давайте продолжим наш анализ.

5.3. РАЗМЫТОСТЬ СОВРЕМЕННОГО ПОНЯТИЯ ГЕН

Ну а как же сейчас (18)? В интернете я нашел несколько определений гена.

"Ген — это участок или несколько участков ДНК, в котором последовательность нуклеотидов определяет последовательность аминокислот в полипептидной цепи". Но есть гены, которые кодируют не информационные РНК, а рибосомальные РНК и транспортные РНК.

"Геном называется участок ДНК, кодирующий один белок. Он начинается с так называемого старт кодона, которые указывает молекуле белка, ответственной за образование молекулы информационной РНК в ядре, что именно здесь начинается информация, кодирующая данный белок. Похожий сигнал есть и в конце гена. Другими словами, промотор сигнал (или инициирующий сигнал) и стоп сигнал определяют, когда надо начинать транскрипцию и когда закончить".

"Ген (эукариотный) — это длинная и преимущественно случайная, не кодирующая последовательность нуклеотидов, в которой расположены участки (экзоны), способные после вырезания из транскрипта этого гена и их объединения в строго определенной очередности, кодировать определенную функцию".

"Ген — это полный сегмент хромосомы, ответственный за функциональный продукт."

Часто вместо термина ген нередко используется термин кодирующая последовательность ДНК — это отрезок двойной нити ДНК, с которого копируется РНК. Иногда генами считают отрезки ДНК, начиняемые особыми последовательностями нуклеотидов, так называемыми «старт-кодонами». Во втором издании учебника под названием "Молекулярная биология гена" под редакцией Нобелевского лауреата Уотсона ген определялся как участок ДНК, открытый для открытого прочтения от старт кодона до стоп кодона. (Для тех кто не в курсе поясню. Образование матричной РНК начинается с определенного триплета нуклеотидов ДНК, который носит название старт кодона). При этом белки-стимуляторы синтеза РНК, белки-операторы, то есть белки, непосредственно участвующие в синтезе и другие регуляторные элементы могут располагаться вне гена (см. 338, рисунок 14-6 на странице 445).

В 1994 году наиболее популярный учебник Б. Льюина «Гены» давал такое определение гена. "Ген (цистрон) это сегмент ДНК вовлеченный в продуцирование полипептидной цепи. Он включает области, предшествующие и следующие за областью ответственной за кодирование, а также интроны.

В наиболее широко распространенном на Западе учебнике "Молекулярная биология клетки" (157) утверждается, что обнаружение, что эукариотические (а проще небактериальные или клетки с обособленным ядром) клетки содержат интроны и что их кодирующая последовательность нуклеотидов может считываться более чем одним способом, подняло вопрос о том, что такое ген. Ведь вроде бы подразумевалось, что один ген это одна полипептидная цепь. Сейчас считается, что это отрезок ДНК, который кодирует одну молекулу РНК, которая в свою очередь кодирует одну полипептидную (или белковую) цепь или сама по себе имеет особую клеточную функцию. Явление альтернативного сплайсинга (или вырезания ненужных цепей нуклеотидов по-разному) подрывает и это определение.

В статье Джинжераса (219) ген определен как геномическая область или область генома, которая продуцирует полиаденозилированную мРНК. Герштейн с соавторами (217) определяют ген как набор перекрывающихся транскриптов, которые образуются из одной и той же последовательности нуклеотидов ДНК, начинающейся со старт-кодона и кончающейся стоп-кодоном, при использовании разных рамок считывания информации.

На одном из вебсайтов, где содержатся дата базы данных о нуклеотидных последовательностях ДНК, ген определяется "как набор первичных перекрывающихся транскриптов".

Организация по созданию номенклатуры человеческого генома так определила ген. "Сегмент ДНК, который оказывает влияние на функции фенотипа" (336).

Бросиус и Гоулд (183) считают, что в многоклеточных организмах архитектура большинства генов, включая те их части, интроны, которые не кодируют белки, имеет модульный характер.

Свое определение гена дает Номенклатурный комитет, который участвовал в расшифровке генома человека. "Ген — это сегмент ДНК который вносит вклад в реализацию фенотипа/функции и при отсутствии демонстрируемого фенотипа/функции ген может быть определен охарактеризован последовательностью нуклеотидов, транскрипцией и гомологией" (219, 336). Мне лично после этого определения вообще ничего не стало ясным.

"Ген — участок ДНК, кодирующий отдельный белок, уже не имеет ничего общего с геном в моргановском понимании. И в том, что наследственное вещество состоит из таких генов, не содержится ничего принципиально отличного от утверждения, что всякое вещество состоит из элементов. Идея о дискретности наследственного вещества опустилась от принципиального — “каждому признаку — свой ген” до тривиального — вещество наследственности состоит из элементов — отдельных отрезков ДНК" (17).

Но ведь строение и функция многих, если не большинства белков в решающей степени зависит от посттрансляционной модификации, то есть химических изменений, которые осуществляются с помощью других белков-ферментов и и изменений в трехмерной упаковке, которые осуществляются с помощью особых белков-помощников. Например, многие секретируемые из клетки белки подвергаются так называемому гликозилированию. То есть к ним с помощью других белков-ферментов химически пришиваются длинные цепи полисахаридов. Многие же гликозилирующие ферменты находятся в разных хромосомах. Поэтому без участия в его обработке этих белков новый белок не будет работать.

Итак, определений гена великое множество, что говорит, что определяющие не знают, что же это такое.

Были попытки заменить понятие ген на понятие “функциональный ген” или “фунциональная единица”. Прохазка и Штадлер утверждают, что ген — это функциональная единица, а не единица наследственности (295). Термин ген в течение развития генетики понимался то как структурная единица, то как функциональная единица. В первом случае он поддерживал свое существование из поколения в поколение с помощью молекулярных машин. Термин функциональная единица понимался в смысле динамического взаимодействия между ним и другими белками и нуклеиновыми кислотами и внутри всей системы. В этом смысле гены похожи на рецепт блюда, в котором доступность ингредиентов, температура приготовления, режим смены температуры определяется окружающей средой.

Согласно концепции функционального гена (248. С. 71), нет четко фиксированного гена, его существование часто временное и непредвиденное, критически зависимое от функциональной динамики всего организма. Функциональный ген понимается в терминах динамики, поскольку биологические функции присущи белкам, а не генам, а белки всегда зависят от активности сотен других белков, а, значит, кодирующих их генов (в старом смысле слова ген). Эта формула очень похожа на то, что утверждал Лысенко.

"Вот характерное высказывание на этот счет, сделанное Эмманюэлем Тевеноном — пишет некто Гаряев (25) — в журнале LABEL в статье «Науки о живых организмах: конец «всесильной» генетике?»: «Несмотря на значительные затраченные средства, терапевтические итоги развития генетики оставляют желать лучшего. До такой степени, что исследователи начинают пересматривать саму концепцию дисциплины, главенствующей в биологической науке вот уже на протяжении пятидесяти лет». Был постулирован «момент истины» — все заложено в генах. И это была парадигма на десятилетия. После открытия двойной спирали ДНК возникла теоретическая схема: структура ДНК имеет участки, гены, которые, кодируя белки, а также РНК, определяют внешность живого организма и управляют его поведением. Словно всемогущий демиург геном представлялся творцом организма, который объясняет в этом организме все. Такое представление о «всесильной» генетике усилилось с появлением международного проекта расшифровки генома человека, в котором приняли участие США, Великобритания, Франция, Германия, Япония и Китай. Считалось a priori, что все записано в триплетном коде белковых генов. И поэтому достаточно будет локализовать «неправильный» ген, чтобы затем нейтрализовать его нежелательную функцию. В 2001 году с огромной помпой была объявлена расшифровка генома мушки дрозофилы (Drosophila melanogaster), и в то же время в Европе насчитывалось только два специалиста, способных сравнить и идентифицировать 3000 разных видов дрозофилы. Известный биолог Брюс Липтон еще более категоричен в своей статье «Программа Геном Человека — космическая шутка, заставившая ученых кататься по полу от смеха» http://www.money-health-relationships.com/human-genome-project.html. Так что же в итоге сей грандиозной программы? «Прочитали» геном у шести людей — по одному мужскому и женскому каждой из трех разных рас плюс геном Крэга Вентера, ведущего «программиста» программы «Геном человека». Нашлись между ними кое-какие отличия, консенсусную последовательность составить не удается. Основная масса генов практически идентична от кишечной палочки до человека. Словом, «гора родила мышь». Разочарование." (конец цитаты).

В области биологии уже нет четкого ответа на вопрос, а что такое ген. Как пишут Шеррер и Йост (310), в настоящее время в мире биологии ответ на вопрос, а что же такое ген не может быть получено прямого и однозначного ответа. Сейчас ставится вопрос о том, чтобы вообще убрать из молекулярной биологии термин ген (248. С. 148). Поскольку использование термина ген в настоящее время может вести к непониманию.

Внесу и я вклад в эту сумятицу. По-моему, ген — это информация заложенная в геноме в виде последовательности нуклеотидов вместе с эпигенетической информацией и достаточная для синтеза одного функционального белка. Ген — инструкция, записанная в нуклеиновых кислотах, она очень сыра и часто плохо понимаема, однако она адаптируется, в зависимости от внешних обстоятельств [как и говорила сторонница Лысенко Самохвалова (130)].

Итак, понятие гена больше не является научным, наследование определяется не каким-то особым наследственным веществом, не только последовательностями нуклеотидов, но и надгенетическими факторами. Отдельного генетического вещества нет. ДНК не изолирована от клеточного метаболизма. Сама ДНК и ее компоненты метаболизируются клетками, имеются даже болезни (подагра), связанные с нарушениями метаболизма ДНК.

Каждый ген включает в себя историю своего возникновения, Следовательно ген это не только кусок ДНК, но и программа его возникновения и реализации наследственной информации. Поэтому сейчас предложено использовать термин генон. Ген можно сравнить со словом. Слово при звучании составляется из обертонов, которые не всегда одинаковы, но если использовать мозг для расшифровки, то информация может быть передана без искажений. Слова наследуются веками без изменения смысла и состоят из разных хотя и очень похожих разных звуков, которые все-таки образуются в отличающихся физических объектах — в голосовых связках разных людей есть отличия).

Можно также сказать, что проблема гена — это проблема курицы и яйца. Это историческая проблема миллиардов взаимодействий, которые просто невозможно отследить. Обычным путем она не решаема. Только компьютерная симуляция и резкое ускорение процесса в компьютере поможет решить проблему полностью.

Имеющаяся на сегодняшний день ситуация с понятием гена позволяет мне предложить аналогию. Ген очень похож на запись на твердом диске компьютера. Там компьютер записывает информацию на имеющемся свободном пространстве, а, если по ходу данной дорожки уже имеется запись, то компьютер просто перескакивает на следующее свободное пространство, делая об этом запись. Если же сбивается управляющая дорожка, то информация на диске становится шумом.

С другой стороны, ген ведет себя как луч света в стекловолокне. Если отражается хорошо, то информация доводится до потребителя, если есть утечка, то ничего не доходит. Отражающие стенки это окружающая среда.

Таков путь, которым молекулярные биологи подходили к пониманию того, что отдельных генов нет, а есть генетическая программа или программа развития. Сейчас одно стало совершенно ясно — Морган оказался не прав в определении генов, никаких таких микроскопических генов — шариков, на которых настаивал Морган, нет.

И все-таки, несмотря на все эти противоречия нынешние генетики убеждены — гены наследуются. Ген — элементарная единица (295).

5.4. ПРОТИВОРЕЧИЯ В ГЕНОМЕ

Вскоре после формулирования Криком Центральной догмы молекулярной биологии (194), которая гласила, что белок синтезируется только на РНК-матрице, РНК — только на матрице ДНК, а ДНК реплицирует саму себя, оказалось, что на РНК-матрице может синтезироваться ДНК (это явление называется обратной транскрипцией); кроме того, — это было ясно давно — синтез нуклеиновых кислот требует, помимо полинуклеотидной матрицы, еще и участия белков. Пусть матрицей белок и не служит, но изменение белковых текстов способно повлечь изменение текстов и ДНК, и РНК, и самих белков (147). На транскрипцию гена влияет состояние хромосомных участков с данным геном внутри ядра. Например, ген в одной хромосоме читается, а в другой из-за её спирализации — нет. Читабельность последовательности нуклеотидов в ДНК зависит от белков ядра и цитоплазмы.

Предложенная потом догма "один ген — один фермент" тоже оказалась не верной. Функция гена может реализовываться через другой ген или продукт гена, например группы крови. Кроме того, на функцию данного белка влияет сложнейшая система клеточной сигнализации, система внутриклеточного транспорта, изменения белков после их синтеза и т. д.

Из-за наличия альтернативного сплайсинга (считывания) с одной и той же первичной матричной РНК (мРНК) может быть получено несколько тысяч вариантов зрелых мРНК. Это число варьирует от организма к организму. Однако пока до конца не ясна граница между интроном (сегментом незрелой матричной РНК, который потом вырезается сплайсеосомами) и экзоном (теми сегментами РНК, которые потом объединяются в зрелую матричную РНК). На первичной мРНК может быть несколько мест, с которых может начинаться зрелая мРНК, может быть несколько вариантов вырезаемых кусков. Из-за альтернативного сплайсинга могут получаться белки, у которых небольшие сегменты на концах или в центре будут отсутствовать. Такие белки называются функционально сходными изоформами одного и того же белка. В некоторых организмах мРНК может формироваться путем сплайсинга вместе (соединения в одну мРНК) экзонов из двух разных незрелых мРНК (248. С. 61).

Но даже зрелая мРНК может потом быть модифицирована путем включения нескольких дополнительных нуклеотидов или замены одного нуклеотида на другой (248. С. 61). Наиболее распространенной формой редактирования РНК у высших эукариот является превращение аденозина в инозин в двухцепочечных РНК, которое осуществляется ферментом аденозиндеаминазой. Поэтому белок может, оказывается, даже быть не записан в виде ДНК. Один ген дает сотни, тысячи вариантов белка. Миллионы генов могут дать один и тот же белок. Получается, что существуют белки без соответствующих генов. То есть один ген — много белков.

Многофункциональность белков — другая проблема для формальной генетики. Белок может функционировать в разных функциональных путях в зависимости от контекста (248. С. 64). В организме человека распространены белки с двумя функциями, совершенно независимыми друг от друга. Это, например, белок БАРС, который участвует в регулировании транскрипции генов и одновременно в цитоплазме участвует в функционировании белковой машины, обеспечивающей отщепление пузырьков от мембран (339).

Функция структурного или каталитического белка зависит не только от последовательности нуклеотидов, но и от окружающего генетического контекста, например, от структуры хромосомы, в которую ген попал, если хромосома в данной клетке конденсирована, то ген в одной хромосоме совсем не читается, а в другой может читаться. Если он есть в другой хромосоме, то он читается. Уровень синтеза определенного белка требует клеточной регуляции. Надо знать, какой белок и когда синтезировать. И это зависит от того, в каком состоянии находится ДНК, нет ли метилирования цитозина?

Наличие интенсивного редактирования незрелой матричной РНК (считывание и замена кодонов в РНК зависят от целостного генома. Все это наследуется), наличие регуляторных механизмов на этапе синтеза белков, наличие посттрансляционной модификации белков резко затрудняет не только структурное, но и функциональное определение гена. Все это резко затрудняет даже определение гена как структурной единицы генома. В результате всех этих открытий ген потерял свою спецификацию и свойство хранения информации стабильность. До сих пор гены называют мозгом клетки, а это в корне не верно.

Было обнаружено, что гены (даже в самом современном понимании) не автономны, имеется координированная программа синтеза белков и ее исполнение контролируется. ДНК сама по себе не может передавать информацию от одного поколения к другому без искажений (248. С. 145). Только 82,5 % глобальной вариабельности фенотипа зависит от генотипа (348). Между тем организм с огромной точностью проходит по стадиям своего индивидуального развития и это происходит несмотря на возмущения, поступающие из внешней среды. Это цепь реакций с обратной связью и чувствованием (тестированием) окружающей среды. Стадийность развития зачастую зависит от присутствия в нужном месте и в нужное время только нескольких молекул нужного белка (248. С.105).

Но и этими сведениями не исчерпываются сложности и противоречия в генетике. Оказалось, что в геноме человека имеется масса ДНК, которая не используется для синтеза белков. Белки кодируются генами, которые представляют собой не более 2 % от генома (295). Только 1,2 % нуклеотидов в геноме человека кодируют экзоны (259, 334). Только 1–2 % генома считывается и реализуется в виде различных молекул РНК (206). В геноме человека существуют обширные (размером до 3 мегабайт) области так называемых “пустынь”, которые не содержат генов вообще. Их роль остается неясной (262, 334).

В интронах и в молчащих зонах генома найдены так называемые псевдогены. Они имеют структуру нормальных генов, но не транскрибируются, то есть на них не синтезируется РНК (217). С другой стороны, открыта выраженная вариабельность в структуре генома. Вариабельность не в одном нуклеотиде, а в больших кусках цепи ДНК в размере от килобайт до мегабайт. Эта вариабельность не видна при цитологическом исследовании хромосом. Она была названа вариабельностью в числе копий гена (320).

Более того, обнаружено, что в клетке имеется большая коллекция транскриптов, так генетики сейчас называют РНК, только, что синтезированную на основе ДНК), которые не используются для синтеза белка. Были открыты так называемые транскрипты (РНК только что синтезированная на ДНК) неизвестной функции (219). В 2005 г. было открыто явление, слияния двух отдельных мРНК с образованием единой мРНК, из которой готовился один белок (175).

Наконец, установлено, что 1) изменение относительной концентрации мРНК часто не меняет уровень синтеза. И наоборот, концентрация белка в цитоплазме может меняться независимо от концентрации мРНК; 2) изменение концентрации отдельного белка не изменяет функциональную активность органеллы; 3) изменение специфической активности белка in vitro (ин витро, то есть в пробирке) часто не отражает соответствующих изменений в соответствующих реакциях в клетке (260).

Одна и та же наследственная информация может давать совершенно разный фенотип на уровне клеток. Нет разницы в фенотипе, если из генотипа удалить один ген, Это верно не для всех генов, но для большинства. Например, удаление гена Эпс15 (Eps15), который участвует в формировании особого белкового покрытия на поверхности мембран внутри клеток — клатрина, не вызывает практически никаких фенотипических изменений. Для их выявления нам пришлось предпринять можно сказать героические усилия чтобы выявить минимальную разницу в строении терминалей нервных клеток (мои собственные наблюдения).

Клетки с совершенно одинаковым генотипом могут выглядеть по разному. Об этом свидетельствуют эксперименты по выращиванию вне организма клеток разных органов и клонирование животных (см. ниже). С другой стороны, клетки, отличающиеся по своему генотипу, могут иметь почти идентичный фенотип. Отличия начинают проявляться при резком изменении факторов внешней среды (248).

Если добавить лишнюю копию гена, то опять никакой разницы не будет. Однако если добавить лишнюю хромосому, то возникает повреждения фенотипа, например трисомия по 21 хромосоме, одной из основных хромосом в геноме, вызывает синдром Дауна. Казалось бы лишние гены не мешают, но, значит, нужно иметь правильное соотношение между числом синтезируемых с разных генов белков.

Но и это ещё не все. Многие белки имеют перекрывающуюся функцию. Если, например, убрать из клетки белок синтаксин 5, один из белков группы СНАРЕ, то есть белков, участвующих в сближении мембран внутриклеточных мембранных органелл для их слияния между собой, то клетка выживает, так как СНАРЕ из других, ближайших, ступеней внутриклеточного транспорта ее замещают, смещаясь на место, где раньше работал синтаксин 5 (276).

Описан механизм транскрипционного сайленсинга и посттранскрипционного сайленсинга генов (на обыденном языке это звучит так. Описана возможность выключения гена в процессе считывания информации с ДНК на РНК и выключения гена в период уже после считывания информации с ДНК).

Шререр и Йост (309, 310) предложили все гены разделить на 1) структурные белковые гены из них синтезируются белки, ферменты, структурные белки, 2) гены, на основе которых синтезируются белки, участвующие в регуляции функции других белков, и нуклеиновых кислот, 3) структурные РНК гены, гены, на основе которых синтезируются молекулы РНК, для рибосом сплайсосом, тРНК и нуклеолярные РНК. Часто они обладают свойствами ферментов. 4) гены, на основе которых синтезируются РНК, играющие регуляторную функцию. Например, малые интерферирующие РНК (чаще всего это короткие РНК в виде двойной цепи). Гены регуляторы могут находится далеко от генов, которые они регулируют (206).

Итак, мой очень и очень краткий анализ литературы показывает, что в генетике почти ничего не осталось от тех бусинок-шариков, которыми обозначил гены Морган.

5.5. ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ

Новым направлением в молекулярной биологии стало использование термина генетическая программа вместо слова ген. Термин генетическая программа заимствован из области компьютерных программ. Она приравнивает генетический материал яйца магнитной записи на диске компьютера, где отражается (при выходе из программы) опыт ее использования. То есть она при каждом цикле чуть переписывается, будучи в целом одной и той же. В генетической программе равноправной или, по крайней мере, не менее существенной является информация, содержащаяся в цитоплазме яйцеклетки и центриоле (особая органелла, которая постоянно находится в центре тяжести клетки) сперматозоида. Реализация генетической программы предписана ее наследственностью, подобранной во время формирования вида (290).

Появление возможности использовать полную информацию о геноме привело к возникновению функциональной геномики, вместо структурной геномики. Было предположено, что "гены" (условное название) включаются-выключаются через их взаимодействие во время эмбрионального развития. Точно также весь геном включается и выключается в зависимости от самого развития, что позволяет исправлять ошибки.

Ещё более точен термин "программа развития". Впервые термин "программа развития" ввел М. Аптер (цит. по 248). По его словам, гены — аналоги субпрограмм по синтезу различных белков. "Цитоплазма содержит программу, специфицирующую природу и последовательность операций, комбинирование с множеством специализированных различных форм этих событий, которые проявляются во время самого развития." В число показателей наследования вошли такие характеристики, как время и пространство (295). Для обозначения всех различимых модулей нуклеиновых кислот был предложен специальный нейтральный термин нуон (184).

По сути, понятие "программа развития" похоже на компьютерные программы, которые восстанавливают свою работу даже, если случаются проблемы — такая программа может удалять и исправлять случайные ошибки. Это интерактивная программа, которая отслеживает окружающую обстановку и в зависимости от окружающей ситуации включает ту или иную компенсационную программу. При этом сами гены есть программы, которые реализуются только с участием других программ. Не может одна программа все обеспечить. Наследственная информация реализуется через взаимодействие белков, не через один белок, а через взаимодействие НЕСКОЛЬКИХ (до тысяч) белков. Поэтому прямой связи между геном и признаком не может быть даже теоретически. Любая информация, заложенная в гене, ВСЕГДА опосредуется через весь геном. Если нет полного набора программ, то все встанет. Геном — как бы набор компьютерных программ, которые взаимодействуют друг с другом. Очень важна совместимость генов-программ друг с другом и с цитоплазматическими факторами наследственности. Мутации ведут к ошибкам взаимодействия программ.

Программа развития формируется при слиянии яйцеклетки и сперматозоида и включает проверенную на гибридизационную совместимость нуклеиновых кислот геном, который состоит из материнской и отцовской половины, отцовской центриоли и наследственных факторов, заключенных в цитоплазме яйцеклетки. Там имеются гены митохондрий и запас белков, созданных в организме матери. Уже сама по себе яйцеклетка оказывается асимметричной.

Программа развития или генетическая программа включает в себя комплекс механизмов, по сути, весь организм, где ДНК, РНК и белки функционируют попеременно и как инструкции и как данные (55, 61, 62, 248. С. 144). Набор генов приобретает свойства саморегулирующейся динамической системы, в которой ДНК предоставляет важный и абсолютно незаменимый, но сырой материал, не более (248. С. 71).

В программе развития заложены инженерные принципы:

1. Положительная и отрицательная обратные связи.

2. Программа разделена на множество независимо выполняемых актов: детектирование — действие. Детектирование случайностей.

3. Имеется множество параллельных циклов работ, выполняемых одновременно.

4. Функциональная единица реагирует только на сигналы из своего ближайшего окружения.

5. Точный и множественный контроль исполнения на промежуточных стадиях.

6. Устойчивость к неудачам и ошибкам (248).

После оплодотворения яйцеклетки зигота работает как компьютер с множеством параллельных процессоров, если один вылетел, другие замещают. Случайный поиск других программ зависит от окружения. Зона реализации программ очень узкая. Если в нужный момент компьютер выключить, а потом включить, то будет другой организм. Например, эмбрион дрозофилы развивается нормально при 20 °C. Но если температуру временно повысить до 37 °C во время самой ранней стадии куколки, то взрослая особь не будет иметь части нормального рисунка вен на своих крыльях. Если нагревание провести 24 часа позднее (по отношению к стадийности развития), то рисунок на крыльях не будет нарушен (248).

Без цитоплазмы яйцеклетки соматическая клетка может дать только другую соматическую клетку. В процессе дифференцировки ядро животных клеток теряет способность давать целое животное, а даёт клетки только той же самой ткани. Для возвращения соматической клетке способности стать источником информации для развития целого организма она должна быть помещена в белковое окружение, характерное для яйцеклетки. Почему? Да потому, что в ней не вся программа развития. В цитоплазме яйцеклетки содержится огромное количество белков. По-видимому, все возможные белки, которые имеет в геноме данный вид. Скорее всего, происходит как бы тестирование гибридизационной совместимости.

Развитие — это нечто более сложное, чем набор инструкций, записанных на алфавите нуклеотидов (248). Индивидуальное развитие включает три этапа: 1) формирование/развитие, 2) поддержание развитого организма, 3) старение. Но это один процесс из 3 разных частей, заканчивающийся программированной гибелью. Если сделать программу жесткой, как в компьютере, то не будет целого организма.

Огромная роль принадлежит взаимодействию генотипа со средой. Любой единичный акт поведения (физиологии или морфологии) каждого единичного организма жившего на Земле определяется взаимодействием генетической информации, сохраняемой в развивающемся организме, с окружающей средой, ее свойствами. Однако проявление некоторых признаков слабо зависит от окружающей среды, например, люди почти всегда имеют 5 пальцев на каждой руке практически при любой окружающей среде. Другие признаки более чувствительны к воздействию окружающей среды. Программа развития постоянно реагирует на основе обратной связи на то, как идет развитие.

Для программы развития важно постоянное ремоделирование и реструктурирование хроматина. Программа развития содержит часть программы предыдущего организма в виде цитоплазмы яйцеклетки. Вот, например, ряд инструкций развития, которые реализуются на уровне дробящегося зародыша: 1) разделись тангенциально с одновременным ростом; 2) разделись поперек с одновременным ростом; 3) расти без деления; 4) проведи тест на величину и число клеток… Генов, персонально ответственных за эти команды, не существует.

В генетической программе равноправной и существенной является генетическая информация, содержащаяся в цитоплазме яйцеклетки и в центриоле сперматозоида, то есть женских и мужских половых клеток. В яйцеклетке, по сути, остается белковая наследственность от предыдущего животного, хотя при этом информация, записанная в ДНК, имеет определяющую роль. Без нее развитие не может быть реализовано. О том, что концепция программы развития точнее отражает механизмы наследования, чем концепция гена, говорит и судьба овечки Долли и других клонов (см. выше).

Итак, развитие организма — это сумма последовательной реализации и взаимодействий многих различных генов в пространстве и времени, а шум развития — это малые вариации в признаках. В процессе развития функционирует как бы генетически переключаемая сеть, в которой, чем более общая команда подается, тем больше генов включено. И ученых ещё только предстоит узнать, как все эти инструкции реализуются и адаптируются. Наследуется именно Программа развития.

5.6. КАК ИГРАЕТ ОРКЕСТР ГЕНОВ?

В виде аналогии геном, совокупность генов, например, человека, можно представить себе как большой симфонический оркестр. В нем имеется 21000 инструментов (условных генов). Каждый инструмент есть аналогия последовательности нуклеотидов, остающейся в информационной РНК, после сплайсинга. Когда оркестр обучен, когда имеется прекрасный дирижер, то 21000 инструментов выдают "на-гора" чудную мелодию (хорошо развитое тело человека). Эта аналогия соответствует ситуации, когда внешняя среда является оптимальной для развития. Но если дирижер плохой или оркестранты не обучены, то чарующая музыка превращается в нечто, лишь напоминающее эту чарующую музыку.

Другой симфонический оркестр — это другой организм. В нем все те же 21000 инструментов — генов, но некоторые инструменты имеют небольшие дефекты, например кнопка на флейте западает или ещё что сломано. Если снова оркестрантов научить и поставить очень хорошего дирижера, то можно получить неплохую музыку, но уже хуже той оптимальной. Но, если оркестранты не обучены, и дирижер плохой, то музыка все еще будет напоминать оригинал, но очень и очень отдаленно.

Возьмем теперь тот же оркестр, тот да не тот. У него инструменты попорчены и изменены уже существенно, но все равно они очень и очень похожи на те оригинальные инструменты. Например, глубина вдавливания кнопок на саксофонах гораздо выше. Кроме того партитура чуть другая и инструменты адаптированы, чтобы исполнять именно эту партитуру. Хотя основная мелодия прослеживается. Но звуки совершенно не комбинируются. Это новый вид, но в пределах того же семейства, мелодии. Если ряд инструментов убран или другой ряд удвоен, да и мелодия чуть другая, то возникает третий вид. Но он тоже зависит от дирижера и оркестрантов. Но всегда набор инструментов практически одинаков.

Возможна и другая аналогия. Есть ноты в магазине. Музыка записана в нотах, но пока ее не сыграют, произведение не существует. Нотная запись в партитуре для оркестра — это матричная РНК (мРНК). В биологии получается, что как отметила Келлер (248), что исполнитель музыки, той, что записана в партитуре, одновременно с исполнением переписывает партитуры — это мРНК. Звук или звуковая фраза — это белок. Ноты производят для нескольких инструментов — это ДНК. Ее делят на партитуры для каждого музыканта, удаляя ненужные куски интроны, мРНК, их уже исполняют. Белки — это звуки, но их качество зависит от инструментов.

Симфонический оркестр подбирается таким образом, чтобы он выдавал сносную мелодию, а не одни барабаны, воспроизводил бы все звуки без резонанса некоторых инструментов. Итак, в рамках данной модели все гены-инструменты почти одинаковы, а музыка существенно разнится. Никакого соответствия между "кларнет — нота "до"" нет.

Как видим, Лысенко имел все основания сказать, что гены это нечто эфемерное, виртуальное, а не реально существующий физический объект как считали формальные генетики. Опять Лысенко оказался прав!