Валерий Чолаков - Нобелевские премии. Ученые и открытия

• Название: Нобелевские премии. Ученые и открытия
• Автор: Валерий Чолаков
• Издательство: Мир
• Жанр: Научпоп
• Год: 1987

Книга болгарского историка науки Валерия Чолакова рассказывает о выдающихся открытиях в естествознании (физике, химии, биологии, медицине), авторы которых были удостоены Нобелевской премии. Учрежденная в начале нынешнего века, эта премия откосится к числу самых почетных и авторитетных международных наград, и ее присуждение, безусловно, отмечает значительные вехи в истории мировой науки нашего столетия.

Адресована широкому кругу читателей, интересующихся историей науки и ее достижениями.

---

XII. РОЖДЕНИЕ ГЕНЕТИКИ

В XIII в. с развитием естествознания внимание исследователей стали привлекать таинственные процессы размножения и зарождения новой жизни. К этому периоду относятся и первые научные эксперименты по гибридизации организмов. Одним из пионеров в этой области был английский селекционер Томас Эндрю Найт. Скрещивая различные растения, он обратил внимание на то, что каждый сорт отличается определенным набором признаков. В гибридах эти особенности не теряются, а наследуются в различных комбинациях. Так, в начале XIX в. Найт пришел к концепции об элементарных наследственных признаках, которые через сто лет получили название генов.

Говоря об истории генетики, «после Найта обычно называют имена (французских исследователей Огюстена Сажре и Шарля Нодена. Важнейшим открытием Сажре было установление явления доминантности. При скрещивании различных сортов в гибридах часто проявляются -отличительные черты только одного из родителей. В последующих поколениях, однако, могут обнаруживаться и подавленные признаки другого родителя. Это свидетельствовало о том, что при скрещивании элементарные наследственные черты не теряются. В 1852 г. Ноден предпринял количественные исследования распределения наследственных признаков при скрещивании. Но он, как и Сажре, экспериментировал с растениями, мало подходящими для такого рода анализа. Работа этих и других исследователей подготовила почву для выяснения законов генетики. Однако, чтобы получить ясные результаты, требовалось правильно сформулировать вопрос и точно поставить эксперимент.

Это сделал чешский исследователь-любитель Грегор Иоганн Мендель в опытах, проведенных в период 1856—1863 гг. С самого начала его работа была очень точно спланирована. Мендель прежде всего исключительно удачно выбрал объект для исследования — обычный горох. Затем, в отличие от Нодена, он сосредоточил внимание на минимальном количестве признаков. Так, в результате многолетних экспериментов Мендель открыл законы доминирования признаков в первом поколении (отмеченного еще Сажре) независимо от их распределения в последующих поколениях и их количественного соотношения.

Своими исследованиями Мендель определил развитие науки на десятилетия. В 60-е годы XIX в. о наследственности и наследовании признаков создавались самые невероятные теории. Ученые лишь шаг за шагом приближались к истине, хотя и с другого направления. В 1875 г. Оскар Гертвиг описал процесс оплодотворения как соединение двух клеток. Обобщив исследования, касающиеся деления клеток, Август Вейсман назвал носителями наследственных свойств ядра клеток. Изучение хромосом привело к предположениям о том, как могут распределяться наследственные факторы между двумя клетками. Эти «цветные тельца» в клеточном ядре были открыты Фридрихом Антоном Шнейдером в 1873 г. Вскоре выяснилось, что у каждого определенного вида растений или животных число хромосом одинаково. В 1883 г. Эдуард Ван Бенеден заметил, что в половых клетках их в два раза меньше. При их соединении получается двойной набор хромосом, характерный для взрослых индивидуумов. Так, в начале нашего века эмбриология и цитология заложили надежную основу для исследования материальных носителей наследственности. Оставалось только «открыть» генетику. Это сделали Карл Эрих Корренс, Хуго Де Фриз и Эрих Чермак, работавшие соответственно в Германии, Нидерландах и Австрии.

В 1900 г. эти трое ученых опубликовали независимо друг от друга результаты исследований по скрещиванию растений. Чермак обнаружил забытую работу Менделя, и она была вновь напечатана в 1901 г. Вскоре после этого два цитолога, Уолтор Сеттен и Теодор Бовери, показали, что законы Менделя очень хорошо объясняют распределение хромосом при делении клеток. Так, медленно набирала темпы хромосомная теория наследственности.

В первое десятилетие нашего века развитие генетики происходило довольно бурно. Классический генетический анализ еще не был разработан, и в исследовании наследственности продолжал доминировать подход английской биометрической школы. Ее представители умело пользовались математической статистикой, но мало интересовались биологической стороной вопроса, они искали средние показатели количественных признаков и отклонения от них. Значительно позже стало понятно, что эти признаки определяются большим числом генов и их анализ методами классической генетики крайне затруднителен. Однако в 1908 г. это еще не было известно, и Карл Пирсон, основатель биометрической Школы в Англии, заявил, что нет окончательного доказательства применимости законов Менделя к какой-либо из существующих форм жизни. Обнаружились несоответствия и в других областях. В 1906 г. Уильям Бетсон и его сотрудник Р. Пеннет, исследуя парные признаки, установили, что их распределение не согласуется с законами Менделя. Молодая наука генетика попала в кризисную ситуацию.

Все эти противоречия были, в сущности, началом нового открытия. И его сделал Томас Морган, профессор экспериментальной зоологии Колумбийского университета в Нью-Йорке. Он сумел объединить данные статистики и результаты исследования процессов, происходящих в клетках. Морган приступил к экспериментам в области генетики в 1909 г. Прежде всего он обратился к своим коллегам по университету с просьбой помочь подыскать ему такое живое существо, которое могло бы быстро размножаться в ограниченном пространстве и при ограниченных затратах на него. Оказалось, что таким условиям полностью соответствует широко распространенная обыкновенная плодовая мушка — по-латыни «дрозофила меланогастер».

Небольшая лаборатория Моргана, названная «дрозофильной комнатой», вскоре заполнилась бутылками из-под молока, лабораторными колбами, пробирками и тому подобными вещами. Помещенная в колбу, пара дрозофил для полного счастья нуждается лишь в кусочке банана — и через 12 дней приносит потомство в 1000 особей. От небольшого количества эфира они засыпают, после чего их можно сортировать с помощью акварельной кисточки. Морфология дрозофилы исключительно богата: большое разнообразие форм волосков, крыльев, антенн, цвета глаз и т. п., что делает ее идеальным объектом для генетических исследований.

Изучая распределение наследственных признаков Морган столкнулся с тем же «взаимным, притяжением генов», которое было замечено в 1906 г. Бетсоном и Пеннетом. Выяснилось, что наследственные, признаки дрозофилы можно разделить на три связанные между собой, группы, которые наследуются, как единое целое., Морган назвал, этот феномен, сцеплением генов. Как цитолог, он очень хорошо знал, что в клетках дрозофилы, имеются три большие хромосомы. Наряду с ними существует еще четвертая, небольшая хромосома. Спустя, несколько лет, в 191.4. г., Герман Джозеф Мёллер, работавший тогда, у. Моргана, открыл четвертую, группу генов, в самом, деле очень малочисленную.

Так Морган установил, что гены действительно находятся в хромосомах. Это открытие, объясняло противоречие, обнаруженное Бетсоиом и. Пенистом. Вскоре, однако, возникли, новые проблемы. Гены, о, которых было известно, что они принадлежат к одной группе, в следующих, поколениях, неожиданно оказывались в разных группах. Морган высказал предположение, что происходит, обмен генетическим материалом, между разными, хромосомами. Ему даже удалось, наблюдать этот процесс в. микроскоп:. две. хромосомы, сближались и скрещивались, обмениваясь фрагментами. Этот, процесс, получил название кроссинговера.

Морган представлял себе. гены, упорядоченными по длине хромосом, как. бусинки в. ожерелье. Экспериментальные данные привели его к замечательной идее о создании генетических карт. Очевидно, что, чем дальше находятся два гена друг от друга, тем больше вероятность обрыва, их связывающей нити и получения, новых сочетаний генов. Стало возможным определить относительное расстояние между генами в. хромосоме путем, простого вычисления процента кроссинговера. Впоследствии: была даже, введена единица измерения «моргай», соответствующая, одному проценту кроссинговера.

Замечательное открытие Моргана дало мощный толчок развитию генетики. Молодая наука обогатилась первыми теоретическими обоснованиями и получила признание в мире ученых. Одним из выражений такого признания бьют решение: профессоров из Каролинского института присудить в 1933 г. Нобелевскую, премию по физиологии, и медицине Моргану за создание хромосомной теории наследственности.

В опытах Моргана новая мутация случалась один раз на несколько тысяч дрозофил. С развитием концепции гена стало ясно, что в основе мутации лежат какие-то химические изменения в веществе — носителе наследственной информации. Этот вопрос был подробно изучен Г. Дж. Мёллером, который еще со студенческих лет начал работать в группе Моргана. Освоив в совершенстве методы работы с дрозофилами, он приступил к самостоятельному исследованию мутаций, их причин и возможностей получения искусственным путем.