Валерия Черепенчук - Генетика за 1 час

• Название: Генетика за 1 час
• Автор: Валерия Черепенчук
• Жанр: Биология
• Год: 2017
• ISBN: 978-5-699-91230-8

Невероятно, но факт: человек способен управлять своими генами. Уже сейчас мы добились столь многого в области генетики:

– нам известно, чем определяются все признаки организма;

– клонирование стало реальностью;

– изменение генов стало обыденностью в определенных науках.

Как это стало возможным и что ждет нас в будущем? Эта книга кратко и понятно расскажет об истории генетики, об ученых и их открытиях.

Будьте в курсе научных открытий – всего за час!

---

В более поздние времена, на рубеже XVII–XVIII вв., в странах с развитым земледелием и растениеводством естествоиспытатели описывали случаи появления гибридных растений. В частности, если на соседних полях выращивали кукурузу с цветами разных оттенков, то потом констатировали, что на поле с белой кукурузой появляются растения, например, с розовыми или голубыми бутонами. Но исчерпывающего объяснения этот факт тогда не получил. Высказывались предположения, что смешение окраски происходит через почву и корни.

Некоторые исследователи все еще полагали, что появление растений с новыми формами цветов и листьев или животных с необычной окраской – всего лишь случайность, никак не связанная со скрещиванием.

В 1717 г. в Британии, в деревне Хокстон на окраине Лондона, садовод Томас Фэйрчайлд (1667–1729 гг.) получил гибрид двух растений, популярных у любителей цветов: красной садовой гвоздики и гвоздики турецкой. Мы сейчас не знаем точно, был ли этот опыт спланирован или опыление произошло случайно, но в дальнейшем Фэйрчайлд уже целенаправленно создавал подобные гибриды при помощи искусственного опыления. Его «цветочный мул» наглядно подтверждал описанные выше выводы Рудольфа Камерариуса и весьма заинтересовал современников-ботаников. Аналогичными изысканиями, подтверждавшими наличие полов у растений, занимались Иоганн Готтлиб Гледич (1714–1786 гг.), Жан Маршан (1650–1738 гг.), Иоганн Георг Гмелин (1709–1755 гг.), Мишель Адансон (1727–1806 гг.) (последний, кстати, внес большой вклад в систематизацию растений по степени близости разных групп и семейств). Но механизм оплодотворения и закономерности наследственности все еще не были изучены.

Пожалуй, ближе других к решению вопросов наследования подошел немецкий ботаник Иозеф Готлиб Кёльрейтер (1733–1806 гг.), предваривший блестящие открытия Грегора Менделя. Огромное количество поставленных им опытов по искусственному опылению растений (около 50 видов и 10 родов) позволило сделать выводы, изложенные им в научном труде «Предварительное сообщение о некоторых опытах и наблюдениях, касающихся пола растений», который многократно дополнялся и переиздавался в 1761–1766 гг.

Наблюдая за тем, как гибрид наследует черты обоих исходных растений, Кёльрейтер подверг сомнению теорию преформации. Он первым обратил внимание на явление гетерозиса (от греч. heteroiosis – изменение, превращение) – большую жизнеспособность гибридов, их крупные размеры и бурный рост (правда, в причинах он не разобрался). Кёльрейтер, хорошо знавший, что гибриды в большинстве случаев не способны к размножению «между собой», опылял их пыльцой, полученной от исходных растений (сейчас этот метод называют анализирующим скрещиванием). Он констатировал, что в итоге каждое последующее поколение становится все ближе по внешним признакам к тому из «родителей», от которого брали пыльцу, но не уделил должного внимания статистике. Повторяемость конкретных признаков – цвета, формы листьев и лепестков – не особенно его интересовала. Ботаник лишь вскользь признал, что «части» растений, видимо, смешиваются в какой-то определенной пропорции, но четкую закономерность не отследил. Также он обратил внимание на то, что некоторые признаки передаются по наследству чаще, чем другие, но явление доминантности, которое вскоре станет одним из основополагающих в изучении наследственности, описано им не было. Поэтому мы и говорим о том, что немецкий ботаник предвосхитил открытие многих законов генетики, но остановился на полпути – впрочем, его заслуг как ученого-экспериментатора это ничуть не умаляет.

1.5. Эксперименты с горохом

В Англии практически одновременно с исследованиями Кёльрейтера ставил опыты талантливый селекционер, основатель Лондонского общества садоводства – Томас Эндрю Найт (1759–1838 гг.). Он известен в первую очередь как исследователь явления гравитропности, объясняющего, почему корень растения всегда направлен вниз, а стебель – вверх. Помимо связи земного притяжения с ростом растений, Найт интересовался способами повышения урожайности и возможностью влиять на различные свойства даров природы.

В качестве материала для экспериментов англичанин избрал обычный горох. Такие особенности растения, как разнообразие окрасок, крупные семена, быстрый рост, делали его весьма удобным объектом исследования. Но в своих исследованиях Найт зачастую ограничивался обычным описанием хода эксперимента. Так, он обращал внимание на то, что при опылении цветков обычного гороха пыльцой, взятой от сорта с яркими семенами и цветами, в стручке сформировались обычные по виду семена. Будучи посеяны в землю, они уже породили яркие, схожие с «отцовскими» растения.

Но никаких внятных однозначных объяснений этому исследователь не дает. Тот факт, что при скрещивании двух сортов гороха – низкорослого кустовидного и обладающего длинными плетями – гибридное растение получилось огромным, Найт истолковал как положительное воздействие скрещивания. Хотя современные исследователи просто признали бы размер одного из исходных растений доминантным признаком. Правда, британский садовод обратил внимание на то, что отдельные характерные черты того или иного растения устойчиво сохраняются у гибридных потомков, внеся тем самым свой вклад в формулирование понятия наследуемых признаков.

Томас Эндрю Найт долгое время был уверен в том, что представители разных видов не могут производить гибриды, хотя впоследствии он пересмотрел эту точку зрения. Надо сказать, что в XIX в. не было единого мнения по этому вопросу. Соотечественник Найта, ботаник Уильям Герберт (1778–1847 гг.), заявил, что имеющееся на данном этапе разнообразие видов, скорее всего, формировалось постепенно, значит, выделение новых видов под влиянием природных условий и скрещивание между видами вполне вероятно. В этом вопросе Герберт стал предшественником Чарлза Дарвина.

Не лишним будет вспомнить соотношение между понятиями «род», «вид», «семейство».

Все живые существа и растения – как существующие, так и вымершие – занимают определенное место в биологической систематике. Не будем подробно рассматривать все ее ранги, ограничимся в упрощенном виде пятью низшими: класс (например, насекомые); порядок, или отряд (чешуекрылые); семейство (белянки); род (огородные белянки); вид (капустница). Как видим, основной единицей систематики является вид. Представителей одного вида объединяет схожесть физических признаков, биохимических процессов, поведения, а также способность воспроизводить плодовитое потомство в рамках внутривидового скрещивания. Но, как видим, скрещивание возможно не только в пределах вида. А вот способность или неспособность различных гибридов к размножению зависит от очень многих условий…

Современное определение вида сложилось далеко не сразу. Много лет ученые спорили о том, каковы вообще критерии в этом вопросе. Карл Линней считал, что вид – это группа сходных по строению особей, способных дать плодовитое потомство. Бюффон также ставил плодовитость во главу угла: с его точки зрения, только схожие особи, дающие способное к размножению потомство, могут быть отнесены к одному виду. Жан Батист Ламарк (1744–1829 гг.) полагал, что виды непрерывно изменяются (так что Дарвин не был революционером в этом вопросе), следовательно, в реальности видов как таковых нет и быть не может. Современное понятие вида было дано только к середине XX в. В настоящее время для описания того или иного вида используются несколько критериев, которые нельзя рассматривать отдельно друг от друга. Так, морфологический критерий важен, но не является определяющим: согласно ему, представители одного вида должны быть схожи по своему внешнему и внутреннему строению. Но как быть с тем, что, например, цветы одного вида, выросшие в разных климатических условиях, будут несколько отличаться друг от друга? Таким образом, нужно учитывать биохимический критерий (особенности процессов, протекающих «внутри» представителей вида), экологический критерий (сходство условий окружающей среды, в которых развиваются разные представители вида), физиологический (схожие процессы жизнедеятельности) и, конечно, генетический критерий – определенный набор хромосом. Последний стали рассматривать относительно недавно, и разговор о хромосомах нам тоже еще предстоит. Пока просто отметим, что в природе существуют виды, практически неотличимые друг от друга внешне, но обладающие разными хромосомными наборами.

1.6. Огюстен Сажрэ. Огород и сад как лаборатория

Множество важных выводов в области наследственности и изменчивости у растений сделал французский садовод Огюстен Сажрэ (1763–1851 гг.). В первую очередь он занимался разведением фруктовых деревьев, но, заинтересовавшись вопросами гибридизации, поставил сотни опытов по скрещиванию различных цветов, тыквенных и бахчевых культур. Как мы помним, многие предшественники Сажрэ обращали внимание на то, что различные признаки родителей – окраска, размеры, форма цветов и плодов – в той или иной степени проявляются у гибридных растений, но не выявляли никаких строгих закономерностей. Встречались также утверждения, что гибрид всегда представляет собой «среднее арифметическое»: условно говоря, если мы скрестим гвоздику с красными цветками и гвоздику с белыми цветками, то получим растение с лепестками розового цвета.