30 Нобелевских премий: Открытия, изменившие медицину - Лев Иноземцев

Однако законы Менделя ждала судьба многих других великих открытий, опередивших свое время. Их значение не было оценено по заслугам, и они ушли в небытие. А после того, как в 1884 году Мендель умер, никто их не вспоминал вплоть до начала следующего века.

Повторное открытие законов Менделя было сделано около 1900 года. Тогда научный мир уже был готов принять новую теорию и оценить ее значимость, ведь к тому времени были получены корректные сведения о строении клетки и ее ядра. О митотическом делении клеток и хромосомах — странных нитевидных структурах, появляющихся при митозе, — было известно уже в начале 1870-х годов. Наблюдая расхождение, блуждание и слияние хромосом на разных фазах клеточного деления, исследователи поняли, что хромосомы при митозе не появляются, а утолщаются и поэтому становятся хорошо видны. Мнение о том, что хромосомы — носители наследственной информации, впервые было четко и обоснованно высказано в 1903–1904 годах.

Словом, научная почва была хорошо подготовлена, и когда в 1910 году американский зоолог Томас Морган начал свои исследования, они в конечном счете привели его в 1933 году к Нобелевской премии «за открытие роли хромосомы в наследственности».

Успех Моргана объясняется несколькими причинами. Во-первых, он использовал сразу два, казалось бы, непересекающихся метода: статистически-генетический, принятый Менделем, и микроскопический. Морган со своей командой не только наблюдал за тем, как и какие признаки передаются из поколения в поколение, но параллельно старался фиксировать, какие микроскопические процессы в клетках и хромосомах приводят к тем или иным результатам скрещивания.

Другая причина успеха Моргана связана с удачным, прямо-таки гениальным выбором объекта для экспериментов. С самого начала Морган работал с мухой дрозофилой обыкновенной (Drosophila melanogaster). Эти мушки, ставшие теперь классическим модельным организмом, легко содержатся в лабораторных условиях и хорошо переносят большинство необходимых экспериментов. Дрозофилы непрерывно размножаются, новое поколение появляется примерно через каждые 12 дней, то есть не менее 30 раз в год. Самки откладывают за жизнь до 1000 яиц, а мужские и женские особи легко отличить друг от друга. Именно такой удачный выбор позволил Моргану обогнать других видных ученых-генетиков, которые начали аналогичные исследования раньше, но использовали в качестве экспериментальных объектов менее подходящих животных или растения.

Рис. 10. Различные наследственные формы мухи дрозофилы

Так же как и учение Менделя, открытие Моргана можно тезисно представить в виде правил или законов. Их четыре: правило комбинации, правило ограниченного числа комбинационных групп, правило пересечения, а также правило линейного расположения генов в хромосомах. Они принципиальным образом дополняют правила Менделя. Все они неразрывно связаны и образуют вместе тесное биологическое единство.

Правило сочетания Моргана, согласно которому некоторые наследственные признаки связаны друг с другом, в значительной степени ограничивает второе правило Менделя, по которому в новом поколении гены могут сочетаться независимо. Правило сочетания дополняется правилом ограниченного числа комбинационных групп, соответствующих количеству хромосом. С другой стороны, правило сочетания ограничено странным явлением, которое Морган назвал «кроссинговером», или обменом генов: Морган представлял его как реальный обмен частями между хромосомами. Эта теория встретила много возражений, однако была доказана посредством прямых микроскопических наблюдений.

Рис. 11. Кроссинговер

Правило линейного расположения генов также казалось вначале фантастикой. Утверждение Моргана о том, что участки, отвечающие за различные наследственные признаки, расположены на хромосоме словно бусины, вызвала волну скепсиса. Дело в том, что Морган пришел к таким сенсационным выводам путем статистического анализа результатов скрещивания дрозофил, а не с помощью прямого исследования хромосом. Но более поздние работы полностью подтвердили правоту ученого.

Исследования Моргана не только заложили надежный фундамент для развития генетики, но и практически сразу приобрели прикладное значение. Сформулированные им правила позволили по-новому взглянуть на наследственные заболевания человека, значительно расширив возможности их лечения и профилактики. Так, например, стал понятен механизм передачи по наследству «царской» болезни гемофилии, которой страдали многие европейские принцы. Но не принцессы! Дело в том, что, в соответствии с правилом сочетания Моргана, ген, отвечающий за низкую свертываемость крови (причина гемофилии) находится на Х-хромосоме, которых у женщин две, а у мужчин всего одна. Болезнь проявляется (но не распространяется) по мужской линии. Обладая этими знаниями, люди могут заниматься планированием семьи или по крайней мере заранее подготовиться к рождению особенного ребенка.

Рис. 12. Схема передачи гемофилии

Кстати

В английском языке термин «mendelism» означает всего лишь «учение Менделя». Но в СССР слово «менделизм» имело негативную коннотацию. До 1960-х годов «менделизмом-морганизмом» называли совокупность теорий Грегора Менделя и Томаса Моргана (как и в английском языке), вот только генетика считалась тогда в СССР «продажной девкой империализма» и ее основоположников принято было ругать.

Сразу после того, как была расшифрована структура дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), один из авторов исследования, британец Фрэнсис Крик, написал сыну: «…Джим Уотсон и я, вероятно, сделали самое важное открытие…» — и был совершенно прав. Установление структуры и функций ДНК считается одним из ключевых достижений не только молекулярной биологии, но и всей мировой науки. Хотя в своем письме сыну Крик упомянул только американца Джеймса Уотсона, важную роль в разгадке структуры ДНК играли еще двое ученых: подданные Британской короны Морис Уилкинс и Розалинд Франклин.

К моменту великого открытия было известно, что ДНК состоит из фосфатной группы, сахара (дезоксирибозы) и четырех азотистых оснований: аденина, гуанина, тимина и цитозина. По сформулированным в 1951 году правилам Чаргаффа аденин с тимином и гуанин с цитозином содержались в ДНК попарно в равном количестве. В начале 1950-х годов сотрудники Королевского колледжа Лондона Морис Уилкинс и Розалинд Франклин получили рентгеноструктурные фотографии, указывавшие на то, что ДНК имеет форму, похожую на спираль. В ученой среде шло настоящее соревнование: кто на основе имеющихся данных построит верную модель ДНК.