Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

там висели кисти переспелых бананов. Запах забродивших плодов был почти непереносим. При каждом движении Моргана стаи мушек, которым удалось улизнуть из бутылок, взмывали над столами жужжащей пеленой. Студенты прозвали лабораторию Мушиной комнатой[313]. По размеру и форме она походила на садик Менделя – и ей суждено было стать таким же знаковым местом в истории генетики.

Как и Мендель, Морган начал с выявления наследственных признаков – видимых вариативных черт, которые можно отслеживать в череде поколений. На заре 1900-х он посетил сад Хуго де Фриза в Амстердаме и особенно заинтересовался собранными там растениями-мутантами[314]. А бывают ли мутации у мушек? Рассмотрев тысячи дрозофил под микроскопом, Морган завел каталог мутантов: он выделил несколько десятков их вариантов. Среди обыкновенных красноглазых мушек иногда спонтанно появлялись белоглазые. У других мутантов были раздвоенные щетинки[315], черные тельца, кривые лапки, изогнутые – почти как у летучих мышей – крылья, необычно сегментированное брюшко, деформированные глаза – словом, настоящий хэллоуинский парад уродцев.

В Нью-Йорке вокруг Моргана сложилась компания, куда вошли очень своеобразные студенты: Альфред Стёртевант, педантичный и вечно напряженный выходец со Среднего Запада; Кэлвин Бриджес, блистательный и амбициозный любитель порассуждать о свободных нравах; Герман Мёллер, склонный к паранойе и навязчивостям борец за постоянное внимание руководителя. Явным любимчиком Моргана был Бриджес: именно он – старшекурсник, обязанный мыть бутылки, – заметил среди тысяч красноглазых мушек мутанта с белыми глазами, который стал основополагающим элементом многих важнейших экспериментов Моргана. Томас восхищался Стёртевантом – его дисциплиной и трудовой этикой, – а вот к Мёллеру относился прохладно, считая его изворотливым, слишком неразговорчивым и оторванным от коллектива. Позже три студента Моргана вдрызг рассорятся, запустив циклические механизмы зависти и деструкции, которые и впредь будут электризовать генетику как дисциплину. Но когда еще держался хрупкий мир – мир под нескончаемое жужжание мушек, – молодые исследователи погрузились в эксперименты с генами и хромосомами. Скрещивая нормальных дрозофил с мутантными – например, красноглазых самок с белоглазыми самцами, – Морган и его студенты могли наблюдать, как наследуются признаки от поколения к поколению. И вновь мутанты оказывались ключевыми элементами таких экспериментов, потому что лишь аномалии могли пролить свет на нормальные механизмы наследования.

Чтобы понять значение открытия Моргана, вернемся к Менделю. В его экспериментах гены вели себя как независимые сущности, свободные агенты. Между, скажем, окраской цветков, текстурой семян и высотой стеблей не прослеживалось никакой связи. Все признаки наследовались независимо и встречались в любых комбинациях. Каждое скрещивание, таким образом, было настоящей генетической рулеткой: скрестив высокое растение с пурпурными цветками и низкое с белыми, вы получали все возможные сочетания – высокие растения с белыми цветками, короткие с пурпурными, и так далее.

Однако у Моргана гены дрозофил не всегда вели себя независимо. С 1910 по 1912 год он и его студенты скрестили тысячи мутантов, получив десятки тысяч их потомков. Результаты каждого скрещивания тщательно протоколировали: белые глаза, черное тело, короткие крылья, загнутые щетинки. Изучая гибридизационные таблицы, которыми были заполнены уже десятки тетрадей, Морган заметил неожиданную закономерность: некоторые гены вели себя как «сцепленные» друг с другом. Например, ген, отвечающий за формирование белых глаз («белоглазый», white eyed), был неразрывно связан с X-хромосомой: как бы Морган ни скрещивал мух, признак белоглазости всегда следовал за ней. Аналогичным образом ген черного тела был сцеплен с детерминантой формы крыльев.

Для Моргана это генетическое сцепление означало лишь одно: гены физически связаны друг с другом[316]. Ген черного тела у мушек никогда не наследуется (или наследуется редко) независимо от гена миниатюрных крыльев, потому что они находятся на одной хромосоме. Если две бусины на одной нити, они всегда остаются вместе, как бы разные нити ни перемешивались и ни комбинировались друг с другом. Тот же принцип действует и в отношении двух генов на одной хромосоме: нельзя так просто отделить ген, отвечающий за форму щетинок, от гена цвета тела. Неразделимость признаков имеет под собой материальную основу: хромосома – это «нить», на которую гены «нанизаны» и никуда с нее в норме деться не могут.

Морган открыл важную поправку к законам Менделя: гены передаются не по отдельности, а комплектами. То есть пакеты информации сами тоже упакованы – в хромосомы и, наконец, в клетки. Даже важнее, чем само открытие, было его следствие: Морган связал не только гены, он концептуально связал две дисциплины – клеточную биологию и генетику. Ген перестал восприниматься «чисто теоретической единицей». Он оказался материальным объектом с конкретным адресом внутри клетки и определенной формой[317]. «Имеем ли мы право, после того как мы локализовали гены в хромосомах, – рассуждал Морган, – рассматривать их как материальные единицы, как химические тела более высокого порядка, чем молекулы?»[318]

Установление связи между генами привело ко второму и к третьему открытиям. Но вернемся к сцеплению: эксперименты Моргана позволили установить, что сцепленные в составе одной хромосомы гены наследуются совместно. Если ген, отвечающий, допустим, за голубой цвет глаз, сцеплен с геном светлых волос, то дети-блондины неминуемо будут голубоглазыми (пример гипотетический, но принцип, который он иллюстрирует, абсолютно реален).

Однако наблюдали и исключения из закона сцепления: иногда – очень редко – ген мог отцепиться от своих соседей и переместиться, например, с отцовской хромосомы на такую же материнскую. В нашем примере это означало бы исключительно редкое рождение голубоглазых и темноволосых или, напротив, кареглазых и светловолосых детей. Морган назвал этот феномен кроссинговером[319]. Как мы увидим, со временем его открытие вызовет в биологии целую революцию, обнажив принцип, что фрагменты генетической информации могут перемешиваться, комбинироваться, меняться местами не только между сестринскими хромосомами[320], но и между организмами и даже между разными видами.

Последнее открытие, основанное на работе Моргана, тоже родилось в практическом исследовании кроссинговера. Некоторые гены были так прочно связаны, что кроссинговером никогда не разделялись. Студенты Моргана предположили, что такие гены на хромосоме расположены особенно близко друг к другу. Остальные гены, хоть и тоже сцепленные, разделялись чаще. Значит, между ними расстояние на хромосоме должно быть больше. Ну а не сцепленные гены должны располагаться на разных хромосомах. Словом, прочность генетической связи определяется физической близостью генов на хромосоме: оценив, как часто два признака – светлые волосы и голубые глаза – наследуются совместно, можно измерить расстояние между генами этих признаков.

Зимним вечером 1911 года тогда еще 20-летний Альфред Стёртевант захватил с собой в общежитие экспериментальные данные по сцеплению генов дрозофилы и вместо выполнения задания по математике всю ночь корпел над первой генетической картой