Краткая история науки - Уильям Байнум

За достижения в геологии не вручают Нобелевскую премию, и может быть зря. Тектоника плит объясняет столь многое, начиная с землетрясений и цунами, гор и минералов, окаменелостей и существующих ныне растений и животных.

Наша планета очень стара и исключительно уникальна.

На кого вы похожи больше, на маму или папу? Может быть, на дедушку или тетю? Вдруг вы хорошо бегаете или умеете играть на скрипке или гитаре… кто-нибудь еще в вашей семье тоже обладает подобными талантами? Это должен быть кто-то, с кем вы связаны биологически, а не просто родственники благодаря браку, как мачеха или отчим.

И тот и другой могут быть отличными людьми, многое дать вам, но вы не в состоянии унаследовать их гены.

Теперь мы знаем, что вещи вроде цвета глаз или волос контролируются и передаются из поколения в поколение именно генами. Генетика – наука об этих генах. Слово «наследственность» мы обычно используем, чтобы описать ту информацию, которую они хранят и передают. Наши гены решают очень многое в том, какие мы есть.

Но как же люди узнали, что эти маленькие штуковины настолько важны?

Давайте на мгновение вернемся к Чарльзу Дарвину (глава 25); наследственность была центральной частью его работ, на нее опирались его гипотезы эволюции, пусть даже он не знал, как именно она работает. Биологи продолжили спорить по этому поводу долгое время после появления «О происхождении видов» в 1859 году.

В особенности они интересовались таким гипотетическим феноменом, как «мягкая» наследственность. Эту идею предложил французский натуралист Жан-Батист Ламарк (1744–1829), тоже веривший, что новые виды появляются благодаря эволюции.

Подумайте о длинной шее жирафа: как она могла появиться с течением времени? Ламарк утверждал, что она возникла потому, что жирафы постоянно тянулись вверх, чтобы добраться до листьев на высочайших деревьях, и небольшие изменения постепенно накапливались и передавались из поколения в поколение.

Если у вас есть достаточно времени и достаточно тянущего усилия, то из короткошеего животного в конечном счете получится длинношеее. Окружающая среда таким образом взаимодействует с организмом, формируя его в процессе адаптации и передавая признаки дальше и дальше.

Попытки экспериментально доказать мягкую наследственность сталкивались с трудностями. Кузен Дарвина. Френсис Гальтон (1822–1911) провел серию продуманных опытов, в которых он переливал кровь черных кроликов белым. Потомки белых кроликов, подвергшихся этой процедуре, не показывали ни малейших признаков черной шкуры. Отрезая хвосты крысам из поколения в поколение, он не смог вывести вид бесхвостых грызунов.

Обрезание, которое у некоторых народов делают мальчикам, не приводит к тому, что их дети рождаются уже обрезанными.

Аргументы за и против активно обсуждались до начала двадцатого века, а затем две вещи убедили большую часть биологов, что черты, приобретенные животными и растениями на протяжении жизни, не передаются их потомкам просто так. Первой стало обнаружение забытых работ монаха из Моравии. Грегора Менделя (1822–1884). Еще в 1860-х Мендель опубликовал (в мало кем читаемом журнале) результаты собственных экспериментов в монастырском саду.

Он активно интересовался садовым горошком, и происходило это еще до того, как Гальтон начал отрезать хвосты крысам. Мендель размышлял, что случится, когда растения с определенными характеристиками будут тщательно скрещены между собой (например, растения с одинаковым цветом горошин). Горошек хорошо подходил для опытов, поскольку он быстро растет и очень легко и просто перейти от поколения к поколению. А еще у стручков четко выражены различия: либо желтый, либо зеленый горох, либо сморщенный, либо с гладкой кожицей.

Мендель обнаружил, что эти черты наследуются с математической точностью, но таким образом, который не так легко объяснить. Если растение с зелеными горошинами (семенами, иначе говоря) скрещивали с растением с желтыми, все растения нового поколения были с желтыми, но когда уже они скрещивались друг с другом, то во втором поколении три растения из четырех имели желтый горох, а одно – зеленый.

Желтый признак-цвет доминировал в первом поколении, но во втором «рецессивный» признак (зеленый) вновь давал о себе знать. И что все это могло значить? Мендель сделал вывод, что наследственность делится на части, что растения и животные наследуют разные черты по отдельности. Вместо последовательного изменения мягкой наследственности или передачи среднего качества от двух родителей наследственность оказалась чем-то дискретным. Горошины были либо желтыми, либо зелеными.

В то время как работа Менделя лежала незамеченной. Август Вейсман (1834–1914) нанес второй мощный удар по теории мягкой наследственности. Там, где Менделя могли остановить религиозные убеждения. Вейсман в первую очередь оставался решительным ученым. Блестящий немецкий биолог, он до глубины души верил, что эволюционная теория Дарвина верна, но в то же время видел, что в ней есть существенная лакуна, касающаяся наследственности.

Чтобы ее заполнить. Вейсман обратился к своему увлечению клетками и процессом их деления.

Несколькими годами ранее, чем Мендель начал свои исследования с горохом. Рудольф Вирхов опубликовал свои теории по поводу того, как делятся клетки (глава 26). В 1880–90-х Вейсман увидел, что заставляет яйцеклетку или клетку спермы, «материнскую» клетку репродуктивной системы, делиться таким образом, который отличается от клеточного деления во всем остальном теле.

И в этом различии обнаружился ключ к наследственности.

Процесс мейоза состоит в том, что хромосомы делятся и половина хромосомного материала попадает в каждую из родившихся «дочерних» клеток. Во всех остальных случаях дочерняя клетка обладает точно тем же объемом хромосомного материала, что и материнская.

Если вы смущены, вспомните, что материнская клетка – просто любая клетка тела, разделившаяся на две. Они находятся по всему телу и не имеют отношения к настоящим матерям или дочерям.

Итак, когда яйцеклетка и клетка спермы сливаются, две половины хромосомного материала формируют полный набор и у нас получается оплодотворенная яйцеклетка. Репродуктивные клетки отличаются от всех прочих клеток нашего организма, и Вейсман утверждал, что не имеет значения происходящее со всеми остальными клетками тела, мускулов, костей, кровеносных сосудов, нервов, что только репродуктивные клетки содержат то, что можно унаследовать.

И в случае с жирафами предполагаемое вытягивание шеи не могло оказать воздействие на яйцеклетки или сперму животных, на содержащееся в них вещество, названное «зародышевой плазмой». Именно зародышевая плазма, хромосомы яйцеклетки и клетки спермы, и является тем, что наследуется, так что Вейсман назвал свою гипотезу «непрерывность зародышевой плазмы».