Краткая история науки - Уильям Байнум

В 1900 году не один, а сразу три ученых стряхнули пыль с копий журнала, в котором была напечатана статья Менделя. Они и поведали научному миру о результатах экспериментов с горохом, и биологи поняли, что Мендель обеспечил лучшее экспериментальное доказательство для гипотезы «непрерывности» Вейсмана, и «менделизм», как его вскоре назвали, обрел прочную научную основу.

Но ученый мир быстро разделился на две группы, на поклонников Менделя и «биометристов». Последние, ведомые экспертом по статистике Карлом Пирсоном (1857–1936), верили в «непрерывную» наследственность, но полагали, что мы получаем нечто среднее от черт наших родителей.

Представители этой научной ветви провели обширную полевую работу, фиксируя отличия разных морских существ и улиток. Они показали, что небольшие вариации могут играть важную роль в том, какое количество потомков конкретного существа выживет, и в конечном счете в репродуктивном успехе вида.

Менделианцев возглавлял биолог из Кембриджа по имени Уильям Бэтсон (1857–1936), и именно он ввел в оборот термин «генетика». Менделианцы подчеркивали, что наследственность касается отдельных черт, как это и продемонстрировал монах, давший имя их направлению. Они утверждали, что биологические изменения происходят скачками, а вовсе не в процессе медленного, постепенного изменения, о котором говорили биометристы.

Обе группы верили в эволюцию, они спорили о том, как она движется.

Серьезные дискуссии продолжались почти двадцать лет, а затем в 1920-х несколько исследователей показали, что каждая группа в одно и то же время и была права, и заблуждалась. Они просто смотрели на две разные стороны одной и той же проблемы. Многие биологические характеристики наследуются в смеси, биометрическим образом: у высокого отца и маленькой матери может родиться ребенок среднего роста, хотя может родиться и такой высокий, как отец (и даже выше); но средний рост их детей будет находиться где-то между показателями родителей.

Другие характеристики, например, цвет глаз, или цвет горошин, наследуются в стиле «или-или», никогда не смешиваются. Разница между менделианцами и биометристами оказалась ликвидирована, когда стало возможным изучать целые популяции и приложить к проблеме математический аппарат.

Биологи нового поколения, такие как Д. Б. С. Холдейн (1892–1964), отдали должное гениальным озарениям Дарвина. Они сообразили, что в любой популяции есть вариация, которая может быть унаследована. Если она дает преимущество, то обладающие ей животные и растения выживут, а другие вариации отомрут.

Но то, как мы наследуем то, что наследуем – тоже очень важный вопрос, следующая часть загадки.

Большая часть работы над ней была проделана в лаборатории Томаса Ханта Моргана (1866–1945) в Колумбийском университете Нью-Йорка. Он начал карьеру, наблюдая за ранними стадиями развития живых существ, за их эмбрионами, и впоследствии никогда не терял интереса к эмбриологии, но в начале нового века стал заниматься еще и генетикой.

Лаборатория Моргана не была обычным местом, ее прозвали мушиной комнатой, поскольку она стала домом для тысяч поколений обычной плодовой мушки (Drosophila melanogaster). Дрозофила – очень удобное для экспериментов существо, у нее только четыре хромосомы в ядре клетки, и именно роль хромосом хотел узнать американский ученый: насколько они важны в процессе передачи наследственных черт? Хромосомы дрозофилы велики, и их легко изучать под микроскопом, сами мушки плодятся очень быстро; оставьте кусочек яблока на тарелке и просто наблюдайте, что произойдет.

Большое количество поколений может быть изучено за короткий период времени, и это позволяет увидеть, что происходит, когда мухи с определенными характеристиками скрещиваются с другими. Вообразите, как будет выглядеть работа такого рода со слонами, и вы поймете, почему Морган выбрал дрозофил.

Его мушиная комната стала знаменитой, привлекала внимание студентов и других ученых. Она стала первым образцом того, как большая часть науки делается в наше время: группа исследователей работает под руководством главы проекта – Моргана, который помогает определять проблемы, наблюдает, как идет дело у его более молодых подчиненных, ну а те ведут собственно эксперименты, каждый свою линию.

Морган побуждал коллег работать вместе и обсуждать все в открытую, так что было сложно определить, кто именно что сделал. Когда Морган выиграл Нобелевку, он разделил приз с двумя учеными из своей команды.

Почти случайно Морган сделал важное открытие, он заметил, что одна муха из очередного выводка имеет красные глаза вместо обычных белых. Он изолировал эту муху, а потом скрестил с другой, обычной, и занялся изучением их потомства. Вскоре стало ясно, что все отпрыски этой пары, унаследовавшие красные глаза – женского пола, то есть ген переносится половой хромосомой, той самой, которая определяет, к какому полу будет принадлежать существо. Ну и шаблон наследования в данном случае не отклонялся от найденных Менделем правил – глаза были либо белыми, либо красными, но никогда розовыми или еще какого-то смешанного цвета.

Морган исследовал и то, как у крошечных мух передаются по наследству и другие черты – размер и форма крыльев, например. Он и его коллеги изучили хромосомы дрозофил под микроскопом и начали составлять карты каждой из хромосом, отмечая, где расположены единицы наследования («гены», как они были названы) каждого из передаваемых признаков. Мутации (изменения), такие как неожиданное появление красных глаз, могли помочь в определении того, где лежит тот или иной ген, ну а ученые продолжали разбираться с тем, что происходит с хромосомами в процессе деления клетки.

Один из студентов Моргана, X. Дж. Мюллер (1890–1967) обнаружил, что рентгеновское излучение вызывает более быстрые мутации. Он получил Нобелевскую премию в 1948 году, и его работа изменила мир, показав всю опасность радиации, возникающей не только при взрыве атомной бомбы, но и при обычной рентгенографии.

Морган также продемонстрировал, что хромосомы иногда обмениваются материалом, когда делятся. Подобное событие именуется кроссинговер, или перекрест хромосом, и это еще один способ, каким природа увеличивает количество вариаций в животном и растительном мире.

Морган и его группа, а также многие другие ученые по всему миру сделали генетику одной из наиболее популярных наук между 1910-м и 1940-м. «Ген» постепенно признали как явление, имеющее вполне материальное воплощение. Локализованные в хромосоме гены передаются посредством яйцеклетки, оплодотворенной клеткой спермы, и вклад предков в потомство является одинаковым.

Доказанным стал факт, что мутации двигают вперед колесо эволюции, создают новые вариации и естественным образом это происходит так же легко, как и в лаборатории Мюллера. Новая генетика сосредоточилась на вопросах эволюции, пусть даже сам по себе ген остался ненайденным. Его реальность никто не подвергал сомнению.

Новое генетическое мышление в то же время оказало не самое благотворное влияние на общество. Если не существует мягкой наследственности, то занятия спортом, диета или хорошее поведение никак не смогут изменить гены ваших детей.