Эта увлекательная химия

В 1865 г. в трудах Брюннского общества естествоиспытателей была напечатана статья священника местного августинского монастыря Грегора Менделя. Она скромно называлась "Опыты с растительными гибридами". Журнал этот не пользовался известностью среди ученых и результаты Менделя в то время не вошли в научный обиход. Лишь 35 лет спустя одновременно и независимо трое других ученых провели опыты, по существу близкие опытам Менделя (о которых они ничего не знали) и пришли к тем же выводам. Выводы эти были исключительной важности. В чем их суть?

Скромный монах занимался скрещиванием разных сортов гороха. Он брал горох с белыми цветками и переносил пыльцу с его тычинок на рыльца растений с красными цветками. Растения дали семена, которые Мендель на следующий год высеял на своем небольшом участке.

Чего можно было ожидать? Новые растения-дети могли бы, например, иметь розовые лепестки (произошло смешение признаков: красный + белый = розовый), или у части растений цветки оказались бы красными, а у другой части — белыми. Произошло ни то, и ни другое — все растения были с красными цветками.

Мендель сделал вывод (первый закон Менделя): в растениях, получающихся при скрещивании двух ро-дителей. отличающихся по какому-либо признаку, не происходит никакого растворения, смешивания признаков, а наблюдается преобладание одного признака (сильного, доминантного) над другим (слабым, рецессивным).

Мендель скрестил между собой красноцветковых растений-детей, собрал полученные семена и на следующую весну посеял их. Когда растения зацвели, он увидел прелюбопытнейшую картину: три четверти растений были с красными цветками, а одна четверть — с белыми. Четверть "внуков" пошла в белоцветковую "бабушку", хотя все родители как две капли воды были вылитыми красноцветковыми "дедушками".

Мендель сделал второй вывод (второй закон Менделя): во втором поколении у внуков проявляются признаки, характерные для одного из дедов — признаки расщепляются.

Итак, признаки не исчезают бесследно, они наследуются в неизменном виде, переходят от родителей к детям, от детей к внукам. Мендель пришел к заключению, что наследственность управляется некими дискретными единицами. Он назвал их факторами, позже они получили другое название — гены. Так началась классическая генетика.

В 30-е годы прошлого века в биологии утвердилась клеточная теория: все живые организмы — животные, растительные, бактериальные — состоят из клеток. Новые клетки образуются только путем деления пред-шествующих клеток. Как это происходит?

Если рассматривать делящуюся клетку в микроскоп, то в ее ядре можно увидеть продолговатые тельца, хорошо окрашиваемые специальными красителями,- хромосомы (от "хрома"-"цвет" и "сома"-* "тело"). Во время деления хромосомы похожи на четки: на центральную нить нанизаны утолщенные тельца. Оказалось, что хромосомы существуют в виде отдельных, физиологически и структурно обособленных единиц и в промежутках между делениями, хотя у многих клеток они в это время не окрашиваются красителями и не видны в микроскоп.

Число хромосом в любой клетке организма данного вида строго постоянно. У человека их 46, у маленького рачка — 208, а у микроскопической радиолярии — целых 1600. На одной из стадий деления количество хромосом удваивается* так что? например, делящаяся клетка человека содержит некоторое время не 46, а 92 хромосомы. После этого ядро клетки делится пополам, и половина хромосом оказывается в одном, а половина в другом новообразованном ядре. Оказалось, что практически вся ДНК клетки находится в хромосомах. Более того, в хромосоме бактерий ничего, кроме ДНК, вообще не содержится. Таким образом, удвоение хромосом — это удвоение ДНК.

Так что же такое ген?

Как только стало ясно, что в ядрах клеток сосредоточена наследственная информация и что эта информация дискретна и передается в виде неизменных порций — генов в различных их комбинациях, генетики широким фронтом развернули эксперименты, из которых стали вырисовываться количественные закономерности, управляющие наследственностью с ее изменениями. Было обнаружено, что действуя на хромосомы различными излучениями и химически активными веществами, можно вызвать мутации, т. е. изменения наследственных признаков. Все хромосомы выглядят под микроскопом не совсем одинаково. Сопоставляя вид хромосом с изменениями внешних признаков, удалось построить карты генов — генетики уже точно знали, где, на какой хромосоме, в каком месте располагается тот или иной ген, например ген окраски глаз или формы крыльев, у плодовой мушки — дрозофилы. Но молекулярная природа генов все еще не была известна, не было понятно, каким образом воспроизводится наследственный материал.

В 1927 г. русский биолог Н. К. Кольцов в статье "Наследственные молекулы" высказал предположение, что в ядрах клеток, а точнее — в хромосомах, находятся длинные полимерные молекулы. Вдоль такой молекулы и располагаются отдельные участки, управляющие передачей тех или иных признаков, — гены.