Концепции современного естествознания

Проводя такую цепь рассуждений, мы сразу оказываемся перед целым рядом проблем: где в клетке хранится вся эта информация? Где напечатаны те инструкции, копии которых будут переданы последующим поколениям? В каком виде информация передается потомству и как она управляет построением новых клеток? Эти проблемы издавна не давали покоя мыслителям и ученым. Было предложено немало гипотез, ставивших своей целью объяснить ту удивительную цепь событий, которая приводит к появлению из одной оплодотворенной яйцеклетки такого высокоразвитого создания, каким является человек. Например, многие биологи прежних времен считали, что в каждом сперматозоиде заключен гомункулус — миниатюрная копия того человека, который из этого сперматозоида разовьется. В наши дни, когда биологи вооружены гораздо более совершенными приборами, в том числе современными микроскопами, умозрительные построения уступили место анализу реальных наблюдений, касающихся состава клеток и их поведения.

Наиболее заметной частью клетки является ядро — плотная центральная область, ограниченная от окружающей цитоплазмы. Чем больше биологи исследовали клетку, тем яснее для них становилась ключевая роль ядра, управляющего всей жизнью клетки. Уберите ядро из клетки (это можно сделать с помощью микроманипулятора), и прекращаются все внутриклеточные процессы. Если ядро не вернуть назад, клетка, в конце концов, погибает. У некоторых видов одноклеточных организмов удается даже заменить одно ядро другим, взятым у другого вида, и вскоре первая клетка приобретает признаки, характерные для второго организма. Итак, мы видим, что ядро существенно для поддержания клеточной активности и, кроме того, им определяются все признаки, характеризующие данную клетку. Мы можем рассматривать ядро как орган управления, содержащий всю информацию о клетке.

Прежде чем клетка разделится, ее ядро расщепляется на два дочерних ядра; делению ядра предшествует стадия, на которой оно распадается на ряд длинных, тонких, палочковидных структур различной формы и величины — так называемых хромосом. Хромосомы выстраиваются парами — по две хромосомы каждого сорта — и расходятся, после чего члены каждой пары движутся к противоположным концам клетки, где формируются два новых ядра, которые вскоре уже становятся частью двух дочерних клеток. Проходит какое-то время, и набор хромосом каждого дочернего ядра удваивается в процессе подготовки к следующему делению. В конечном счете каждая дочерняя клетка содержит полный набор хромосом, точно соответствующий набору хромосом родительской клетки.

Постепенно выяснилось, что именно хромосомы несут в себе ту информацию, которая переходит от клетки к клетке, от поколения к поколению. Этот вывод основывается на множестве разнообразных экспериментов, выполненных на всех возможных видах организмов. Например, в течение последнего полувека многочисленные исследования были проведены на крохотном насекомом — плодовой мушке дрозофиле (Drosophila melanogaster). По целому ряду причин этот вид стал излюбленным объектом генетических исследований. Дрозофил легко выращивать, они быстро достигают половой зрелости, что позволяет за сравнительно короткое время изучить большое число поколений. Клетки дрозофилы содержат небольшое число хромосом (вообще говоря, число хромосом у разных видов организмов неодинаково: у дрозофилы их 4 пары, у человека 23 пары), причем в некоторых клетках дрозофилы хромосомы настолько велики, что их можно подробно изучить с помощью микроскопа. Хромосомы дрозофилы обнаруживают характерное чередование светлых и темных поперечных полос. Генетикам удалось установить соответствие между признаками организма и определенными участками хромосомы; было показано, что изменение специфического характера чередования полос всегда сопровождается изменением определенных внешних признаков дрозофилы. Соответствие между отдельными участками хромосом и признаками организма, или, как говорят генетики, соответствие между генотипом и фенотипом обычно изображается в виде так называемых хромосомных карт.