Словом «генетика» уже никого не удивишь. Каждый знает, что это наука о наследственности. И все-таки трудно привыкнуть к мысли, что живая природа подчиняется одним и тем же законам, касаются ли они человека или бактерии. Характер, темперамент, внешние данные, пол, здоровье или наследственный недуг, склонность к чему-то или взлет гениальности — все уместилось на дне пробирки, которую до сих пор упорно изучают ученые.
Трудно сказать, кому первому полюбились парадоксы, но главный из них сохранился до наших дней: человек поднялся на такие вершины технического прогресса, что смог создать кибернетические машины и космические корабли, а о себе самом знает немногим более, чем в прошлом веке. Природа молчалива и своих секретов не выбалтывает. Их постигает только тот, кто умеет работать и ждать, кто не устает ставить сотни и сотни опытов, кто переходит от надежды к отчаянию и опять к надежде, но кто терпелив и щедр сердцем. Ибо им движет любовь к людям.
Эта книга — рассказ о генетике микробов, которых ученые превратили в своих верных помощников по изучению тайн живой материн, а значит, и организма человека, но это рассказ и о самих ученых. И пусть в нем иногда встречаются латинские термины, формулы или, на первый взгляд, излишне подробные описания опытов, он стоит того, чтобы в нем разобраться более детально. Ведь речь идет о вопросах, которые касаются всех.

| Содержание
Тайны жизни
Взгляд в прошлое
Нелегкий путь
Клетка — основа жизни
Рождение клетки
Первая карта
Подводные камни
Один ген — один фермент
В мире невидимок
Битва в пути
В стране мутаций
Путь в генетику
Невидимые хромосомы
Достопримечательности страны гибридов
«Титулованные» микробы
На грани жизни
Арбитр в споре
Конъюгация — это не редкость
Новые способы голосуют «за»
Загадка Нfr
Тайны раскрываются
Невидимые почтальоны
Микробы «открывают» наследственное вещество
Реконструкция... вирусов
Могущественные биополимеры
Не гребенки, а лестницы
Хромосома бактерий
ДНК «рождает» свою копию
Химия мутаций
Опыты, опыты
Мутанты царства фагов
У фагов есть гибриды
Первая карта хромосомы фага
Магические «линзы» Бензера
Трудный характер
Цнстрон Беизера
Молекулы жизни
Фабрика жизни
Разгадка кодонов
Заключение

Если интересуемая информация не найдена, её можно Заказать

Тайны жизни
«Юноша спросил у святого мудреца Джиафара:
— Учитель, что такое жизнь?
Хаджи молча отвернул грязный рукав своего рубища и показал ему отвратительную язву, разъедавшую его руку.
А в это время гремели соловьи и вся Севилья была наполнена благоуханием роз».
Ученые, однако, не смогли бы, подобно мудрецу Джиафа-ру из стихотворения в прозе В. М. Гаршина, обойтись одним красноречивым- жестом. Ведь вопрос «что такое жизнь?» но-явился на свет вместе со способностью человека мыслить и определил собой все развитие биологии. И хотя эта наука прошла длинный путь, вопрос юноши и по сей день остается для нее самым трудным.
Но не будем забегать вперед. Сначала постараемся найти главные отличия живого от неживого.
Движение? Но ведь растения не двигаются, а в том, что они живые, еще не сомневался ни один из смертных. Потребление кислорода? Но на свете существуют микробы, живые существа, которые прекрасно обходятся и без него.
Какие же тогда главные признаки? Прежде всего следует назвать обмен питательных веществ и энергии.
В самом деле, невозможно представить себе живой организм, который мог бы существовать без пищи. И как бы ни были различны такие организмы и их «меню», процесс питания у всех одинаков: полезные вещества поглощаются из окружающей среды и расходуются на построение организма.

«Но позвольте,— может возразить читатель,— кусок металла, например ржавеющее железо, тоже вступает в обмен с внешней средой. Но разве его можно назвать живым?»
Конечно, нет. Под влиянием неблагоприятных условий железо покрывается ржавчиной, превращается в окись железа и перестает существовать в прежнем качестве. А живое в результате обмена с внешней средой усваивает такие вещества, которые превращает в элементы своего тела, созидает с их помощью свой организм.
Помимо обмена веществ, не менее важен и обмен энергии. По этому признаку мир клеток можно разделить на два царства: растений и животных. Клетки растений используют энергию Солнца — единственную даровую энергию на Земле и созидают в процессе фотосинтеза молекулу глюкозы, а затем и более сложные молекулы крахмала и других углеводов. В химических связях этих веществ запасена энергия для всей жизни на планете. В царстве животных горючее — углеводы, созданные растениями. В конечном счете, вся жизнь на Земле получает энергию от Солнца. Только растения — непосредственно, а животные — через посредство растений.
И наконец, третий важнейший признак живого—способность к размножению. Кажется, ни одна из машин, даже самая совершенная, не способна порождать себе подобных. Впрочем, сейчас все чаще поговаривают о том, что таким свойством будут обладать кибернетические машины. Но пока они не созданы, привилегия воспроизводить самих себя остается целиком за царством живых.
Это обстоятельство почти никогда не вызывало изумления. Но заставляло задуматься другое: удивительная преемственность между родителями и их потомством. В самом деле, почему люди, кошки, собаки, комары, растения, бактерии, вирусы, короче— все формы живых существ воспроизводят только себе подобных?.. Ученые назвали такую преемственность наследственностью.
Однако характеристика живого этим не исчерпывается. Есть еще одна черта, и немаловажная — изменчивость признаков, как бы оборотная сторона наследственности. Дети бывают до курьеза похожи на своих родителей и все-таки не копируют их, а имеют свои индивидуальные черты. Между поколениями всегда есть различия, которые вместе.с естественным отбором являются основой совершенствования (эволюции) мира живых существ.
Итак, обмен веществ, обмен энергии, способность к размножению, наследственность н изменчивость — вот постоянные атрибуты и признаки жизни.
Биофизики определяют живые организмы земли как сложные, открытые, саморегулирующиеся и самовоспроизводящиеся системы, важнейшими функциональными веществами которых служат биополимеры — белки и нуклеиновые кислоты.
Открытой называют систему, обменивающуюся с окружающей средой веществом и энергией.
Саморегулирующийся организм обладает высокой степенью согласованности всех своих внутренних физико-химических и биологических процессов. А термин «самовоспроизводящийся» уже не требует никаких специальных пояснений. Сегодня этот процесс удается проследить вплоть до самовоспроизведения молекул.
Своеобразие структуры живого организма — в содержании сложнейших полимеров: белков и нуклеиновых кислот. Это гигантские молекулы, состоящие из сотен тысяч, а иногда и миллионов атомов. Они называются полимерами потому, что в их строении повторяются сходные между собой частицы. Так, например, белок — это длиннейшая цепь различных аминокислот, а нуклеиновые кислоты построены из «кирпичиков» — нуклеотидов.
Определение понятия «жизнь», данное биофизиками, которое мы только что рассмотрели, развивает на современном молекулярном уровне классическую формулу Энгельса: «Жизнь — это способ существования белковых тел, существенным моментом которого является постоянный обмен веществ с окружающей их внешней природой...»
Формула Энгельса сохраняет свое значение и по сей день. В ней только не сказано о нуклеиновых кислотах, которые, как мы теперь знаем, так же существенны для жизни, как и белок, н о которых в то время ученым еще ничего не было известно.
Необходимо подчеркнуть, что ни белок, ни нуклеиновые кислоты, ни вместе, ни отдельно не могут стать живыми. Живых молекул нет. Жизнь гетеромолекулярна, то есть она возникает лишь при взаимодействии молекул разного сорта.

* * *
Увлекательны маршруты современной биологии. Жизнь клетки... Разгадка тайн наследственного вещества... Расшифровка кода (программы) построения белка... Синтез первого в истории земли искусственного белка... Тайны биоэнергетики клетки... Проблема жизни на далеких планетах... Из множества путей мы выберем тот, по которому наука шла и идет на штурм загадок наследственности.
Каждое высшее животное или растение развивается из одной-единственной клетки. Она образуется в момент оплодотворения, путем слияния мужской и женской половых клеток. Вначале из нее образуются 2, потом 4, потом 8 и так далее до многих миллиардов клеток, из которых состоит взрослый организм. В оплодотворенной клетке (зиготе) заключен весь план построения будущего организма, все его особенности, начиная от внешних характеристик и кончая тончайшими деталями обмена веществ. Эта экономичность «записи» кажется еще более удивительной, если учесть, что яйцеклетка имеет 0,13—0,14 мм в диаметре, а сперматозоид и того меньше. Например, в объеме, равном по величине одной таблетке аспирина, может поместиться около двух миллиардов сперматозоидов— число достаточное, чтобы дать жизнь новому поколению людей на всем земном шаре.
Как же п микроскопической клетке умещается множество признаков, которыми будет обладать взрослый организм? Где все это «записано»?
Не будем углубляться в далекое прошлое, когда сведения о причинах столь точного воспроизведения наследственных признаков у живых существ находились на уровне мировоззрения Кифы Мокиевича — натурфилософа из поэмы Н. В. Гоголя «Мертвые души». Помните? «Вот, например, зверь,— говорит он.— Зверь родится нагишом. Почему именно нагишом? Почему не так, как птица, почему не вылупливается из яйца? Как, право, того: совсем не поймешь натуры, как побольше в нее углубишься!»
Конечно же, не смешные натурфилософы двигали вперед науку о наследственности. Ее тайну разгадали те, кто десятилетиями трудился над составлением карт наследственного вещества. И чтобы лучше понять их путь, мы пойдем следом. От первых карт до расшифровки загадочных письмен, которыми природа «записала» программу синтеза белка — главного вещества живой клетки,— вот основной стержень нашего маршрута. Он начнется с опытов чешского ученого Грегора Менделя, который первым приподнял завесу над тайнами наследственности, пройдет через лабораторию американского исследователя Томаса Гента Моргана, составившего первую карту, и окончится у источников, смывших налет таинственности с генетического кода. Эти источники нашлись в мире бактерий и вирусов.
Достижения молекулярной генетики общеизвестны. Но не все знают, что она добилась их, работая с «невидимыми». В этом проявился один из удивительных парадоксов науки: тайны наследственности были вскрыты в царстве существ, у которых столь долго отрицалось само существование наследственности. Поэтому вполне справедливо, что жители невидимого мира станут главными героями и проводниками нашего путешествия.
Взгляд в прошлое
Слово «генетика» победно вошло в язык биологов немногим более 60 лет назад. Так в 1902 году английский ученый Вильям Бэтсон окрестил науку о наследственности.
Кстати, о словах и терминах. Пожалуй, ни одна из отраслей биологии не сможет поспорить с генетикой по части сложности ее языка. Шведский ученый А. Мюнтцинг к своему руководству, названному «Генетические исследования» и изданному у нас в 1963 году, приложил словарь, куда входит... около 300 терминов.
Лингвисты утверждают, что у Пушкина 200 самых частых слов составляют более половины всех его текстов. Значит, иностранец «с грехом пополам» прочтет Пушкина, если знает немногим более 200 русских слов, конечно, тех самых, которые особенно полюбились поэту. А в словаре у Мюнтцинга около 300 (шутка ли!) терминов, не считая еще генетику микробов. Об этой науке трудно писать, пользуясь ее языком, но еще труднее пытаться оперировать более простыми понятиями...
Итак, на каком веществе и каким образом записаны наследственные признаки живого? Генетика родилась из этого вопроса, и хотя в дальнейшем ее создавала целая плеяда талантливейших исследователей, первый камень в ее фундамент заложил тогда еще никому неведомый Иоганн Грегор Мендель.
Мендель был августинским монахом одного из монастырей около города Брно в Моравии. Чрезвычайная любознательность увлекла его на путь науки. Член капитула монастыря в перерывах между службами, а может быть, и отдыхая от них, занимался разведением гороха.
...Вот на грядке зацвели два сорта. У одного цветы похожи
о
на язычки пламени, у другого — снежно-белые. А что, если опылить один сорт гороха другим? Любопытно, какие цветы появятся весной из семян такого гибрида?
«Скорее всего цветы будут розовыми»,— рассуждал монах-экспериментатор, и вот почему. В те времена ученые считали, что в половых клетках заключено гомогенное, неделимое наследственное вещество, как бы «сгусток» всех признаков и особенностей родителей. Когда мужская и женская клетки сливаются, эти таинственные «экстракты» перемешиваются и гибрид получает смесь свойств обоих родителей. Мендель опылил снежно-белые цветы гороха алыми и ждал, что гибрид зацветет розовыми цветами.
Пожухли, опали лепестки опыленных цветов на опытной грядке, и начали расти стручки. Наконец, появились крупные горошины первого гибрида. Как скупой золотые монеты, стараясь не выронить ни одной, Мендель высыпал зрелые горошины из стручка в полотняный мешочек и, надписав на нем что-то, упрятал в шкафчик.
...Пришла весна. На грядках гибридного гороха распускаются первые цветы. Розовые? Нет, только красные и ни одного белого. Поразительно! Факт требовал объяснения. И Мендель решил, что красный цвет доминирует над белым.
А что если скрестить двух гибридных особей — самоопылить красные гибридные цветки на одном и том же растении? Результаты оказались еще более удивительными. На грядках гибридов второго поколения 3Д цветов были красные, а 'Д — белая.
В этом необходимо было разобраться. Откуда появились гибриды с белыми цветами? Значит, в первом поколении этот признак не исчез, а был каким-то образом подавлен. И Мендель ввел термины: «доминантный» признак — для красных цветов и «рецессивный» — для белых. В генетическом словаре появились первые два слова.
«Но как же все-таки объяснить итоги этих опытов? — размышлял экспериментатор.— Это можно сделать только, если допустить, что наследственное вещество — не жидкий экстракт клеток организма. Оно дискретно (прерывисто) и состоит из самостоятельных и строго постоянных единиц. Эти единицы в неизменном виде передаются половыми клетками от одного поколения к другому».
Легче рассуждать, рисуя свои мысли на бумаге. Мендель так и поступил, обозначив место в наследственном веществе клетки (позднее датский биолог Иогансен назвал его геном),
10
которое каким-то непостижимым путем влияет на окраску цветка, буквой А (для красных) и а (для белых).
Мендель скрещивал чистые расы горошка, а это значит, что в половых клетках (они находятся в пыльце) у пунцового горошка-родителя содержались только гены А, у снежно-белого — только а.
Нетрудно догадаться, что при слиянии половых клеток родителей объединяются их гены: А и а. Все клетки горошка» гибрида (и листьев, и ствола, и цветов) получают набор генов А+а. И растение покрывается красными цветами — ведь ген А доминирует над а. А как в данном случае распределяются гены в половых клетках?
Мендель предположил, что гибриды образуют с равной частотой два рода половых клеток: с геном Лис геном а. При смешивании пыльцы двух гибридов (она у обоих родителей содержит эти два гена примерно в равном количестве) вероятность всех сочетаний почти одинакова: АА, Аа и аа. Это уже будут гибриды второго поколения. А цвет их? Горошины с генами АА «произведут на свет» красные цветы, с генами Аа — тоже красные (Л доминирует над а), а с генами аа — белые.
Но почему же Мендель получил 3/4 красных цветов, а не 2/3, как получается из наших расчетов? Да потому, что в таинстве «зачатия» двух гибридов второго поколения участвуют два набора половых клеток (мужской и женский) и в каждом есть гены А и гены а. Впоследствии ученые изобразили это так:
..............

---