Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - Джон Гриббин Страница 53

также и фосфора, которого нет ни в одном белке. Мишер писал: «Я думаю, что данный анализ, каким бы неполным он ни был, показывает, что мы имеем дело не с какой-то случайной смесью, а… с химическим веществом или смесью очень близкородственных веществ». Но ему не удалось выяснить строение молекул нуклеина. В 1869 г. Мишер завершил первый этап работы, уволился из Тюбингенского университета и подготовил результаты исследования к публикации. Увы, из-за череды чрезвычайных обстоятельств, в том числе Франко-прусской войны, его работа была опубликована только в 1871 г. Во время дальнейших опытов Мишер обнаружил, что в молекулах нуклеина содержатся кислотные группы, и к концу 1880-х гг. для описания этого вещества стал применяться термин «нуклеиновая кислота».

К тому времени, отчасти благодаря этим исследованиям Мишера, произошел еще один важный прорыв в понимании устройства клеток. После того как клетки были признаны простейшими элементами жизни, предстояло разгадать главную загадку: как происходит деление и воспроизведение клеток. Цитологи — ученые, изучающие клетки, — использовали для выявления внутриклеточных структур различные красители. В 1879 г. немецкий биолог Вальтер Флемминг (1843–1905) обнаружил, что определенные красители очень прочно связываются с некими нитевидными структурами внутри клетки, которые особенно четко видны в ходе клеточного деления. Так как они хорошо окрашивались, эти нити получили название «хромосомы» (от древнегреческих слов «хрома» — «цвет», и «сома» — «тело»), а другие связанные с ними детали стали называться «хроматиды» и «хромопласты». Убивая клетки на разных стадиях процесса деления, окрашивая их красителями и изучая под микроскопом, Флемминг описал последовательность событий, происходящих в ходе того, что он назвал «митозом». Чтобы прояснить все подробности, потребовались годы, но общая суть процесса заключается в том, что хромосомы, которые обычно упакованы внутри ядра, копируются с помощью особого клеточного механизма, а затем один набор хромосом перемещается в одну часть клетки, а другой — в другую, после чего клетка делится, образуя две клетки с полным набором хромосом. Ни одна этих клеток не является «материнской» или «дочерней»; обе они — точные копии оригинала. Было ясно, что хромосомы важны для клетки, и вскоре ученые поняли, что именно в них содержится генеральный план или инструкция для работы клетки. Но также было ясно, что это далеко не все: что происходит, когда яйцеклетка и сперматозоид сливаются, чтобы заложить основу для развития нового организма? Почему у оплодотворенной яйцеклетки нет двойного набора хромосом?

На этот вопрос, пусть и в общих чертах, в 1890-х гг. ответил немецкий зоолог Август Вейсман (1834–1914) из Фрайбурга. В 1886 г. Вейсман предположил, что яйцеклетки и сперматозоиды (вместе они называются «половые клетки» или «клетки зародышевой линии») должны обладать неким важнейшим свойством, которое передается от одного поколения следующему. Затем он (верно) предположил, что этот материал наследственности должен содержаться в хромосомах. Он сделал вывод, что «наследственность осуществляется посредством передачи от одного поколения к другому субстанции, обладающей определенным химическим и, прежде всего, молекулярным составом», которая содержится в хромосомах. И он понял, что единственный способ избежать неконтролируемого накопления наследственного материала в клетках последующих поколений — это если бы половые клетки возникали в ходе особого процесса деления, который сегодня называется «мейоз» и который делит наследственный материал пополам. Детали этого процесса были изучены позднее, но имеет смысл упомянуть о них здесь. Сегодня мы знаем, что хромосомы существуют связанными между собой парами. При митозе каждая пара хромосом копируется и передается потомству в виде пары. Но при мейозе пары делятся. Происходит более сложный процесс деления клеток: сначала между членами каждой пары хромосом происходит обмен некоторыми фрагментами материала[46], затем образуются две дочерние клетки, каждая с полным набором только что перетасованных хромосом, после чего эти дочерние клетки еще раз делятся без копирования хромосом — и образуются четыре клетки, каждая из них содержит набор непарных хромосом. Когда яйцеклетка и сперматозоид сливаются, восстанавливается полный набор хромосом и соответствующие одинарные нити из каждой половой клетки объединяются в новые пары, причем, что очень важно, половина хромосом получена от одного родителя, а вторая половина — от другого.

За исключением деталей мейоза, такова была общая картина знаний на момент, когда законы наследственности, открытые Менделем, были обнаружены заново — причем не одним, а тремя действовавшими независимо друг от друга исследователями.

Когда выяснилось, что хромосомы существуют и, возможно, играют важную роль в процессе наследования признаков, ученые, естественно, начали проводить те же эксперименты, которые проводил Мендель, не зная, что он проделал это за четыре десятилетия до них. В конце XIX в. такими опытами занимались сразу несколько исследователей, причем некоторые из них тоже изучали горох — по тем же причинам, что и Мендель. Из этой новой плеяды первым опубликовал результаты своих исследований голландский ботаник Хуго де Фриз (1848–1935). В марте 1900 г. вышли две его статьи. В первой, написанной на французском, было краткое описание результатов экспериментов без упоминаний о Менделе. Во второй, написанной на немецком, был представлен более подробный отчет с упоминанием Менделя. О труде Менделя он писал: «Эта важная монография цитируется столь редко, что сам я ознакомился с ней лишь после того, как провел бо́льшую часть моих экспериментов и самостоятельно пришел к вышеупомянутым выводам», но как именно он узнал о работе Менделя, де Фриз не упомянул{35}. Французская статья де Фриза произвела эффект разорвавшейся бомбы на немецкого ботаника Карла Корренса (1864–1933), который проводил похожие эксперименты, в том числе с горохом. Он, прежде чем опубликовать свои результаты, старательно изучил имеющуюся научную литературу и тоже наткнулся на статью Менделя. И вот, когда его статья была почти готова для печати, его в последний момент опередил де Фриз. С австрийским исследователем Эрихом Чермак-Зейзенеггом (1871–1962) произошло примерно то же самое. В итоге все трое согласились признать Менделя первооткрывателем, чтобы избежать неприятных споров о приоритете. Вскоре значимость их (и Менделя) открытий подтвердили исследования, проведенные в США, Англии и Франции. К концу 1900-х гг. Мендель и его законы наследственности заняли заслуженное место в истории науки.

Исследования, проведенные после уточнения роли хромосом в процессе наследования и признания законов наследственности Менделя, показали, что существует два типа нуклеиновых кислот — ДНК и РНК, о которых, или хотя бы об их названиях, сегодня знают даже люди, не имеющие отношения к науке. Оба эти типа молекул содержат четыре органических соединения, которые называют «азотистыми основаниями». В ДНК это аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые обычно обозначаются по первым буквам: А, Г, Ц и