Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

218

дают 2n • 2 = 4« хромосом, а исходные клетки — 1 • 2 • 2 = 4 клетки.

Таким образом, мейоз — это способ деления клеточного ядра, в результате которого образуются четыре дочерних ядра, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное материнское ядро. Такой способ, когда происходит уменьшение числа хромосом в два раза и одна диплоидная клетка, содержащая два набора хромосом, дает после двух быстро следующих друг за другом делений начало четырем клеткам (содержащих уже по одному набору хромосом), называется также редукционным делением. Заметим, что попадание хромосом в гамету также носит случайный характер.

Биохимическая генетика позволяет объяснить половые различия человека и животных. Из общего числа хромосом человека (23 пары) 22 пары одинаковы для женского и мужского организмов, а одна пара нет. У женщин — это так называемые

364

две одинаковые Х-хромосомы, а у мужчин — это Х-хромосома и Y-хромосома в этой 23-й паре. Было установлено, что половое различие определяется именно Y-хромосомой. Если яйцеклетка оплодотворяется Х-хромосомой мужской пары, то развивается женский организм, если Y-хромосомой, то образуется мужской организм.

Как установлено, X и Y-хромосомы появились более 250 миллионов лет назад, вскоре после отделения млекопитающих от рептилий. Формирование и эволюция новых видов прежде всего сказывались на половых хромосомах. Недавно американские биохимики Мэрфи и О. Брайен сравнили половые хромосомы человека, кошки и мыши и с удивлением обнаружили, что люди и кошки имеют тот же самый порядок генов на X и Y- хромосомах, в то же время он сильно отличается от мышиного. Ими также был обнаружен блок генов, который почти не изменился в процессе эволюции. Предполагается, что эти гены играют основную роль в формировании функций размножения особей мужского рода и людей, и котов. Отсюда был сделан вывод, что Y- хромосома каким-то необычным способом «законсервирована» у определенных видов млекопитающих. А семейство кошек может оказаться подходящей моделью для исследования половой функции человека, в частности, мужское сексуальное поведение можно рассматривать на примере котов.

13.3. Процессы мутагенеза и передача наследственной информации

Когда человек нe nонимает проблему, он пишет много формул, а когда наконец поймет, в чем дело, останется в лучшем случае две формулы.

А. Пуанкаре

Не печалься и не горюй, жизнь решит самые сложные проблемы, если ей представить на это достаточно времени.

П. Капица

13.3.1.Мутации и радиационный мутагенез

Вклетках, готовящихся к делению, происходит синтез новых копий ДНК. Но в процессе этого копирования могут возникать ошибки, сбои. Они изменяют смысл генетических инструкций, и тогда образуются изменения в передаче наследственной информации. На физическом языке это называется рекомбинацией, в результате которой происходит перестройка генов и хромо-

365

сом. Частота рекомбинации зависит от расстояния между генами и обычно составляет в среднем 50%. Изменение состояний происходит скачкообразно, дискретным образом. Такие скачки основатель квантовой теории биологии X. Фриз (1848—1935) назвал

мутациями.

Мутация — это любое изменение в нуклеотидной последовательности определенного гена. Наиболее часто происходят точечные мутации, связанные с изменениями одного азотистого основания, что ведет к изменению типа аминокислотного остатка в одном из положений полипептидной цепи. Другие мутации приводят к вставкам или удалению одного или более аминокислотных остатков. Особым типом мутации является удвоение гена, в результате чего появляются две копии одного и того же гена. Знание генетического кода позволяет объяснить эффект некоторых мутаций.

Эти изменения — мутации — могут передаваться по наследству и, значит, лежат в основе дискретной изменчивости: новые виды возникают в результате мутаций. Понятие мутации в биологии аналогично понятию флуктуации в физике и синергетике. По своей сути мутации — это такие частичные изменения структуры генов, приводящие к

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

219

изменению свойств белков, которые кодируются уже мутантными генами. Появляющиеся новые признаки вследствие мутаций не исчезают, а накапливаются.

Такие изменения служат единственным источником генетического разнообразия внутри вида. Мутации вызываются радиацией, изменениями температуры, действием химических соединений, любыми другими физическими воздействиями на гены. Понятно, что такие воздействия происходят совершенно случайным образом. Мутагенез, таким образом, является случайным процессом возникновения наследственных изменений — мутаций, возникающих спонтанно в результате действия различных физических и химических факторов — мутагенов.

В последние 50 лет в связи с химическим и радиационным загрязнением среды особенно возросла роль мутаций, обусловленных этим причинами. Работами американского генетика Г. Меллера (1880—1967), Фриза, Н.В.Тимофеева-Ресовского, М. Дельбрюка (1906—1981) и многих других была создана радиобиология.

Обобщая результаты радиобиологических исследований, проведенных ТимофеевымРесовским, Циммерманом и Дельбрю-

366

ком, Шрёдингер отмечал квантовую природу радиационного мутагенеза. Были установлены некоторые закономерности, связанные с радиацией: частота мутаций прямо пропорциональна дозе облучения; если изменяется длина волны излучения, но суммарная доза остается неизменной, то коэффициент этой пропорциональности остается постоянным. Таким образом, количество мутаций прямо зависит от накопленной дозы.

Мутации вызывают нарушения в комплементарном пристраивании друг к другу четырех нуклеотидов и могут значительно изменить или даже создать желаемую генетическую программу. Тем самым возникает возможность, управляя мутациями в ДНК методами генной инженерии, создавать новые искусственные образования органических молекул и значительно изменять строение и облик созданных живых организмов в нужном человеку направлении. Так, с помощью генной инженерии были получены инсулин, интерферон и гормон роста, выведены свиньи с меньшим содержанием жира и коровы, молоко которых не скисает так быстро, и т.д. Из-за отрицательного действия радиации разные люди являются и разными «мутантами», и поэтому на них по-разному действует облучение.

Недавно американский исследователь И. Эйхлер и его коллеги при изучении особенностей генома приматов пришли к выводу, что гены человека и его ближайших родственников — высших обезьян — весьма склонны к мутациям. Именно эта «фамильная черта», возможно, стала одной из причин появления человека. Для быстрых эволюционных изменений нужен текучий, изменчивый геном. Такая гибкость биохимической конструкции характерна не для всех видов организмов. Так, многие черви и моллюски очень мало изменились за миллионы лет. Можно в шутку сказать, что хромосомы приматов отличает скорее «творческое начало», чем консерватизм. Они более способствуют мутациям содержащихся в них генов и тем самым усиливают генетические изменения.

Был также обнаружен повторяющийся элемент ДНК, названный ими CAGGG, который позволяет судить о возрасте генетических изменений. Любопытно, что приматы, например, бабуины (обезьяны рода павианов), содержат значительно меньше повторов CAGGG, чем люди. Это означает, что число повторов этого элемента ДНК у человека увеличивалось в процессе эволюции.

367

Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.

Янко Слава (Библиотека Fort/Da) || http://yanko.lib.ru

220

Н.В. Тимофеев-Ресовский (1900— 1981) — выдающийся русский ученый-генетик, мыслитель-космист и естествоиспытатель нашего времени. Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский родился в Москве, но детство провел на калужской земле в имении бабушки. Его мать Надежда Николаевна, из обедневшего дворянского рода Всеволжских, вела свою родословную от Рюриковичей, дальними родственниками ее были писатели Аксаковы, и Григоровичи, а также известный адмирал Невельской, много сделавший для освоения Дальнего Востока России. С отцовской стороны Тимофеевы происходят от беглых донских казаков. По семейному преданию свою фамилию отец получил от Тимофея Разина — брата Стеньки Разина. Внук этого брата Тимофей Тимофеевич отличился при присоединении Сибири к России. За это царь Алексей Михайлович назначил его воеводой в Калуге. Отец же будущего выдающегося естествоиспытателя, инженер путей сообщения, участвовал в строительстве более 15 тыс. километров железных дорог на Урале, в Сибири, Поволжье, Литве, Белоруссии и Украине. По отцовской линии предки Николая Владимировича состояли в родстве с Н.В.

Гоголем (1809—1852), адмиралами Д.Н. Сенявиным (1763—1831), Ф.А. Головиным (1650—1706) и П.С. Нахимовым (1802—1855), имена которых дороги каждому русскому сердцу. Н.В. Тимофеев-Ресовский всегда гордился служением своих предков Отечеству и сохранил в себе их вольнолюбивый дух, изобретательность и отвагу.

В 1925 г. по рекомендации известного биолога Н.К. Кольцова и приглашению общества кайзера Вильгельма по содействию наукам Тимофеев-Ресовский начал работать в институте мозга в Берлин-Бухе научным сотрудником, а затем стал директором отдела генетики и биофизики. Огромный талант, незаурядная эрудиция, широта охвата научных проблем и наконец свойственная ему любознательность позволили за 20 лет работы за рубежом установить тесные научные и человеческие связи со многими выдающимися учеными того времени. Среди них — Н. Бор (которого он называл на русский манер Нильсушкой), М. Планк, Э. Шрёдингер, Т. Морган, Г. Мёллер и др. В Берлин-Бух к нему приезжали

368

Н.И. Вавилов и В.И. Вернадский. За эти годы интенсивной работы в области генетики и молекулярной биологии, в частности по спонтанному и вызванному рентгеновским облучением мутагенезу, он получил много фундаментальных результатов. В 1935 г. совместно с физиком-теоретиком М. Дельбрюком (будущим Нобелевским лауреатом) и К. Циммерманом он опубликовал работу «О природе генных мутаций и структуре гена», в которой сформулированы основы радиационной генетики; эта работа стала предтечей современной молекулярной биологии.

Исследования в этой области помогли Н.В. Тимофееву-Ресовскому радиобиологическими методами впервые вычислить ген, его линейный размер и объем, используя методологически тот же прием, который Э. Резерфорд применил при установлении структуры атома, — метод изучения исключений. Как известно, Резерфорд при рассеянии альфа-частиц (ядер гелия) обратил внимание на то, что лишь одна из 8000 частиц отклонялась на значительные углы (более 90°). Эта, казалось бы, несущественная деталь, практически не изменяющая общей картины рассеяния частиц, подсказала Резерфорду планетарную модель атома, в которой почти вся масса сосредоточена в относительно ничтожном по размеру ядре.

При исследовании влияния ионизирующих излучений на мутации мушек-дрозофил Тимофееву-Ресовскому удалось выявить редкие исключения, когда такие мутации появлялись, а по ним определить, что участок ДНК — ген, поражение которого приводит к мутациям, занимает ничтожную часть клетки. В результате был сформулирован знаменитый принцип ковариантной редупликации — «самовоспроизведение с изменениями».

Среди проблем, которыми занимался ученый, были исследования в области молекулярной и радиационной генетики и биологии, микроэволюции и онтогенеза, синтетической эволюции и теории уровней организации живого. Все эти исследования составляют круг современных биологических дисциплин, у истоков которых, таким образом, стоял Н.В. Тимофеев-Ресовский. Однако сам Николай Владимирович главным, что он сделал в науке, считал открытие принципа усиления, который фактически стал аксиомой биологии. Тимофеев-Ресовский рассматривал мутацию как физическое явление. Биохимически и энергетически это усиление едва уловимо, но, многократно возрастая, приводит к существенным изменениям в организме. Это один из главных принципов, лежащих в основе радиационной генетики, а может быть, и всего естествознания вообще.

369

Η.В. Тимофеев-Ресовский задолго до создания атомного оружия, ядерных реакторов и аварий на них высказал идею, что ионизирующее излучение опасно не только лучевой болезнью, но и своими отдаленными последствиями. Оно способно вызвать такие изменения наследственного аппарата, которые могут сказаться на потомстве не сразу, а через несколько поколений. Эта идея легла в основу радиационной генетики и радиобиологии.

Горбачев В. В. Концепции современного естествознания:—М.: ООО «Издательский дом «ОНИКС 21 век»: ООО «Издательство «Мир и Образование», 2003. — 592 с: ил.