Лысенко был прав!: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Вейсман прямо говорил в своей книге "Зародышевая плазма" (1893 г.), что приобретенные признаки могут передаваться лишь тогда, когда они вызывают изменения в наследственном веществе, расположенном в ядре клетки. Т. е. тезис о том, что генетики "считали, что приобретенные признаки НИКОГДА не передаются" может считаться неверным и искажающим суть взглядов ранних генетиков. Более того, пример по поводу ошибок в ДНК более подходит к парадигме ранних классических генетиков, т. к. ошибки синтеза ДНК есть изменение наследственного вещества. Тем более, что опыты с факторами, вызывающими химический, температурный и радиационный мутагенез, то есть вызывали мутации, были широко распространены. Им же потом было предположено, что зародышевая плазма должна составлять материал хромосом.

Работы Вейсмана и переоткрытие законов Менделя заложили основы формальной генетики и привели к возвеличиванию Менделя.

2.5. ОТКРЫТИЕ ХРОМОСОМ

Хромосомная теория наследования была сформулирована Бовери и Сэттоном в 1902 году. Т. Бовери представил доказательства в пользу участия хромосом в процессах наследственной передачи. Он показал, например, что нормальное развитие морского ежа возможно лишь при наличии всех хромосом. В 1902 году У. Сэттон дал цитологическое обоснование менделизму: диплоидный и гаплоидный наборы, гомологичные хромосомы, процесс конъюгации при мейозе, предсказание сцепления генов, находящихся в одной хромосоме, понятие о доминантности и рецессивности, а также аллельные гены ― все это демонстрировалось на цитологических препаратах, основывалось на точных расчетах менделевской алгебры и очень отличалось от гипотетических родословных древ, от стиля натуралистического дарвинизма XIX века.

В 1903 году ДеФриз первый постулировал существование рекомбинаций в хромосомах. Решающий вклад в развитие хромосомной теории внес американский ученый Морган.

В 1910 г. была открыта локализация наследственных факторов в хромосомах. Сделал это Т. Морган (1866–1945), и теория получила название «морганизм». Было установлено, что для каждого вида форма и число хромосом постоянны, что в ходе развития половых клеток происходят редукция хромосом ровно в два раза и восстановление их прежнего числа при оплодотворении. Морган доказал, что гены, находящиеся в одной хромосоме, передаются при скрещиваниях совместно, т. е. сцеплены друг с другом. Одна группа сцепления генов расположена в одной хромосоме. Веское подтверждение гипотезы о сцеплении генов в хромосомах Морган получил также при изучении так называемого сцепленного с полом наследования. Определив, что ген окраски глаз дрозофилы локализован в Х-хромосоме, и проследив за поведением генов в потомстве определенных самцов и самок, Морган и его сотрудники получили убедительное подтверждение предположения о сцеплении генов.

Некоторые положения хромосомной теории приобрели статус законов, среди них линейное расположение генов в хромосомах, представляющих из себя группы сцепленных генов, представление о том, что в процессе мейоза гомологичные хромосомы обмениваются частью своих генов путем кроссинговера. Хромосомная теория наследственности не была лишена элементов механицизма: ген представлялся неделимым, а изменения генов — мутации ― казались происходящими под действием чисто внутренних процессов. Скорее всего, именно в своей книге "Теория гена" Морган впервые использовал аллегорию "гены, как бусы на нитке"(202. С. 24).

Для изучения законов наследования Морган впервые использовал дрозофилы или мелкие плодовые мушки. Почему же именно мушки стали излюбленным объектом генетических исследований в сотнях лабораторий? Их легко раздобыть, они водятся повсеместно. Питаются соком растений, всякой плодовой гнильцой. Скорость размножения дрозофил огромна: от яйца до взрослой особи — десять дней. У них мало хромосом — всего четыре пары. В клетках слюнных желез мушиных личинок содержатся гигантские хромосомы, которые особенно удобны для исследований. Для генетиков важно и то, что дрозофилы подвержены частым наследственным изменениям. У дрозофилы было обнаружено большое количество разнообразных мутаций, т. е. форм, характеризующихся различными наследственными признаками. У нормальных, или, как говорят генетики, дрозофил дикого типа, цвет тела серовато-желтоватый, крылья серые, глаза темного кирпичнокрасного цвета, щетинки, покрывающие тело, и жилки на крыльях имеют вполне определенное расположение. У обнаруживавшихся время от времени мутантных мух эти признаки были изменены: тело, например, было черное, глаза белые или иначе окрашенные, крылья зачаточные и т. д. Часть особей несла не одну, а сразу несколько мутаций: например, муха с черным телом могла, кроме того, обладать зачаточными крыльями. С помощью мушки генетика к настоящему времени сделала множество открытий. Известность дрозофилы столь велика, что на английском языке издается ежегодник, ей посвященный, содержащий обильную разнообразную информацию. За выдающиеся работы в области генетики Морган был удостоен в 1933 году Нобелевской премии.

Мутагенное (ведущее к изменению последовательностей нуклеотидов в ДНК ― искусственные мутации Г. Мёллера) действие внешних факторов (лучей рентгена) было открыто в 1925-27 годах. Тогда же было предложено строить хромосомные карты.

На вопрос о механизме воспроизведения генов впервые попытался ответить перед войной Н. К. Кольцов (1872–1940) в гипотезе о молекулярной организации хромосом. Он считал, что хромосома — это гигантская белковая молекула, состоящая из двух нитей, снизанных из параллельных рядов химических радикалов, расположенных в определенном порядке. По обеим сторонам этих нитей кристаллизуются дочерние нити из радикалов, «плавающих» в окружающем веществе. Такое строение нитей и процесс их образования обеспечивают определенную закономерность в передаче наследственного материала дочерним клеткам в процессе деления.

Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации. В 1928 г. Ф. Гриффит и О. Эйвери обнаружили, что наследственные признаки определяются именно ДНК. Одно из решающих доказательств принесли эксперименты О. Эйвери с соавторами (128) по изменению свойств бактерий трансформации бактерий.

Они обнаружили, что приобретение болезнетворных свойств безвредной культурой в результате добавления в неё мёртвых болезнетворных бактерий обусловлено выделенной из пневмококков ДНК (18). В 1944 г. исключительная роль нуклеиновых кислот, а точнее ДНК, в передаче наследственной информации было подтверждена Ч. Мак-Леодом и М. Мэк-Кэрти.

В конце 40-х гг. были получены данные о равномерном содержании ДНК во всех клетках организма и о том, что количество ДНК у разных видов постоянно. В 1952 году было открыто явление трансдукции, то есть переноса вирусами генов хозяина, что доказало роль ДНК в осуществлении наследственности.

2.6. ПОДМЕНА ФОРМАЛЬНОЙ ГЕНЕТИКИ МОЛЕКУЛЯРНОЙ БИОЛОГИЕЙ

Лишь в начале 50-х гг. были определены химические компоненты ДНК. В 1953 г. Ф. Крик и Дж. Уотсон расшифровали трехмерную структуру молекулы ДНК (Нобелевская премия 1962 г.). Они доказали, что ДНК ― это линейная двухнитевая молекула. Так появилась знаменитая спиральная модель ДНК. Стала понятной роль нуклеиновых кислот ДНК и РНК — дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой. Стало понятно, что эти вещества не уступают по своей сложности белкам. Началась расшифровка генетического кода. На смену феноменологической формальной генетике пришла молекулярная биология. После того, как они опубликовали структуру молекулу ДНК, Крик говорил всем, что они в Уотсоном нашли секрет жизни.

Однако окончательно идея о роли ДНК как носителя наследственной информации стала общепринятой лишь в 1955 г.

В 1953 г американский генетик С. Бензер, исследуя особенности рекомбинации между двумя различными мутантами бактериофага Т4, одновременно заражавших кишечную палочку Escherichia coli, установил, что ген ― это линейная структура, кодирующая синтез одного полипептида, а функциональный белок может состоять из нескольких полипептидов.

В 1954 г. на основании данных о структуре ДНК американский физик русского происхождения Гамов сформулировал первое представление о генетическом коде: информация, необходимая для синтеза белка, закодирована в структуре ДНК, а сам код — структура, переводящая последовательность нуклеотидов в последовательность аминокислот.

В 1957 американский генетик С. Бензер на фаге Т4 доказал сложное строение гена и его дробимость; он предложил для единицы функции, определяющей структуру одной полипептидной цепи, название цистрон, для единицы мутации — мутон и для единицы рекомбинации — рекон.

Правда почему-то расшифровка генетического кода приписывается Крику или Ниренбергу с соавторами (В 1968 Ниренберг, Холли и Корана получили Нобелевскую премию "за расшифровку генетического кода и его функции в синтезе белков"). Далее открытия в области молекулярной биологии следовали одно за другим, но это была уже совсем другая наука, не формальная генетика.

Эксперимент американских учёных Альфреда Херши и Марты Чейз (167) с помеченными радиоактивными изотопами белками и ДНК бактериофагов показали, что в заражённую клетку передаётся только нуклеиновая кислота фага, а новое поколение фага содержит такие же белки и нуклеиновую кислоту, как исходный фаг (18).

В 1970 г. были найдены рестрикционные ферменты, что позволило перейти к манипуляциям на ДНК. В середине 70-х годов была разработана технология рекомбинирования ДНК (182). И уже в начале 80-х гг. были расшифрованы последовательности нуклеотидов (то есть секвенированы) в первых полных геномах вирусов и фагов. В конце 80-х гг. были начаты крупные международные проекты полного секвенирования клеточных геномов бактерий, грибов, высших животных и растений: кишечной палочки, дрожжей, дрозофилы, мыши, пшеницы, человека и др. Первым среди них был расшифрован геном бактерии кишечной палочки. В 1998 г. была полностью расшифрована последовательность нуклеотидов ДНК в геноме круглого червя паразита Элеганс. В 2000 г. был расшифрован геном Дрозофилы.

В 1990 г. стартовал проект по расшифровке последовательности нуклеотидов в человеческом геноме. В данном проекте человеческий геном использовалась ДНК, взятая от 2 человек (243). В ходе исследований выяснилось, что человеческий геном содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта. Только для 1,5 % всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет так называемую мусорную ДНК. Полная последовательность нуклеотидов была опубликована в 2003 г. Расшифровка генома человека стала важной вехой в развитии молекулярной биологии. Например, если 2 десятилетия назад варианты белка, определяемые сплайсингом, могли быть определены только путем лабораторного анализа мРНК, то теперь в этом помогает геном человека. Расшифровка в 2009 г. генома макаки-резус (Macaca mulatta) также стала важным шагом в серии исследований геномов живых существ (93).

За открытия в области молекулярной биологии, напрямую связанными в генетикой, присуждено несколько Нобелевских премий. В 1965 г. премия была дана за открытия, касающиеся генетического контроля синтеза ферментов и вирусов, в 1968 г. — за открытия, касающиеся механизма репликации и генетической структуры вирусов. В 1972 г. премия присуждена за открытие рибонуклеазы, в 1975 ― за открытия, касающиеся взаимодействия между онкогенными вирусами и генетическим материалом клетки, в 1976 г. и в 1997 г. ― за открытие прионов. В 1978 г. Нобелевская премия была присуждена открытие рестриктаз, ферментов, способных разрезать двойные цепи ДНК, а в 1980 г. ― за исследования биохимических свойств нуклеиновых кислот. В 1987 г. Нобелевская премия присуждена за открытие клеточно-направленного мутагенеза. Судзуми Тонегава показал, что генетический материал способен тасоваться таким образом, что может образовать огромный набор возможных антител. Сравнивая ДНК B-лимфоцитов (лимфоциты, синтезирующие антитела) из мышиных эмбрионов и из взрослых мышей, он обнаружил, что гены в B-лимфоцитах взрослого животного перемещаются, рекомбинируют и вырезаются, что приводит к огромному разнообразию вариабельных участков антител (участок, специфически распознающий и связывающий чужеродный белок).

В 1989 г. премию дали за открытие каталитических свойств рибонуклеиновых кислот. В 1993 г. одна премия была присуждена за открытие интронов, а другая ― по химии ― и за изобретение метода полимеразной цепной реакции. В 1995 г. «за открытия, касающиеся генетического контроля на ранней стадии эмбрионального развития». Работы в области генетики развития, выполненные на одном из классических модельных организмов генетики Drosophila, положили основание современному пониманию универсальных эволюционно-закреплённых правил, контролирующих развитие животного.

В 1999 г. Нобелевской премией отмечено доказательство того, что судьба и строение белка полностью закодирована в последовательности его аминокислот (вот как звучит открытие — «за обнаружение в белковых молекулах сигнальных аминокислотных последовательностей, ответственных за адресный транспорт белков в клетке»).

Последними общепризнано крупными открытиями в области молекулярной биологии стали открытие возможности блокировать синтез определенного белка с помощью введение в цитоплазму клетки коротких цепей РНК, комплементарным определенным участкам мРНК данного белка, открытие теломеров и теломераз и открытие механизма работы теломеразы. В 2006. г. Э. Файер и К. Мелло (первый и последний автор статьи в Природе, опубликованной в 1998 г.) получили Нобелевскую премию "за открытие РНК-интерференции — эффекта гашения активности определенных генов. А в 2009 г. Нобелевская премия по физиологии и медицине была дана "за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы". В том же году Нобелевская премия по химии была присуждена за расшифровку трехмерной структуры рибосом с высоким разрешением.

2.7. ГЕНЕТИКА В РОССИИ И СССР

Генетика в России стала развиваться только с 1914 г. В 1915–1919 г.г. в России возникли две основные генетические школы: Н. К. Кольцова в Москве и Ю. А. Филипченко в Петрограде.

После Октябрьской революции 1917 года до 30 годов был золотой век классической генетики СССР. Симпсон (220) назвал 18 основателей новой генетики и популяционной генетики. Среди них 4 из России/СССР: Четвериков, Тимофеев-Ресовский, Дубинин и Добжанский. Кроме них славу советской генетики составили Вавилов, Кольцов, Серебровский, Дубинин, Филипченко, Карпеченко. Г. Д. Карпеченко выполнил свои классические теперь работы по получению плодовитого капустно-редечного гибрида. Другим (уже зрелым) ученым, также работавшим с Н. И. Вавиловым, был Г. А. Левитский (1878–1942).