Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Глава 2. Дарвин на краю гибели



Почему генетики решили отказаться от естественного отбора?

 

Иной раз судьба подыскивает для нобелевских лауреатов самые неожиданные занятия. В конце 1933 года, вскоре после присуждения высшей научной награды Томас Хант Морган получил от своего ученика и многолетнего сотрудника Кэлвина Бриджеса отчаянное письмо с просьбой о помощи: Бриджес в очередной раз запутался в своих амурных делах.

За несколько недель до этого, в поезде, идущем через весь североамериканский континент, любвеобильный ученый познакомился с мошенницей из Гарлема. Женщина скоро сумела убедить его, что она принцесса одного из индийских княжеств и что ее отец, несметно богатый махараджа, только что открыл (вот так совпадение!) на Индостане научно-исследовательский институт, который будет заниматься генетикой дрозофил – именно той областью науки, в которой работали Бриджес с Морганом. Покровитель науки искал ученого на должность директора института, и «принцесса» предложила эту должность своему попутчику. Бриджес с его темпераментом Казановы, пожалуй, в любом случае спутался бы с этой женщиной, но открывшиеся карьерные перспективы лишь придали ей обаяния в его глазах. Влюбленный по уши, он пустился предлагать коллегам работу в Индии и, казалось, не замечал обыкновения «Ее Высочества» делать огромные долги каждый раз, когда они весело проводили время. Собственно, в отсутствие Бриджеса мнимая принцесса выдавала себя за его жену и записывала на его счет все, что можно. Когда вскрылась правда, она попыталась вытянуть из него еще больше денег, угрожая судом «за то, что он перевез ее через границы штатов с аморальными целями». Охваченный паникой и смятением – несмотря на свою «взрослую профессию», Бриджес был довольно инфантилен – он обратился к Моргану.

Морган, конечно, посоветовался со своим вторым ассистентом, Альфредом Стертевантом. Как и Бриджес, Стертевант работал с Морганом не один десяток лет, и на долю этого трио приходилось несколько наиважнейших в истории генетики открытий. Стертевант и Морган в душе осуждали увлечения и выходки Бриджеса, но дружеское расположение к нему было сильнее любых осуждений. Они решили использовать статус Моргана. Они пригрозили женщине выдать ее полиции и не оставляли ее в покое до тех пор, пока липовая принцесса не исчезла, сев на ближайший поезд. Морган укрывал Бриджеса, пока ситуация не утряслась[4].

Приглашая Бриджеса в ассистенты, Морган никогда бы не подумал, что однажды будет относиться к нему как к хорошему приятелю. Никогда он не смог бы представить себе большую часть того, что произошло в его жизни. Когда-то он трудился, прозябая в безвестности, а после стал едва ли не самым влиятельным ученым-генетиком. Когда-то он работал в тесной каморке на Манхэттене, а спустя годы стал заведовать просторной лабораторией в Калифорнии. Годами он окружал своих «мушиных мальчиков» заботой и нежностью, а после отражал нападки со стороны бывших ассистентов, обвинявших его в краже чужих идей. Когда-то он яростно боролся против засилья амбициозных научных теорий, а через несколько лет не только уступил, но и сам способствовал распространению двух самых амбициозных теорий во всей биологии.

За последнее Морган прежний, скорее всего, презирал бы Моргана нынешнего. Начало деятельности Моргана относится ко времени, крайне интересного для историков науки, – рубежу XIX–XX веков, когда в биологии развернулась настоящая «гражданская война» между генетикой Менделя и учением Дарвина о естественном отборе. Накал страстей был высок, и, по мнению большинства ученых, одну из двух теорий непременно ожидал разгром. В этом противостоянии Морган старался сохранять нейтралитет, поначалу отказавшись принять чью-либо сторону. Обе теории казались ему чересчур умозрительными, а такие построения Морган совершенно не уважал и вообще готов был объявить теорию ненаучной, если не видел своими глазами фактов, подтверждающих ее. Часто бывает, что науку двигают вперед блестящие теоретики, которым удается предельно ясно сформулировать свои идеи. В Моргане воплотился противоположный тип ученого – недоверчивый, упрямый, без склонности к рассуждениям, внимательный только к фактам.

Тем не менее именно благодаря его неопределенной позиции многие последовали за ним, пока адепты Дарвина и Менделя топили друг друга в презрении. Поначалу Морган не доверял ни учению о наследственности, ни теории естественного отбора, но его кропотливые опыты с дрозофилами позволили разглядеть в каждой из двух теорий свою полуправду. Моргану (вместе с группой талантливых сотрудников) удалось в конце концов объединить генетику и эволюционизм и вплести их в величественный гобелен современной биологии.

 

* * *

 

Упадок дарвинизма, который еще называют его «затмением» начался в конце XIX века по вполне понятным причинам. Прежде всего, признавая эволюцию, биологи отвергали дарвиновскую трактовку ее механизма. Естественным отбором, выживанием наиболее приспособленных особей невозможно было объяснить те изменения, о которых говорил Дарвин. Считалось, что единственная функция естественного отбора – уничтожать слабейших, и это положение особенно часто подвергалось критике, ведь тогда непонятно, откуда берутся новые или выгодные признаки. По словам современника, естественный отбор объясняет выживание наиболее приспособленных, но не их появление. Дело усложнил еще сам Дарвин, который настаивал, что естественный отбор протекает крайне медленно, закрепляя ничтожно малые различия между особями. Больше никто из ученых не верил, что такие незначительные изменения могут за долгий срок привести к большим отличиям; об эволюции предпочитали думать как о скачкообразном процессе. Даже Томас Гексли, «бульдог Дарвина», припоминал впоследствии, что пробовал убедить Дарвина (к его неудовольствию), будто развитие видов иногда происходит скачкообразно. Дарвин остался непоколебим: он признавал только бесконечно малые шаги.

Уже после смерти Дарвина (ученый скончался в 1882 году) набрали силу и другие аргументы против естественного отбора. Как показали статистики, распределение значений какого-либо признака у особей одного вида обычно образует колоколообразную гауссову кривую:

. Так, рост у большинства людей средний, а численность людей, имеющих рост больше и меньше среднего, плавно убывает к обоим концам шкалы. У животных такие признаки, как скорость, сила или сообразительность, тоже распределены по такой кривой, и по выраженности каждого признака многие особи оказываются средними. Ясно, что естественный отбор искоренит медлительных и глупых: их попросту съедят хищники. Но, по мнению большинства биологов того времени, этого недостаточно для эволюции: надо еще, чтобы среднее значение возросло. Средняя особь должна стать быстрее, сильнее или умнее, иначе вид останется по существу прежним. Но ведь после гибели самых медлительных животных остальные, кто уцелел, не научатся бегать быстрее, так что потомство этих уцелевших вновь будет средним, посредственным. Более того, как думали исследователи, при скрещивании редкостно быстрой особи с более медленной у их потомства скорость упадет – опять посредственность! По этой логике, однажды войдя в колею средних признаков, вид уже не способен выбраться из нее ни под каким давлением естественного отбора. Значит, «настоящая» эволюция, такая, как превращение обезьяны в человека, должна двигаться скачками[5].

Помимо очевидных статистических нестыковок, кое-что еще работало против дарвинизма – эмоции. Современникам внушала отвращение сама концепция естественного отбора, фигура всемогущей и безжалостной смерти, которая сокрушает слабые жизненные формы и щадит сильные. Интеллектуалам, таким как драматург Джордж Бернард Шоу, даже казалось, что Дарвин их предал. Шоу прежде симпатизировал Дарвину за нанесенный им сокрушительный удар по религиозной догме. Но чем больше Шоу узнавал о естественном отборе, тем меньше оставалось симпатий. «Когда вы постигаете до конца его подлинный смысл и значение, – впоследствии жаловался писатель, – ваше сердце уходит в пятки. Теория Дарвина скрывает в себе чудовищный фатализм, гнусное и омерзительное низведение красоты и интеллекта, силы, благородства и страстной целеустремленности до уровня хаотически случайных броских перемен». Природу, управляемую такими законами, Шоу уподобляет «всеобщей свалке возле кормушки со свиным пойлом».

Повторное открытие находок Менделя в 1900 году оживило деятельность антидарвинистов. На горизонте появилась научная альтернатива, которая вскоре оформилась в серьезную конкурирующую доктрину. В работах Менделя на передний план были выдвинуты не голод и убийство, а рост и размножение. Кроме того, опыты Менделя на горохе свидетельствовали о скачкообразной изменчивости: стебли бывают длинными или короткими, горошины желтыми или зелеными – никаких промежуточных вариантов. Уже в 1902 году английский биолог Уильям Бэтсон помог врачам обнаружить первый известный науке человеческий ген, отвечающий за настораживающее, но в целом не опасное заболевание – алкаптонурию, при которой у детей темнеет моча. Вскоре Бэтсон придумал для менделизма новое название – «генетика» и сделался «бульдогом Менделя» в Европе: неустанно пропагандировал его работы и даже, подобно Менделю, пристрастился к шахматам и курению сигар.

Неистовая одержимость Бэтсона заразила и тех, кому дарвинизм казался несовместимым с прогрессивным духом нового века. В 1904 году немецкий исследователь Эберхард Деннерт издевательски писал: «Сегодня мы стоим у смертного одра дарвинизма и готовимся выслать друзьям умирающего немного денег, чтобы хватило на достойные похороны». (Сейчас бы, пожалуй, так могли сказать о креационизме.) Разумеется, среди биологов остались приверженцы дарвиновской идеи постепенной эволюции, и это меньшинство, вопреки Бэтсонам и Деннертам всего мира, яростно отстаивало свои взгляды; один историк обращает внимание на «крайне стервозный» характер полемики с обеих сторон. Но немногие упрямцы были не в силах рассеять сгущающийся мрак «затмения дарвинизма».

Впрочем, в лагере антидарвинистов так и не сложилось единства. К началу 1900-х годов уже были известны многие важнейшие факты о генах и хромосомах – факты, которые и по сей день лежат в основе генетики. Ученые установили, что у всех живых организмов есть гены; что гены могут видоизменяться – мутировать; что хромосомы в клетках сцеплены попарно; что организм наследует одинаковое число хромосом от материнского и отцовского организмов. Но свести эти открытия в единую картину не удавалось: мозаика рассыпалась на множество отдельных мелких деталей. Возникло нагромождение минитеорий: теория хромосом, теория мутаций, теория генов и т. д. В каждой из них акцентировался какой-либо один узкий аспект наследственности, и то, как он был оторван от всех остальных, сегодня кажется просто нелепым. Одни ученые считали (ошибочно), что гены размещаются вне хромосом, другие – что каждая хромосома несет ровно один ген, третьи – что хромосомы вообще не имеют никакого значения для наследственности. Нам-то сейчас легко судить, оглядываясь назад, но все же листая труды биологов начала века, порой так и хочется крикнуть автору, словно игроку телевикторины: «Подумай хорошенько, до правильного ответа остался один шаг!» Увы, каждый кулик хвалил свое болото, открытия конкурентов не брались в расчет, и генетики пререкались друг с другом почти так же ожесточенно, как и с дарвинистами.

Пока в Европе продолжались распри между революционерами и контрреволюционерами от науки, в Америке тихо трудился тот, кому было суждено впоследствии положить конец войне дарвинизма с генетикой. Томас Хант Морган, как уже было сказано, не доверял теоретическим разглагольствованиям обеих сторон, однако он заинтересовался наследственностью после поездки в Голландию в 1900 году. Там Морган посетил ботаника Хуго де Фриза – одного из троих переоткрывателей Менделя. По степени известности в Европе де Фриз в те годы соперничал с Дарвином, отчасти благодаря тому, что предложил альтернативную теорию происхождения видов. Согласно «мутационной теории» де Фриза, в истории вида есть краткие периоды интенсивных мутаций, когда от родительских организмов рождаются так называемые спорты, или единичные вариации, – потомство с резко отличающимися признаками. Свою теорию де Фриз разработал после того, как на заброшенном картофельном поле под Амстердамом ему попались странные экземпляры энотеры. У этих экземпляров были необычно гладкие листья, длинные стебли, крупные желтые цветы с большим, чем обычно, числом лепестков. Что самое важное, эти «спорты» не скрещивались с прежней, обыкновенной энотерой: они как бы перескочили за границы вида и образовали новый вид. Дарвин отрицал скачкообразную эволюцию, полагая, что единичные вариации будут скрещиваться с нормальными особями, так что их выдающиеся признаки постепенно растворятся в массе. Де Фриз отклонил это возражение: в мутационный период, как он считал, появится сразу много «спортов», скрещиваемых только между собой.

Моргана впечатлили результаты наблюдений над энотерой. Его совершенно не беспокоило, что де Фриз не мог объяснить причины и механизм мутаций. Здесь, по крайней мере, были не рассуждения, а факт – появился новый вид. И вот, получив место в Колумбийском университете (Нью-Йорк), Морган стал изучать мутационные периоды у животных. Он начал эксперименты на мышах, морских свинках и голубях, но обнаружил, что все они размножаются слишком медленно, и по совету коллеги стал исследовать плодовых мушек – дрозофил.

Как и многие жители Нью-Йорка того времени, плодовые мушки были иммигрантами: они прибыли в город в 1870-х годах на первых кораблях, груженных бананами. Пока эти экзотические желтые плоды были в новинку, они продавались обернутыми в фольгу по десять центов штука, а нью-йоркские портовые склады тщательно охранялись, чтобы народ не растащил фрукты. Но к 1907 году и бананы, и мушки прижились в городе, так что ассистенты Моргана без труда могли наловить для исследований хоть целую стаю дрозофил: достаточно было разрезать банан на кусочки и разложить их гнить на подоконнике.

Дрозофилы отлично подошли для исследований Моргана. Они быстро размножались (каждые двенадцать дней – по одному поколению), были нетребовательны к пище и тесным манхэттенским помещениям. В лаборатории Моргана, так называемой мушиной комнате номер 613 в Шермерхорн-Холле, одном из корпусов Колумбийского университета, на тридцати пяти квадратных метрах стояло восемь столов. Но тысяча неприхотливых мушек могла спокойно ужиться в литровой бутылке из-под молока, так что на лабораторных полках скоро выстроились ряды бутылок, которые, по легенде, ассистенты Моргана «заимствовали» из студенческой столовой и соседних дворов.

Морган расположился в лаборатории за центральным столом. В ящиках стола сновали тараканы, лакомясь подгнившими фруктами; вся комната шуршала и жужжала на разные лады, а Морган терпеливо рассматривал под лупой бутылку за бутылкой в поисках де-фризовских мутантов. Когда в бутылке не оказывалось интересных образцов, Морган, бывало, давил мушек пальцем, иногда прямо на страницах лабораторных журналов. К несчастью для санитарного состояния комнаты, это происходило постоянно: дрозофилы плодились, а «спорты» все не появлялись.

 

Лаборатория Т. Х. Моргана в Колумбийском университете – тесная, заставленная бутылками «мушиная комната». Внутри каждой бутылки роятся сотни мушек, выведенных на гнилых бананах. Снимок предоставлен Американским философским обществом

 

Тем временем удача улыбнулась Моргану в другой сфере. В осеннем семестре 1909 года, единственный раз за время работы в Колумбийском университете, он читал лекции студентам младших курсов (вместо коллеги, взявшего творческий отпуск). Тогда-то, по замечанию современника, Морган и совершил свое «величайшее открытие», найдя себе двух блестящих сотрудников среди студентов. Первый из них, Альфред Стертевант, узнал о лекциях от старшего брата, который преподавал в том же университете латынь и греческий. К удивлению Моргана, второкурсник Стертевант самостоятельно написал работу о наследовании масти у лошадей. (Моргану, уроженцу штата Кентукки, это было очень близко: как и вся его родня, он знал толк в лошадях. К слову, во время гражданской войны его дядя организовал знаменитый рейд кавалеристов Юга, известный в истории как рейд Моргана.) С тех пор Стертевант был на особом счету у Моргана и, наконец, заполучил желанное место в лаборатории. Стертевант был начитан, любил разгадывать сложные английские кроссворды – словом, производил впечатление человека культурного (правда, однажды в ящиках его рабочего стола среди творческого лабораторного беспорядка обнаружилась мертвая мышь). Молодому ученому мешал в работе лишь один физический изъян – дальтонизм. В юности на семейной ферме в Алабаме Стертеванта оттого и приставили к лошадям, что при сборе урожая от него не было проку: он не мог рассмотреть красные ягоды земляники на зеленых кустах.

Другой студент, Кэлвин Бриджес, являл собой полную противоположность подслеповатому и чопорному Стертеванту. Бриджес был сиротой, и поначалу Морган просто из жалости взял его лаборантом. Но, промывая бутылки, молодой человек прислушивался к разговорам коллег и скоро научился невооруженным глазом замечать сквозь грязное стекло интересные экземпляры мушек. Тогда Морган перевел его на исследовательскую должность, и до конца своей жизни Бриджес, по сути, не менял работодателя. Это был чувственный красавец с пышной шевелюрой, практиковавший «свободную любовь» еще до появления этого термина. Впоследствии, в двадцатые годы, он ушел от жены и детей, сделал вазэктомию и стал варить самогон в своей холостяцкой берлоге на Манхэттене. Он продолжал волочиться за женщинами, приставая к каждой юбке, включая жен своих коллег. Многие дамы пали жертвами его наивного обаяния, однако даже после того, как «мушиная комната» стала легендой, ни один другой университет не взял бы его на должность выше ассистента, дабы не запятнать свою репутацию.

 

Молодой повеса Кэлвин Бриджес (слева) и одна из немногих дошедших до нас фотографий Т. Х. Моргана (справа). Морган настолько не любил фотографироваться, что однажды ассистенту, который захотел сделать снимок шефа, пришлось спрятать фотоаппарат в стол и спустить затвор дистанционно, дернув за шнурок. Снимки предоставлены Национальной медицинской библиотекой США

 

Должно быть, приобретение таких сотрудников, как Бриджес и Стертевант, ободрило Моргана, так как его эксперименты к тому времени зашли в тупик. Не находя среди дрозофил естественных мутантов, он стал подвергать мушек воздействию низких и высоких температур, впрыскивать в их гениталии (которые не так-то легко найти) кислоты, щелочи, соли и другие потенциальные мутагены. Результатов по-прежнему не было. В январе 1910 года почти отчаявшийся Морган наконец обнаружил мушку со странным пятном в форме трезубца на груди – не бог весть что, но уже что-то. В марте появились еще два мутанта: один с шершавыми «родинками» у оснований крыльев, похожими на волосатые подмышки, другой с желтым телом (в норме оно должно быть серым). В мае того же года был замечен особенно впечатляющий экземпляр: мушка с белыми (а не красными, как обычно) глазами.

В надежде на прорыв – наверняка начался мутационный период! – Морган тщательно изолировал белоглазую особь. Он откупорил бутылку, приставил к ее горлышку кверху ногами другую, пустую бутылку и посветил через нее фонариком, чтобы выманить мушку наверх. Естественно, вместе с белоглазой в верхнюю бутылку устремились сотни других мушек, так что Моргану пришлось быстро закупорить посуду, снова взять пустую бутылку и раз за разом повторять всю процедуру, понемногу уменьшая число насекомых. На его счастье, при этих манипуляциях мушка с белыми глазами не вырвалась наружу, и ее (вернее, его – это был самец) удалось отсадить от остальных. Морган скрестил белоглазого мутанта с красноглазыми самками, а затем разными способами стал скрещивать между собой их потомство. Результаты были неоднозначными, но один из них особенно взволновал Моргана: после скрещивания некоторых красноглазых потомков соотношение между красноглазыми и белоглазыми мушками в следующем поколении было 3:1.

За год до этого, в 1909 году, Морган присутствовал на лекции датского ботаника Вильгельма Йохансена в Колумбийском университете, посвященной менделевским отношениям. Йохансен воспользовался случаем для популяризации придуманного им недавно слова – ген (ученый так назвал предполагаемую единицу наследственности). Йохансен и другие открыто признавали ген удобным вымыслом, лингвистической заменой для, скажем, «чего-то». Но при этом они настаивали на том, что отсутствие биохимических сведений о генах не должно обесценивать практическую значимость концепции генов для дела изучения наследственности (подобно тому, как современные психологи могут изучать эйфорию или депрессию, не понимая досконально устройство мозга). Морган нашел лекцию слишком отвлеченной, однако результаты его экспериментов – 3:1 – быстро свели на нет его предвзятость по отношению к Менделю.

Это событие кардинально изменило взгляды Моргана – и это было только начало. Соотношение между красноглазыми и белоглазыми мушками убедило его, что теория генов – не чепуха. Однако где на самом деле располагаются гены? Возможно, в хромосомах, однако плодовые мушки имели сотни наследственных признаков и всего четыре хромосомы. Если исходить из того, что на одну хромосому приходится один признак, как считали многие ученые, хромосом не хватает. Морган не хотел быть втянутым в споры о так называемой теории хромосом, однако следующее открытие не оставило ему выбора. При внимательном рассмотрении своих белоглазых мух он обнаружил, что все без исключения мутанты были самцами. Ученые уже знали, что пол мух определяется одной хромосомой (как и млекопитающие, мухи женского пола имеют две X-хромосомы, а самцы – одну). Теперь с этой хромосомой связывался еще и ген белых глаз – так, что она отвечала уже за два признака. Вскоре у мух мужского пола проявились дополнительные признаки – короткие крылья, желтые тельца, – также свойственные исключительно самцам. Этот факт неопровержимо доказывал следующее: в одной хромосоме находилось множество генов[6]. То, что Морган доказал это практически против своей собственной воли, значения не имело; так или иначе, он начал продвигать теорию хромосом.

Подобное ниспровержение старых представлений вошло у Моргана в привычку – черта, которая одновременно восхищала и приводила в бешенство. Поощряя теоретические рассуждения в «мушиной комнате», Морган вместе с тем считал новые теории дешевыми, поверхностными и никчемными – пока они не будут подвергнуты тщательной экспериментальной проверке в лаборатории. Казалось, ему не приходило в голову, что теории необходимы ученым как ориентиры, с помощью которых они могут оставлять нужное и отбрасывать лишнее, формулировать полученные результаты и избегать путаницы в рассуждениях. Даже студенты, например Бриджес, Стертевант и особенно раздражающе гениальный и гениально раздражающий Герман Мёллер, который присоединился к работе в «мушиной комнате» позднее, все больше озлоблялись на Моргана из-за бесчисленных ссор по поводу генов и наследственности. Не меньше раздражало и то, что когда кто-то загонял Моргана в угол и убеждал его в его неправоте, Морган отбрасывал свои старые идеи и невозмутимо принимал новые, как нечто само собой разумеющееся.

Морган не придавал большого значения подобному квазиплагиату. Все работали во имя одной цели (ведь так, парни? ), и, в конце концов, значение имели лишь эксперименты. К чести Моргана надо сказать, что такие резкие изменения во мнении доказывают, что он прислушивался к своим ассистентам – в отличие от большинства европейских ученых, которые относились к своим помощникам снисходительно. По этой причине Бриджес и Стертевант всегда открыто заявляли о своей преданности Моргану. Однако сторонние наблюдатели иногда замечали детскую ревность между ассистентами, а также признаки тихо тлеющей скрытой ненависти друг к другу. Морган не собирался вмешиваться в происходящее – так мало значили для него идеи.

Тем не менее ненавистные идеи подстерегали Моргана на каждом шагу. Поскольку, едва появившись на свет, его теория генов-хромосом чуть было не потерпела крах, спасти ее могла только радикальная идея. Вспомним, что Морган установил наличие в одной хромосоме множества генов. Кроме того, из работ других ученых ему было известно, что родители передают своим детям целые хромосомы. Следовательно, все генетические признаки каждой хромосомы должны наследоваться вместе – они всегда должны быть сцеплены. Возьмем гипотетический пример: если набор генов одной хромосомы требует, чтобы щетинки были зелеными, крылья – остроконечными, а усики – толстыми, то муха с одним признаком должна проявить все три. Такие группы признаков существуют у мух, однако, к своему разочарованию, команда Моргана обнаружила, что некоторые сцепленные признаки иногда проявляются не вместе: зеленые щетинки и остроконечные крылья, которые должны всегда появляться вместе, почему-то проявлялись по отдельности у разных мух. Случаи разрыва связи не были обычным делом – сцепленные признаки могли проявляться в 2–4 % случаев – однако они происходили с таким постоянством, что могли разрушить всю теорию, если бы Морган не позволил себе редкий полет фантазии.

Он вспомнил одну статью бельгийского священника-биолога, который использовал микроскоп для изучения процесса формирования яйцеклеток и сперматозоидов. Одним из ключевых фактов биологии (мы будем постоянно к нему обращаться) является то, что хромосомы составляют пары почти идентичных близнецов. (Человеческая клетка содержит сорок шесть хромосом, объединенных в двадцать три пары.) При формировании яйцеклеток и сперматозоидов эти практически идентичные хромосомы выстраиваются в центре родительской клетки. В ходе деления одна «хромосома-близнец» отталкивается в одну сторону, а другая – в другую, и рождаются две отдельные клетки.

Однако священник-биолог заметил, что, перед тем как разделиться, хромосомы-близнецы иногда взаимодействуют между собой, обвивая друг друга кончиками. Почему так происходит, он не знал. Морган предположил, что в процессе такого взаимодействия кончики отрываются и меняются местами[7]. Это объясняло, почему сцепленные признаки иногда разделяются: хромосома разрывается где-то между двумя генами и разделяет их. Морган продолжал рассуждать в правильном направлении и пришел к мысли о том, что признаки, разделяющиеся в 4 % случаев, вероятно, располагаются в хромосоме дальше друг от друга, чем те признаки, которые разделяются в 2 % случаев, поскольку дополнительное расстояние между первой парой увеличивает вероятность разрыва на этом участке.

Догадка Моргана оказалась верной, и с помощью идей Стертеванта и Бриджеса в течение последующих нескольких лет в «мушиной комнате» была в общих чертах описана новая модель наследственности – та самая, благодаря которой команда Моргана вошла в историю науки. Согласно этой модели, все признаки контролируются генами, которые располагаются в определенных местах хромосом, следуя друг за другом, подобно жемчужинам в ожерелье. Поскольку живые существа наследуют одну копию каждой хромосомы от каждого родителя, хромосомы передают наследственные признаки от родителя к ребенку. При кроссинговере[8](и мутации) хромосомы немного изменяются, благодаря чему каждая живая особь является уникальной. Тем не менее хромосомы (и гены) большей частью остаются в неизменном состоянии, что объясняет наличие общих признаков у членов одной семьи. Вот он – первый важнейший шаг к пониманию того, как работает наследственность.

По правде говоря, в лаборатории Моргана была разработана лишь малая часть этой теории, которую, как мозаику, по кусочкам сложили биологи из разных стран. Однако именно команда Моргана окончательно объединила эти разрозненные идеи, а мушки-дрозофилы обеспечили их неопровержимое экспериментальное подтверждение. По крайней мере, вряд ли кто-либо посмел бы отрицать сцепление признаков с полом, когда на полке у Моргана жужжало десять тысяч мутантов, среди которых не было ни единой самки.

Понятное дело, что, получив признание за объединение этих теорий, Морган не сделал ничего, чтобы примирить их с дарвиновской теорией естественного отбора. Несмотря на то, что сама работа, проводимая в «мушиной комнате», подталкивала ученого к этому шагу, Морган в который раз «позаимствовал» идею у ассистентов – в том числе у того, кто не отнесся к этому так же покорно, как Бриджес и Стертевант.

Герман Мёллер начал время от времени интересоваться «мушиной комнатой» с 1910 года. На его попечении была престарелая мать, поэтому жизнь его была суетливой: он работал курьером в гостиницах и банках, по ночам обучал иммигрантов английскому языку, наспех перекусывая бутербродами, пока добирался на метро с одной работы на другую. Каким-то образом Мёллер все же нашел время, чтобы подружиться с писателем Теодором Драйзером в Гринвич-Виллидж, увлечься социализмом и регулярно ездить за двести миль в Корнелльский университет ради степени магистра. Однако, как бы ни был он изнурен, свой единственный свободный день – четверг – Мёллер отводил на то, чтобы заглянуть к Моргану и «мушиным мальчикам» и обменяться мнениями о генетике. Благодаря незаурядному интеллекту, Мёллер вскоре стал одним из самых активных участников этих научных посиделок. В 1912 году Мёллер окончил Корнелльский университет, и Морган выделил ему рабочее место в «мушиной комнате». Проблема заключалась в том, что Морган отказался платить Мёллеру, так что рабочий режим молодого энтузиаста остался прежним. Вскоре у него случился нервный срыв.

С тех пор (и на протяжении последующих десятилетий) Мёллер негодовал по поводу своего положения в «мушиной комнате». Его раздражало то, что Морган открыто благоволил буржуа Стертеванту и перекладывал черную работу – например, подготовку бананов – на плечи «пролетария» Бриджеса. Его раздражало то, что и Бриджес, и Стертевант получали плату за проведение экспериментов на основе его, Мёллера, идей, в то время как ему приходилось бегать по всему Нью-Йорку, чтобы заработать мелочь. Он негодовал по поводу того, что Морган рассматривал «мушиную комнату» как клуб для избранных и иногда заставлял друзей Мёллера работать в коридоре. Но больше всего Мёллера возмущало то, что Морган не обращал внимания на его заслуги. Отчасти виной тому была медлительность Мёллера в том, что Морган ценил превыше всего – в проведении хитроумных экспериментов, которые он (Мёллер) сам и придумал. В действительности Мёллер едва ли мог найти худшего наставника, чем Морган. При всех своих симпатиях к социализму Мёллер ценил интеллектуальную собственность и чувствовал, что в «мушиной комнате», с ее свободным и коммунальным укладом, его талант эксплуатировался и оставался без внимания. И уж точно Мёллер не мог претендовать на роль мистера Конгениальность. Он бестактно и нудно критиковал Моргана, Бриджеса и Стертеванта и воспринимал как личное оскорбление все, кроме чистой логики. Больше всего Мёллера задело небрежное принижение Морганом роли естественного отбора в процессе эволюции, которую сам Мёллер считал основой биологии.

Несмотря на личные конфликты, инициатором которых был он сам, Мёллер незаметно вел «мушиную» группу вперед, к большим достижениям. После 1911 года Морган едва ли внес какой-либо вклад в формирующуюся теорию наследования, в то время как Мёллер, Бриджес и Стертевант продолжали совершать фундаментальные открытия. К сожалению, сегодня трудно разобраться, кто что открыл, и не только из-за постоянного обмена идеями. Морган и Мёллер часто набрасывали мысли на разрозненных клочках бумаги, при этом Морган каждые пять лет очищал свой шкаф от документов – вероятно, по причине малых размеров лаборатории. Мёллер хранил все документы, однако много лет спустя еще один коллега, с которым Мёллер враждовал, выбросил его записи, пока Мёллер работал за рубежом. Кроме того, Морган (как и собратья Менделя по монастырю) уничтожил архив Бриджеса, когда адепт свободной любви скончался от сердечного приступа 1938 году. Выяснилось, что Бриджес был бабником, и когда Морган нашел подробные записи о его похождениях, он счел благоразумным сжечь все бумаги и сохранить репутацию генетики, как и многих обманутых мужей-генетиков, незапятнанной.

Как бы то ни было, историки располагают достоверными данными о некоторых открытиях. Так, все «мушиные мальчики» участвовали в выявлении группы признаков, наследуемых вместе. Более того, они обнаружили у мух четыре отдельные группы признаков, что в точности соответствовало числу пар хромосом. Этот факт явился мощным толчком для развития теории хромосом, поскольку доказывал, что каждая хромосома содержит множество генов.

Опираясь на эти данные, Стертевант вывел понятие сцепления генов и хромосом. Согласно догадке Моргана, гены, которые разделяются в 2 % случаев, должны располагаться ближе друг к другу в хромосомах, чем гены, которые разделяются в 4 % случаев. Однажды вечером, размышляя над этим предположением, Стертевант понял, что проценты можно перевести в реальные расстояния. Так, гены, которые разделяются в 2 % случаев, должны располагаться в два раза ближе друг к другу, чем другие пары; эта же логика работала и для сцеплений с другими процентами. Забросив университетские задания и засев на всю ночь за работу, этот девятнадцатилетний юноша набросал к утру первую схематическую карту хромосомы. Когда Мёллер увидел карту, он «буквально подскочил от волнения», после чего указал, как ее можно усовершенствовать.

Бриджес обнаружил явление «нерасхождения» – редкие случаи, когда хромосомы не полностью расходятся после кроссинговера и сплетения плеч (в результате чего возникает избыток генетического материала, что может привести к таким проблемам, как синдром Дауна). Помимо научных открытий, Бриджес, мастер на все руки, провел индустриализацию «мушиной комнаты». Взамен кропотливого отделения мух путем переворачивания одной за другой бутылок вверх дном, Бриджес изобрел пульверизатор, с помощью которого мух можно было оглушать, оросив их крошечными дозами эфира. Он также заменил лупы бинокулярными микроскопами и ввел в обиход белые фарфоровые тарелки и остроконечные кисти, чтобы было проще рассматривать мух и проводить с ними различные манипуляции. Кроме того, он заменил гниющие бананы на питательную смесь из патоки и кукурузной муки и соорудил шкафы с регулируемой атмосферой, так что мушки, плохо переносящие падение температуры, могли размножаться зимой и летом. Он даже построил «мушиный морг», чтобы послужившие науке мушки уходили в небытие достойно. Не все нововведения ассистента были приняты Морганом – так, он продолжал прихлопывать мух везде, где бы они ни приземлились, несмотря на наличие морга. Однако Бриджес знал, что мутанты появляются крайне редко, и когда это произойдет, его биологическая фабрика позволит каждому из них благоденствовать и производить миллионы потомков[9].

Мёллер был постоянным поставщиком озарений и идей, рассеивая противоречия и подпирая шаткие теории непоколебимой логикой. И хотя ему приходилось до хрипоты спорить с Морганом, в конце концов, ему удалось заставить старшего ученого увидеть, что гены, мутации и естественный отбор работают в тесном сотрудничестве. Вот что Мёллер (среди прочих) говорил об этом: гены наделяют существ признаками, а мутации генов изменяют признаки, создавая существ, различающихся по цвету, высоте, скорости и т. д. Однако в противовес де Фризу, который считал мутации значительными событиями, в результате которых появляются «спорты» и «внезапные виды», большинство мутаций изменяют существ совсем незначительно. Кроме того, естественный отбор позволяет наиболее приспосабливаемым из этих существ выжить и чаще производить потомство. Тут в игру вступает кроссинговер. Происходит перетасовка генов между хромосомами, в результате чего новые варианты генов собираются воедино, поставляя на нужды естественного отбора еще более разнообразный рабочий материал. (Кроссинговер имеет такое большое значение, что некоторые современные ученые считают, что сперматозоиды и яйцеклетки «отказываются» формироваться до тех пор, пока кроссинговер хромосом не произойдет минимальное количество раз.)

Мёллер также помог расширить представления ученых о потенциале генов. Более того, он утверждал, что на признаках, подобных тем, что изучались Менделем (двойные признаки, контролируемые одним геном), история не заканчивается. Многие важные признаки контролируются несколькими генами и даже десятками генов. Таким образом, эти признаки проявятся в разной степени, в зависимости от того, какие именно гены унаследует та или иная особь. Некоторые гены также могут «усилить» или «ослабить» другие; подобные крещендо и диминуэндо, в свою очередь, производят еще более тонкие градации. Наконец, самым важным является то, что благодаря дискретности и стабильности генов выгодные мутации не будут разбавляться между поколениями. Такой ген остается в целости и сохранности, а значит, более совершенные родители могут скрещиваться с менее совершенными видами и при этом передавать этот ген дальше.

Мёллер считал, что дарвинизм и менделизм прекрасно дополняли и усиливали друг друга. И когда он, наконец, убедил в этом Моргана, Морган стал дарвинистом. Легко смеяться над этим очередным обращением Моргана «в новую веру» – кроме того, в более поздних работах Морган продолжает ставить генетику выше естественного отбора. Тем не менее одобрение Моргана имело значение в более широком смысле. В то время в биологии господствовали высокопарные теории (включая теорию Дарвина), и благодаря Моргану наука сохраняла под собой твердую почву, ведь этот авторитетный ученый оставался сторонником веских доказательств. Биологи знали: если какая-то теория сумела убедить даже Томаса Ханта Моргана, значит, она чего-нибудь, да стоит. Более того, даже Мёллер признавал огромное влияние Моргана на развитие науки. «Мы не должны забывать, – однажды заметил он, – о роли руководящей личности Моргана, который заразил всех остальных своим собственным примером, своей неутомимой деятельностью, своей рассудительностью, веселостью и бодростью духа». В конце концов, своим дружелюбием Морган сделал то, что было неподвластно блестящей иронии Мёллера: убедил генетиков критически отнестись к собственным предубеждениям против Дарвина и серьезно обдумать обоснованность предложенного синтеза теорий Дарвина и Менделя – естественного отбора и генетики.

Многие ученые действительно увлеклись работой команды Моргана в 1920-х годах, поставляя непритязательных плодовых мушек в лаборатории по всему миру. Очень скоро дрозофила стала «стандартным животным» в генетике, позволяя ученым в любой точке земного шара сравнивать открытия в равных условиях. Руководствуясь такими стандартами работы, в 1930-х и 1940-х годах новое поколение биологов с математическим мышлением приступило к исследованиям распространения мутаций в естественных популяциях вне лаборатории. В ходе этих исследований выяснилось, что если ген дает некоторым существам хотя бы небольшое преимущество для выживания, оно может (при условии достаточно длительного сохранения) подтолкнуть вид к развитию в новых направлениях. Более того, большинство изменений будет проходить крошечными шажками – в точности, как утверждал Дарвин. Если работа «мушиных мальчиков», в конце концов, показала, как примирить Менделя с Дарвином, то биологи более позднего времени представили обоснования не менее веские, чем евклидово доказательство. Дарвин как-то посетовал, что математика ему «отвратительна» и что любая задача, на шаг отходящая от простейших вычислений, для него непосильна. В действительности именно математика стала опорой для теории Дарвина и повторно спасла ее репутацию[10]. Таким образом, так называемое затмение дарвинизма, пришедшееся на начало 1900-х годов, ознаменовало собой период мрака и путаницы в науке, однако он в скором времени завершился.

Помимо научных открытий, распространение дрозофил по всему миру имело еще одно важное последствие, во многом благодаря «веселости» Моргана. Дело в то, что в генетике названия большинства генов представляют собой уродливые сокращения, за которыми стоят чудовищно нелепые слова, значение которых может понять человек шесть во всем мире. Так при обсуждении, скажем, гена ALOX12B зачастую нет смысла расшифровывать его название (арахидонат 12-липоксигеназа, тип 12R), поскольку, как нам кажется, это не столько проясняет смысл, сколько сбивает с толку (чтобы не напрягать читателей, отныне я буду указывать лишь сокращенные названия генов и делать вид, что за ними ничего не стоит). В отличие от устрашающе сложных названий генов, названия хромосом отличаются поразительной банальностью. Планеты были названы в честь богов, химические элементы – в честь мифов, героев и великих городов. Хромосомы получили названия, по оригинальности сопоставимые с размерами обуви. Хромосома один – самая длинная, хромосома два – вторая по длине (зевок ) и так далее. На самом деле 21-я человеческая хромосома короче, чем 22-я, но к тому времени, как ученые обнаружили это, 21-я хромосома успела прославиться, поскольку лишняя 21-я хромосома является причиной синдрома Дауна. И в самом деле, с такими скучными названиями не стоило и бороться, пытаясь что-то изменить.

Ученые, изучавшие дрозофил (да благословит их Господь!), были людьми исключительными. Команда Моргана выбирала для мутантных генов достаточно иллюстративные названия: например, «пятнистый », «бисерный », «недоразвитый », «белый » и «аномальный ». Традиция эта жива до сих пор, и названия большинства генов дрозофилы лишены и намека на научную сложность. Гены плодовой мушки носят такие названия, как «граучо », «смурф », «страх близости », «затерянный в космосе », «потеря обоняния », «бледная колбаса », «триббл » (расплодившиеся пушистые существа шаровидной формы из научно-фантастического сериала «Звездный путь »), «туфф » (в честь миссис Туфф, персонажа из сказки Беатрикс Поттер). При мутации гена «броненосец » плодовые мушки рождаются с панцирным наружным скелетом. Ген «болван » делает дрозофил глупыми. «Тюдор » делает самцов бесплодными (как это было с детьми Генриха VIII). «Клеопатра» может убить мушку при взаимодействии с другим геном, «змеей ». «Дешевое свидание » делает мушек особенно восприимчивыми к алкоголю. Половая жизнь дрозофил, кажется, особенно вдохновляет на создание изощренных названий. У мутантов «Кена и Барби » нет наружных половых органов. При наличии у самца мутантного гена coitus interruptus (с лат. «прерванный половой акт ») соитие длится всего десять минут (норма составляет двадцать минут), в то время как мутантный ген «стопор » не позволяет мушкам физически расцепиться после полового акта. Что до самок, мушки, имеющие мутантный ген «неудовлетворенность », вообще не вступают в половые контакты – всю свою энергию они тратят на то, чтобы отпугивать ухажеров хлопаньем крыльев.

К счастью, эта причуда с названиями генов дрозофил является источником вдохновения для ученых, работающих в других областях генетики. Ген, наделяющий млекопитающих лишними сосками, получил название «скараманга », по имени злодея из фильма о Джеймсе Бонде, имевшего такой же изъян. Ген, который удаляет эритроциты из кровообращения у рыб, назвали «влад цепеш » в честь Влада Цепеша, исторического прототипа Дракулы. Бэкроним для гена мышей «эритроидный миелоидный онтогенетический фактор ПОК» – «покемон » – чуть было не спровоцировал судебный иск против его авторов: данный ген (в настоящее время известный – увы! – как ZBTB7) способствует развитию рака, а адвокаты медиаимперии «Покемон» вовсе не хотели, чтобы их милых маленьких карманных монстров ассоциировали с опухолями. Однако пальму первенства за самое причудливое название, на наш взгляд, следует присудить гену мучного хрущака – «медее » – названному в честь героини древнегреческих мифов, совершившей детоубийство. «Медея » отвечает за белок с любопытным свойством: это и яд, и противоядие одновременно. Так, если у матери есть этот ген, но он не передается эмбриону, ее тело убивает плод – и она ничего не может с этим поделать. Если у плода есть этот ген, он / она вырабатывает противоядие и остается жить. («Медея » – «эгоистичный генетический элемент», ген, который, прежде всего, требует собственного распространения, даже если наносит ущерб особи-носителю.) Если опустить весь этот ужас, следует отметить, что это название как никакое другое подходит научной традиции Колумбийского университета, где исследовались дрозофилы. И вполне логично, что наиболее важная клиническая работа над «медеей », которая привела к изобретению весьма эффективных инсектицидов, началась после того, как ученые внедрили этот ген в организм дрозофилы для дальнейшего изучения.

Однако задолго до появления этих милых названий, и даже до того, как плодовые мушки колонизировали генетические лаборатории по всему миру, первоначальная «мушиная» группа ученых из Колумбийского университета распалась. Морган перебрался в Калифорнийский технологический институт в 1928 году, прихватив с собой Бриджеса и Стертеванта и обосновавшись в солнечной Пасадене. Пять лет спустя Морган стал первым генетиком, получившим Нобелевскую премию, – как заметил один историк, «за утверждение тех самых принципов, которые он изначально собирался опровергнуть». У Нобелевского комитета есть правило, согласно которому премию в одной отрасли в один год могут получить не более трех человек, однако комитет присудил ее одному Моргану, а не разделил ее – как это следовало бы сделать – между ним, Бриджесом, Стертевантом и Мёллером. Некоторые историки утверждают, что Стертевант проделал достаточно важную работу, чтобы получить отдельную Нобелевскую премию, однако его преданность Моргану и готовность отказаться от авторства идей уменьшили его шансы. Возможно, Морган был с этим согласен, поскольку он все же поделился вознаграждением с Бриджесом и Стертевантом, учредив для их детей фонды на высшее образование. Мёллер не получил ничего.

Мёллер к тому времени покинул Колумбийский университет и перебрался в Техас. В 1915 году он начал преподавать в Университете Райса (где кафедрой биологии заведовал Джулиан Гексли, внук «бульдога Дарвина»), а впоследствии обосновался в Техасском университете. И хотя теплые рекомендации Моргана помогли ему получить работу в Университете Райса, Мёллер активно подогревал соперничество между его группой из «штата одинокой звезды» и группой Моргана из «имперского штата», и каждый раз, как техасская группа делала значительный шаг вперед, ее участники трубили о «полном успехе» и сияли от радости. В ходе одного из таких прорывов биолог Теофилус Пейнтер открыл первые хромосомы (в слюнных железах дрозофил[11]), размер которых позволял исследовать их визуально, что давало ученым возможность изучить физическую основу генов. Но как бы ни была важна работа Пейнтера, «джекпот» достался именно Мёллеру. В 1927 году он открыл, что при воздействии на мушек рентгеновским излучением частота мутаций увеличивается в 150 раз. Это означало не только возможные последствия для здоровья, но и то, что ученым больше не нужно было ждать появления мутаций. Теперь они могли производить их в промышленных масштабах. Это открытие принесло, наконец, Мёллеру научное признание, которое он (и ему это было известно) давно заслуживал.

Однако, что вполне предсказуемо, Мёллер начал вступать с Пейнтером и другими коллегами в перебранки, которые вскоре переросли в открытые ссоры. В итоге Техас перестал ему нравиться, а он перестал нравиться Техасу. Местные газеты призывали изгнать его как политического провокатора, а Бюро расследований (предтеча ФБР) установило за ним наблюдение. Без видимых причин развалился его брак, и в один из вечеров в 1932 году жена Мёллера сообщила о его исчезновении. Позже группой коллег он был обнаружен в лесу – измазанный в грязи, растрепанный, промокший после ночи, проведенной под дождем, с помутненным от барбитуратов сознанием, которые он проглотил, чтобы убить себя.

Опустошенный, униженный, Мёллер уехал из Техаса в Европу. Здесь он совершил своего рода тур в духе Форреста Гампа по тоталитарным государствам. Он изучал генетику в Германии, пока нацисты не разгромили его институт. Он бежал в Советский Союз, где выступал перед самим Иосифом Сталиным с докладом о евгенике, которая, по мнению некоторых ученых, позволяла вывести сверхчеловека с помощью науки. Сталин не проникся этой идеей, и Мёллер поспешил уехать. Дабы не прослыть «реакционером-дезертиром», симпатизирующим буржуазии, Мёллер принял участие в гражданской войне в Испании на стороне коммунистов, работая на одном из донорских пунктов. Коммунисты проиграли, и грянул фашизм.

Испытав очередное разочарование, Мёллер отправился обратно в Соединенные Штаты, на этот раз в Индиану. Шел 1940-й год. Его интерес к евгенике возрос; позже он помог основать «Репозиторий для выбора зародышей» – «банк спермы гениев» в Калифорнии. Кульминацией его карьеры стало получение собственной, ни с кем не разделенной Нобелевской премии в 1946 году за открытие способности рентгеновского излучения вызывать генетические мутации. Несомненно, Нобелевский комитет хотел компенсировать несправедливость, допущенную по отношению к Мёллеру в 1933 году. Но помимо этого, премия досталась ему в связи с атомными бомбардировками Хиросимы и Нагасаки, которые в 1945 году обрушили на Японию потоки радиационного излучения, что сделало его работы до ужаса актуальными. Если исследования «мушиных мальчиков» в Колумбии доказали существование генов, то теперь ученые должны были выяснить, как гены работают и как в их работе (слишком часто, в губительном свете бомбы) происходят сбои.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.