Читаем без скачивания Взрывающиеся солнца. Тайны сверхновых - Айзек Азимов

Однако идея эволюции путем наследования приобретенных характеристик была ошибкой.

Во-первых, приобретенные характеристики не наследовались, и это было подтверждено следующим экспериментом. В 80-х годах прошлого века немецкий биолог Август Вейсман (1834–1914) в серии опытов обрезал хвосты у 1592 новорожденных мышей на протяжении 22 поколений. Оказалось, что все они продолжали производить на свет мышей с нормальными хвостами.

Во-вторых, многие характеристики менялись, если они относились к частям тела животного, которым оно не находило сознательного применения. Например, эволюция подарила животным окраску тела, которая помогала им слиться с окружающим фоном и тем самым уберечься от врагов. (Непостижима, однако, способность хамелеона «сознательно» менять свой цвет и, следовательно, передавать потомкам более эффективный механизм.)

В 1859 г. английский натуралист Чарлз Роберт Дарвин (1809–1882), потратив четырнадцать лет на собирание доказательств, выдвинул свою теорию. Он высказал мысль, что в каждом поколении данный вид включает особи, несколько отличающиеся друг от друга по разным признакам (быстрее — медленнее, выше — ниже, сильнее-слабее, краснее — голубее и т. д.). Многие незначительные изменения происходят случайно, и индивидуумы, обладающие тем или иным измененным признаком, могут (в среднем) успешнее бороться за выживание.

Те, кто выживет, передадут свои особенности потомкам, среди которых опять будут особи (в среднем) более сильные или слабые, быстрые или медленные, высокие или низкие, более красные или более голубые и т. д. Лучшие из приспособившихся выживут и оставят потомство. Таким образом, данный вид со временем становился гораздо медленнее или быстрее, выше или ниже, слабее или сильнее, краснее или голубее. В разных местах и обстоятельствах получают преобладание разные особи, так что вид обнаруживает два (или более) устойчивых отклонения, которые в конце концов превращаются в два (или более) разных самостоятельных вида.

В некоторых случаях не преобладает ни одна из особей, так как ни одна из них не приспособлена к жизни так хорошо, как приспособлен какой-то другой вид в целом, и тогда первый вид вымирает.

Природа, в некотором смысле, выбирает отклонения, которые получаются случайно; это и есть биологическая эволюция путем естественного отбора. Возобладала именно эта точка зрения на эволюцию. За столетие с четвертью, что прошли после смерти Дарвина, в его теорию внесено много новшеств и улучшений, но до сих пор продолжаются споры вокруг той или иной ее детали. Хотя биологи и спорят о деталях механизма эволюции, тем не менее среди них нет никого, кто бы оспаривал сам факт эволюции. (Например, группа людей может рассуждать о том, как работают часы, но никому не придет в голову оспаривать тот факт, что они показывают время.)

ГЕНЕТИКА

Одним из пунктов, оставшимся у Дарвина неясным, был вопрос о том, как естественные изменения особей одного вида могут быть связаны с эволюционным развитием. Положим, что некоторые особи вида в самом деле чуть быстрее, чем другие, и эта скорость является ценным качеством, способствующим лучшему выживанию. Но разве не могли эти более быстрые особи спариться с медлительными (организм не всегда проверяет свою пару на соответствие) и вывести малышей, унаследовавших какую-то промежуточную скорость? Вообще, скрещивание между собой организмов (оно, кажется, происходит достаточно бессистемно) не сглаживает ли, не выравнивает ли все крайности качеств и не порождает ли широкую серую середину, не оставляя ничего, за что мог бы ухватиться естественный отбор?

Оказывается, это не так. В 1865 г. австрийский ботаник Грегор Иоганн Мендель (1822–1884) провел скрещивание гороха и наблюдал, как в этой связи изменились характеристики растений. В частности, он скрестил горох с длинными стеблями с горохом, имеющим короткие стебли, и обнаружил, что все растения, полученные в результате, имеют длинные стебли. Стеблей средней длины между ними не было.

Когда он скрестил между собой эти гибриды, оказалось, что в новом поколении одни растения имеют длинные стебли, другие — короткие, в отношении 3: 1.

Мендель предположил, что каждое растение имеет два фактора, управляющие длиной стеблей. Растения с длинными стеблями имеют два фактора, способствующие удлинению стебля, и такие растения могут быть отнесены к группе LL. Растения с короткими стеблями имеют похожие, но не идентичные факторы, вызывающие укорочение стебля, и мы отметим их маленькими буквами ll.

При скрещивании длинностеблевых с короткостеблевыми каждое растение вносит один фактор в каждый отпрыск, причем этот фактор выбирается наугад. Какой бы фактор растение LL ни вносило, этим фактором обязательно должен быть L. Фактор, вносимый растением ll, должен быть l. Вся молодая поросль должна иметь один из этих факторов и стать Ll или lL. В этом случае фактор L является «доминантой» и признак, который она контролирует, обнаруживается. Все растения и имеют поэтому длинные стебли, как если бы все они принадлежали к одной группе.

Однако фактор не исчез, и его влияние продолжает проявляться. Если растения Ll и lL скрещивают между собой, то каждое наугад передает L одной половине молодых, а l — другой половине. Появляются поэтому четыре типа отпрысков: LL, Ll, lL и ll. Из них первые три имеют длинные стебли, последний — короткие, и вот опять наша пропорция 3: 1.

Мендель показал, что и другие наборы признаков работают таким же образом. Он аккуратно вывел это в своих схемах, которые мы знаем теперь как законы наследственности Менделя. Они говорят о том, что крайние признаки (экстремумы) не пропадают при беспорядочном скрещивании, но стремятся выжить и проявляются вновь и вновь в дальнейших поколениях.

К несчастью, Мендель как ботаник был малоизвестен, к тому же его работы опередили время. Несмотря на опубликованные им эксперименты и выводы, их игнорировали до 1900 г., когда три других ботаника независимо друг от друга вывели те же законы. Они-то и обнаружили, что Мендель опередил их на целое поколение, и каждый из них, тоже независимо, отдал ему должное.

Итак, наиболее уязвимое место в теории Дарвина — предполагаемая тенденция к сглаживанию крайних признаков — было защищено.

И все же, в чем заключается биологическая и химическая природа факторов с точки зрения законов Менделя?

В 1882 г. немецкий анатом Вальтер Флемминг (1843–1905) сообщил о своих исследованиях в области клетки. Он разработал технику воздействия на клетку некоторыми из новых искусственных красителей, недавно полученных химиками. Отдельные краски легко смешивались с одними элементами клетки, но совершенно не реагировали с другими. Одна из красок активнее других окрашивала часть материала внутри ядра. Флемминг назвал этот материал хроматином (от греч. chroma — цвет).

Было известно, что при делении клетки существенным элементом является ее ядро; клетка, из которой удалено ядро, не делится. Флемминг окрасил срез ткани с активно делящимися в ней клетками, и хроматин в каждой из них приобрел окраску. Это окрашивание убило клетки, однако каждая клетка застыла на определенной стадии деления, и в результате получилась как бы серия фотографических стоп-кадров хроматина на разных стадиях процесса. Когда они были поставлены в определенную последовательность, Флемминг получил представление о последовательности событий в этом процессе.

Судя по всему, в ходе деления клетки хроматин собирался в группу маленьких усеченных палочек, соединенных в пары, так что имелось по две от каждого сорта палочек. Эти палочки Флемминг назвал хромосомами (от хромо и греч. soma — окрашенное тело). Хромосомы располагались вдоль центральной оси клетки и раздваивались, и каждая хромосома порождала другую — точную свою копию. И теперь на месте одной хромосомы было уже две пары, т. е. целых четыре.

Затем хромосомы делились так: две из четырех хромосом каждой группы двигались в один конец клетки, а две другие — в другой конец. После этого клетка вытягивалась, делилась на две новые, и каждая из них имела полный набор хромосом, собранных в пары.

В 1887 г. бельгийский биолог Эдуард Джозеф ван Бенеден (1846–1910) сделал еще один шаг в изучении хромосом. Он показал, что отдельные виды имеют определенное число хромосом в клетке. Например, в каждой целой человеческой клетке, как мы теперь знаем, имеется сорок шесть хромосом, собранных в двадцать три пары. В яйцеклетке или сперматозоиде имеется лишь половина набора хромосом, по одной от каждой пары, т. е. яйцеклетка и сперматозоид человека имеют по двадцать три хромосомы.

Когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, оплодотворенная яйцеклетка во второй раз получает полный комплект хромосом — по одной от каждой пары отцовских и от каждой пары материнских, т. е. оплодотворенная яйцеклетка человека имеет двадцать три пары хромосом.