В 1964 году на совещании, созванном Государственным комитетом по использованию атомной энергии, Академией наук и Министерством сельского хозяйства СССР, демонстрировались многочисленные мутантные формы пшениц, кукурузы, томатов, картофеля, моркови, хлопчатника и других культур — все они получены с помощью новых физических и химических средств, позволяющих вносить коррективы в наследственную программу организма.
Не только лучевое воздействие способно изменить наследственную конституцию организма.
Три четверти века назад профессор Московского университета И. И. Герасимов, изучая спирогиру, нашел, что на холоде и в присутствии наркотиков эта нитчатая зеленая водоросль ведет себя несколько необычно. В процессе деления та или иная ее клетка может образовать две неравноценные: в одной совсем нет ядра, и она вскоре погибает; зато в другой их целых два, причем оба затем сливаются, давая удвоенный комплект хромосом. Подобное явление (полиплоидия) не редкость.
Скажем, у дикой пшеницы в каждой клетке содержится 14 хромосом, у культурных же ее сородичей — по 28 (твердые сорта, именно они наиболее ценны с хозяйственной точки зрения) и даже по 42 (мягкие). В первом случае (7 хромосом от отца и столько же от матери) растение называется диплоидом; во втором (четырежды семь) — тетраплоидом; в третьем (шесть раз по семь) — гексаплоидом. Как видно, количество хромосом кратно их единичному (гаплоидному) набору, поступившему в оплодотворенную клетку из родительской гаметы. В двух последних примерах оно вдвое и втрое больше нормального — присущего диплоиду.
Такие аномалии, увеличивая резервы наследственной изменчивости, наделяют организм и его потомство большей генетической гибкостью, приспособляемостью, живучестью. Неспроста в самых неблагоприятных условиях заполярных тундр, бесплодных пустынь и высокогорных районов встречаются чаще всего именно полиплоиды.
Сказочно богато царство флоры, и половина его представителей — полиплоиды. Подчеркивая их роль, академик П. М. Жуковский напоминал, что человечество обязано преимущественно им своим хлебом насущным, уж во всяком случае, вегетарианской частью своего меню. Пшеница, овес, картофель, сахарный тростник, яблоки, груши, вишни, виноград, лимоны, ананасы, бананы…
Полиплоиды, как правило, крупнее, массивнее, урожайнее диплоидов. Есть у них и другие ценные качества.
К столь замечательным результатам природа пришла случайно. Человек не хочет уповать на волю случая, он не может ждать милостей от природы.
Только вот как увеличить набор наследственных внутриклеточных структур?
В 1927 году заведующий лабораторией генетики Всесоюзного института растениеводства в Ленинграде Г. Д. Карпеченко скрестил редьку с капустой. От каждого из родителей отпрыск получил по 9 хромосом. Однако они были настолько чужеродными, что гибрид оказался бесплодным. И все же его стерильность удалось преодолеть. Карпеченко проследил, как идет деление клеток — оно протекало неправильно, приводя иногда к образованию 18-хромосомных яйцеклеток и такой же пыльцы. При слиянии этих гамет возникал тетраплоид, особенность которого заключалась в том, что он совмещал в себе хромосомы (их было 36) двух разных видов, а не одного, как у обычных полиплоидов. Но главное в другом: теперь он мог давать потомство! Появился совершенно новый вид растения, одинаково далекий от редьки и капусты: он даже не скрещивался с ними.
Вскоре после замечательных работ советского генетика ученые многих стран вплотную занялись интереснейшим биологическим явлением, каким оказалась полиплоидия. В 1936 году американцы Блексли и Айвери натолкнулись на важную находку: колхицин, особый ядовитый препарат, поражал механизм клеточного деления, а это влекло за собой удвоение хромосомного комплекта. Не прошло и двух лет, как 41 вид растений подвергся такому превращению.
В 1941 году В. В. Сахаров, С. Л. Фролова и В. В. Мансурова (лаборатория генетики Института экспериментальной биологии) переделали гречиху сорта «большевик» в тетраплоид. Чуть позже того же результата добился А. Р. Жебрак (Институт земледелия АН Белорусской ССР). В белорусском колхозе «1 Мая» новая разновидность старой культуры давала значительно больший урожай (17–18 центнеров с гектара), чем ее обычные формы. В Ботаническом саду АН БССР снимали даже по 36 центнеров.
А в 1964 году Государственная комиссия по сортоиспытанию постановила внедрить в сельское хозяйство «кубанский полигибрид-9». Это триплоидная сахарная свекла, отличающаяся высокой урожайностью и сахаристостью. Вывели ее совместными усилиями сотрудники Института цитологии и генетики Сибирского отделения, Украинской академии наук и Первомайской опытной селекционной станции (А. Н. Лутков, В. А. Панин, В. П. Зосимович).
М. С. Навашиным создан полиплоидный кок-сагыз, в котором содержание каучука гораздо выше, чем в исходном «дикаре».
Искусственно вызвать полиплоидию у животных удалось лишь академику Б. Л. Астаурову. Его тетраплоидный тутовый шелкопряд дает на треть больше шелка, чем обычный.
В 1948 году на августовской сессии Всесоюзной академии сельскохозяйственных наук имени В. И. Ленина А. Р. Жебрак отмечал, что советские работы по полиплоидии гречихи, проса, ржи, некоторых других культур являются наиболее оригинальными.
В них больше, чем в каких-либо других работах по генетике, сказывается правильность афоризма Маркса: философы до сих пор только объясняли мир, а задача заключается в том, чтобы его перестроить.
— Советский Союз может с полным правом гордиться тем, что, несмотря на многочисленные насущные материальные нужды, преодолеваемые им при построении великого нового общества, он сумел поднять ряд разделов теоретической науки, в том числе и генетику, до уровня, который всеми признается столь же или даже более высоким, чем уровень этих наук в других странах, — говорил лауреат Нобелевской премии Г. Меллер, посетивший СССР в 1936 году.
Новые гибриды, это не островки, а целый материк!
Световые, рентгеновы, гамма-лучи… Бета- и альфа-частицы, протонные и нейтронные пучки…
Кванты и корпускулы… В биологии, как и в физике, они стали тонким инструментом преобразования природы. А химические агенты?
В Институте химической физики АН СССР, в лаборатории, которой руководит профессор И. А. Рапопорт, обнаружены новые мощные средства активного воздействия на хромосомы и гены: этиленимин, нитрозоэтилмочевина, диалкилсульфаты и другие препараты. Используя ультрафиолетовые лучи и этиленимин, советские ученые С. И. Алиханян, Л. Н. Борисова, Ф. С. Клепикова и С. 3. Миндлин получили новую «породу» микроорганизмов, вырабатывающих пенициллин. Продуктивность ее вдвое выше, чем у зарубежного штамма, который считался наилучшим: он образует антибиотик в сотни раз быстрее, чем исходная природная плесень. Новые штаммы плесневого грибка, выведенные в СССР, производят пенициллин на заводах Чехословакии, Румынии, Болгарии, Венгрии.
Академик Семенов, директор Института химической физики, где решаются также и биологические проблемы, говорит: «Открытия, свидетелями которых мы являемся, знаменуют собой поистине фантастические перспективы. Вероятно, сначала мы научимся вызывать по желанию направленные мутации, меняя свойства существующих видов, а в будущем, может быть, биолог будет создавать новые виды, как физики, познав строение атомного ядра, создали новые химические элементы, продолжив таблицу Менделеева».
Опустившись на молекулярный уровень, наука о живой материи поднялась на новую ступень. И это относится не только к генетике.
В 1939 году начался важный этап в становлении молекулярной биологии — была расшифрована химическая природа мускульного сокращения.
Советские ученые В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова провели изящный эксперимент: выделяли из мышцы белковые волоконца, затем действовали на них кислотой. Миозиновые ниточки тотчас укорачивались, будто напрягались. И снова вытягивались, как бы расслаблялись, когда раствор становился более щелочным. Происходило прямое преобразование химической энергии в механическую. Позднее у нас и за рубежом были сконструированы небольшие моторчики — в них движителями служили синтетические полимеры, то удлинявшиеся, то вновь сжимавшиеся при изменении кислотности среды.
Классическая работа Энгельгардта и Любимовой заложила основы механохимии. Оказалось, что аналогичными процессами обусловлены движения самых различных, порой весьма несхожих организмов.
Например, мимозы, этой зеленой недотроги, складывающей свои листья и поникающей долу в ответ на прикосновение. Или клетки: когда она делится, ее вещества, в том числе ее хромосомы, перемещаются внутри оболочки. Даже вируса — ведь он действует на манер шприца: его белковая оболочка способна сокращаться, впрыскивая внутрь атакованной бактерии собственную нуклеиновую кислоту — генетическую матрицу, которая навязывает пораженной клетке иную программу белкового синтеза и приводит свою жертву к гибели.
