1 год назад
Нету коментариев

V Международный генетический конгресс, со­стоявшийся в 1927 г.,— знаменательная веха в истории биологии. Кроме С. С. Четверикова, одним из героев его стал Герман Меллер, впервые получивший точковые мутации у дрозофилы искусственным путем, при по­мощи рентгеновских лучей.

До этого генетики знали, что ген очень стабилен и спонтанные мутации, происходящие как будто бы без причин, необычайно редки. Не зная химической приро­ды гена, можно было, однако, понять, почему спонтан­ный мутагенез все-таки происходит. Хотя структура ге­на и прочна, ее можно изменить или нарушить — хотя бы энергией теплового движения молекул. Чем выше температура, тем более высок % молекул, обладающих достаточной энергией. Действительно, опыты Н. В. Ти­мофеева-Ресовского и других авторов показали, что при старении клеток в них накапливаются случайные мута­ционные изменения и повышение температуры ускоряет мутагенез. В физической химии есть понятие температурного коэффициента — Q10, показывающего, во сколь­ко раз скорость реакции возрастает при повышении тем­пературы на 10°. Q10 мутагенеза у дрозофилы оказался близким к пяти, причем варьировал для разных мута­ций. Из этого вытекали важные выводы:

разные гены различаются по стабильности;

средняя энергия, потребная для нарушения структу­ры гена, порядка 2,5—3 электрон-вольт; такой энергией обладают кванты жесткого излучения — начиная с ульт­рафиолетового и рентгеновского;

мутагенез по своей природе статистичен, как статистично само понятие максвелловского распределения молекул по скоростям при данной температуре.

Естественно, возникла идея атаковать ген квантами жесткого излучения. В те идиллические «доатомные» времена практически единственным источником их бы­ла рентгеновская трубка и радий. Первые опыты Н. В. Тимофеева-Ресовского и Д. Д. Ромашова не увен­чались успехом, так как исследователи не имели доста­точно чистых линий дрозофилы, и возникающие мутации не были видны на фоне генетических рекомбинаций. Но в 1925 г. появилась работа Г. А. Надсона и Г. С. Фи­липпова, получивших рентгеномутанты у дрожжей, к со­жалению, оставшаяся почти неизвестной за границей. Генетика дрожжевых грибков была к тому же не разра­ботана. Надсон и Филиппов опередили свое время по меньшей мере на 15—20 лет. И лишь Меллер неопровер­жимо доказал действие квантов на гены, использовав излюбленный объект генетиков — дрозофилу. В том же 1927 г. Стадлертем Же рентгеном вызвал мутации у яч­меня и кукурузы.

В нашу задачу не входит подробный анализ успехов радиогенетики. Остановимся лишь на весьма важном для проблемы изменчивости выводе, полученном Н. В. Тимофеевым-Ресовским и К. Циммером. Анализи­руя результаты опытов по облучению, они смогли оце­нить размеры структуры, изменение которой влечет за собой точковую мутацию, так называемый радиус эф­фективного объема. Он оказался порядка 10-7 смРаз­меры атома порядка 10-8 смОтсюда со всей неизбеж­ностью вытекал вывод: для описания мутагенеза клас­сическая механика, пригодная для макромира, с поня­тием траектории и точного определения координат неприменима и должна быть заменена квантовой механи­кой.

Фундаментальное положение квантовой механики — принцип неопределенности Гейзенберга. Из него следу­ет, что принципиально нельзя одновременно знать коор­динаты и импульс (энергию частицы) без определенной погрешности. Этот запрет — такой же закон природы, как и невозможность существования вечного двигателя. Причинность в микромире статистическая, и мы можем лишь говорить о вероятности того или иного явления (в данном случае — мутации). Кроме субъективной слу­чайности, проистекающей от ограниченности нашего знания, есть и объективная случайность. Фактически это то же случайное отклонение атомов Эпикура, кото­рое разрушает всеобщий детерминизм Демокрита. По всей вероятности, в основных философских проблемах практически нельзя сделать ничего нового. Все дости­жения и все ошибки были уже сделаны до нашей эры!

Далеко не всем это может понравиться. Эйнштейн, например, не желал признавать квантовой механики («Я не могу представить, что господь бог играет с ми­ром в кости»). Но и всей гениальности Эйнштейна не хватило для того, чтобы опровергнуть квантовую меха­нику, поэтому наивными кажутся попытки некоторых биологов «запретить» ее применение.

Изменить структуру гена пытались и химическим пу­тем (в конечном счете, разница между физическим и хи­мическим подходами чисто условная, ибо химия — это физика электронных оболочек молекул и атомов). Эти попытки имеют давнюю историю. Еще в 1892 году И. И. Герасимов получил геномную мутацию — удвоение хромосомного набора, действуя на клетки спирогиры низкой температурой или снотворными средствами (хло­роформом и хлоралгидратом). Эти работы были забы­ты; лишь в 1937 г. Блексли разработал способ получе­ния полиплоидов с помощью колхицина. Еще раньше, в 1932—1934 гг., В. В. Сахаров и М. Е. Лобашев незави­симо друг от друга получили мутантов дрозофил с по­мощью йода и ряда других веществ. Первые мутагены были гораздо менее эффективны, чем облучение, одна­ко уже тогда было замечено, что одни мутации ими вызываются чаще, чем прочие. Иными словами, мутаге­ны могли действовать специфично.

Скачок в изучении химического мутагенеза произо­шел тогда, когда И. А. Рапопорт открыл мутагенное действие формальдегида (1946), а впоследствии открыл супермутагены, вызывавшие мутации почти у 100% об­работанных ими особей. Ш. Ауэрбах установила, что сходный эффект вызывают некоторые производные ип­рита. В последнее время химический мутагенез усилен­но изучается и имеет большое практическое значение.

Специфичность действия мутагенов породила необос­нованные надежды на возможность получения желае­мых мутаций «по заказу». В печати иногда появляются сообщения о синтезе чудодейственных мутагенов, вы­зывающих направленные мутации. Это неверно: мута­гены, как и излучение, могут вызвать желаемую мута­цию лишь случайно. Ограниченная специфичность при­суща и излучению — мы уже упоминали о различии энергетического барьера для разных мутаций. Но для того, чтобы получить мутацию «по заказу», нужно за­ставить мутаген прореагировать с определенным местом нужного гена (а генов в клетке много тысяч, мы не знаем расположения большинства из них и лишь в ред­ких случаях можем предсказать ожидаемый фенотипический эффект). Поэтому проблема так называемых на­правленных мутаций вряд ли будет решена в обозри­мом будущем. Парадоксально, но направленно изменить наследственность оказалось проще другим путем: син­тезировать ген заново и включить его в геном изменяе­мой клетки (оба этапа этой работы уже выполнены на модельных объектах).

Таким образом, исследования по химическому и ра­диомутагенезу лишний раз подтвердили принципиальную ненаправленность, случайность генетических изменений. Адекватности (соответствия) при мутациях не наблю­дается, они носят характер дарвиновской неопределен­ной изменчивости. Самым важным в этих работах ока­залось, однако, то, что они позволили оценить порядок величины генов и их стабильности. Как писал в то вре­мя Морган, «…мы легко можем оказаться на дороге в обетованную землю, где биологические явления могут рассматриваться как явления физические и химические.

До обетованной земли — молекулярной биологии — оставалось совсем немного.