Дитя природы. Беседы о социальной биологии - Азим Турдыев

Дарвин, к сожалению, не знал ничего о генах в тот период. Никто тогда об этом ничего не знал. Не мог догадаться о генах и отец генетики Грегор Мендель. Это кажется странным – отец генетики, не знавший ничего о генах? Смысл заключений Менделя сводился к тому, что признаки не исчезают навсегда и могут проявляться через многие поколения. Этот закон Мендель обозначил как «Закон чистоты гамет».

Вы помните предмет спора математика с Дарвином? Ответ, как оказалось, был очень прост.

– Дарвин не был знаком с публикацией Менделя?

– Трудно сказать. По-видимому, нет. Информационная служба в тот период была не на очень высоком уровне. Надо сказать, что работа Менделя вообще оказалась никем не замеченной. Наука просто не была готова к восприятию такой основополагающей информации. Однако, спустя почти сорок лет после публикации пошло лавинообразное развитие генетики. Стало возможным решение вопросов, так долго мучивших и Ламарка и Дарвина и многих, многих других естествоиспытателей.

Оказалось, что внутриклеточные «корпускулы», о которых упоминал Дарвин, это не какие-то представители органов и тканей в половых клетках, а гены, кодирующие структуру и функции в клетках и, в конечном итоге, во всем организме и находятся эти гены в ядрах не только половых клеток, но и всех остальных соматических клеток. Именно они являются носителями наследственности. Каждый ген ответственен за четко определенную часть в сложном комплексе жизнедеятельности клетки. В каждой клетке генов насчитывают сотни и тысячи.

Например, Проект Геном человека, т. е. работа по составлению карты генов человеческого организма, начался в 1990 году, под руководством американского биолога Джеймса Уотсона, получившего в 1962 году Нобелевскую премию. совместно с Фрэнсисом Криком и Морисом Уилкинсом за открытие структуры молекулы ДНК. В 2000 году опубликовали черновик структуры генома, а полный геном – в 2003 году Работа продолжалась более 13 лет, в течение которых ученые пытались выяснить точную последовательность нуклеотидов в ДНК и расположение генов. Сейчас известно, что ДНК человека содержит более 25 тысяч генов

– «Ген», «генетика» – эти понятия давно уже стали привычными. Используются они широко, смысл их понятен, но все-таки трудно представить себе что же подразумевается под этими понятиями, какова их структура?

– Действительно, человеку, не обладающему специальными знаниями, трудно разобраться во всем этим. Дело в том, что гены представляют собой определенный набор химических соединений, называемых нуклеотидами, в состав которых входят азотистые основания – Аденин, Гуанин, Цитозин, Тимин. Соединяясь между собой в самых разнообразных комбинациях, они и составляют структуру гена, в котором могут находиться от десятков до нескольких сотен тысяч азотистых оснований. Каждый ген кодирует строго определенную структуру белка. Когда в клетке различные аминокислоты (их насчитывается 20) начинают соединяться друг с другом и образовывать белки, эти соединения образуются не беспорядочно, а в строгом соответствии с порядком расположения азотистых оснований в генах. Т. е. в генах зашифрованы количество и порядок расположения аминокислот в процессе синтеза белка. Порядок расположения аминокислот в белке, т. е., структура белка определяет его функцию. Варианты комбинаций двадцати аминокислот бесконечны и именно этим определяется бесконечное разнообразие белков, составляющих структуру и функции любого организма.

Время от времени в генах могут происходить случайные изменения. Могут выбиться из цепочки азотистые основания, или подсоединиться случайно другие. В клетке есть специальные ферменты, которые, подобно путевым обходчикам на железной дороге, следят за состоянием генов и, в случае каких-либо изменений, могут зашить разрывы, восстановить первоначальную комбинацию азотистых оснований в генах. Но ремонты не всегда протекают удачно и тогда, с изменением расположения азотистых оснований в генах, меняется и взаимное расположение аминокислот во вновь синтезируемом белке, что влечет за собой изменение функции этого белка.

Как правило, подобные изменения функции приводят к гибели клетки. Вы помните пример с часами. Лишь некоторые (не очень значительные) изменения не убивают клетку и в дальнейшем, когда эта клетка размножается, измененный ген, а, соответственно и измененные функции передаются следующим поколениям. Это то, что называется «мутационная изменчивость» – изменчивость, вызванная изменением структуры гена (мутация). Изменчивость бывает и другая – вызванная факторами внешней среды. Об этой форме изменчивости мы уже говорили. Конечно же мышцы при интенсивных тренировках увеличивают свою массу. Но дело в том, что эти изменения происходят под влиянием внешних факторов, без изменений структуры гена и, следовательно данные изменения по наследству никак не могут быть переданы. Можете ли Вы себе представить, что у активно занимающегося штангой папаши, рождается младенец, с уже сформировавшейся фигурой штангиста или какая-нибудь дама, загоревшая на юге до черноты, через некоторое время становится матерью чернокожего ребенка?

Итак, под влиянием внешней среды организм может меняться. В этом Ламарк и его последователи правы, но данные изменения не имеют продолжения в потомстве. По наследству передаются только те признаки, которые проявляются с изменениями в структуре генов, расположенных в ядрах клеток животных и растений. В природе постоянно присутствует некое количество животных, или растений, несущих в себе признаки случайно измененных генов. И в процессе эволюционного развития природа не изменяет живые существа, она лишь отбирает из уже имеющихся вариантов тех, кто наиболее приспособлен к данным конкретным условиям среды существования.

Археологические раскопки показали, что на земле действительно жили жирафы с короткими шеями и жили они тысячелетиями припеваючи, поскольку легко доставали основную пищу – листья с низких кустарниковых деревьев. (рис 3) В течение этих же тысячелетий появились мутанты с необычайно длинными шеями. Т. е., рождались жирафы – уроды, у которых по какой-то случайности, или вполне спонтанно изменились гены, определяющие форму шеи. А, поскольку изменялась структура гена, то у данных жирафов появлялось такое же «уродливое» потомство.

рис 3. Ископаемые (вымершие) жирафы с короткими шеями

Поначалу их было не так уж много, потому, что им было в тот период несладко – приходилось сгибать свою неуклюжую шею для того, чтобы сорвать листья с карликовых деревьев. Да и от врагов не могли они убегать так сноровисто, как их миниатюрные собратья. Так и вымерли бы они все, если бы не появились счастливые для них обстоятельства.

В эти тысячелетия менялись и деревья, листьями которых питались жирафы. Деревья стали увеличиваться в размерах. Теперь уже изменившаяся ситуация оказалась не в пользу основной группы жирафов с короткими шеями. Они тянули свои короткие шеи, но… Вопреки утверждениям Ламарка, шеи их в последующих поколениях не удлинялись от постоянных упражнений на растяжку.

Жирафы, утерявшие возможность свободно доставать себе пищу, слабели от голода, болели, становились жертвами хищников. Погибали в неблагоприятных для себя условиях. В то же время, длинные шеи жирафов оказались отличным подспорьем в этих изменившихся условиях. Не прошло и пары десятков тысячелетий, как жирафы, имевшие короткие шеи, вымерли, а «уродливые» мутанты, получившие жизненное пространство, активно продолжили свой эволюционный путь развития, сохранились до наших дней и выглядят они совсем не уродцами, а вполне респектабельно.

– Вы так подробно остановились на жирафах, чтобы показать, что это явление универсальное?

– Да. Вы правы. Спонтанные мутации – явление универсальное, характерное для всего живого на земле. Причем, в процессе эволюции природа ведет себя совсем не так, как например, благоразумный, рачительный фермер, пытающийся оставлять животных только с полезными признаками и удалять бесполезные, или вредные. Взять хотя-бы способность к регенерации: если оторвать у ящерицы хвост, то через некоторое время он полностью восстанавливается. Легко расстаются со своими щупальцами осьминоги, когда их хватают хищники. Вскоре эти утраченные части восстанавливаются. В морских водах обитает небольшое создание, которое называется голотурия, или морской огурец, или трепанг. (рис 4) Так вот, в тех случаях, когда на нее нападает хищник и голотурия чувствует, что от него уже не спастись, она, напрягшись, без сожаления выбрасывает из анального отверстия некоторые внутренние органы на растерзание преследователю. Хищник проглатывает их и «с чувством глубокого удовлетворения» прекращает нападение, а голотурия, спрятавшись в укромном уголке, терпеливо дожидается когда пожертвованные ею органы вновь восстановятся. И они восстанавливаются! И голотурия вновь себя прекрасно чувствует, благополучно избавившись от хищника!