Наследственность без хромосом
Если небиолога спросить о том, как передается наследственность, наверняка услышишь в ответ о генах и хромосомах. Эти слова уже стали привычными. Лица, более осведомленные, вспомнят о нуклеиновых кислотах. Признано, что нуклеиновые кислоты действуют внутри генов. Гены — это составные части хромосом. Последние же сосредоточены внутри клеточного ядра. Ядро в целом принято считать основой наследственности. Это мнение подтвердилось благодаря блистательным успехам, достигнутым генетикой, а особенно благодаря открытию «кода наследственности». Этот «код» — та или иная комбинация четырех белковых оснований (аденина, гуанина, тимина и цитозина) в молекуле дезоксирибонуклеиновой кислоты — позволяет сосредоточить в минимальном объеме ядра всю наследственную информацию. Всю ли? В этом-то и вся загвоздка!
В тот момент, когда упомянутые сведения о механизме наследственности начинают распространяться среди небиологов, в большом числе работ самих биологов появляются мрачные раздумья в связи с прекрасной, казалось бы, схемой, по которой наследственность тесно связана с клеточным ядром.
ГОЛОВА БЕЗ ТЕЛА ИЛИ ТЕЛО БЕЗ ГОЛОВЫ!
Клетка, у которой удалено ядро, похожа на тело без головы. В крайнем случае, она может прожить несколько мгновений, а затем погибает. Исключение, которое представляют собой красные кровяные тельца — клетки, великолепно существующие без ядра, — только подтверждает роль ядра в передаче наследственности, так как красные кровяные тельца неспособны воспроизводиться. Точно так же ядро, отделенное от остальной клетки, напоминает генерального директора, оторванного от своих служащих, аппарата, заводов. Он обладает информацией, которую некому передавать, он способен принимать решения, которые некому выполнять. Именно под таким углом зрения биологи стали смотреть на роль цитоплазмы, окружающей ядро. Ее сравнили с работником, который выполняет приказы, полученные сверху,— изготовляет белки и ферменты, откладывает резервы, точно указывает элементы, необходимые для поддержания жизни, и производит их обработку. Это просто исполнитель и ничего больше.
Концепция быстро превратилась в догму. Но к сороковым годам стали известны некоторые факты, посеявшие в умах первые зерна сомнения. Наблюдались признаки, которые передавались по наследству, не подчиняясь строгим законам Менделя. Наследственность в этих случаях не определялась хромосомами, не контролировалась ими.
ГЛАВНОЕ — МАТЕРИНСКАЯ ЦИТОПЛАЗМА
Как то биолог Хорсоадиус провел интересный опыт. Он оплодотворял женские клетки одного вида морских ежей сперматозоидами самцов другого вида. Большая часть морских ежей-потомков имела только материнские признаки. Но ведь это означало, что женские клетки были оторваны от своего ядра! Это был один из тех — самых первых — случаев, когда начинало казаться, что мать играет какую-то особую роль, причем через посредство цитоплазмы.
В самом деле, перед оплодотворением зародышевая клетка сильно увеличивается за счет наполнения цитоплазмой. Она примерно в пятьдесят тысяч раз больше сперматозоида, тогда как размер их хромосом примерно одинаков. Значение цитоплазмы подтверждается уже тем, что именно в ней создается запас питательных веществ, необходимых для поддержания жизни зародыша и для его развития. Сперматозоид, проникая в зародышевую клетку, приносит в нее лишь свои хромосомы. Если уж организм похож на мать и только на мать, это должно было быть делом только цитоплазмы. Можно представить себе реакцию биологов классического направления на эти опыты и на подобные выводы. Тем более, что они не приобрели еще окончательной четкости…
Около того же времени немец фон Ваштейн провел несколько интересных опытов на растениях. (Кстати сказать, именно опыты на растениях дали больше всего любопытных фактов.) Он скрещивал мхи определенного вида и установил явное преимущество материнских признаков в потомстве. На основе этих опытов биолог предположил, что в цитоплазме могут существовать элементы, сходные с теми, какие существуют в хромосомах.
Затем были установлены другие волнующие факты, физиолог Михаэлис, исследуя мозаичность растений, обнаружил любопытное явление. Мозаичные болезни известны давно. Причиной их возникновения, как выяснили биологи, являются вирусы и грибки, ведущие паразитический образ жизни на растениях. Это объяснение справедливо для многих растений, но не для всех. В ряде случаев мозаичность — проблема чисто наследственная.
На листьях, пораженных мозаикой растений, есть участки, лишенные хлорофилла,— участки-кальбиносы. Происхождение их объясняется тем, что в процессе роста некоторые клетки наследственно потеряли способность к синтезу хлорофилла. Другие участки того же растения зеленые. Здесь происходит синтез хлорофилла. Результаты опытов Михаэлиса показали, что в потомстве растений расположение этих двух зон зависит исключительно от того, где образовалась женская зародышевая клетка. Иначе говоря, признак никогда не зависит от пыльцы. Зародышевые клетки цветов, образовавшихся на зеленом участке растения, давали начало семенам, которые прорастали зелеными всходами. Семена, происходившие из бесхлорофилльного участка, давали бесцветные ростки. А те, что зародились на мозаичном участке, давали три вида ростков: зеленые, бесцветные и мозаичные. Это еще один пример материнской наследственности.
Единственное представленное биологами объяснение этого факта таково: так как только женские зародышевые клетки определяют передачу мозаичности по наследству, то генетическая информация передается цитоплазмой.
«ЕРЕТИЧЕСКАЯ» ГЕНЕТИКА
Количество опытов увеличилось. Разумеется, разгорелся ожесточенный научный спор. Но стало заметно, что число ярых противников нехромосомной наследственности значительно уменьшилось. Теория нехромосомной наследственности в качестве приложения к основной теории пробивает себе дорогу. Этот вопрос начинает увлекать биологов. Ученые заговорили о цитоплазматической генетике. Нехромосомная наследственность стала официально признанным фактом.
Отныне биологи делают первые попытки объяснить давно наблюдавшиеся необычные факты. Теперь, когда сознание подготовлено к восприятию новой теории, обнаруживаются многочисленные подтверждения ее. Они, эти подтверждения, существовали и раньше, но упорно не замечались только потому, что никто не хотел их видеть…
Вызывает сомнение не сама менделевская теория наследственности, а ее односторонность. Отныне вопрос ставится так: только ли ядро со своими хромосомами и хромосомы со своими генами играют роль в наследственности, или есть и другие элементы, управляющие ею? Может быть, существует даже возможность передачи наследственности и в том случае, когда хромосомы (а следовательно, и ядро клетки) не принимают в ней участия.
Интересно отметить, что технический прогресс, способствовавший недавнему блистательному успеху классической «хромосомной генетики», послужил вместе с тем и толчком к развитию «еретической» генетики. В цитоплазме столько составных веществ, причем настолько маленьких размеров, что во всем этом невозможно разобраться без электронного микроскопа. В клеточной цитоплазме, как в растительной, так и в животной, есть митохондрии и рибосомы, без которых невозможен синтез первичных белков и ферментов, аппарат Гольджи и прочие образования, выполняющие определенные функции.
Продолжение следует.
Автор: Мартин Ренью.