Спадковість без хромосом. Продовження.
Але як же все-таки цитоплазма може передавати генетичну інформацію? Гіпотеза, яку допускає велика частина біологів – прихильників нехромосомної теорії спадковості, полягає в тому, що існують гени, майже подібні до тих, які концентруються в ядрі. Але з тою, однак, відмінністю, що хромосоми не є їх носіями. Це гени, що існують у вільному вигляді в цитоплазмі: плазмогени.
Де і коли могли б ці спадкові елементи відтворюватися в цитоплазмі? У цьому питанні думки розходяться. Увага біологів зосереджується на декількох компонентах цитоплазми: мітохондріях, які виявляються як у тварин, так і у рослин, рибосомах і хлоропластах. Нещодавно, з’ясувалося, що і ті й інші є самовідтворюючими елементами: вони завжди утворюються з раніше існуючих елементів, вони завжди зможуть бути хранителями генетичної інформації. Але це ще не доведено.
Гіпотеза плазмогенів набуває дедалі більшого і більшого поширення. На генетичному конгресі в Гайї американка Рут Сарджер з Колумбійського університету представила результати цікавих робіт, проведених нею у співпраці з японським біологом Іосіріро Цубо. Впливаючи на цитоплазму, їм вдається викликати мутації – зміни спадкових ознак. Вони ж доводять, що чоловічі клітини також можуть передавати нехромосомні гени. Таким чином, стало можливо дослідження схрещування між батьківськими і материнськими нехромосомними генами. Доктор Сарджер висловила думку, що в цитоплазмі існує кілька примірників нехромосомного гена, тоді як в хромосомах виявляється, навпаки, лише один екземпляр.
У гіпотезі плазмогенів в області нехромосомної генетики є гіпотези-суперниці. Ця обставина – зайвий козир в руках її противників; якщо вже прихильники нехромосомної спадковості не можуть порозумітися один з одним, то як бути іншим?
ЗАЛІЗНА ЛОГІКА НА КОРИСТЬ РІВНОВАГИ ДІЙ
Друга гіпотеза, яку висувають генетики, це гіпотеза рівноваги впливів. Суть її така. Речовина хромосом несе всю інформацію. Хромосоми управляють всіма процесами синтезу. Але вони роблять свою роботу не постійно, а лише тоді, коли це необхідно.
У природі повинні існувати механізми координації і регулювання. Їх призначення – контроль інформації, що надходить в якийсь пункт організму та внесення в неї якихось поправок, що залежать від навколишнього середовища і від призначення клітини. Це поки що область досить таємнича. Гіпотеза рівноваги впливу є тут не менш прийнятною, ніж будь-яка інша.
Біологи Жак Моно, Франсуа Жакоб та їх колеги з Пастерівського інституту провели прекрасні дослідження на бактерії кишкової палички. Досліди ці дозволили дещо відкрити таємничу завісу.
Існують два механізми, які контролюють обмін речовин в клітині. Кожен з них діє через посередників, якими є ферменти. Це або абсолютне гальмування процесів синтезу в клітині, або встановлення суворої рівноваги між збудженням і придушенням цих процесів. Генетична роль цитоплазми складатиметься в цьому випадку в контролі синтезу ферментів, за допомогою яких можна пригальмовувати, прискорювати або зовсім припиняти інші синтетичні процеси. При якійсь заданій спадковій інформації та у відповідних внутрішніх умовах виникають деякі стабільні положення, необхідні для того, щоб в клітині йшов активний обмін речовин. Можна припустити, наприклад, стан посиленого придушення обмінних процесів при невеликій кількості вільних ферментів. Або, навпаки, невелике придушення при достатку вільних ферментів.
Досліди, проведені на кишкову паличку, підтверджують теорію нехромосомної спадковості. Існує два види цих бактерій. Перший з них «вміє» постійно синтезувати у великих дозах фермент галактозідазу. Присутність у спільній культурі другого виду позначається в тому, що цей синтез звичайно пригнічується. При наявності ж порушення бактерій синтез йде звичайними темпами. Якщо збудження зникає, бактерії знову пригнічують синтез. Існує поріг такого порушення або навіть швидше два порога: значення їх неоднозначно в двох напрямках – в напрямку пригнічення синтезу і в напрямку припинення блокади. Величина цих порогів залежить від внутрішніх умов і визначається спадковими факторами.
МОЛЕКУЛЯРНИЙ «СТРИПТИЗ»
Слід згадати також про гіпотезу «затравки». Як і гіпотеза рівноваги впливів, вона вдається до фізико-хімічних тлумачень.
Досить проникнення одного кристала в пересичений розчин, щоб викликати кристалізацію величезної маси речовини. Це відома істина, В біології відбувається часом те ж саме. У деяких випадках «запал» – мікроб – може покласти початок біологічному явищу. Ту ж роль здатні грати деякі клітинні елементи в силу їх спадкових якостей.
Пояснюючи гіпотезу «затравки», один з біологів, професор Геріт, наводить приклад з відновленням вірусу тютюнової мозаїки. У структурі його виявляються характерні для вірусу елементи: нуклеїнова серцевина і оболонка. Серцевина є ланцюг РНК, що включає 6 500 нуклеотидів (вихідних одиниць нуклеїнових кислот), молекули цукру, фосфорної кислоти і підстави, розташовані по спіралі, що складається з 130 витків. Оболонка просто окручена 130 витками і складається з 2 тисяч подібних підстав і білків з 150 амінокислотами.
Саме чудове полягає в тому, що з’єднання елементів відповідає виду оборотної реакції. У деяких середовищах протеїни вириваються з ланцюга і розчиняються в середовищі, оголюючи тим самим нуклеїнові спіралі. Цей «стриптиз» на молекулярному рівні звернемо. Структура здатна відновлюватися. Саме це робить частки біологічно ефективними, тобто здатними легко поширювати інфекцію. Відновлення зводиться до кристалізації; це ендотермічний процес, який не потребує втручання ферментів.
А ЯКБИ СПАДКОВІСТЮ ЗАЙНЯЛАСЬ КЛІТИННА МЕМБРАНА
Як ми переконалися, жодна з трьох теорій не заперечує ролі ядра в спадковості. Навпаки, вони дозволяють її точно встановити. Справді, якщо вони виявляться справедливими, то буде доведено, що існує два механізми спадковості. Перший заснований на самовідтворенні елементів «коду спадковості», що нескінченно передають постійний комплекс інформації. Інший механізм, за своєю організацією знаходиться на більш низькому рівні, змінює форму вираження цих елементів. Чи є цитоплазматичною ця друга спадковість, або вона діє на рівні ядра? Біологи поки ще не висловлюють з цього приводу своєї остаточної думки. Спочатку вони охрестили нехромосомну спадковість «цитоплазматичною». З обережності термін був відкинутий, і тепер вважають за краще говорити, що існує генетика і, можливо, «епігенетика».
Як бачимо, нехромосомна спадковість вже вийшла з грудного віку, і тепер її можна порівняти з дитиною, яка робить свої перші кроки; вона хитається, падає, знову йде, просувається вперед на четвереньках, але, врешті-решт, наближається до своєї мети. Хвилюючі висновки настільки привабливих гіпотез ще не підтверджені експериментами. Ніхто не наважується дати тлумачення фактів.
Незважаючи на все це, нехромосомна спадковість стає найбільш злободенним питанням. Тепер, коли відкритий генетичний код, залишається дізнатися, як він застосовується. Яким чином накази, присутні у всіх клітинах, не поширюються всюди, як функціонують механізми, що забезпечують єдність клітини, її регулювання і диференціацію?
Нехромосомній спадковості, звичайно, є що сказати з приводу цих механізмів. Деякі навіть висловлюють припущення, що вона є причетною до проблем раку.
А ось що змушує думати, що і третя частина клітини бере участь у спадковості. За останніми даними, клітинна мембрана відіграє самостійну роль в генетиці. Початкові досліди доктора Курті з Лондонського університету позбавлені деяких точних подробиць. Можна собі уявити, з яким нетерпінням чекають їх всі фахівці. Ті часи, коли вважалося, що ядро відіграє головну роль в спадковості, давно пройшли. Якщо раніше йому завжди відводилася головна роль, то відтепер воно повинно миритися з присутністю «напарників». Вже стало ясно, що в передачі спадковості бере участь вся клітина.
Автор: Мартін Ренью.