Сиддхартха Мукерджи – Ген. Очень личная история (страница 23)

Чтобы понять значение открытия Моргана, вернемся к Менделю. В его экспериментах гены вели себя как независимые сущности, свободные агенты. Между, скажем, окраской цветков, текстурой семян и высотой стеблей не прослеживалось никакой связи. Все признаки наследовались независимо и встречались в любых комбинациях. Каждое скрещивание, таким образом, было настоящей генетической рулеткой: скрестив высокое растение с пурпурными цветками и низкое с белыми, вы получали все возможные сочетания – высокие растения с белыми цветками, короткие с пурпурными, и так далее.

Однако у Моргана гены дрозофил не всегда вели себя независимо. С 1910 по 1912 год он и его студенты скрестили тысячи мутантов, получив десятки тысяч их потомков. Результаты каждого скрещивания тщательно протоколировали: белые глаза, черное тело, короткие крылья, загнутые щетинки. Изучая гибридизационные таблицы, которыми были заполнены уже десятки тетрадей, Морган заметил неожиданную закономерность: некоторые гены вели себя как «сцепленные» друг с другом. Например, ген, отвечающий за формирование белых глаз («белоглазый», white eyed), был неразрывно связан с X-хромосомой: как бы Морган ни скрещивал мух, признак белоглазости всегда следовал за ней. Аналогичным образом ген черного тела был сцеплен с детерминантой формы крыльев.

Для Моргана это генетическое сцепление означало лишь одно: гены физически связаны друг с другом[316]. Ген черного тела у мушек никогда не наследуется (или наследуется редко) независимо от гена миниатюрных крыльев, потому что они находятся на одной хромосоме. Если две бусины на одной нити, они всегда остаются вместе, как бы разные нити ни перемешивались и ни комбинировались друг с другом. Тот же принцип действует и в отношении двух генов на одной хромосоме: нельзя так просто отделить ген, отвечающий за форму щетинок, от гена цвета тела. Неразделимость признаков имеет под собой материальную основу: хромосома – это «нить», на которую гены «нанизаны» и никуда с нее в норме деться не могут.

Морган открыл важную поправку к законам Менделя: гены передаются не по отдельности, а комплектами. То есть пакеты информации сами тоже упакованы – в хромосомы и, наконец, в клетки. Даже важнее, чем само открытие, было его следствие: Морган связал не только гены, он концептуально связал две дисциплины – клеточную биологию и генетику. Ген перестал восприниматься «чисто теоретической единицей». Он оказался материальным объектом с конкретным адресом внутри клетки и определенной формой[317]. «Имеем ли мы право, после того как мы локализовали гены в хромосомах, – рассуждал Морган, – рассматривать их как материальные единицы, как химические тела более высокого порядка, чем молекулы?»[318]

Установление связи между генами привело ко второму и к третьему открытиям. Но вернемся к сцеплению: эксперименты Моргана позволили установить, что сцепленные в составе одной хромосомы гены наследуются совместно. Если ген, отвечающий, допустим, за голубой цвет глаз, сцеплен с геном светлых волос, то дети-блондины неминуемо будут голубоглазыми (пример гипотетический, но принцип, который он иллюстрирует, абсолютно реален).

Однако наблюдали и исключения из закона сцепления: иногда – очень редко – ген мог отцепиться от своих соседей и переместиться, например, с отцовской хромосомы на такую же материнскую. В нашем примере это означало бы исключительно редкое рождение голубоглазых и темноволосых или, напротив, кареглазых и светловолосых детей. Морган назвал этот феномен кроссинговером[319]. Как мы увидим, со временем его открытие вызовет в биологии целую революцию, обнажив принцип, что фрагменты генетической информации могут перемешиваться, комбинироваться, меняться местами не только между сестринскими хромосомами[320], но и между организмами и даже между разными видами.

Последнее открытие, основанное на работе Моргана, тоже родилось в практическом исследовании кроссинговера. Некоторые гены были так прочно связаны, что кроссинговером никогда не разделялись. Студенты Моргана предположили, что такие гены на хромосоме расположены особенно близко друг к другу. Остальные гены, хоть и тоже сцепленные, разделялись чаще. Значит, между ними расстояние на хромосоме должно быть больше. Ну а не сцепленные гены должны располагаться на разных хромосомах. Словом, прочность генетической связи определяется физической близостью генов на хромосоме: оценив, как часто два признака – светлые волосы и голубые глаза – наследуются совместно, можно измерить расстояние между генами этих признаков.

Зимним вечером 1911 года тогда еще 20-летний Альфред Стёртевант захватил с собой в общежитие экспериментальные данные по сцеплению генов дрозофилы и вместо выполнения задания по математике всю ночь корпел над первой генетической картой мушки. Если ген A прочно сцеплен с B и слабо – с C, то эти гены, как рассудил Стёртевант, должны располагаться на хромосоме вот в таком порядке и на таком относительном расстоянии друг от друга:

A. B……….C.

Если аллель, ответственный за зубчатые крылья, часто наследуется вместе с аллелем, определяющим развитие коротких щетинок, то гены этих двух признаков должны находиться на одной хромосоме, а ген цвета глаз, который передается независимо, – на другой. К концу ночи Стёртевант набросал первую в истории линейную генетическую карту: она отражала расположение полудюжины генов на хромосоме дрозофилы.

Та примитивная карта Стёртеванта стала предпосылкой для гигантской и кропотливой работы по картированию человеческого генома в 1990-х. Устанавливая относительное расположение генов на хромосомах по характеру сцепления, Стёртевант подготовил почву для будущего клонирования генов, связанных с многофакторными семейными заболеваниями вроде рака груди, шизофрении или болезни Альцгеймера. Примерно за 12 часов в комнате нью-йоркского студенческого общежития был залит фундамент проекта «Геном человека».

С 1905 по 1925 год Мушиная комната Колумбийского университета была настоящим эпицентром генетики, каталитической камерой новой науки. Сродни расщепленным атомным ядрам, идеи множились, отталкиваясь от других идей и порождая зачатки новых. Цепная реакция открытий – сцепление генов, кроссинговер, линейность генетических карт, расстояние между генами – была такой бурной, что генетика, казалось, не рождалась, а прямо-таки молниеносно врывалась в мир. В следующие десятилетия на обитателей лаборатории посыпятся Нобелевские премии: Морган, его студенты, студенты его студентов и даже их студенты – все получат награду за свои открытия.

Но, несмотря на успехи со сцеплением и картированием, Морган мучительно пытался вообразить и описать ген в его материальной форме: какое химическое вещество могло бы переносить информацию в виде «нитей» и «карт»? Вот яркое свидетельство способности ученых довольствоваться абстракциями: 50 лет после публикации статьи Менделя – с 1865-го по 1915-й – биологи знали гены только по их проявлениям: гены определяют развитие признаков, они могут мутировать и потому кодировать альтернативные варианты признаков, гены в той или иной степени связаны друг с другом физически или химически[321]. Смутно, будто сквозь пелену, перед биологами проступали закономерности и основные образы: нити, цепочки, карты, перекресты, прерывистые и непрерывные линии, хромосомы, переносящие закодированную и сжатую информацию. Но никто не видел ген в действии и не знал, что он из себя представляет физически. Главный объект науки о наследственности, оставаясь невидимкой, лишь издевательски манил ученых играми теней.

Если морские ежи, хрущаки и плодовые мушки казались такими далекими от мира людей, если реальная значимость открытий Моргана и Менделя всегда была под вопросом, то события жестокой весны 1917 года не оставили сомнений в обратном. В марте того года, пока Морган в своей Мушиной комнате писал статьи о генетическом сцеплении, по России прокатилась волна беспощадных народных восстаний, которая обезглавила монархию и вознесла к вершинам власти большевиков.

Казалось бы, что может связывать гены и революцию в России? Первая мировая война ввергла голодное, измученное население в смертоносное неистовство недовольства. Царя считали слабым и бесполезным. Армия бунтовала, рабочие бастовали, инфляция зашкаливала. В марте 1917 года Николая II вынудили отречься от престола. Но гены – и их сцепление – в этой истории играли роль катализатора. Русская царица Александра приходилась внучкой английской королеве Виктории[322], от которой в наследство получила не только точеный нос и фарфоровое сияние кожи, но и ген гемофилии B, смертельной болезни крови. У потомков Виктории наблюдалось крисс-кросс наследование[323] этого заболевания.

Гемофилию вызывает единственная мутация, которая выводит из строя один из белков, участвующих в свертывании крови. Без него не образуется кровяной сгусток, и даже небольшая рана может обернуться потенциально смертельной кровопотерей. Название болезни – от греческих слов haimo («кровь») и philia («расположение, любовь») – горькая насмешка над трагической сутью: больные гемофилией слишком любят истекать кровью.

Генетическое заболевание гемофилия, как и белые глаза у плодовых мушек, – признак, сцепленный с полом. Женщины могут быть его носителями и передавать ген по наследству, но страдают от заболевания, как правило, мужчины[324]. Мутация, приводящая к гемофилии, вероятнее всего, спонтанно возникла у самой королевы Виктории, если говорить о ее династии. Восьмой ребенок королевы, Леопольд, унаследовал этот ген и умер от кровоизлияния в мозг в возрасте 30 лет. Кроме того, мутантный ген передался от Виктории второй дочери, Алисе, а от Алисы – ее дочери, русской императрице Александре.