Ген. Очень личная история - Сиддхартха Мукерджи

«Эксперименты продвигались медленно, – писал Мендель. – Сначала требовалось определенное терпение, но вскоре я обнаружил, что дела идут лучше, если вести несколько экспериментов одновременно». Проводя несколько скрещиваний параллельно, он получал данные быстрее и постепенно начал различать в них некоторые закономерности: непредвиденное постоянство, консервативные соотношения, количественную ритмичность. Наконец-то он вплотную подобрался к внутренней логике наследственности.

Первую закономерность было легко заметить. У гибридов первого поколения индивидуальные наследственные черты – растение высокое или низкое, с зелеными семенами или с желтыми – совершенно не смешивались. Высокие растения при скрещивании с карликовыми неизменно давали только высокие. От гибридизации обладателей круглых горошин с обладателями морщинистых получались экземпляры только с круглыми горошинами. Этой закономерности подчинялись все семь выделенных Менделем признаков. По его словам, «характер гибридов» не был промежуточным, а «повторял одну из родительских форм». Мендель назвал варианты признаков, которые «берут верх»[154] над другими, доминантными, а пропадающие – рецессивными.

Даже если бы Мендель на этом закончил эксперименты, огромный вклад в теорию наследственности уже был бы сделан. Существование доминантных и рецессивных аллелей признаков противоречило теориям XIX века о смешанном наследовании: у гибридов Менделя не было промежуточных черт. Проявлялся лишь один аллель, заставляя другой вариант признака исчезнуть.

Но куда пропадает рецессивный признак? Доминантный аллель его поглощает или устраняет? Чтобы ответить на этот вопрос, Мендель провел второй эксперимент. Он переопылил друг с другом гибриды от скрещивания высоких растений с низкими, получив третье поколение гороха[155]. Так как высокорослость – доминантный признак, все родительские особи в этом эксперименте были высокими, а признак низкорослости как бы пропадал. Результаты же их скрещивания оказались совершенно неожиданными. У части потомков низкорослость восстановилась[156] в первозданном виде после исчезновения на целое поколение. То же самое произошло и с остальными шестью признаками. Белые цветки исчезли у гибридов первого поколения, чтобы вновь появиться у гибридов второго. Мендель понял, что гибридный организм – составная структура с заявляющим о себе доминантным аллелем и скрытым рецессивным (Мендель называл такие варианты формами; термин «аллель» ввели генетики только в 1900-х).

Изучая математические связи – соотношения – между разными типами потомков от каждого скрещивания, Мендель начал строить модель наследования признаков[157]. Согласно этой модели, каждая форма признака определяется независимой неделимой частицей информации. Для каждого признака сушествуют два варианта частиц (два аллеля): определяющие высокий рост или низкий, белые цветы или фиолетовые, и так далее. Растение наследует по одной копии частиц от каждого родителя: один аллель – от отцовской особи через спермий, другой – от материнской через яйцеклетку. У гибрида сохраняются в целости оба аллеля, хотя обнаруживает свое существование только один.

Между 1857 и 1864 годами Мендель тысячами лущил плоды гороха и маниакально заносил в таблицы результаты гибридизаций («желтые семена, зеленые семядоли, белые цветы»). Данные оставались поразительно согласующимися. Маленькая делянка в монастырском саду поставляла ошеломляющие объемы данных для анализа: 28 тысяч растений, 40 тысяч цветков, около 400 тысяч семян. «В самом деле, нужна некоторая отвага[158], чтобы взяться за столь масштабный труд», – напишет позже Мендель. Но отвага – не то слово. В его работе больше проявлялось другое качество, которое можно было бы определить как чуткость (tenderness).

Этим словом редко описывают науку или ученых. Оно имеет общие корни с «уходом» (tending) – занятием фермера или садовника, но еще и с «натяжением» (tension), как у усика гороха, тянущегося к солнцу или к опоре. Мендель был в первую очередь садовником. Его гениальность подпитывалась не глубокими знаниями догматов биологии (к счастью, он провалил экзамен, притом дважды), а скорее инстинктивным знанием сада, сочетающимся с острой наблюдательностью. Кропотливое перекрестное опыление сеянцев, тщательное ведение таблиц с цветами семядолей и другими признаками вскоре наградили Менделя находками, необъяснимыми с позиций классического понимания наследования.

Эксперименты Менделя говорили, что наследственность можно объяснить только передачей дискретных единиц информации от родителей к потомкам. Спермий несет одну копию этой информации (аллель), яйцеклетка – другую (второй аллель); организм, таким образом, получает по одному аллелю от каждого из родителей. Когда этот организм сам производит спермии или яйцеклетки, аллели разделяются вновь: в яйцеклетку или спермий попадает лишь один из них – чтобы соединиться в новой комбинации в следующем поколении. Один аллель может доминировать над другим, когда они вместе. В присутствии доминантного аллеля рецессивный будто бы исчезает. Но если растение следующего поколения получает два рецессивных аллеля, свойства этого аллеля снова проявляются. Содержащаяся в одном аллеле информация неделима; сами частицы наследственности всегда остаются целыми.

Пример Доплера вернулся к Менделю: за шумом пряталась музыка, за кажущимся беспорядком скрывались законы, и только глубоко искусственный эксперимент – выведение гибридов чистых линий с простыми признаками – мог выявить эти скрытые закономерности. В основе великого разнообразия живых организмов – высоких, низких, морщинистых, гладких, зеленых, желтых – лежали частицы наследственной информации, передающиеся от поколения к поколению. Каждый признак наследуется как единое целое, самостоятельное, отчетливое и постоянное. Хоть Мендель и не дал название своей единице наследственности, он открыл ключевые свойства гена[159].

8 февраля 1865 года, через семь лет после выступления Дарвина и Уоллеса на встрече Линнеевского общества в Лондоне, Мендель представил первую часть своей статьи[160] на собрании куда менее помпезном: он обращался к фермерам, ботаникам и прочим биологам в Обществе естествоиспытателей города Брно (вторую часть он прочитал 8 марта, месяцем позже). Об этом историческом событии осталось мало записей. Известно, что в небольшом помещении Менделя слушали примерно 40 человек. Статья, набитая десятками таблиц и таинственными обозначениями признаков и вариантов, была весьма непростой даже для статистиков. Биологам же она, вероятно, казалась полной абракадаброй. Ботаники изучали в основном морфологию, не нумерологию. Подсчеты вариантов семян и цветков у десятков тысяч гибридных образцов должны были сильно озадачить современников Менделя; идея скрывающихся в природе мистических числовых «гармоний» вышла из моды вместе с Пифагором. После доклада Менделя один профессор ботаники решил обсудить «Происхождение видов…» Дарвина и теорию эволюции. Никто из слушателей не понял, как связаны эти темы. Даже если Мендель знал о возможной связи между «единицами наследственности» и эволюцией – а его черновые записи указывают на поиски такой связи, – в тот момент он не высказал об этом ничего определенного.

Статью Менделя опубликовал ежегодный журнал Proceedings of the Brno Natural Science Society[161]. Немногословный в жизни, на бумаге Мендель