НА ВЕНЕРЕ И НА ЗЕМЛЕ

Вы сидите дома, уютно устроившись в кресле. Перед вами на экране телевизора панорама планеты Венера — самая настоящая. Автоматическая межпланетная станция, находясь в совершенно фантастических условиях, передает эту панораму на Землю. Если бы кто-нибудь в середине 30-х или даже 40-х годов нашего века нарисовал перед вами подобную картину, добавив при этом, что вы доживете до того дня, когда она станет реальностью, вы в лучшем случае сочли это шуткой. И вот одно из самых дерзких мечтаний человечества осуществилось.Конечно, трудно удержаться и не заметить, что основное назначение автоматических межпланетных станций «Венера», а также станций, исследующих сейчас окрестности Других планет солнечной системы, — это получение и передача на Землю различных видов информации. Более того, работа межпланетных станций вообще возможна постольку, поскольку они получают с Земли различные управляющие сигналы — опять-таки информацию. Но эта глава посвящена биологии, и мы вспомнили здесь о межпланетных станциях лишь потому, что не так давно осуществилось еще одно чудо, по своему значению не уступающее межпланетным перелетам, — человек научился выполнять хирургические операции на хромосомах, освоил так называемую генную инженерию.При окрашивании клеточного ядра на определенных стадиях деления в клетках крови человека, слюнных желез маленькой плодовой мухи дрозофилы, в делящихся клетках растений хорошо видны небольшие продолговатые тельца. Это хромосомы — носители наследственности и изменчивости организма. В хромосомах содержится генетическая информация, определяющая вид, свойства и функции сложнейшего организма. Число, форма и размеры хромосом строго постоянны для данного организма, хотя значительно меняются от вида к виду.У аскариды, например, всего две хромосомы, у папоротников — до 500, а у некоторых морских микроскопических животных — радиолярий — их число достигает 1600! Хромосомы всегда парные. Поэтому в каждой клетке организма содержится по две хромосомы каждого сорта. Так, среди 46 хромосом человека имеется по две хромосомы каждого из 23 сортов. Эти сходные, или, как их называют, гомологичные хромосомы, тождественны во всех отношениях — не только по величине и форме, но и по содержащимся в них наследственным единицам — генам. Одну из гомологичных хромосом ребенок получает от отца, другую — от матери.Образно выражаясь, гены подобны нанизанным на нитку бусам разной величины, формы и цвета. Но это не более чем сравнение. На самом деле гены — это участки хромосомы, обладающие определенной биохимической функцией и определяющие наследование одного или нескольких признаков, будь то цвет глаз или полос или предрасположенность к некоторым заболеваниям,Гены очень малы. Рассмотреть ген можно лишь с помощью электронного микроскопа при увеличении до 100 тысяч раз. Средняя длина одного гена имеет порядок двух микрометров.Так вот, биологи научились заменять одни гены в хромосомах другими. Более того, имеется принципиальная возможность сконструировать по своему желанию из отдельных генов целую хромосому. Это и есть то, что называют сейчас генной инженерией.

ДВОЙНИК ФАРАОНА

Сконструировать хромосому —это значит в дальнейшем создавать организмы с наперед заданными отличительными признаками. Профессор Калифорнийского университета Э. Карлсон считает, что в будущем окажется возможность создавать точные копии некоторых давно умерших людей. Для этого потребуется всего лишь синтезировать точную, копию набора хромосом, которые были во всех клетках людей минувших веков. Оригиналы хромосом можно выделить, к примеру, из мумий египетских фараонов. Правда, сегодня создание искусственного хромосомного набора еще не представляется возможным, но уже сейчас можно считать это вполне допустимой научной реальностью не столь отдаленного будущего.Итак, представим себе это будущее. Все хромосомы фараона нам известны и воссозданы, но не спешите радоваться — это пока еще не Тутанхамон. Следующая задача — создать из хромосом живого человека. Уже сегодня ученые при помощи особо тонких инструментов могут извлекать из клетки и вставлять в нее определенные структуры. Основываясь на таких работах, профессор Э. Карлсон представляет себе дальнейший процесс воскрешения фараона следующим образом. Искусственно синтезированное клеточное ядро, содержащее нужный набор хромосом, вводится вместо настоящего в яйцеклетку. После этого, по мнению Э. Карлсона, развитие должно будет идти нормальным путем: много кратное деление клетки, образование эмбриона и т. д. На свет появится младенец, повторяющий черты Тутанхамона.Если сегодня фантасты могут только мечтать о подобных превращениях, то ученые уже делают первые реальные шаги для осуществления в будущем этой идеи.

КОРОЛЕВА НАУК

Биологию, как в недалеком прошлом физику, можно назвать сегодня королевой наук. Во всем мире к ней проявляется большой интерес, и поэтому по биологи сейчас выходит огромное количество книг, в том числе и популярных. В этой главе мы лишены возможности дать даже самый поверхностный обзор тех проблем, которые считаются сегодня в биологии ведущими. Поэтому мы ограничимся несколькими примерами, возможно, сточки зрения биолога, не самыми важными, но такими, которые позволят нам выявить роль информации в живых организмах и попутно ответить на несколько «почему?».Всякий организм состоит из миллионов и миллионов отдельных клеток. Клетка, в свою очередь, состоит из оболочки, наполненной жидким веществом — цитоплазмой. В цитоплазме плавает ядро, а уже в ядре расположены хромосомы. Чем совершеннее организм, тем более дифференцированы его клетки. Например, мозговые клетки — нейроны — ни по своему строению, ни по функциям почти не напоминают красные кровяные шарики, каждый из которых также представляет собой клетку. Клетки печени, почек и других внутренних органов, слизистых оболочек, кожи — все это различные виды клеток, и все они в большой степени отличаются друг от друга. Но все клетки обладают одним общим свойством — в ядре каждой из них имеется полный набор хромосом. И при этом откуда бы ни была взята клетка, ее хромосомы полностью идентичны хромосомам всех других клеток данного организма.Исключение составляют половые клетки, в каждой из которых имеются лишь половинные наборы хромосом. При оплодотворении два половинных набора хромосом двух клеток сливаются и образуется клетка (яйцеклетка) с полным набором хромосом. Эта клетка начинает делиться, и постепенно из нее образуется новый организм. Именно процесс постепенного построения организма из одной-единственной клетки будет представлять для нас основной интерес, потому что здесь в наиболее полной степени проявляются информационные черты явления.

ИЗ ОДНОЙ КЛЕТКИ

Опишем еще один опыт. Ученые взяли оплодотворенную яйцеклетку мыши и заменили имеющийся там набор хромосом на другой, взятый из ядра клетки кожи другой мыши. Затем яйцеклетку поместили на место в матку первой мыши, где она нормально развивалась. В положенный срок родился мышонок, полностью тождественный той особи, из кожной клетки которой был взят набор хромосом.Таких опытов проводилось большое количество, и не только с мышами. Результаты их на сегодня с полной очевидностью доказывают: набор хромосом каждой клетки данного организма содержит полное, исчерпывающее описание всего организма. С этой точки зрения приведенный нами пример, касающийся возможности реконструкции какого-либо давно умершего лица, по существу, совсем не фантастичен.Итак, набор хромосом, имеющийся в любой клетке, содержит всю информацию, необходимую для того, чтобы можно было воссоздать другой, в точности такой же организм. Это доказано, но имеется другой вопрос, над решением которого биологи бьются давно и пока еще безуспешно.Развитие Организма из яйцеклетки совершается путем последовательных делений (митозов) исходной клетки на две, четыре, восемь, шестнадцать и т. д. новых клеток. Сам процесс деления представляет одну из интереснейших глав – современной биологии, и опять-таки мы не можем здесь уделить ему даже несколько строчек. Вопрос же, который нас интересует, состоит в следующем. Каждая новая клетка, возникшая после деления, имеет ядро, содержащее полный набор хромосом, в точности такой же, как у материнской яйцеклетки. Говоря нашими словами, каждая новая клетка содержит в точности такую же информацию, какую и ее породившие. Почему в таком случае, начиная с определенных стадий деления, получаются различные клетки, как уже отмечалось, весьма непохожие друг на друга?И второй вопрос, тесно связанный с первым: почему каждая новая клетка занимает в образующейся структуре каждый раз одно и то же строго определенное место?