Леонид Корочкин: ...чтобы поговорить немножко о современной генетике. Об этой науке достаточно много говорят, и пишут тоже, наверное, достаточно много. Но, к сожалению, авторы передач и заметок допускают досадные неточности в освещении той ситуации, которая сложилась в генетике. И мне бы хотелось внести ясность в эту проблему, особенно в связи с тем, что все-таки генетика как-никак является – и с моей точки зрения, и с точки зрения многих других ученых – ключевым, основным разделом биологии.

Часто пытаются противопоставить современную генетику и классическую генетику, и утверждают, что современная генетика накопила такой огромный фактический материал, который, в общем, ниспровергает основные положения классической генетики, ниспровергает систему взглядов, или, как сейчас модно говорить, парадигму современной генетики, и что требуется срочная замена этой парадигмы на новую, соответствующую современной генетике. На самом деле это не так, достижения современной генетики действительно огромны, но ни одно достижение не противоречит тем взглядам, которые были высказаны генетиками-классиками. С генетикой не случилось ничего похожего на тот переворот, который совершил, скажем, Коперник, заменив своей системой Птолемея, или допустим, Эйнштейн, развив систему Ньютона и Галилея.

Я постараюсь на целом ряде примеров проиллюстрировать то, что, действительно, новая, современная генетика, развивает, детализирует те представления, те основы, которые были заложены классической генетикой и ее основоположниками, тем, что когда-то называли вейсманизм-менделизм-морганизм. Но устои классической генетики не сокрушило даже наиболее, пожалуй, выдающееся открытие в этой области, сделанное во второй половине прошлого века, открытие того, что носителем наследственности являются не белки, а ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота, это открытие не разрушило основные постулаты классической генетики.

Действительно, основное положение классической генетики то, что носителем наследственности является не клетка в целом, а какой-то клеточный компонент, какая-то структура, а именно – структура, локализованная в ядре, а именно, хромосомы, и эти хромосомы подразделены на участки – гены – каждый из которых отвечает за развитие определенного признака. Но и тезис о том, что ДНК, а не белок есть носитель наследственности, никак не поколебало этого классического положения, выдвинутого еще основоположниками генетики.

Далее. Следующее по важности открытие, это открытие сложности строения гена. Оказалось, что ген представляет собой не сплошную последовательность ДНК, а такие как бы чередующиеся участки, одни из которых что-то кодируют, а другие ничего не кодируют, являясь бессмысленной последовательностью, или несут какой-то смысл, не имеющий отношения к синтезу соответствующего продукта.

Так вот, когда происходит синтез продукта ДНК, рибонуклеиновой кислоты (которая, собственно, и штампует белки по программе, которая задана ДНК), то считывается она со всей последовательности ДНК, которая составляет ген. Потом бессмысленные участки выпадают, а остающиеся могут сочетаться в разной последовательности. То есть в пределах одного гена могут быть (хотя и не всегда) закодированы два-три разных белка, но это тоже никак не противоречит основной мысли генетики, что существует материальный носитель наследственности и что за какие-то признаки отвечают определенные гены. Так что здесь все в порядке, и никаких таких противоречий с классической генетикой, с ее постулатами нет.

Но тут возникает очень важный вопрос: как же так получается? Гены, наследственная информация во всех клетках нашего организма одна и та же, но ведь наш организм построен из разных органов, из разных тканей, из клеток разных типов, каждая из которых имеет свою специфическую функцию, отличающуюся от других клеток, от других тканей и так далее. В чем же здесь дело?

Ответ на этот вопрос тоже был дан еще классической генетикой, в частности, одним из ее основоположников и отцов Томасом Хантом Морганом. Дело в том, что в разных клетках набор-то генов один, но между ними имеется функциональное различие, в разных клетках функционируют разные гены. И эти функциональные различия в генетическом аппарате от клетки данной ткани при ее делении передаются дочерним клеткам, это явление называют "эпигенетическая наследственность". И эта эпигенетическая наследственность свойственна не только высшим организмам, многоклеточным, но и бактериям, простейшим, бактерии и простейшие обладают такой эпигенетической наследственностью. То есть, скажем, какая-то бактерия попала в определенные условия так, что в функционирование включились новые гены, и это состояние функционирования передастся потомкам этой бактерии. Но на основании этих данных стали говорить, что, дескать, тезис о том, что приобретенные признаки не наследуется – устарел, что нужно его заменить другим положением – приобретенные признаки наследуются.Александр Гордон: Поэтому у нас жирафы здесь показаны как самый яркий пример такого понимания.Л.К. Да, типичный пример. Он вытягивает шею, упражняется, и вот, пожалуйста, у него шея растет и у потомков тоже растет.

Здесь можно отметить путаницу понятий, которой страдают даже и биологи порой, к сожалению. Понятие о наследовании приобретенных признаков исторически так сложилось, что о нем можно говорить только тогда, когда есть разделение организма на соматические клетки и на зародышевый путь, так называемый, половые клетки. О наследовании приобретенных признаков можно говорить только в том случае, если приобретенные в процессе жизни сомой признаки, – вот как длинная шея у жирафа – передаются в половые клетки и потом воспроизводятся у потомков. Допустим, я научился играть в шахматы, значит, мой потомок еще быстрее научится, у него потомок еще быстрее научится, и потом родится особь, которая с самого рождения прекрасно играет в шахматы.А.Г. Такого не бывает, да?Л.К. В жизни, конечно, такого никогда не бывает. Недаром смеются над опытами Вейсмана, когда он рубил хвосты мышкам, и в потомстве все равно длина хвоста не менялась. И в то же время ссылается на работу одного горе-ученика и сотрудника Ивана Петровича Павлова, который вроде бы показал, что приобретенные условные рефлексы передаются по наследству, но это оказалось ошибкой – потом этого беднягу Павлов выгнал с работы. Но, несмотря на то, что это было четко опровергнуто, все равно продолжают на него ссылаться.

У меня есть другой пример. Допустим, я занялся с бодибилдингом, накачал себе вот такие мышцы, а потом бросил заниматься. Что с мышцами будет? Они вернутся к начальному состоянию, а то еще и хуже, совсем дряблыми станут. То есть наследственный аппарат, гены этих самих мышц, не помнят, что им нужно сохранять такое состояние. А уж чтобы половыми клетками это как-то передалось, это уже совершенно немыслимая ситуация. Пожалуй, наиболее остроумное возражение относительно концепции наследования приобретенных признаков выдвинул наш выдающийся ученый Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский. Он говорил: "Ну, как же так, если приобретенные признаки наследуются, откуда же девственницы берутся?" Действительно, откуда же им тогда взяться. Тезис о том, что приобретенные признаки не наследуются, это один из основных тезисов классической генетики, он незыблем, никакие новейшие достижения его не подорвали.

Правда, часто ссылаются на открытие так называемых подвижных генетических элементов (которые на самом деле к наследованию приобретенных признаков никакого отношения не имеют), что они как раз помогают объяснить случаи, когда приобретенные признаки могут наследоваться.

Что такое подвижный генетический элемент? Это, вообще говоря, открытие современной генетики, но работы в этом направлении были начаты еще генетиками-классиками. Нобелевскую премию за открытие этих подвижных генетических элементов получила как раз МакКлинток, которая еще в 20-30-е годы об этом писала. И на дрозофилах американский генетик Демерек такие же данные получил. С открытием новых методов, с разработкой генно-инженерной техники, с развитием молекулярной генетики все эти явления объяснимы уже на молекулярном уровне.

Подвижный генетический элемент – это такие фрагменты ДНК, такие участки генома, которые могут перемещаться по хромосомам, менять свое положение, и, внедряясь в какой-нибудь ген, менять его проявление, вызывать изменение этого гена. Там еще есть набор таких повторяющихся элементов, скажем, идут тринуклеатиды, и сотню, тысячу раз они повторяются. И посчитали, что, дескать, это показатель нестабильности генома, мол, раньше считали, что геном стабилен, а он не стабилен.

Но ведь то, что геном изменяется, и раньше было известно, мутации были уже открыты. Что такое мутации? Мутация – это изменение, естественно, генома. Поэтому открытие подвижных генетических элементов тоже не подрывает общей концепции, которая говорит о том, что все-таки существуют специфические носители наследственности что эти носители наследственности сосредоточены главным образом в ядерном аппарате, главным образом в хромосоме – потому что подвижные генетические элементы тоже по хромосомам перемещаются.А.Г. Простите, у меня вопрос. Кое-чего я никогда не понимал, может быть, сейчас наступит ясность. Когда должен смутировать геном, чтобы эта мутация была передана по наследству?Л.К. Если мутация происходит в половой клетке, то она передается...А.Г. В половой клетке?Л.К. Ну как может передаться мутация в соматической клетке?..А.Г. То есть, любая мутация в половой клетке, произошедшая во время жизни индивида, передается по наследству?Л.К. Да, передается по наследству.

Но надо сказать, что здесь есть другой очень интересный момент, тоже хорошо известный в классической генетике. Но сейчас он вызывает особый интерес и получает экспериментальные обоснования, приводит к очень важным выводам в объяснении как процессов индивидуального, так и эволюционного развития. Мутировать могут разные гены, и эффект от этих мутаций может быть разный. Может измениться только небольшой признак, может произойти такое изменение, что его удается выявить только в сложной системе скрещивания. А может произойти изменение такого гена, которое отражается на развитии органа или даже целостного организма. Такие гены были и раньше известны, считалось, что есть главные гены и вспомогательные. Но сейчас, с разработкой их с молекулярной позиции, эти главные гены получили название "гены-господа", а другие гены, которыми они управляют, "гены-рабы".

Ген-господин отвечает порой за развитие целого органа, например, глаза. Этот ген-господин дает соответствующий сигнал целой группе вспомогательных генов, которые ждут этого распоряжения, и эти гены начинают работать, начинают синтезировать определенные белки, клетки дифференцируются в определенном направлении, между клетками возникает определенное взаимоотношение, которое определяется и контролируется этими генами, и возникает орган, например, глаз. У дрозофилы есть мутация безглазости, если эта мутация произошла, глаз не развивается, безглазая дрозофила получается. И такой же тип мутации наблюдается у млекопитающих, называется "малые глаза", это тоже недоразвитые глаза.

Современная генетика характеризуется тем, что в нее широко внедрены методы молекулярной биологии, молекулярной генетики, генной инженерии. Использование этих методов позволяет заставить работать гены-господа в тех местах, где они обычно молчат. И если заставить, например, ген-господин, от которого зависит развитие глаза, у дрозофилы работать в необычном месте, например, в лапке, в крыле, на брюхе, то получается дрозофилиный глаз на брюхе, на крыле, на лапках. Такие опыты и на лягушке делали, получили точно такие же результаты.

Самое интересное то, что нужно вместо дрозофилиного гена-господина вставить с помощью современных молекулярных методов ген-господин, взятый, допустим, от мыши, или от человека, ген, который у них заведует образованием глаза, и под влиянием функционирования этого гена, скажем, в лапке или в крыле у дрозофилы развивается глаз.А.Г. Глаз дрозофилы?Л.К. Естественно, не человеческий, что было бы конечно совсем интересно...

Правда, пока никто толком не изучал, идут ли какие-то связи в центр, воспринимает ли этот глаз какую-то информацию. Потому что если он нервными связями с центром не связан, естественно, этим глазом она видеть не может. Но такого рода явления имеют колоссальное эволюционное значение, и работы современной генетики проливают свет на механизм эволюции. Есть много различных гипотез об эволюционном процессе. Несомненно, что эволюция была, потому что ведь есть такие биологи, которые вообще отрицают существование эволюции, есть такие, которые говорят, что с человека все начиналось. На самом деле, конечно, эволюция была, началась она с низших форм, и такого рода мутации, по-видимому, играют ключевую роль в возникновении новых видов.

Эволюционная генетика до сих пор оставалась в рамках полуфилософских гипотез и теорий, а теперь возникла возможность экспериментально изучать эволюционные процессы, в частности, на некоторых группах дрозофил близких, родственных видов. Можно, используя генно-инженерные методы, исследовать, как эта эволюция происходила. Потому что, по-видимому, важнейшую роль в эволюционных событиях сыграли эти подвижные генетические элементы, которые были, вообще говоря, открыты классическими генетиками, но представление о которых было детализировано и конкретизировано современной генетикой.А.Г. То есть, все-таки современная генетика подвергает сомнению традиционные представления об эволюции?Л.К. Понимаете, здесь сколько эволюционистов, столько и представлений. Современная же генетика вносит струю экспериментальной воспроизводимости. В науке главное, чтобы можно было воспроизвести какие-то результаты. Собственно, наука и связана с воспроизводимостью, с экспериментами, которые могут быть воспроизведены. Если какое-то явление нельзя воспроизвести в эксперименте, то о науке уже трудно говорить, это уже то, что лежит за пределами науки. В частности, о происхождении жизни есть масса гипотез, но их в принципе не проверишь, не воспроизведешь, поэтому эта сфера находится уже за рамками науки, лежит в области, скажем, философии биологии.А.Г. А как можно верифицировать ту гипотезу, что эволюция идет путем набора малых мутаций?Л.К. Она, по-видимому, идет не так, не набором малых мутаций. В особенности, в нашей отечественной эволюционной генетике, да и в западной тоже, сейчас есть тенденция объяснять эволюционные процессы так называемыми макромутациями. Такими мутациями, которые вызывают значительные, резкие сдвиги в процессе индивидуального развития, по типу генов-господ. Эти процессы могут взрывообразным способом, сразу привести к образованию нового вида. Причем, мутации этих генов-господ иногда носят курьезный характер. Например, был журнал (он, наверное, и сейчас есть) Примерно. Конечно, этиология таких изменений другая, но они возможны. Кстати, Морган предполагал, что и человек возник примерно так: от какой-то обезьяны родилось существо более похожее на человека, чем на обезьяну, потом признаки эти могли как-то усилиться. Возражения всегда были такими: а скрестится оно, допустим, с непохожим существом и смажутся все признаки. Но, оказываются, подвижные генетические элементы помогают выбрасывать целые пакеты таких измененных организмов, которые как бы сразу образуют небольшую группу родоначальников нового вида...А.Г. То есть, это не индивидуальная, а видовая мутация?Л.К. Да, это пакет. И такого рода события могут привести к эволюционным преобразованиям, преобразованиям генетического аппарата, и затем к появлению новых видов. Такие экспериментальные работы у нас в России ведутся, в частности, Михаил Евгеньев, мой друг, в Институте молекулярной биологии этим занимается, я немножко с ним в этих экспериментах сотрудничаю.

Приятно осознавать, что этот тезис, который тоже изменил лицо современной генетики, тем не менее, был высказан еще генетиками-классиками, в частности, МакКлинток, Демереком. Сначала он был встречено в штыки, считалось, что этот тезис как-то не очень вяжется с основными положениями генетики, но на самом деле я никаких противоречий с взглядами, свойственными классической генетики, не вижу. И, скажем, старые учебники по генетике по-прежнему можно использовать, там многого нет, но основные знания по генетике можно получить из этих учебников. Это тоже один из показателей – скажем если взять учебники физики начала века, то уже сложно будет составить представление о современной физике. А представление о современной генетике, в общем, какое-то можно составить, прочитав даже учебники 30-х годов.

Я в свое время, когда генетика еще была под запретом, учился в Томске, в медицинском институте. Там у некоторых преподавателей хранились старые книги. У моего учителя по гистологии, профессора Хлопкова, стоял шкаф с книгами: первый ряд – "Против реакционного менделизма-морганизма", труды Лепешинской и так далее. А потом как-то мы с ним про Вейсмана заговорили, он говорит: "А ты Вейсмана-то читал?". Я говорю: "Да вы что, это же реакционер!" Он подошел, первый ряд книг вынул, а там дальше – Морган "Наследственность", Вейсман... Я по старым этим книжкам и получил знания о том, что творится в генетике, и в дальнейшем это мне очень помогло усвоить то, что творится в современной уже генетике. Так что прочный запас знаний из этих старых учебников можно получить, во всяком случае, классические законы генетики там хорошо изложены, и их никто не отменял. Вся генетика зиждется на этих законах, а молекулярная генетика помогает как-то детализировать, изыскивать те тонкие пути, по которым реализуются эти законы. Это не отмена, это дальнейшее развитие классической генетики.

Интерес к генетике подогревается в последнее время еще и тем, что, как мне кажется, растет и растет социальное звучание этой науки. Идет масса дискуссий, потому что, как выяснилось, формирование различных свойств личности в значительно большей степени зависит от генов, чем мы раньше предполагали. Раньше считалось, что есть среда, есть воспитание, и все идет от них, а гены это так – можно что угодно воспитать. Но, оказывается – нет. На животных было показано, что такие свойства, как, допустим, агрессивность, трусость, способность к обучению определяются генетически. Были обнаружены даже гены, от которых зависит способность к обучению, предрасположенность к агрессивности, особая трусость и так далее. А коль скоро речь заходила про человека, говорили, что нет, у человека все по-другому, там работают другие принципы – воспитание, духовные качества, они с генами никак не связаны, зависят от окружающей среды и так далее. Но оказалось, что не совсем так, что многие свойства личности, которые формируются у человека в процессе его индивидуального развития, тоже связаны с генами. В частности, агрессивность, наклонности к противоправным действиям, могут определяться генетически.

Даже гомосексуализм – животных, у дрозофилы уже давно был выделен соответствующий ген. И у человека был найден гомологичный ген, который тоже отвечает за это качество. А что касается животных, то я помню, в детстве наблюдал у нас во дворе кота, который только за котами ухаживал и кошек совершенно игнорировал. Тогда меня это поразило, но теперь понятно, что кот был с соответствующим геном.

Но как только речь заходит о человеке, всегда возникают яростные дискуссии, малейшее оригинальное высказывание часто вызывает гнев и среди ученых, и среди публики – "расизм, евгеника" и так далее и так далее. Но расизма никакого нет, если констатировать различие между людьми не только по внешним признакам, но и по психологическим качествам, по свойствам высшей нервной деятельности, ничего здесь такого страшного нет, перед Богом все равны, никто этого не отрицает, но по свойствам, конечно, существуют значительные различия. И уж никак не обвинишь в расизме – поскольку он был африканцем – бывшего президента Сенегала Сенгора, ныне покойного, философа. Он писал: Господь наградил разные расы разными качествами, белым больше присущ рационализм, черным – больше эмоциональные качества, желтым больше интуитивные качества, все наделены этими качествами, но в разной степени, и ничего расистского в этом высказывании нет.

Теперь о евгенике. Евгенику у нас очень часто ругали и продолжают ругать, но, по-моему, постепенно отношение к этой науке меняется. В учебнике Лобашева было сказано, что это раздел генетики, который интересуется различными патологическими процессами в развитии человека и старается как-то предотвратить генетически детерминированные заболевания. Сейчас то, что мы называем медицинской генетикой, это действительно наука, которая выявляет патологические гены у человека, разрабатывает способы, с помощью которых можно вмешиваться в процессы индивидуального развития и исправлять те дефекты, которые зависят от этих поврежденных генов. Некоторые болезни уже давно лечились, например, есть болезни обмена веществ, которые определяются генетически, и если определить сразу после рождения, что у ребенка есть предрасположенность к этой болезни и посадить его на соответствующую диету, вырастает нормальный человек. Если его на обычную пищу посадить, то наблюдаются дефекты в умственном развитии, отставание в развитии, получается урод.

Следует отметить еще одно достижение современной генетики (которое не отменяет классику, но существенно ее дополняет). Оказывается, что эти генетические системы, эти гены удивительно консервативны. То есть практически у всех организмов имеется набор одних и тех же генов, и набор этих структурных генов, которые кодируют белки и какие-то белковые продукты, или особые виды рибонуклеиновой кислоты, у всех одинаков – разница количественная, она связана с определенными моментами, о которых я сейчас скажу.

Считается, что у человека – 30-40 тысяч структурных генов, у дрозофил 14. Но эта разница не оттого, что у человека 14 генов, как у дрозофилы, а другие гены его, человеческие. На самом деле есть такие гены, которые присутствуют не в одной копии, а в нескольких. Возьмем так называемый ген Notch, от которого в значительной степени зависит развитие нервной системы, да и кожи эпидермиса. У дрозофилы, скажем, он один, а у человека этих генов (немножечко друг от друга различающихся) – четыре. Или ген Delta, который тоже имеет отношение к развитию нервной системы. У дрозофилы он один, а у человека их 2-3, у млекопитающих его тоже больше, чем у дрозофил. Поэтому из одних и тех же кирпичиков складываются разные организмы, и естественно встает вопрос – как же это все происходит?

Происходит это, по-видимому, за счет регулирующих генов, генов-господ, которые по-разному организуют развитие. Во-первых, определяют время синтеза белковых продуктов, во-вторых, место, где они образуются, и определяют, таким образом, специфику развития данного организма. Вообще, время формирования различных закладок, время функционирования различных генов играет, по-видимому, решающую роль в процессе индивидуального развития. Об этом тоже начинали говорить еще классики генетики, но в настоящее время это направление приобрело довольно широкий размах.

Допустим, в процессе развития происходит взаимодействие разных тканевых закладок, скажем, разных отделов мозга. Клетки, которые состоят в разных отделах, взаимодействуют между собой, и очень важно, чтобы время этого взаимодействия совпадало со временем их готовности к этому взаимодействию, то есть одна что-то индуцирует, стимулирует, а другая отвечает на этот стимул. Мутация часто приводит к временным рассогласованиям, порою получается, что должен развиваться какой-то отдел мозга, а сигнала еще не поступает, тогда он недоразвит. И наоборот, сигнал поступает, а он не готов отвечать на этот сигнал. В результате могут быть какие-то умственные нарушения, недоразвитие мозга, определенная форма патологии.

Большой интерес вызывает у генетиков наследование способности к обучению. На животных тоже было показано, что можно вывести крыс или мышей умных и можно глупых. Часто используют тесты оценки индивидуального развития для оценки умственных способностей. Можно сказать, что показано, что способность к обучению действительно генетически детерминирована, но это не должно приводить к каким-то пессимистическим выводам. Допустим, кто-то невероятно способен к математике, но если кто-то не способен к математике, то он может быть способен к музыке, быть прекрасным композитором, быть хорошим писателем, певцом и так далее, это тоже хорошо, не знаю даже что лучше. У каждого есть какая-то группа способностей, важно вовремя эти способности выявить и развивать.А.Г. Все равно обидно, у одних способности к математике, у других – к физическому труду.Л.К. Физический труд физическим трудом, но вспомним знаменитых спортсменов: Пеле – футболист, Рой Джонс – боксер, Каспаров и Фишер – шахматисты, их имена тоже гремят, и они, по-моему, не жалеют, что выбрали этот спорт, и неплохо, что у них эти способности были. Так что чтобы все возможности реализовались, конечно, нужно их вовремя выявить, потому что эффект данного гена зависит, естестве… Продолжение »