Валерия Черепенчук - Генетика за 1 час

Валерия Черепенчук

Генетика за 1 час

© ИП Сирота, 2017

© Оформление. ООО «Издательство «Э», 2017

Часть I. Теории и дискуссии о законах наследственности: от античности до XIX века

1.1. Античные авторы о наследственности: первые попытки объяснить и обосновать

Генетика как наука, изучающая вопросы наследственности и изменчивости, существует всего около сотни лет, и последние десятилетия ее развития были весьма плодотворны. Уже в эпоху Древнего мира люди пытались объяснить появление новых видов в животном и растительном мире, разобраться в правилах наследования различных признаков – как желательных, так и нежелательных.

Почему у членов одной семьи могут быть глаза разного цвета? Какие процессы в организме родителей влияют на пол будущего ребенка? Можно ли повысить урожайность съедобных злаков? Можно ли добиться того, чтобы потомки лошадей, на которых мы ездим сейчас, были более быстрыми и выносливыми, чем их родители? Вначале человек стремился хотя бы объяснить природные явления. Попытки подкрепить сложившиеся теории практически (например, выводить новые породы домашних животных) начались несколько позже.

Большой вклад в рассмотрение вопросов наследственности внесли философы Древней Греции. Но эта область знания не выделялась в отдельную отрасль, как, впрочем, и все остальные. В то время философия считалась матерью всех наук, и большинство ученых параллельно занимались исчислениями, астрономией, лингвистикой… Само слово «генетика» происходит от греческого «генезис» – порождающий, происходящий. Правда, термин был предложен лишь в начале XX в. английским биологом Уильямом Бэтсоном (1861–1926 гг.).

Итак, какую основу для современной генетики заложили мыслители древности?

Один из самых популярных тогда вопросов: от чего зависит пол будущего младенца? Алкмеон Кротонский, живший в VI–V вв. до н. э., высказывал предположение, что рождение девочек либо мальчиков зависит от пропорций смешения «мужского» и «женского» семени – существование последнего тогда не вызывало особых сомнений. Соответственно, если при зачатии преобладало семя отца, рождался мальчик, если семя матери – девочка. Функцию производства семени многие древние ученые отводили головному и спинному мозгу.

Сходную теорию защищал последователь Алкмеона – Гиппон, правда, он считал, что определяющую роль в рождении мальчика либо девочки играет качество мужского семени – для зачатия мальчика оно должно быть «густым» и «сильным»; если же оно не отвечает этим требованиям, будет девочка. «Женское» же семя – лишь питательная среда для будущего ребенка.

Философ Эмпедокл (V в. до н. э.) поставил на первое место условия созревания плода: если матка «теплая», на свет появится мальчик, если «холодная» – девочка. Температурой «семени отца» он объяснял возможное сходство или несходство ребенка с родителями.

Уже в древности существовали предположения, пусть и весьма наивные, о наследовании различных признаков от обоих родителей.

Современники Эмпедокла Парменид и Анаксагор считали, что пол младенца и его сходство с матерью либо отцом зависят от того, с какой стороны в матке развивается зародыш: испокон веков правая сторона считалась мужской, а левая – женской. Впоследствии Анаксагор пошел дальше и задался вопросом: ведь не просто так организмы одного вида в целом схожи? Например, у людей – по две руки, две ноги и так далее. Да еще и дети в большинстве случаев рождаются похожими на отца с матерью. Все это означает, что, во-первых, у природы (или у богов) должен быть какой-то образец, универсальный шаблон. Во-вторых, должен существовать некий механизм, позволяющий передавать детям внешние признаки родителей: цвет волос, форму носа… Он высказал предположение, что мельчайшие частицы, создающие новую жизнь, уже несут в себе миниатюрный образ будущего организма. Правда, как именно это происходит – оставалось тайной.

Теорию Анаксагора развил Демокрит, автор атомистической теории: он считал, что все сущее состоит из мельчайших частиц, причем однородные частицы соединяются друг с другом и образуют тела и предметы. Следовательно, рассуждал ученый, семя содержит в себе некое подобие «экстрактов» из всех систем и органов – этим и обусловлено появление сходство новой особи с родителями. А пол этой особи зависит от того, как поведут себя частицы, отвечающие за половые признаки. Если «победят» частицы отца – на свет появится младенец (детеныш) мужского пола.

«Отец медицины» Гиппократ высказал предположение, что признаки, которые хранит семя отца и матери, комбинируются после зачатия достаточно свободно и результат во многом случаен. Надо уточнить, что половая система человека тогда была еще практически не изучена. Более или менее стройные ее описания будут сделаны только в III–II вв. до н. э. медиками Александрии и Рима.

Множество интересных идей высказал Аристотель. Семя он считал продуктом, отделяющимся от крови в процессе жизнедеятельности. Будучи увлечен вопросом соотношения материи и духа, философ предположил, что материальную основу будущего зародыша обеспечивает женский организм, а семя мужчины вдыхает в него душу – и только после этого начинается развитие. Соответственно, все характерные признаки эмбрион получает от отца. Но почему тогда на свет появляются не только мужские особи? Здесь Аристотель соглашается со своими предшественниками: в этом вопросе все зависит от исхода «борьбы» между мужским и женским началами. Да, не слишком последовательно. Но все же великий ученый несколько расширил рамки вопроса и предположил, что большое значение имеет возраст родителей (если будущий отец – преклонного возраста, то скорее всего он произведет на свет девочку), пропорции тела (чем сильнее выражена маскулинность отца, тем выше вероятность рождения сына) и даже направление ветра в день зачатия!

Но от раскрытия законов генетики и рассмотрения биохимических процессов все это было еще очень далеко…

1.2. Интуитивная генетика. Селекция растений и животных человеком

Благодаря широкому распространению скотоводства и охоты ученые древности имели обширную базу для исследований. Для всех была очевидна возможность получения потомства от волка и собаки, от ослицы и жеребца… Но механизм формирования гибрида представлялся чем-то загадочным. Не было ясности и в вопросе о том, какие виды животных в принципе способны произвести на свет смешанное потомство: например, если возможно скрестить собаку и волка, то можно ли сделать это с пантерой и гепардом? В основном мыслители ограничивались тем, что констатировали большую или меньшую выраженность признаков одного из родителей гибрида и старались объяснить ее. Так, популярна была точка зрения, согласно которой плоды скрещивания будут более схожи с матерью, так как во время внутриутробного развития они получают питание только благодаря ей.

Так как теория о наличии мужского и женского семени не сдавала позиций, некоторые ученые считали, что внешний вид потомства будет зависеть от того, чье семя – отца или матери – оказалось сильнее. Но уже в античном мире высказывались предположения, что внешние признаки потомство может наследовать не только от родителей, но и от более отдаленных предков. Стремясь получать потомство от наиболее сильных и красивых домашних животных, животноводы отбирали в нескольких поколениях самых выносливых лошадей, самых удойных коров и самых быстрых охотничьих собак, то есть сомнений в существовании определенной наследственности у них не было. Правда, дальше констатации факта дело не шло.

Ситуация осложнялась тем, что в то время еще не были полностью изучены и не всегда разделялись такие явления, как, например, половой диморфизм (внешние различия между самцами и самками одного вида) и процесс метаморфозы (например, когда плавающая личинка стрекозы превращается в летающее насекомое). Поэтому у древних авторов можно найти множество фантастических предположений о том, что один вид растения или животного может под влиянием внешних условий превратиться в другой, заметно от него отличающийся.

А что же растения? Согласитесь, что процесс их размножения и внешние признаки наследственности не так очевидны, как у человека или животных.

В древнейших государствах, например, в Вавилонии, практиковали искусственное опыление растений для повышения урожайности: сохранились изображения подобного процесса.

Судя по всему, земледельцы знали, что получение обильного урожая каким-то образом связано с наличием насекомых, перелетающих с цветка на цветок. Но суть процесса опыления тогда не была исследована. Четкого представления о мужских и женских цветах или о мужских и женских растениях не существовало, хотя отдельные ученые обращали внимание на разную форму цветков и на то, что не все они превращаются впоследствии в плоды или ягоды. Поэтому мы и говорим об интуитивной генетике древнего мира, признавая, что никакой научной базой селекционеры того времени попросту не обладали.