Открытие Сеттона

В последней четверти девятнадцатого века внимание ученых было обращено на клетку, в частности на главную и наиболее сложно устроенную часть ее — ядро. Техника микроскопирования в это время значительно усовершенствовалась, и уже никто подобно Гартсёкеру не мог «разглядеть» в головке спермия скрючившегося человечка, но зато обнаружили тончайшие структуры, о существовании которых и не подозревали.

Особым вниманием исследователей пользовались хромосомы. Они представлялись им то нитями, то палочками, то спиралями, но во всех случаях интенсивно красились специальными красками, за что и получили свое название: «хромосома» означает «окрашенное тело».

А потом наступил момент — и связан он был с именем ученого Бовери, — когда выяснилось, что нити, палочки и спирали — это разные стадии, разные этапы существования хромосом. Исследователь подметил, что маленькие окрашенные тела ведут сложный, на редкость упорядоченный образ жизни. Казалось бы, палочкой меньше или палочкой больше — не все ли равно? Но Бовери установил: в жизни клеток, в изменениях, происходящих с их хромосомами, все подчинено нерушимым законам, а направлены эти законы на то, чтобы ни одна «палочка», ни единый кусочек ее не исчезли, чтобы все в целости перешло от материнской клетки к дочерней.

Покоящееся ядро выглядит шариком, в котором просвечивает сеточка окрашенного вещества хроматина. Кстати, тут же скажу: узаконенный в учении о клетке термин «покоящееся ядро» нужно понимать условно — именно в этой стадии происходят сложнейшие биохимические превращения, действуют гены.

Но для микроскописта ядро в данный момент в покое. Однако приходит время клетке делиться, и ядро ее постепенно превращается в клубок нитей. Четко видны хромосомы, из которых ядро состоит. Вот они уже не окружены ядерной оболочкой и, кажется, беспорядочной кучкой лежат в клетке. Затем они выстраиваются по клеточному экватору, точно спортсмены, выровненные перед забегом на старте, и уже ясно, что каждая из них разделилась продольно, число их удвоилось. Потом, подхваченные тончайшими нитями белкового веретена, хромосомы начинают растаскиваться к полюсам клетки: разбегаются со старта в разные стороны, будто стояли до этого спиной друг к другу. У каждого из полюсов образуется новое, дочернее ядро, точь-в-точь такое же, как ядро материнское, из которого образовались дочерние ядра.

^{Клеточное деление кариокинез.}

Англичанин Сеттон, девятнадцатилетний студент, наблюдал эту картину и удивлялся: очень точно подметил все Бовери, действительно упорядоченность, но для чего она нужна? Было о чем задуматься.

Но еще больше заставили его задуматься деления, происходящие при образовании половых клеток. Их тоже изучал Бовери.

При образовании половых клеток, если не вдаваться во все подробности, происходит почти то же самое, что и при обычных делениях, но… Вот это-то «но» и занимало больше всего Сеттона… Перед делением здесь нет удвоения хромосом. Они выстраиваются на старте, на экваторе, и тут видно, что и без деления каждая из них имеет партнера и эти партнеры становятся друг к другу «спиною», чтобы принять старт в разные стороны. В результате такого деления в каждой из половых клеток оказывается в два раза меньше хромосом, чем в любой другой клетке тела! И вполне понятна эта, как говорят биологи, редукция — уменьшение числа хромосом. Ведь в дальнейшем происходит оплодотворение, слияние двух половых клеток. Каждая из них несет по половине хромосомного набора… И здесь, при размножении, все направлено к сохранению свойственного организму хромосомного набора. Только теперь половина его — материнская, а половина — отцовская. Что-то очень знакомое напоминало ему это…

^{Мейоз — образование половых клеток.}

^{Оплодотворение.}

Раздумья его пришлись в ту пору, когда всех биологов занимали вновь открытые законы Менделя. И кому покажется странным, что однажды, чертя схемы клеточного деления, Сеттон, быть может и машинально, написал: АА X аа — > Аа + Аа.

Вот что он изобразил. (См. схему стр. 51.) Это одно из блистательнейших обобщений: гипотеза Сеттона — Бовери. (Имя Бовери здесь стоит не зря — он проследил движения хромосом, ход клеточных делений.) Суть гипотезы в том, что движение хромосом в ходе редукционного деления и оплодотворения полностью соответствует движению генов в менделевских скрещиваниях. Отсюда сам собой напрашивается вывод: гены находятся в хромосомах, они — участки хромосом.

^{Схема Сеттона. Путь генов по Менделю (слева) и путь хромосом в поколениях. Внизу обозначены и гены и хромосомы.}

Каждый вид животных и растений имеет свой совершенно определенный набор хромосом. Этот набор характеризуется не только определенным числом хромосом, все его хромосомы имеют совершенно определенную «внешность». Потеря хотя бы одной хромосомы или лишняя хромосома — почти всегда болезнь, и часто тяжелая.

Наши домашние животные имеют такое число хромосом:

крупный рогатый скот: 60

свинья: 38

овца: 54

коза: 60

собака: 78

кошка: 38

норка: 30

утка: 80

курица: 78

кролик: 44

Как видите, у домашних животных число хромосом довольно большое. Во всяком случае, по сравнению с хорошо изученной генетиками мушкой дрозофилой, у которой хромосом всего восемь, причем каждая из четырех пар легко различима. Однако количество хромосом не препятствие для их изучения. И если крупный рогатый скот генетиками изучен хуже, чем дрозофила, то не из-за того, что у него имеется 60 хромосом. Домашнее животное — трудный объект для исследования. Корова рождает одного теленка, да и много времени пройдет, пока он стянет взрослым. А у дрозофилы самка откладывает сотни яиц, и взрослой эта мушка становится в десять дней.

В хромосомном наборе каждого домашнего животного, кроме пчелы, выделяется одна пара хромосом — половые. В отличие от них, все остальные хромосомы называют аутосомами. Если в аутосомах оба партнера, составляющие пару, одинаковые, то в половых хромосомах не так. У млекопитающих половые хромосомы самки образуют так называемые Х-хромосомы («икс» латинское). У самцов одна Х-хромосома, а вторая хромосома пары, как правило, иная по форме и длине. Это У-хромосома («игрек» латинское). Таким образом, формула самки у млекопитающих XX, формула самца — ХУ; самка гомозиготна по половым хромосомам, самец гетерозиготен.

Обратная картина у птиц. У них гомозиготны самцы, самки же имеют разные половые хромосомы.