Еремей Парнов - Гимн морским ежам
Делает он это ради одной важнейшей проблемы современной генетики. Сейчас я расскажу об этой проблеме, тесно связанной с одной уникальной биологической особенностью морских ежей. Так уж случилось, что для современного генетика морской еж — это то же, что горох для Менделя или мушка-дрозофила для Моргана.
Величайшей победой науки нашего века явилась принципиальная расшифровка генетического кода. Нуклеиновые кислоты, без преувеличения, открыли новую эру. Но, несмотря на то, что в принципе ученые знают теперь, как синтезируются белки, далеко не на все «почему?» удается дать ответ. Никто, например, не может сказать сегодня, как и в какой момент клетки в организме делаются разными. Действительно, после оплодотворения клетка начинает делиться. Геометрическое удвоение как будто должно было привести к появлению миллионов одинаковых клеток. Но на самом деле получается совсем иное. Клетки в какой-то момент — то ли сами по себе, то ли под влиянием неизвестной команды — вдруг начинают приобретать специализацию. Одни группы клеток, грубо говоря, образуют глаза, другие — сердце, третьи — пальцы. И это несмотря на то, что в каждой клетке находится полный набор хромосом, то есть полный генетический план всего организма.
Это значит, что реализуется лишь какая-то часть признаков, а остальные — подавляются. По чьему приказу, спрашивается? Один только ген, ответственный за пигментацию, работает почти везде: в волосах, глазах, коже. Остальные гены допускаются к работе лишь с большим выбором. Только небольшому числу счастливцев из огромной армии безработных (у человека, например, сто тысяч или даже миллион различных генов) удается как-то проявить себя. Остальные даже не прозябают на жалкое пособие, — они просто законсервированы.
Может, весь секрет здесь в особенностях строения хромосом, состоящих из многих генов? Ведь мы лишь в принципе знаем, как построена хромосома, а вторичная и третичная ее структура пока еще тайна за семью печатями. Это же довольно большая штука, хромосома. Если толщина гена достигает полумикрона, то хромосома вместе с белком, при толщине в 100 ангстрем, вытягивается в нить вполне заметной длины: 1—10 миллиметров. Как такая длиннющая информационная лента умещается в крохотном аппаратике живой клетки, можно лишь гадать. Конечно, правы те, кто говорит, что хромосомы закручены. Конечно, закручены. Весь вопрос: как?
Есть клетки, которые обретают специализацию в первые же часы жизни, а есть такие, которые долго прозябают в сонной одури. Потом вдруг под влиянием гормонов они оживают и активно включаются с работу. Впрочем, только ли под влиянием гормонов? А что заставило другие клетки продуцировать гормоны? Сплошная цепь загадок. Отдельные звенья, конечно, ясны, но весь механизм… Да и один ли механизм включает клетки? Полагают, что один. Не знают только, прямо или косвенно. Вот, к примеру, заработал ген казеина, и молочные железы стали продуцировать молоко. В этом отрезке цепи все ясно. Но попробуйте сказать, что заставило этот самый казеиновый ген работать и почему он сумел сформировать именно молочные железы? Или ответьте на вопрос, что определяет форму носа?
Одним словом, задача сводится к тому, чтобы дать объяснение вопросу вопросов: как синтез разных белков приводит к образованию разных органов? А пока мы не знаем даже, когда гены вообще начинают работать. Сразу же после оплодотворения? После танца хромосом? Ряд остроумных опытов показал, что после оплодотворения гены еще не работают. Когда же?
Если высосать из клетки ядро, в котором хранится наследственная информация, или, говоря иначе, убить хромосомы, клетка все равно будет работать. Как магнитофон с чистой лентой. Даже лучше. Первые стадии развития организма станут протекать вполне нормально. А потом механизм портится. Все клетки получаются одинаковыми и одинаково бесплодными. Нет специализации органов — нет организма.
Нейфах, собственно, и показал, когда начинают работать гены. Убивая гамма-излучением или актиномицетами клеточные ядра на разных стадиях развития, он сумел поймать тот изумительный, архиважный момент, когда начинается синтез рибонуклеиновой кислоты — РНК — и белка, то есть когда начинают работать гены.
У морского ежа, например, синтез белка начинается через четыре часа после оплодотворения. Но, черт возьми, решение вопроса всегда рождает кучу нерешенных вопросов. Цепная реакция беспокойства. И действительно, сказать «четыре часа» — это очень важно и ценно, но, такова человеческая логика, — почему именно через четыре часа? Где, наконец, спрятаны эти часы, которые с изумительной точностью включают в работу самый совершенный механизм природы? В каждой клетке спрятаны такие часы? Или они возникают, как новое качество, из совокупности клеток?
Чтобы решить эту проблему, надо было разъять организм на отдельные клетки и потом вновь собрать его, как детский «конструктор». Задача вроде бы немыслимая. Делать такие пертурбации с высшими животными, очевидно, мы вообще никогда не сможем. Но чем ниже стоит на эволюционной ступеньке организм, тем проще его развинтить и свинтить. Ведь механизм сцепления клеток довольно прост. Это всего лишь мостик из белка и кальциевого иона. Этот двухвалентный атом и сцепляет две отдельные белковые молекулы. Стоит убрать из организма кальций, и он разлетится на отдельные детали, как Эйфелева башня без заклепок. А убрать кальций не так уж сложно. Достаточно обработать организм версеном, который связывает кальциевые ионы, или просто хорошо выдержать его в лишенной кальция воде.
Введенный в организм версен делает чудеса. Живое существо превращается в кашу отдельных, но живых — и это очень важно — клеток. Если ввести в эту кашу кальций, клетки вновь соединятся, но беспорядочно, хаотично. Это будет уже конструкция, собранная обезьяной, а не великолепный механизм. Впрочем, постепенно клетки начинают упорядочиваться, восстанавливать старые связи и привычное местоположение. Никто не знает только, как долго надо ждать, пока из этого хаоса вновь возникает исходный организм. Впрочем, не в этом дело.
Ученых больше интересует ответ на вопрос: когда начинается синтез в разъединенных зародышах? Ведь это означает ответ на вопрос, где таятся таинственные часы — в отдельной клетке или в их совокупности.
Этим, собственно, и занимается Нейфах. Без всякого преувеличения можно сказать, что это крупнейшая проблема сегодняшней биологии. И решается она посредством простых для нашего века экспериментов. Нейфах, как и все его коллеги за рубежом, изучает синтез с помощью меченых аминокислот. Содержащий радиоактивную метку — углерод 14 — уридин легко контролировать с помощью счетчика Гейгера. Он хорошо проникает в клетки и так же хорошо уходит из них.
Остается сказать, почему для этой цели нужны именно морские ежи. По многим причинам. Во-первых, уридин особенно легко проникает в их клетки. Во-вторых (а может быть, именно это обстоятельство и явилось определяющим), еж дает до 8 миллионов икринок (все они, увы, легко умещаются на языке), а, как известно, чем больше исходных единиц, тем, как говорят, лучше статистика. По той же причине большого количества икринок, занимающих небольшой объем, на морских ежей тратится совсем немного дорогостоящего меченого уридина. Во всяком случае, экономия уридина с лихвой окупает все затраты на командировку столичного доктора наук за десять тысяч километров. Конечно, этот доктор наук мог бы поехать и поближе, на Баренцево море, где тоже водятся ежи. Но это тоже было бы не очень выгодно, хотя и совсем по другой причине. На Баренцевом море холодно, и ежи развиваются там гораздо медленнее. Там бы Нейфах смог поставить лишь четыре опыта в месяц, а в бухте Троицы он делает двадцать. Это тоже очень большая выгода.
Честное слово, когда я увидел, как Нейфах сидит обнаженный по пояс над ведром с ежами и потрошит их одного за другим, я не съел больше ни одного. Было жалко. Эти прекрасные, как черные звезды, иглокожие скоро сослужат людям такую же пользу, как бесчисленные легионы лягушек, кроликов и крыс, принесенных в жертву науке.
Бухта Холерная, как и следовало ожидать, находилась влево от каменных гротов. Если бы я пошел тогда в другую сторону, то непременно попал бы в нее. В отлив же ничего не стоило заплыть в бухту прямо из грота. Потом, когда Володя достал морские карты залива Посьета, я быстро разобрался в обстановке. Как сопки чередовались распадками, так бухты разграничивались каменными мысами. Полукруг Троицы, каменный мыс, полукруг бухты Идола, гроты, песчаный полукруг бухты Холерная, нагромождение камней, бухта Витязь и т. д.
На лодке в один день можно было бы облазить их все. Но мы пошли пешком. По тропе, которая огибала сопки. Без стремительных подъемов и головокружительных спусков. Как ходят в сопках все нормальные люди.
