Владимир Крупин - Карлики рождают гигантов
Вывод очевиден: полиплоидия должна сопровождаться отбором.
«Мы в состоянии экспериментально вызывать появление новых наследственных свойств у организмов физическими, химическими и биологическими мерами. Изменение условий во внешней среде — еще один путь воздействия. Проверенный метод и скрещивание, отдаленная гибридизация, — говорит академик Н. П. Дубинин. — Однако во всех случаях основным является селекция, отбор для формирования пород и сортов. Все дело в том, что без направляющего влияния отбора сама наследственная изменчивость еще не поддается регуляции. Пока мы не можем получить поток направленных изменений».
Решить эту задачу — значит научиться управлять жизнью. Она еще кажется фантастичной самим ученым; но это самая насущная задача современного естествознания. Она поставлена в повестку дня Программой партии. Вспомним ее вдохновляющие строки:
«Крупные сдвиги предстоят в развитии всего комплекса биологических наук в связи с потребностями успешного решения проблем медицины, дальнейшего подъема сельского хозяйства. Интересы человечества выдвигают перед этими науками в качестве главных задач познание сущности явлений жизни, вскрытие биологических закономерностей развития органического мира, изучение физики, химии живого, разработку различных способов управления жизненными процессами, в частности обменом веществ, наследственностью и направленными изменениями организмов».
Научиться управлять этими изменениями — мутациями — значит научиться в какой-то мере руководить процессом эволюции, заставить ее идти быстрее, в ногу с веком и его задачами. Ускорить бег биологического времени — заветная цель селекционеров. Сегодня, когда в руках их находится такой мощный инструмент, как радиационная генетика, она вполне осуществима.
Мы говорим о необходимости сочетать полиплоидию и отбор. Это нужно. Но в результате гамма-облучения полиплоиды возникают не так часто. Зато, облучив, допустим, тысячу растений одного вида, мы получаем почти тысячу мутантов — образцов растений с новыми свойствами. Не беда, что большинство мутаций вредны. Иногда в результате облучения возникают полезные для нас формы. Их-то и надо использовать для выведения новых сортов.
Мутацию надо закрепить путем отбора.
То же делает селекционер и на опытном поле, отыскивая среди миллионов растений единичные образцы мутантов, обладающих ценными свойствами. Его поиск целеустремлен, хотя все же в какой-то степени случаен. На делянке, где растут искусственно созданные мутанты, у селекционера больше материала для размышлений. Здесь больше растений, из числа которых можно что-то отобрать. Чем больше найдется подходящих мутантов, тем быстрее пойдет процесс отбора.
Излучения повышают скорость естественных мутаций, ускоряют работу селекционера. При обычных методах на выведение нового сорта ржи, устойчивого к ржавчине, требуется до 10 лет. Радиационная селекция позволяет сделать это за 18 месяцев. Меняя дозу и приемы воздействия на исходный материал, селекционер может управлять количественной стороной мутационного процесса.
Качество, то есть получение определенных, целенаправленных мутаций, пока человеку неподвластно. Но он находится на близких подступах к решению этой задачи.
Существо по заказу
Лет десять назад по страницам газет и журналов метеором пронесся сенсационный заголовок: «Вещество по заказу!» Из разных мест, по разному конкретному поводу, с разной степенью достоверности репортеры торопились поведать читателю об удивительных вещах, творимых в лабораториях химиков. Из колб и реторт, из реакторов и растворов экспериментаторы начали извлекать одно за другим вещества с заранее заданными свойствами. Пластмассы, синтетические волокна, лекарства… Правда, подавляющее большинство этих творений так и застряло на стадии эксперимента. Из-за сложности технологии, из-за дороговизны. Но сам принцип уже восторжествовал! Выкладки и предположения химиков-теоретиков были блестяще подтверждены практикой. Многие теории, казавшиеся смелыми, если не безудержной фантазией, стали на твердую почву фактов.
Вещество по заказу получить не так-то еще просто. Но безусловно возможно. Мечта ученого-химика становится в наши дни реальностью.
Сокровенная мечта современных биологов еще более дерзка и фантастична. Существо по заказу! Вот к чему направлены вкупе усилия всей армии творцов науки о жизни. Может быть, это слишком громко сказано. Можно сказать проще: новый сорт растений, новая порода животных — по заказу.
Химики уже научились управлять процессами, которые приводят к созданию новых полимеров, обладающих желаемыми свойствами.
Биологи стоят пока на пороге аналогичных открытий. Стоят перед дверью, в которую надо еще хорошенько постучаться.
Они смогут проникнуть туда, только узнав пароль. Пароль — это пропуск. Пароль в данном случае — это знание закономерностей наследственности и ее изменчивости.
Принято считать, что наследственность определяется так называемыми генами. Но существуют ли гены? Наука спорит об этом уже добрых сто лет. Механизм деятельности генов до конца еще не выяснен. Выдвинуто много любопытных и весьма правдоподобных гипотез, до некоторой степени подтвержденных опытными данными. Серией опытов доказано, что в каждой хромосоме содержится множество генов, определяющих ряд отличительных признаков особи. Знаменитая муха дрозофила, ставшая притчей во языцех, помогла выявить порядок расположения генов по длине хромосом.
Как выглядит ген? Нарисовать его портрет покамест сложно, но некоторые черты «лица» начинают проясняться — считают, что ген представляет молекулу (или ее участок — локус) в форме длинной цепи. Вдоль нее расположены в строгом порядке боковые группы атомов. Молекула эта подобна печати. Она может дать любое число отпечатков.
Вероятно, портрет этот упрощен и далек от сходства. Для нас важно другое.
Мы видели, что облучение зародышевой клетки радиоактивными частицами — рентгеновыми лучами, нейтронами, быстрыми электронами — вызывает серьезные последствия. Попадая в молекулы гена, они либо откалывают от них какую-то частицу, либо меняют их структуру иным путем (ионизируя водную среду и повышая концентрацию заряженных атомов водорода и гидроксильных групп). Эти изменения — мутации — необратимы. Они передаются по наследству (в соответствии с законами Менделя!). Чаще всего мутации вредны, они порождают химеры, организмы, не достигающие зрелости. Должно ли это удивлять нас? Ни в коем случае. Представим себя в роли скульптора, который решил высечь из камня статую, обстреливая ее с приличного расстояния из пулемета. Получить нужную фигуру — это значит отсечь от камня лишнее. Добавьте к этому, что у скульптора завязаны глаза и он может определить, что попал в цель, только по звуку пули, чиркнувшей по камню. Однако повязка не вечно будет закрывать глаза ваятеля.
Произвольно вызываемые мутации осуществимы. Мутации, дающие необходимый эффект, станут когда-нибудь самым надежным и точным инструментом в руках селекционера.
Биолог будет знать наверняка: обстреливая данный участок молекулы, он получит сорт с повышенной урожайностью; попадая в соседнюю группу атомов, он получит засухоустойчивое растение. Существо по заказу станет реальностью. Не за горами время, когда секреты гена, особенности каждого участка его молекулы станут достоянием науки. Управление наследственностью растений, изменение ее в нужную сторону перейдет из области теории в практику сельского хозяйства. Радиационная генетика позволит отказаться от кустарщины и эмпиризма.
Электронная оптика и здесь сослужит свою службу.
Мы знаем, что быстрые электроны можно отклонять от их пути и конденсировать, подобно тому как увеличительное стекло конденсирует лучи света. В электронном микроскопе пучок электронов изгибается и фокусируется с таким расчетом, чтобы изображение предмета, через который прошли электроны, воспроизводилось с огромным увеличением. Этот замечательный прибор позволяет видеть мельчайшие детали молекулы, только в два-три раза превышающие диаметр обычных атомов, образующих живую материю. Представьте на минуту, что у вас в руках бинокль. Переверните его стекла наоборот. Предметы, которые оптика приблизила в несколько раз, теперь будут во столько же раз уменьшены. Так можно поступить и с линзами электронного микроскопа. Они позволяют создать тысячекратно уменьшенное изображение источника электронов. Значит, можно сконцентрировать электронный пучок на участке всего в три диаметра атома. Что это даст? Направим этот тончайший лучик на хромосому половой клетки, на какой-то определенный участок, и мы получим нужный генетический эффект. Мы сможем регулировать этот эффект, меняя время, дозу облучения. Мы будем обстреливать только те участки, мутации которых принесут нам желаемые изменения в наследственности всего организма.
