Дарвинизм в XX веке - Медников Борис Михайлович - Страница 28

28

Радиогенетика и проблема случайного и необходимого

В те «добомбовые» 20–30-е годы нашего столетия ядерные грибы еще не вздымались над поверхностью Земли, и почти единственными источниками жестких излучений были рентгеновские трубки и препараты радия. Первые опыты Н. В. Тимофеева-Ресовского и Д. Д. Ромашова не увенчались успехом, так как исследователи не имели достаточно чистых линий дрозофилы, и возникающие мутации не были видны на фоне генетических рекомбинаций, банальных перетасовок аллелей.

Однако уже в 1925 году появилась работа советских исследователей Г. А. Надсона и Г. С. Филиппова — работа во всех отношениях примечательная. Эти авторы облучали рентгеновскими лучами колонии плесневых грибов (в том числе обыкновенного мукора — той плесени, которая возникает на залежавшемся хлебе). То, что лучи Рентгена и радий тормозят рост плесеней, было уже известно. Но Надсон и Филиппов получили впервые мутантную форму мукора с четкими наследственными признаками. Плесень, как всем известно, белая; этот мутант оказался ярко-оранжевым и не образовывал половых органов и зигот, размножаясь только вегетативно.

Впоследствии Надсон и Филиппов получили рентгеномутанты у других низших грибков — дрожжевых.

Казалось бы, полный успех. Однако путь признания в науке не прямой. Эти работы не получили известности ни у нас, ни за границей, хотя и печатались на французском языке. Кто знает, как сложилось бы дело, если бы смерть обоих исследователей не оборвала их успешную деятельность. Лишь в 40-х годах за рубежом Г. Бидл и Е. Тэтум, исследовав мутации другой плесени — нейроспоры, завершили создание биохимической генетики; они окончательно доказали, что для построения одного фермента требуется действие по меньшей мере одного гена (знаменитый афоризм: «один ген — один фермент»). Судьба опережающих в науке свое время редко бывает счастливой. Впрочем, отстать от времени еще хуже: первых не признают при жизни, вторых забывают еще при ней.

Поэтому пальма первенства досталась Меллеру, который использовал классический объект тогдашней генетики — дрозофилу. В одном популярном произведении 40-х годов опыт Меллера описывался донельзя примитивно. Он-де направил на пробирку с дрозофилами «зеленоватый сноп рентгена» и получил безглазых, бескрылых и безногих мушек.

Такая популяризация приводит лишь к засорению науки случайными людьми — в самом деле, как просто получить Нобелевскую премию! Оставим на совести автора «зеленоватый сноп» невидимых рентгеновских лучей; вспомним, что подавляющее большинство мутаций рецессивно по отношению к дикому типу и в гетерозиготах не проявляется. Облучению предшествовала длинная и кропотливая работа, в процессе которой Меллер получил чистую линию дрозофил, у которой мутировавшие самки не давали в потомстве самцов. Головоломная задача по выявлению рецессивных мутаций была разрешена им блестяще.

Второй американский генетик Р. Стадлер в 1927 году получил рентгеномутанты у ячменя и кукурузы. С этого года начался бурный рост радиогенетики — одной из важнейших современных отраслей генетики. Значение ее для практической деятельности человечества огромно. Облучая организмы, можно резко повысить частоту возникновения мутаций — значит, селекционеру предоставляется обильный материал.

Но этого мало. Несмотря на то что наземные испытания ядерного оружия запрещены международными соглашениями, развитие ядерной промышленности резко увеличило радиоактивный фон нашей планеты — а ведь человечеству предстоит еще массовый выход в космос, продолжительное обитание на орбитальных станциях и межпланетных кораблях. Это не может не отягощать наш генетический фонд скрытыми мутациями. Да еще и врачи-перестраховщики, гоняющие больных на рентген по любому поводу!

В нашу задачу не входит подробный анализ всех достижений радиогенетики, тем более что на эту тему в последнее время вышло несколько хороших книг — и просто научно-популярных, и строго научных, но написанных популярно.

Остановимся лишь на крайне важном для проблемы изменчивости выводе, полученном Н. В. Тимофеевым-Ресовским и К. Циммером, Начнем с примитивной аналогии. Допустим, где-нибудь на Марсе космонавты обнаруживают крупное и опасное существо, убить которое можно только попаданием в одно-единственное место, незначительное по сравнению с размерами самого существа. Нечто вроде героя троянской войны Ахилла, у которого уязвима была только пятка. Как оценить размеры этой ахиллесовой пяты?

Напрашивается самый простой метод. Размеры существа известны. Выпустим по нему возможно большее количество пуль. Тогда, зная частоту попадания, количество потребных для этого зарядов и размер существа, можно оценить нужную нам величину.

Заменим марсианского зверя гаметой дрозофилы, автомат — рентгеновскими лучами и будем определять частоту мутаций. Зная объем клетки, плотность потока квантов и частоту мутаций, нетрудно оценить размеры той структуры, изменения которой вызывают точковую мутацию. Эта величина, так называемый радиус эффективного объема, порядка 10–7 см (десятимиллионная доля сантиметра). Однако размеры атома около стомиллионной доли сантиметра (мы говорим «около», потому что атом не имеет четких размеров). Значит, на ахиллесовой пяте гена укладывается всего 10 атомов.

Что из этого следует? То, что для описания процесса мутагенеза классическая механика, в которой можно точно измерить траекторию и энергию тела, а затем рассчитать время и место события, не годится. Она должна быть заменена квантовой механикой, одно из основных положений которой — принцип неопределенности, сформулированный великим немецким физиком Вернером Гейзенбергом.

Принцип этот прост: на уровне атомов и слагающих их частиц мы не можем определить одновременно координаты микротела и его импульс (энергию) без определенной погрешности. Погрешность эта ничтожна, и в макромире мы можем ею пренебречь, применяя механику Ньютона.

Но ведь мутации происходят в микромире. Чтобы предсказать наступление единичного наследственного изменения со 100-процентной вероятностью, нужно одновременно и абсолютно точно знать координаты и энергию частицы, атакующей ген. А это как раз нам и запрещено природой, так же как создание вечного двигателя и многих других вещей.

Должен оговориться: связь между генетикой и квантовой механикой не столь прямая, как следует из этого популярного изложения, но я был вынужден упростить его, не загружая текст словами вроде «квантовый скачок» и «туннелирование протона». В последнее время лауреат Нобелевской премии М. Эйген также пришел к выводу о связи между случайностью мутаций и квантовомеханической неопределенностью.

Далеко не всем это может понравиться. А. Эйнштейн, например, не желал признавать квантовой механики («Я не могу представить, что господь бог играет с миром в кости»). Но и всей гениальности Эйнштейна не хватило для того, чтобы опровергнуть квантовую механику, поэтому наивными кажутся попытки некоторых биологов «запретить» ее применение.

Возвратившись на две тысячи лет назад, вспомним спор Демокрита с Эпикуром. Мир Демокрита жестко детерминирован, все явления связаны причинными связями, в нем нет места свободе воли. В мире Эпикура случайное, непредсказуемое отклонение атомов уничтожает слепую необходимость Демокрита — судьбу, перед которой бессильны и люди и боги. Мне лично мир Эпикура более импонирует. Фактически Гейзенберг и завершил дело Эпикура, уничтожив механический детерминизм на атомном уровне.

Итак, причинность в микромире статистическая. Мы можем говорить лишь о вероятности того или иного явления, в данном случае мутации. Выводы квантовой механики ежечасно подтверждаются практикой (без них невозможен был бы расчет любого ускорителя или ядерного реактора). Заключение может быть только одно — квантовая механика постулирует принципиальную ненаправленность, случайность генетических изменений, которые носят характер дарвиновской неопределенной изменчивости.

Из всего этого вытекает еще одно любопытное следствие. В неживом мире один-единственный квантовый скачок ничего не значит. Значение имеет лишь квантовый скачок, приводящий к мутации; он может существенно изменить свойства и структуру макротела — организма, а впоследствии — популяции и обрести воистину глобальные масштабы.