ЧТО ТАКОЕ ГЕН?

Долгое время генетики не знали ответа на вопрос, что же собой представляет ген в дей­ствительности. Биолог Вильгельм Иогансен, пер­вым предложивший этот термин, писал о нём так: «Ген — просто короткое и удобное слово, которое легко сочетается с другими». Долгое время ген был окутан покровом таинственности, едва ли не мистики, и в СССР долгое время (с конца 30-х по начало 60-х гг. XX в.) служил поводом для бесчисленных обвинений генетиков в «реакционных мистических воззрениях», «идеализме» и тому подобных грехах.

Первым учёным, приблизившим отвлечённое понятие гена к реальности, стал американец Томас Морган. Он решил выяснить: существует ли в клетках живых организмов что-то, похожее по своим свойствам на предполагаемые менделевские «зачатки». Вскоре его внимание оста­новилось на хромосомах. Хромосомы — это осо­бые тельца в ядрах клеток. Во время деления клеток (митоза) они исполняют сложный «та­нец» (см. ниже), сходятся и расходятся, в резуль­тате чего новые образовавшиеся клетки получа­ют в точности такой же набор хромосом, как и материнские.

Морган изучал хромосомы дрозофилы — ма­ленькой мушки, легко разводимой в лабора­тории. (Каждый, вероятно, видел этих мушек, вьющихся возле перезрелых фруктов, хотя и не все знают научное название насекомых.) Вскоре

он заметил удивительную вещь. Размер и форма хромосом в клетках мушек были достаточно постоянны, и если они внезапно резко изме­нялись — облик самой мушки также обычно становился уродливым.

(Заметим, что такое скачкообразное и наслед­ственное изменение облика (мутация), иногда незначительное, иногда более существенное, как раз и создаёт почву для эволюции. Большинство мутаций вредно или даже смертельно для орга­низмов. Немногие организмы, у которых про­изошли полезные мутации, биологи называют «счастливыми уродцами».)

Морган пришёл к выводу, что гены находятся в хромосомах. Множество опытных данных под­тверждало эту гипотезу. Но вопрос о том, что же представляет собой ген, по-прежнему оставался открытым.

В 1944 г. вышла в свет книга выдающегося физика Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физика? ». В ней он высказал любо­пытные идеи о вероятном строении гена, назвав его «апериодическим кристаллом». По его мне­нию, ген должен состоять из нескольких повто­ряющихся элементов, которыми, как азбукой Морзе, записана наследственность организма.

Долгое время, исходя из ключевой роли бел­ков в живых организмах (см. раздел «Белки» в статье «Вещества организма»), биологи считали, что гены тоже, видимо, должны представлять









1 — речной рак,

2 — щука,

3 — курица,

4 — лошадь,

5 — саламандра,

6 — комар,

7 — кошка,

8 — бык,

9 — овца.

собой особые белки. Но истина оказалась много сложнее.

В 1953 г. в международном научном журнале была напечатана статья биологов Джеймса Уотсона и Фрэнсиса Крика о строении дезоксирибонуклеиновой кислоты (сокращённо ДНК) — од­ного из веществ, постоянно присутствующих в хромосомах. Структура ДНК оказалась совер­шенно необычайной!

Её молекулы имеют огромную по молекуляр­ным масштабам длину и состоят из двух нитей, сплетённых между собой в двойную спираль. Каждую из нитей можно сравнить с длинной ниткой бус. С нитками бус мы сравнивали и белки. У белков «бусинами» являются амино­кислоты 20 различных типов. У ДНК — всего 4 типа «бусин», и зовутся они нуклеотидами. «Бу­сины» двух нитей двойной спирали ДНК связа­ны между собой и строго друг другу соответству­ют. Чтобы наглядно представить себе это, вооб­разим две лежащие рядом нитки бус. Напротив каждой красной бусины в одной цепи лежит, допустим, синяя бусина в другой. Напротив каж­дой зелёной — жёлтая. Точно так же в ДНК напротив нуклеотида аденина находится тимин, напротив цитозина — гуанин.

Зачем это нужно? Просто-напросто при таком правиле построения двойной спирали каждая из цепей содержит сведения о строении другой. И зная строение одной цепи, всегда можно восста­новить другую. Получатся две двойные спира­ли — точные копии их предшественницы. В тех­нике часто встречаются процессы изготовления готовых изделий по шаблону, называемому мат­рицей, например отливка монет или медалей, типографского шрифта. По аналогии происходя­щее в живой клетке восстановление двойной спи­рали по одной её цепи, как по матрице, также называют матричным синтезом.

Это свойство точно копировать себя с исходной матрицы имеет ключевое значение для жизни на Земле. Реакции матричного синтеза неизвестны в неживой природе. Без этих реакций живое утратило бы своё главное свойство — способность воспроизводить себя.

В нитях ДНК четырёхбуквенной азбукой из «бусин»-нуклеотидов записано строение всех бел­ков живых организмов. Вся информация, касаю­щаяся строения одного белка, занимает в ДНК небольшой участок. Этот участок и является ге­ном. Из четырёх букв «алфавита ДНК» можно составить 64 трёхбуквенных «слова» — триплета. Словаря из 64 слов вполне хватает, чтобы за­писать названия 20 аминокислот, входящих в состав белков.