Биологическая дисциплина, занимающаяся явлениями наследственности и изучением законов, управляющих сходствами и различиями между родственными органами, называется генетикой.
Итак, развитие каждого организма, как бы сложно он ни был построен, всегда начинается с клетки. Клетка, дающая начало каждому сложному организму, называется яйцом, или яйцеклеткой. Яйцеклетки вырабатываются в теле женской особи. Но чтобы яйцо начало развиваться, необходимо оплодотворение его другой половой клеткой — мужской.
В результате слияния женской и мужской половых клеток (яйцеклетки и сперматозоида) образуется одна новая клетка — оплодотворенное яйцо, или, как его еще называют, зигота. Из нее путем многочисленных делений развивается сложный организм, состоящий иногда из многих миллиардов клеток, составляющих его ткани и органы.
Таким образом, преемственность, связь между различными поколениями организмов, осуществляется через одну клетку. И поскольку из этой клетки, как правило, развивается организм, имеющий черты сходства с родителями, естественно сделать вывод, что основные черты строения будущего организма заложены уже в зиготе и половых клетках, в результате слияния которых она образовалась. К такому пониманию биологическая наука пришла давно.
Но это только общее, хотя и правильное, заключение. Оно ведь не может объяснить, как, в виде каких материальных структур качества и признаки родителей заложены в половых клетках. И пока наука не была вооружена микроскопической техникой, ученые серьезно полагали, что в половых клетках уже в готовом виде присутствует миниатюрный организм с зачатками всех будущих органов, а поэтому развитие — лишь рост этих зачатков. Спорили лишь о том, где помещается этот микроскопический организмик — в яйцеклетке или сперматозоиде. Когда же для изучения половых клеток применили сильные микроскопы, спор решился сам собой — обе стороны были не правы.
Оказалось, что по своему строению половые клетки в принципе не отличаются от других клеток тела. Никакого маленького организмика, который потом должен вырасти, в них нет. Они, как почти все клетки, имеют оболочку, протоплазму, ядро.
Какая же часть клетки играет основную роль в передаче наследственных признаков от материнской клетки к дочерней, от родителей к детям: ядро или протоплазма? Этот вопрос давно волновал ученых.
В настоящее время, когда процесс деления клеток у различных видов животных и растений детально изучен, можно считать общепризнанным, что в большинстве случаев ведущую роль в передаче наследственных признаков играет именно клеточное ядро.
О роли ядра можно судить по тем последствиям, которые влечет за собой удаление его из клетки или пересадка ядра из одной клетки в другую.
При современной технике микрохирургии такие операции вполне доступны. Можно проделать, например, следующую операцию. Взять амебу и при помощи стеклянной иглы разрезать на две части: безъядерную и содержащую ядро.
Теперь, наблюдая за поведением полученных частей, мы увидим такую картину. Безъядерная часть некоторое время двигается, но вскоре округляется, становится нечувствительной к воздействиям внешней среды и гибнет. Та же, где осталось ядро, нормально реагирует на внешние раздражители, двигается, поглощает пищу и вовремя делится. Итак, протоплазма без ядра существовать не может.
Но здесь возможны и возражения. Дескать, это все равно, что отрезать кому-то ногу и ожидать, что она будет самостоятельно жить. Но вот другой опыт. При помощи микроскопического стеклянного кружочка из амебы удаляется ядро. Амеба сейчас же округляется и начинает вести себя, как безъядерная часть в предыдущем опыте. Однако, если осторожно ввести ядро обратно, нормальная жизнедеятельность амебы восстанавливается. Здесь уже совершенно четко видно, что изолированная протоплазма нежизнеспособна и что ее жизнедеятельность каким-то образом вызывается и регулируется ядром.
Опыты по пересадке ядра в некоторых случаях помогают также установить, на какие функции клетки оно влияет. Таковы, например, опыты, проделанные на водорослях ацетобуляриях. Каждая из этих водорослей, хотя и имеет подошву, стебелек и шапочку, представляет собой всего одну клетку. Шапочка у этих водорослей восстанавливается заново, если ее удалить механическим путем, допустим, оборвать. Кроме того, форма шапочки является характерной для каждого вида ацетобулярий.
Водоросли эти довольно велики для одноклеточных и достигают шести сантиметров.
Итак, у водоросли одного вида удаляли шапочку, и, до того как она успеет регенерировать (восстановиться), в эту водоросль пересаживали ядро, взятое от ацетобулярии другого вида. Теперь легко наблюдать интересное явление: восстановившаяся заново шапочка имела форму, среднюю для этих двух видов.
Мало того, если водоросли с удаленной шапочкой пересаживали не одно, а несколько ядер другого вида, то ее новая шапочка становилась больше похожей на шапочки тех водорослей, от которых брали ядра, чем на шапочки своего вида.
Совершенно очевидным образом клеточное ядро влияло на процессы формообразования. Но ведь форма шапочки — признак наследственный, характерный для каждого вида ацетобулярий!
Вопрос о том, какая же часть клетки (ядро или протоплазма) играет основную роль в передаче наследственных признаков от материнской клетки к дочерней, от родителей к детям, явился предметом многих споров и дискуссий в самом недавнем прошлом. Сейчас мало у кого вызывает сомнение, что такая роль принадлежит именно ядру.
Особенно это становится ясным, если познакомиться со строением ядра и его поведением в процессе деления клетки.
Если поместить под микроскоп живую клетку и попытаться рассмотреть структуру ее ядра, то в большинстве случаев такая попытка окажется безуспешной.
Во многих живых клетках часто невозможно различить не только внутреннее строение ядра, но и само ядро. Чтобы ядро стало ясно видно и доступно изучению, клетки обрабатывают специальными красками, которые впитываются веществом ядра гораздо лучше, чем цитоплазмой.
Теперь на окрашенном препарате можно различить нежную ядерную оболочку, а в самом ядре одно или несколько крошечных телец, так называемых ядрышек. Но этого мало. Все ядро оказывается пронизанным пересекающимися по разным направлениям и переплетающимися нитями, зернами и глыбками. Это ядерная сеть. Она очень хорошо красится ядерными красками, и поэтому получила название «хроматина» (от греческого «хрома» — цвет). Все остальное пространство в ядре заполнено вязкой жидкостью — ядерным соком.
Таково вкратце строение «покоящегося» ядра, когда клетка не делится.
Но вот клетка начинает делиться, и весь ядерный аппарат приходит в движение. Ядро увеличивается в размерах и становится почти шарообразным, если в покоящейся клетке его форма была иной. Количество хроматина в ядре быстро нарастает. Отдельные хроматиновые зерна слипаются друг с другом, образуя нить, свернутую в тугой клубок. Но процесс идет дальше. Постепенно плотный клубок хроматиновой нити делается рыхлым, а сама нить становится короче и толще. Это уже не нить, а лента. Проходит еще некоторое время, и лента хроматина распадается, дробится на отдельные участки всегда определенного количества. Образующиеся таким путем куски хроматиновой ленты получили название хромосом. «Хрома», как вы помните, по-гречески — цвет; «сома» — тело. Хромосома — красящееся тельце. Ничего больше, кроме обозначения реально существующих и возникающих в ходе деления клетки отдельных участков хроматиновой ленты, это слово не значит. Однако запомните его хорошенько, ибо очень многое как в судьбе отдельной клетки, так и в судьбе сложнейших многоклеточных организмов связано именно с хромосомами.
Но вернемся к процессу деления клетки.
Обычно для его изучения используются, так сказать, «мертвые», окрашенные препараты. Однако современная техника микроскопирования и киносъемок позволяет в некоторых случаях наблюдать и деление живой клетки. Несколько лет назад мне довелось присутствовать на демонстрации одного из первых фильмов такого рода.
…Клетка жила на экране. Ее цитоплазма мягко колыхалась, переливаясь и мерцая возникающими и пропадающими бликами гранул и вакуолей. Ядро выглядело то более светлым, то вдруг начинало темнеть. Иногда оно как будто вздрагивало. Его строение ни на минуту не оставалось постоянным: шел процесс образования хромосом, шла полная реконструкция ядра. Вот вдруг исчезло ядрышко. Затем, совершенно неожиданно для наблюдателей, пропала и ядерная оболочка. Ядра как такового уже не стало: ядерный сок смешался с цитоплазмой. И весь вид клетки стал иным. Там, где когда-то было ядро, теперь лежали хромосомы. Они располагались почти правильной звездой, напоминая одну из фигур хоровода «Березка».
