Зал замер. И, хотя здесь собрались цитологи, люди, просмотревшие под микроскопом не одну тысячу препаратов, все глядели на экран с напряженным вниманием. Наступал самый существенный и замечательный момент — деление ядра. На глазах у всех должно было произойти чудо, на котором природой основано существование всего живого. И оно произошло. Изображение вдруг дрогнуло, и хромосом стало вдвое больше. Из одной звезды образовались две, наложенные друг на друга. Каждая хромосома расщепилась вдоль строго пополам, и теперь на ее месте лежали две дочерние хромосомы, абсолютно похожие друг на друга и на свою прародительницу. Так все хромосомы клетки воспроизвели самих себя.
Но картина двух «звезд» держалась недолго. Вначале незаметно, а потом все быстрее и быстрее хромосомы начали расходиться к противоположным полюсам клетки. Пары хоровода распались, дочерние хромосомы неотвратимо удалялись друг от друга. Клетка делила свое наследство. Происходило это все удивительно четко. Как будто на двух половинах экрана показывали из двух аппаратов один и тот же фильм. И в левой и в правой сторонах клетки хромосомы совершали одинаковые движения. Но вот, наконец, они остановились, собравшись в кучку у противоположных полюсов клетки. Здесь между хромосомами начали образовываться соединения и перемычки. Хромосомы теряли свою индивидуальность, складываясь в хроматиновые ленты, свернутые в клубок. Затем каждый из клубочков оделся нежной ядерной оболочкой. Так в результате сложных превращений из одного материнского ядра образовались два новых.
Параллельно с делением ядра протоплазматическое тело клетки также подвергалось изменениям. В момент расхождения хромосом к полюсам клетки на ней по экватору появились перетяжки (бороздки). Они все больше и больше углублялись в тело клетки, и в конечном итоге она оказалась расчлененной пополам. Процесс деления клетки завершился. Теперь вместо одной материнской клетки на экране были две новые. Каждая из них жила своей жизнью. И в каждой ритмично пульсировало свое ядро.
Дочерние клетки, как правило, очень похожи друг на друга, а также на ту исходную, из которой они произошли. И, наблюдая процесс деления клетки, легко понять, откуда возникает такое сходство. Ведь весь механизм деления был направлен именно на то, чтобы вещество материнской клетки распределилось между дочерними как можно более точно. И особенно это относится к веществу ядра, к его хроматиновой части. Вспомним, как распределялся хроматин. Хроматиновая лента распалась на сегменты — хромосомы; хромосомы расщепились вдоль на половинки, из которых и образовались новые ядра. Таким образом, количество хроматина было разделено предельно точно. И что особенно важно подчеркнуть, произошло не только точное распределение хроматина по количеству, но он оказался также точно распределенным и качественно. Ведь вновь образовавшиеся хромосомы (половинки) расходились всегда в противоположные стороны.
На основании изучения механизма деления клеток и роли хромосом в равномерном распределении ядерного вещества в биологии возникло представление, что именно через хромосомы и происходит передача наследственных признаков от клетки к клетке. Такое представление получило название хромосомной теории наследственности.
Давайте посмотрим, на какие же еще факты опирается эта теория. А факты интересные. Так, изучение количества хромосом в клетках различных животных и растительных органов выявило удивительную закономерность. Выяснилось, что в каждой клетке (любого организма данного вида) содержится строго определенное число хромосом, характерное для данного вида. Например, в клетках тела кролика всегда присутствуют 44 хромосомы. У кошки их 36, у лошади — 60. Твердые пшеницы имеют 28 хромосом, мягкие — 42 хромосомы, а у кукурузы их 20.
Но числовой разброс велик. И вот границы. У одного из видов круглых червей в клетках тела имеется всего лишь 2 хромосомы, в то время как у микроскопического морского животного радиолярии их около 1600. Таким образом, число хромосом в клетках тела характерно для каждого вида животных и растений. На этом основании утвердилось правило, что все особи внутри каждого вида должны иметь одинаковое число хромосом. Это положение получило название «закона постоянства числа хромосом».
Число хромосом в клетках тела человека равно 46. Такое число хромосом содержат все клетки тела человека, независимо от того, идет ли речь о клетках сердца или печени, пальца или легкого. Почему? На этом стоит остановиться подробнее.
Под микроскопом легко видеть, что присутствующие в клетках хромосомы далеко не одинаковы. Они отличаются друг от друга по длине, форме, наличию утолщений или перетяжек и т. д. Каждая хромосома имеет как бы свое лицо. Однако, присмотревшись внимательно, можно найти и «лица», похожие друг на друга. Еще внимательнее: и вы видите, что таких похожих не больше двух. Пары! Да, в каждой клетке нашего тела не просто 46 хромосом, а 23 различные пары. Как бы двойной набор одного определенного ассортимента. Такой двойной набор хромосом называется диплоидным, а отсюда и содержащие его клетки диплоидными. Все клетки нашего тела диплоидны. Исключение составляют только зрелые половые клетки, или гаметы (яйцеклетки и сперматозоиды), в которых содержится не двойной, а одинарный, или гаплоидный, набор хромосом (у человека 23 хромосомы).
В чем же смысл такой, всегда двукратной, разницы в количестве хромосом между воспроизводящими (половыми) и телесными клетками?
Давайте рассуждать. Как вы помните, развитие любого организма начинается с одной клетки — зиготы. Образуется зигота в результате слияния двух клеток: мужской и женской. И каждая из них привносит в зиготу свой (одинарный) гаплоидный набор хромосом.
Уже в первичной клетке, из которой впоследствии разовьется новый организм, наследственные признаки родителей представлены на равных началах. Зигота имеет уже двойной (диплоидный) набор хромосом, который и будет воспроизведен во всех клетках тела при последующем росте и развитии. Следовательно, биологический смысл присутствия в клетках тела всегда двойного набора хромосом заключается в том, чтобы представить в потомстве наследственность обоих родителей.
Итак, детальное изучение процесса деления клетки приводило к выводу, что передача наследственных признаков и свойств исходной клетки связана с распределением вещества ее ядра между клетками дочерними. Было бесспорно установлено, что важнейшими структурами, обеспечивающими необходимую точность такого распределения, являются хромосомы.
И естественно, следующим логическим шагом было выяснение химического состава хромосом. Оказалось, что они построены главным образом из двух химических соединений: белка и нуклеиновой кислоты. Оба эти органические соединения представляют собой гигантские молекулы с огромными (миллионными) атомными весами.
Итак, по химическому строению хромосомы — нуклеопротеиды, соединение белка с нуклеиновой кислотой.
Но какое из этих веществ ответственно за передачу наследственных признаков? Белок или нуклеиновая кислота? А может, оба вместе? И наконец, каким образом на микроскопически маленьких образованиях, хромосомах, «записано» огромное число «сведений» о чертах строения будущего взрослого организма или пусть даже отдельной клетки?
Загадка казалась неразрешимой. Решить ее одной генетике (науке о наследственности) было не под силу. Здесь нужны разносторонний, комплексный подход, усилия ученых многих специальностей. И особенно это было необходимо по отношению к нуклеиновой кислоте. Биологическая роль и строение белков во многом не представляли секрета. А что можно сказать о нуклеиновых кислотах?
70 лет… первого знакомства
В 1871 году двадцатипятилетний физиолог швейцарец Мишер, работавший в лаборатории немецкого биохимика Гоппе-Зейлера, опубликовал несколько работ. Он сообщил, что нашел в ядрах лейкоцитов неизвестные вещества, содержащие фосфор. Мишер назвал их нуклеинами («нуклеус» — ядро). Конечно, он тогда не знал, что открыл новую главу в биологии. Не подозревал он и о том, что глава эта долго еще останется открытой на первой странице.
Почти 70 лет с момента открытия нуклеиновых кислот (так их стали называть впоследствии) оставалось неизвестным их назначение.
Между тем нуклеиновые кислоты находили в составе буквально каждого живого организма, каждой его клетки. Их нашли и у животных, и у растений, и у микробов, и даже у мельчайших живых существ — вирусов. Некоторые вирусы вообще состояли только из белка и нуклеиновой кислоты. Значит, догадывались ученые, нуклеиновые кислоты должны иметь какое-то очень важное значение. Но какое? Этого никто не мог сказать. Назначение нуклеиновых кислот оставалось загадкой. И в учебниках после описания химического состава этих соединений и некоторых их химических свойств, хотя и говорилось, что они играют важную биологическую роль, никогда не конкретизировалась — какую.
