Когда отступает фантастика

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.

Только перед самой войной, в 1941 году, советский ученый Кедровский и швед Касперсон высказали догадку, что нуклеиновые кислоты принимают участие в синтезе белка. Кроме того, удалось установить, что существуют два типа нуклеиновых кислот: дезоксирибонуклеиновая кислота, располагающаяся всегда в клеточных ядрах, и рибонуклеиновая, находящаяся в протоплазме. Сокращенно их обозначают теперь как ДНК и РНК.

Вот, пожалуй, и все, что знали биологи об этих соединениях до 1944 года, когда были опубликованы поразительные работы английского микробиолога Эвери с сотрудниками.

Результаты, которых никто не ожидал

По установившейся в науке о микробах терминологии кокки — это бактерии, имеющие круглую форму. Пневмококки — бактерии, вызывающие крупозную пневмонию, воспаление легких. Микробиологи давно выяснили, что у пневмококков существуют разновидности, или типы, которые и были обозначены римскими цифрами I, II, III, IV и т. д. Различия, стоящие за этими цифрами, довольно четкие, а для высших организмов и весьма ощутимые, так как связаны они с вирулентностью микробов, то есть их способностью распространяться в организме и вызывать болезнь. Но есть и различия, которые можно просто увидеть и по ним отличить один тип от другого.

У III типа есть массивная полисахаридная капсула, окружающая клетки, которая у пневмококков II типа под микроскопом имеет вид узкой полоски. Вирулентность пневмококков, их способность вызвать болезнь как раз зависит от наличия или отсутствия полисахаридной капсулы.

Английский микробиолог Гриффит работал с пневмококками, изучая их способность поражать мышей. И привлекали Гриффита именно пневмококки II и III типа. Результаты своих опытов он опубликовал в 1928 году. Они были столь разительны, что объяснить их автор не мог. И не удивительно.

Понадобилось еще 16 лет усилий целых коллективов ученых и сложнейшие исследования, чтобы понять, что же все-таки произошло в опытах Гриффита. А опыты были не ахти какие сложные. Повторить их не составляло большого труда. Но вот объяснить?!

…Итак, в распоряжении Гриффита пневмококки II и III типов.

Вначале проводится проверка штаммов на их вредоносность.

Вот мышам вводится взвесь пневмококков II, бескапсульного типа (авирулентного). Как и следовало ожидать, все животные остаются живы. Применение штамма III (вирулентного) типа, имеющего массивные полисахаридные капсулы, приводит к поголовной гибели мышей.