Биология для тех, кто ищет ответы в природе - Андрей Левонович Шляхов

друг от друга – вот третий закон, открытый Менделем. В научном изложении этот закон звучит так: «При скрещивании двух особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях».

Вспомните мейоз, и вы поймете, почему аллели разных генов наследуются независимо. При мейозе пары гомологичных хромосом (а следовательно, и парные гены) расходятся по разным половым клеткам.

Для определения фенотипов и генотипов потомства при дигибридном скрещивании английский генетик Реджинальд Пеннет предложил «решетку Пеннета» – удобный, наглядный графический метод. Решетка Пеннета представляет собой таблицу, по вертикальной оси которой размещены гаметы мужского родительского организма, а по горизонтальной – женского. В местах пересечения вертикалей и горизонталей записываются генотипы дочерних организмов. Таблица на рисунке, изображающем расщепление при дигибридном скрещивании семян гороха, – это решетка Пеннета, очень удобная штука, позволяющая избежать путаницы и ошибок при расчете вариантов.

Все три закона Менделя универсальны для всех живых организмов, от слона до самой маленькой улитки. Все живое на нашей планете имеет единое происхождение и единую систему кодирования наследственной информации.

В 1902 году британский биолог Уильям Бэтсон, придумавший генетике такое название, сформулировал закон чистоты гамет (половых клеток), дополняющий третий закон Менделя. Согласно этому закону, в каждую гамету попадает только один аллель из аллельной пары родительской особи. Суть этого закона заключается в том, что доминантные и рецессивные аллели не смешиваются между собой, соединяясь в потомстве, и при образовании гамет расходятся «чистыми», то есть такими же, какими и были.

А + а → Аа → А + а

В дальнейшем было установлено, что законы Менделя о независимом наследовании признаков при дигибридном (полигибридном) скрещивании действуют лишь в том случае, когда разные гены располагаются в разных парах гомологичных хромосом. Если два гена находятся в одной хромосоме, то расщепление признаков в потомстве гибридов будет иным, ведь гены одной хромосомы образуют так называемую группу сцепления, которая при мейозе обычно24 попадает в одну гамету.

Совместное наследование генов приведет к тому, что вместо ожидаемого расщепления по фенотипу в соотношении 9:3:3:125 будет получено соотношение 3:1, как при моногибридном скрещивании. В примере с семенами гороха сцепление генов дало бы во втором поколении только гладкие желтые и морщинистые зеленые (те же, что и у родителей) в соотношении 3:1. Сцепленные гены, сколько бы их ни было, можно условно рассматривать как один ген и применять к ним законы моногибридного скрещивания.

Закономерности сцепленного наследования были установлены американским биологом Томасом Морганом, который в качестве объекта своих исследований использовал плодовую муху дрозофилу, у которой гены, отвечающие за окраску тела и длину крыльев, находились в одной паре гомологичных хромосом и наследовались совместно.

Результатом исследований Моргана стало создание им хромосомной теории наследственности, которая впоследствии дополнялась другими учеными. На сегодняшний день основные положения этой теории таковы:

– гены находятся в хромосомах и расположены в линейной последовательности;

– различные хромосомы содержат неодинаковое число генов;

– набор генов каждой из негомологичных (непарных) хромосом уникален;

– аллели генов занимают одинаковые локусы в гомологичных (парных) хромосомах;

– гены одной хромосомы наследуются преимущественно совместно, образуя группу сцепления;

– сцепление нарушается в результате кроссинговера, что приводит к образованию хромосом с новыми комбинациями генов, причем вероятность расхождения генов по разным хромосомам прямо пропорциональна расстоянию между ними – чем больше расстояние между генами, тем слабее связь между ними и больше шансов у них чаще оказываться в разных гаметах.

В самом начале этой книги, когда шла речь о митохондриях, было упомянуто о том, что митохондриальная ДНК наследуется только от матери. Наследование ДНК, находящейся вне ядра, называется цитоплазматической наследственностью, и эту наследственность нужно отличать от хромосомной или ядерной.

Цитоплазматическая наследственность не настолько значима, как хромосомная, но пренебрегать ею нельзя, потому что такое отношение может обернуться отрицанием фундаментальных законов генетики. Так, например, признаки, приобретенные в течение жизни под воздействием факторов окружающей среды, по наследству не передаются, в хромосомах «не записываются». Это «железный» факт, не знающий исключений. Но при этом известны примеры наследуемых модификационных изменений, мы об этом тоже говорили. Попала в половую клетку РНК, блокирующая считывание информации с определенного участка конкретной молекулы ДНК – и вот вам повторение приобретенного признака в потомстве.

В ХХ веке едва не дошло до воскрешения ламаркизма, когда было установлено, что умеренное температурное воздействие на куколки колорадского жука вызывает изменение окраски взрослых особей, и это изменение окраски передается потомству и проявляется в нескольких последующих поколениях. Передача приобретенных признаков по наследству!.. Жираф вытягивает шею… Атлант расправляет плечи… Лягушка тренирует задние лапы…

Но на самом деле никакого воскрешения ламаркизма быть не могло, потому что ламаркизм антинаучен. Изменение окраски под температурным воздействием было обусловлено цитоплазматической наследственностью – вместе с хромосомной ДНК в половые клетки проникали молекулы РНК, управлявшие считыванием генетической информации.

Тайн у генетики много, и далеко не все они раскрыты. Но наличие нераскрытых тайн не означает отрицания основополагающих законов.

Как-то так.

И никак иначе.

Глава тринадцатая

Крекс! Фекс! Пекс! Мутабор!

Мутацией называется стойкое изменение генома, приводящее к изменению наследственной информации. Слово «стойкое» означает, что это изменение может передаваться потомкам.

Название «мутация» произошло от латинского слова «мутацио», означающего «изменение», а это слово, в свою очередь, образовано от глагола «муто» – «изменять» или «превращать». Помните волшебное заклинание «мутабор», превращающее людей в животных и обратно из сказки Вильгельма Гауфа «Калиф-аист»? «Мутабор» означает «я изменяюсь».

Научное определение мутации звучит следующим образом: «Мутация представляет собой внезапное качественное изменение структуры ДНК в одном локусе (генная мутация) или изменение числа или микроструктуры хромосом (хромосомная мутация)». Мутация может затрагивать отдельный ген или же хромосому, участок молекулы ДНК или всю молекулу.

Процесс возникновения мутаций называется мутагенезом, фактор, вызывающий мутацию, называется мутагеном, а организм, изменивший свой фенотип в результате мутации, называется мутантом. Различают естественные, самопроизвольно возникшие мутации, и индуцированные, вызванные искусственно при помощи каких-либо мутагенов. Принципиальной разницы между спонтанными и индуцированными мутациями нет, суть процесса одна и та же – изменение генов и хромосом.

Многообразие жизни на нашей планете обусловлено мутациями. Благодаря мутациям, был пройден великий путь от праклетки, зародившейся в Мировом океане, до Человека разумного – венца творения и совершенства во всех отношениях (ну, во всяком случае, на сегодняшний день более совершенного организма на земле не существует).

Знаете ли вы, что именно благодаря мутациям ученые узнали о том, что гены существуют на самом