Взламывая биологию

Выводя законы наследования, Мендель рассматривал семь характерных признаков гороха: форму и цвет горошин, цвет цветков и их расположение на растении, форму и цвет стручков и длину стеблей растения.

Переходящие факторы

Мендель предположил, что признаки определяются единицами наследования, которые он назвал «факторами». Родители передают факторы потомству, поэтому у каждого потомка имеется по два фактора. Фактор существует у каждого признака, но в различных вариантах, например, красный и белый цвета. Доминирующий фактор контролирует признак, проявившийся у потомства. Мендель увидел, что факторы не сливаются и не сочетаются в поколении F1, а передаются по отдельности F2.

Он обобщил свои наблюдения в два закона наследования. Согласно закону расщепления, единообразные растения первого поколения дают разное потомство, то есть расщепляются. Какая пара генов будет унаследована – вопрос случая. По закону независимого наследования признаков, пары факторов передаются потомкам независимо друг от друга.

На иллюстрации показано прохождение доминантной (R) и рецессивной (W) аллелей через три поколения.

Современный взгляд

Сегодня мы называем «факторы» генами, а варианты генов – их аллелями. Современные термины появились почти через пятьдесят лет после выхода в свет работы Менделя, остававшейся без внимания до начала ХХ в. Менделевские законы наследования лежат в основе нашего понимания генетики, хотя во многих случаях не так легко выделить доминантную и рецессивную формы гена (см. примечание о «Кодоминантности»). Тем не менее благодаря преимуществам современной генетики мы можем объяснить происходящее. Проще всего изобразить наследование по Менделю, снабдив каждую аллель специальным символом: W – белый цвет, а R – красный. Цветки-родители – это WW и RR; у них по два комплекта одной аллели для цвета. Растения F1 наследуют один признак W и один R, то есть их можно обозначить WR. R – всегда доминантный, поэтому все F1 красного цвета. Растения F1 передают потомкам F2 либо W, либо R совершенно произвольно. Следовательно, растение F2 может унаследовать RR, WR, RW или WW. Шансы унаследовать одно из этих четырех сочетаний равны. Но только сочетание WW даст белые цветы; остальные три дадут красные. Поэтому при достаточно большой группе гибридов соотношение красных и белых цветков всегда будет 3: 1.

ПЛОХИЕ ПЧЕЛЫ

Мендель прославился опытами с горохом, но исследователь разводил и пчел, чтобы выявить генетические признаки у животных, а заодно получить великолепный мед для монахов монастыря. Существует легенда, что Менделю удалось вывести новую гибридную линию медоносных пчел, но получившиеся насекомые оказались настолько агрессивны, что жалили всех, кто попадался им на пути. Улей вообще не поддавался контролю, и пчел пришлось уничтожить.

ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, – это важнейшее химическое вещество в мире. Его открыл в 1869 г. швейцарский врач Фридрих Мишер при изучении гноя.

Долгое время биологи были убеждены, что существует некое «генетическое» образование, которое передается следующим поколениям и делает потомство похожим на родителей. Первый шаг к пониманию его природы сделал Мишер, когда исследовал белки в лейкоцитах (белых кровяных клетках). Он собрал материал из неприятного источника: пропитанных гноем бинтов пациентов ближайшей больницы. В 1869 г. Мишер заметил загадочную субстанцию, непохожую на другие белки, в ядре клетки. Врач назвал ее нуклеином, а сегодня мы называем это нуклеиновой кислотой. Мишер предположил, что это химическое вещество отвечает за наследование, но у него не было доказательств. В ХХ в. ученые подтвердили, что молекулы ДНК действительно переходят к следующему поколению и отвечают за наследование признаков. Хотя стало известно, что ДНК состоит из более мелких единиц – сахара-рибозы и четырех нуклеиновых кислот, – все еще неясно, как они сочетаются. Если загадка будет решена, мы узнаем, как химическое вещество переносит генетический код.