Законы наследственности Менделя

С 1856 по 1863 год — в тот самый период, когда публиковался великий труд Дарвина — Грегор Мендель (1822-1884), монах из Австро-Венгерской империи, проводил эксперименты по скрещиванию сортов гороха и других растений с характерными чертами. Мендель с удивлением обнаружил, что черты го роха не смешиваются: при скрещивании высоких растений с карликовыми рождаются растения не среднего, а высокого роста; в результате скрещивания желтого гороха с зеленым появляются не желто-зеленые, а скорее желтые горошины. Когда же он перешел к перекрестному скрещиванию гибридов, полученных от скрещивания высоких растений с карликовыми, то хотя все гибриды были высокими, четвертая часть потомства оказалась карликовой. Мендель правильно заключил, что сами альтернативные признаки — рост, форма или цвет — наследуются напрямую и явно наугад.

«Закон сегрегации» Менделя гласит, что наследственные признаки передаются от каждого из родителей напрямую и в равной степени. Они не смешиваются и существуют по отдельности. Каждый признак генерируется двумя командами, причем .доминантный» признак определяет внешний вид, а «рецессивный» признак как бы спит, но способен проявляться в последующих поколениях. Кроме того, Мендель сформулировал «закон независимого расщепления": наследование факторов происходит по воле случая, причем доминантные факторы имеют

* В конце концов Дарвин остановился на ошибочном предположении, что клетки всего тела передают команды репродуктивным клеткам и таким образом лапускают механизм наследования индивидуальных черт

не больше шансов на «победу» в последующем поколении, чем рецессивные. Более того, закон независимого расщепления утверждает, что при скрещивании передаются только индивидуальные признаки, а не полный комплекс характеристик. По закону Менделя каждый из семи признаков действовал независимо от других.

При жизни Менделя никто не воспринимал его всерьез. Незадолго до смерти, когда он сменил скрещивание гороха на менее приятные обязанности аббата своего монастыря, наука открыла хромосомы, хотя поначалу никто не знал, зачем они нужны. Значение открытий Менделя стало окончательно очевидным лишь в 1900-х годах, когда появилась гипотеза о том, что хромосомы содержат генетическую информацию. «Факторы» Менделя переименовали в «гены», и ученые осознали, что каждая пара хромосом в клетке несет в себе большое количество генетических данных.

Между 1907 и 1915 годами американский биолог Томас Хант Морган (1860-1945), занимавшийся разведением плодовых мушек дрозофил, с удивлением заметил, что у одной глаза были белыми в отличие от обычных красных. Еще более удивительным оказалось то, что белые глаза передались по наследству. Не в следующем поколении, а через поколение, у одной трети дрозофил, причем только у самцов, глаза оказались белыми, в точности как предсказывали законы Менделя. В 1915 году Морган написал работу «Механизмы наследственности Менделя», в которой он доказал, что гены — это реальные физические единицы, располагающиеся вдоль хромосом, и что, согласно принципам математической вероятности, наследуются именно индивидуальные гены.

Это окончательно решило дилемму Дарвина. Если наследственные признаки не смешиваются, то при передаче они не ослабевают. Естественный отбор осуществляется посредством генов, генетической наследственности. Кроме того, Морган в совершенно новом свете показал, как происходят мутации: мелкие вариации внедряются в популяцию, как аллели — альтернативные характеристики, — а внешняя среда оказывает избирательное давление на их адаптивность. (Говоря современным языком, аллели — это необычные типы генов, такие как ген голубых глаз и ген карих глаз, борющиеся за одну и ту же ячейку на хромосоме; следовательно, термин «аллель» может быть использован в широком смысле и обозначать соперника или конкурента. Другими словами, аллель — это «один из нескольких вариантов гена, которые могут находиться в данном участке хромосомы».)

Таким образом, в рамках одного вида возможны значительные различия: мутации не обязательно должны быть кардинальными. Специфические признаки могут изменяться так же, как и новые виды. Это заключение важно для понимания природы развития бизнеса.

ДНК и ее структура

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота), большая молекула, присутствующая в ядре всех клеток любого организма, была открыта в 1869 году, получила свое название в 1899 году и находилась в забвении до конца 1940-х, когда некоторые ученые начали подозревать, что она может оказаться ключом к пониманию механизма воспроизводства бактерий. В 1948 году выдающийся химик Лайнус Полинг использовал рентген для определения формы белков, которая оказалась геликоидальной (спиралевидной). В 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уот-сон, изучая рентгеновские снимки ДНК, пришли к выводу, что она имеет структуру двойной спирали, немного напоминая перекрученную веревочную лестницу, и опубликовали в журнале «Nature» следующее заявление:

«Установленная нами специфическая парность однозначно подсказывает возможный механизм копирования генетического материала».

Наши гены сделаны из ДНК, полимера с правильной, повторяющейся «позвоночной» структурой с четырьмя типами боковых отростков «баз», торчащих из нее с правильными интервалами. Порядок баз — способ, которым соединены четы-

ре буквы языка ДНК, — содержит в себе генетическое послание, которое у высших организмов может быть поразительно длинным. Считается, что ДНК человека состоит из более чем 1 000 000 000 букв. При этом структура остается элегантно простой и довольно универсальной. У всех растений и животных базовая структура ДНК одинакова. Существуют четыре типа основных строительных кубиков, обозначаемых буквами А, Г, ЦиТ. Строительный блок А у человека абсолютно идентичен такому же блоку у бабочки. Разница между людьми и бабочками в этом плане заключается в количестве и последовательности расположения блоков. У каждого человека (за исключением однояйцевых близнецов) свой собственный код последовательности ДНК, но при этом та же структура ДНК, что и у всех форм жизни.

Открытие ДНК подтвердило догадку Дарвина, высказанную им в «Происхождении видов» примерно за столетие до этого:

« У всех живых существ много общего, в их химическом строении, зародышевых везикулах, клеточной структуре и законах роста и воспроизводства... Следовательно, я исхожу из аналогии, что, возможно, все органические существа, которые когда-либо жили на этой земле, произойти от одной первобытной формы, в которую впервые вдохнули жизнь «.

Открытие Уотсона и Крика повысило статус генов и привело к появлению «неодарвинистских» теорий, включая теорию «эгоистичного гена».

Эгоистичный ген

Крик и Уотсон доказали, что гены, даже внутренне, имеют цифровую природу. Внутри гена все является цифровым кодом, напоминающим компьютерный язык — чистую информацию в цифровой форме. Кроме того, они доказали, что процесс передачи информация необратим: ген передает свою информацию, и эту информацию нельзя дополнить ничем из того, что происходит с телом, внутри которого этот ген находится. Несмотря на то что ген может быть поврежден, если поврежден его носитель (например, токсинами или радиацией), приобретенные таким образом характеристики не передаются никому из потомков, так же как загар от долгого пребывания на солнце.

Обдумав эти факты, профессор биологии Оксфорда Ричард Доукинс опубликовал в 1976 году книгу «Эгоистичный ген"*. Вместо того чтобы описывать естественный отбор с точки зрения индивида, Доукинс смотрит на него глазами самого гена. Он говорит:

«Базовой единицей отбора и, следовательно, эгоизма, является не вид, не группа, и даже, говоря честно, не индивид. Это ген, единица наследственности «.

Вот как звучит Евангелие по Доукинсу: вначале были молекулы. Затем однажды, по чистой случайности, появилась удивительная молекула, репликатор. Репликатор мог производить копии самого себя. При производстве копий случаются ошибки: иногда копии получаются несовершенными. В результате первобытный бульон начал наполняться различными вариантами репликаторов, произошедших от одной молекулы. Но первобытный бульон был недостаточно питателен, чтобы поддержать всех репликаторов, поэтому им пришлось конкурировать друг с другом: «началась борьба за существование между разновидностями репликаторов». У репликаторов-хищников, которым удалось выжить, появилась идея построения машин для выживания, в которых можно поселиться. Машины для выживания, созданные репликаторами, становились все больше, разнообразнее и сложнее. Теперь репликаторы «образуют гигантские колонии и живут в безопасности внутри гигантских неуклюжих роботов», то есть внутри растений и животных. Эти репликаторы, которых теперь называют генами, «есть в вас и во мне, они создали нас, наше тело и душу,

• Ричард Доукинс. Эгоистичный ген {Richard Dawkins. The Selfish Gene. 1976, revised edition 1989, Oxford University Press, Oxford).

и их сохранение является главной причиной и целью нашего существования».

Естественный отбор предполагает различную выживаемость организмов. Каждому гену хочется выжить, жить долго и, может быть, даже стать бессмертным. Ген выживает, производя идентичные копии самого себя; если он способен разместить эти копии в длинной последовательности различных машин для выживания (в животных, а значит, в их телах), ген будет жить очень долго. Любой ген потенциально почти бессмертен, несмотря на то что может выжить только благодаря взаимодействию с другими генами внутри машин для выживания. И все же, так как все гены выжить не могут, они конкурируют друг с другом. Ген «эгоистичен», потому что он выбран для служения только собственной цели: оказаться выжившим в игре естественного отбора, где всегда больше проигравших, чем победителей. Гены эгоистично борются со своими аллелями за выживание. Выживают гены, лучше всего приспособленные к своему окружению, которое (вот где незаметный, но важный поворот в рассуждениях Доукинса) включает другие гены. В итоге, как мы еще увидим в главе 5, сотрудничество оборачивается наивысшей формой эгоизма как для генов, так и для их самых совершенных носителей, людей.

Теория мемов

Доукинс говорит, что гены добились господства на земле и что мир эгоистичных генов — это мир жестокой конкуренции, безжалостной эксплуатации и подлого обмана. И все же Доукинс не говорит, что наши гены управляют нами. Само собой, гены пытаются нами манипулировать, но в нашей воле расстроить их планы, например, применяя контрацептивы. По мере повышения уровня образования женщин в обществе уровень рождаемости быстро снижается.

Более того, Доукинс предлагает нам надежду на успешное восстание против генов. Наш вид, говорит он, уникален в своей способности передавать знания посредством культуры: языка, традиций, искусства, архитектуры, науки. Люди изобрели новую форму воспроизводства, новую форму потенциального бессмертия — «мемы». Словом «мем» Доукинс обозначил единицу передачи культурной информации. Мемом может быть книга, пьеса или идея — в частности дарвиновская идея эволюции путем естественного отбора. Мемы — это то, что может быть передано от одного человека другому или от одного поколения другому путем обучения или имитации. В «Эгоистичном гене» Доукинс поясняет свою формулировку так:

«Примерами мемов являются настроения, идеи, крылатые фразы, мода, способы изготовления горшков или строительства арок. Так же как гены плодятся в питомнике генофонда, перепрыгивая из одного тела в другое с помощью спермы или яиц, так же и мемы размножаются в питомнике мемофонда, перепрыгивая из мозга в мозг [с помощью]... имитации».

Доукинс намекает на то, что мир эгоизма можно было бы предположительно превратить во что-нибудь лучшее, если бы мемы с альтруистическими и при этом успешными характеристиками размножались быстрее, чем гены.

Идея мемов спорна. Ряд биологов отвергает их параллель с генами или не считает их релевантными (важными). Но, на мой взгляд, она совершенно логична: мемы — это человеческое изобретение, однако после своего создания они начинают жить полуавтономной собственной жизнью. Мемы воспроизводятся, изменяются, адаптируются и внедряются в мощные носители. Мемы производят все более сложные организмы почти так же, как это делают гены.

Вкратце отметим нарастающий объем свидетельств того, что люди — не единственные животные, у которых культурная эволюция — под ней я подразумеваю полученное в результате учебы поведение, а не повышение интереса, например, к опере — взаимодействует с генетической эволюцией и опережает ее. Исследования доктора Ли Алана Дугаткина, биолога из Луис-вилльского университета, показывают, что даже существа с низким уровнем интеллекта могут имитировать поведение своих соплеменников. Простейшие морские клопы изоподы, едва достигающие в длину четверти дюйма, копируют друг у друга способ выбора партнера. Самки гуппи (маленькие рыбки из западной части Индийского океана) меняют выбранного самца, когда видят, что другие самки тоже меняют самцов. А вот птица улита меняет свои сексуальные пристрастия, следуя культурной моде, меняющейся каждый год*.