Андрей Шляхов
Сказочная генетика
6. Странная дружба
В одном странном городе существуют странные порядки, удивляющие всех попадающих туда путешественников.
У каждого жителя города есть один друг, только один, не больше. В каждой паре друзей один является главным, а другой ему во всём подчиняется. Главный командует: «Идём гулять!» – и оба идут. Главный объявляет: «Пора обедать!» – и оба садятся за стол… Вроде на вид обычные люди, а нормально дружить не умеют.
* * *
Главным свойством любого гена является его обособленность, которая по-научному называется дискретностью. Это трудное слово можно и не запоминать, важно понимать, что каждый ген существует сам по себе. Гены не могут соединяться друг с другом и образовывать новый ген. Гены едины и неделимы.
Половину генов каждый из нас получил от матери, а другую половину – от отца. Материнские и отцовские гены в организме потомка составляют пары. Каждый признак, каждый белок в организме определяется одной парой генов. Если гены одинаковые, то тут всё ясно – каждый хранит одну и ту же информацию.
Но что происходит в тех случаях, когда в паре находятся разные гены? Например, у отца карие глаза, а у матери голубые. От отца ребёнок получает ген карих глаз, а от матери – ген голубых глаз. Какой цвет глаз будет у ребёнка?
Коричнево-голубой в полосочку или в крапинку? Нет, мы же знаем, что гены не могут соединяться друг с другом. Но зато они могут подавлять «коллег», не давая им возможности делиться информацией. Так что если гены в паре разные, то информация будет считываться с того, который условно «сильнее». В паре «карие глаза – голубые глаза» более сильным является ген карих глаз.
Сильные гены и признаки, которые они определяют, называются домина́нтными, а слабые, подавляемые гены и признаки называются рецесси́вными.
Слова можно пока не запоминать, важно понимать, как ведут себя гены в парах – один властвует над другим. Такие отношения не назовёшь дружбой, но иначе нельзя: в таком важном деле, как считывание наследственной информации, должен быть строгий порядок.
7. Волшебное удвоение
В некотором королевстве, за семью морями, за высокими горами, а где именно – отсюда не видать, жил-был богатый купец, и было у него два сына.
Сыновья выросли завистливыми друг к другу: «А почему брату больше каши досталось?» «А почему у брата одежда красивее, чем у меня?» «А почему ему то?» «А почему мне это?» В своём завещании купец пожелал, чтобы после его смерти наследство разделили между сыновьями строго-престрого поровну, до последнего грошика, до последнего яблочка…
Пришло время, и купец умер. Раздел наследства провели согласно его воле, строго поровну, но осталась одна лошадь. Как её поделить? Умные люди легко бы договорились между собой. Как вариант, один брат взял бы лошадь себе и отдал бы другому половину её стоимости, но завистливые люди умными не бывают. Каждый из братьев хотел забрать лошадь себе. Пока они спорили друг с другом, лошадь убежала, потому что ей надоели бесконечные крики да вопли. Думаете, после этого братья успокоились? Нет, каждый стал требовать у другого: «Заплати мне за лошадь, ведь она убежала по твоей вине!» Так, наверное, до сих пор и спорят…
* * *
Клетки живых организмов размножаются простым делением. Была одна клетка – и вот разделилась на две. В свою очередь получившиеся две тоже делятся надвое. И так без конца… Деление клеток происходит не только пока организм растёт, но и после окончания периода роста, поскольку всё время в течение жизни необходима замена отмирающих клеток новыми. Учёные подсчитали, что каждые семь лет клетки нашего организма полностью обновляются.
Смотрите, что получается. Клетка делится надвое, образуя две дочерние клетки. Каждая из них должна получить от клетки-матери полный комплект наследственной информации. Непременно должна, ведь без полного комплекта существовать невозможно. Но материнская клетка одна, а дочерних клеток – две. Не получится ли, как с братьями из сказки?
Нет, не получится, поскольку молекулы ДНК обладают способностью к самовоспроизведению, способностью удваиваться. По-научному этот процесс называется реплика́цией.
Чистое волшебство, не так ли? На самом деле никакого волшебства нет. А есть особые белковые молекулы, которые ползут по длинной-длинной молекуле ДНК и собирают её копию. Но молекулы ДНК непростые, каждая состоит из двух цепочек, завёрнутых в спираль и связанных друг с другом множеством связей. В процессе копирования связи между цепочками разрушаются, но копирующие ферменты сразу же создают каждой из половинок парную цепочку. Получается, что новая молекула ДНК содержит одну материнскую цепочку-спираль и одну свою собственную.
Смысл репликации заключается не только в удваивании материнской молекулы ДНК, но и в ТОЧНОМ КОПИРОВАНИИ её.
Дочерние клетки должны получиться абсолютными копиями материнской.
8. Волшебный аппарат для волшебного удвоения
В тридевятом царстве, в тридесятом государстве, за синими морями, за высокими горами жила-была жадная-прежадная старуха.
Однажды пошла она к колодцу за водой и вытащила в ведре… щуку. Да не простую щуку, а волшебную!
– Отпусти меня, бабушка, – попросила щука. – А я за это любое твоё желание исполню!
– Хочу сундук волшебный! – не раздумывая, сказала старуха. – Чтобы всё, что туда положу, удваивалось.
Щука шлёпнула о воду хвостом – и появился перед старухой большой сундук, крепкий, железом окованный да цветами сказочными расписанный. Но жадная старуха не отпустила щуку в благодарность за такой подарок, а сунула её в волшебный сундук, решив, что две волшебные щуки лучше, чем одна. Рассердилась щука на такое коварство, ударила хвостом, и волшебный сундук исчез, а старуха превратилась в лягушку. Сидит, квакает, о поведении своём думает.
* * *
Для исследований учёным требуется много молекул ДНК. Как проходят исследования? Молекулы нарезают на кусочки, с которыми и проводят научные эксперименты. Для того чтобы получить необходимый результат, порой требуются сотни копий одной и той же молекулы ДНК. А откуда их взять? Хорошо, если материала много. А если нет? А если в распоряжении учёных есть всего одна молекула ДНК, чудом сохранившаяся в кости ископаемого животного? Или две-три молекулы из микроскопической капельки слюны, оставленной преступником на месте преступления? Как тут быть?
Знаете, чем отличаются учёные от других людей? Они не отступают перед проблемами, которые кажутся неразрешимыми, и это дело его чести. Чтобы в исследуемых молекулах ДНК не было недостатка, учёные придумали прибор под названием амплифика́тор. С его помощью можно заготовить сколько угодно копий нужных молекул ДНК.
Если вы сейчас вообразили волшебный сундук из сказки, то вы почти правы. Закладываем в амплификатор молекулы ДНК, которые нужно скопировать, добавляем материал, из которого будут собираться копии, а также «молекулы-сборщики», выставляем нужную температуру и идём пить чай и смотреть мультики. Всё дальнейшее произойдёт без нашего участия. Спустя определённое время возвращаемся к нашему «волшебному сундуку» – амплификатору – и выгружаем из него нужное количество молекул ДНК.
Когда учёные-генетики говорят: «Эх, нам хотя бы одну молекулу ДНК!» – они не лукавят. Для любого исследования, пускай и самого сложного, достаточно одной-единственной молекулы ДНК, а копий с неё можно получить сколько угодно.
9. Как кот стал китом, а мышка мошкой
В некотором королевстве, за семью морями, за высокими горами, а где именно – отсюда не видать, жил-был юный волшебник, который не любил учиться, а любил бездельничать.
Встречаются люди, как ни странно, которым бездельничать приятнее всего на свете, и этот волшебник как раз был из их числа. Пока он учился в Академии Волшебства, всё было более-менее в порядке, ведь ученики ещё не вполне волшебники, с них невелик спрос. Но после вручения диплома изволь уж соответствовать высокому званию. Но у нашего лентяя-недоучки всё шло наперекосяк: задумает сотворить кота, а получается кит; замыслит мышку, а выходит мошка; вместо чашки чайку на стол приземляется наглая чайка, и так далее. Не волшебство, а сплошное расстройство. Про этого лоботряса даже песню сложили, «Волшебник-недоучка» называется.
* * *
Волшебнику-недоучке можно только посочувствовать. И так и хочется заявить сгоряча, что в строго упорядоченном мире генетики ничего подобного – задумал одно, а вышло совсем другое – произойти не может!
Но это не так. Может! Ещё как может и регулярно происходит! Если бы с генами не происходило никаких незапланированных сюрпризов, то не было бы такого природного многообразия, которое мы с вами наблюдаем.
А что было бы?
Было бы бесконечное однообразное повторение самой первой клетки, с которой началась жизнь на нашей планете. Всё окружающее нас природное многообразие является следствием «ошибок» при копировании генов или считывании информации с них. Такие ошибки важны, они меняют гены.
К наиболее наглядным примерам такой изменчивости приводят ошибки при репликации, то есть при самокопировании молекул ДНК. Вполне может случиться так, что вместо нужного вещества, допустим, аденина, в синтезируемую цепочку будет вставлен гуанин, тогда получится новый белок, а значит, новый признак вместо старого.
Если новый признак окажется полезным для выживания, он постепенно закрепится и «победит». К примеру, если красное оперение птички, обитающей в преимущественно зелёной листве, постепенно сменится на зелёное, менее заметное для хищников, то обладатель такого нового признака получит возможность прожить дольше, а значит, оставить больше потомства. Логично, что такой полезный признак начнёт распространяться в природном сообществе.
Так же постепенно, в результате множества генетических «ошибок», появился человек, разумное существо, считающееся венцом творения. В общем, от ошибок тоже может быть польза, всё зависит от обстоятельств. Что не отменяет истины, друзья мои, что учиться нужно хорошо и старательно, потому что недоучкам очень тяжело жить: ничего у них толком не получается, все над ними смеются, да и самим себе они не слишком нравятся.
