Текст книги "10 гениев, изменивших мир"

Исходя из фактов, следует заметить, что упомянутая комната поразительно невелика – порядка 24 кв. м, – но это не помешало ей стать местом паломничества многих ученых мира. «Мушиная комната» совершила переворот не только в генетике, но и в сфере организации учебного процесса сначала в лучших, а затем и во всех остальных учебных заведениях США. Дело в том, что в начале XX века ведущие исследовательские университеты Северной Америки (Гарвардский, Колумбийский, Чикагский) воспроизводили германскую модель организации научного сообщества, когда какой-нибудь выдающийся ученый собирал вокруг себя учеников, устанавливая с ними отношения строгой субординации. Морган же построил работу лаборатории на принципах демократии, считая реальные научные достижения своих последователей и сотрудников более важными, чем соблюдение старшинства.

Выдающийся генетик поощрял свободный обмен идеями, и в отношениях между сотрудниками лаборатории установилась атмосфера дружественная, ироничная и с большой долей самокритичности. Особенно хорошо дух «мушиной комнаты» описал Стартевен – один из самых молодых членов исследовательской группы: «Мы все работали как единый союз. Каждый ставил собственные опыты, но каждый из нас совершенно точно знал, чем занимаются другие, и каждый полученный результат обсуждался. Нас мало интересовали вопросы научного приоритета, а также кто из нас высказал ту или иную идею первым. Главным был результат и постоянное движение вперед. Нужно было очень многое сделать, проверить массу идей, придумать и отработать огромное количество новых методов. На самом деле я не знаю второй такой лаборатории, где царило бы такое воодушевление и приподнятость. Во многом такая атмосфера установилась благодаря личным качествам Моргана, который сочетал в себе невероятный энтузиазм, здравый смысл, незашоренность сознания, удивительное чувство юмора, способность самостоятельно генерировать новые идеи и прислушиваться к мыслям других людей».

Справедливости ради надо сказать, что далеко не все разделяли идиллические представления Стартевена. Тем не менее, даже самые завзятые скептики не могли оспорить тот факт, что «мушиная комната» в полной мере показала, каким образом должно строиться образцовое научное исследование: ведь пятеро из тех, кто непосредственно работал с Морганом или его сотрудниками в разные годы, стали нобелевскими лауреатами. Еще один его ученик, Ф. Добжанский, смог поместить теорию эволюции в современный контекст биологической науки, справившись с кажущимися противоречиями. Благодаря Моргану и его последователям наиболее мощные биологические исследовательские центры переместились из Европы в США, и XX век стал «американским» веком биологии.

«Мушиная комната» стала примером как для других лабораторий Колумбийского университета, так и для мирового научного сообщества. По сути методы научной работы и преподавания, созданные в ней, благодаря ученикам Моргана распространились по всему миру и через несколько десятков лет сформировали новый подход к биологической науке. Но это произошло значительно позднее, а пока, в начале XX века, никаких предпосылок для такого ошеломительного успеха не было.

Морган и его сотрудники начали исследовать дрозофил, подвергая их воздействию химических веществ, различных физических факторов (в т. ч. и радиации) и скрещивая между собой, чтобы выявить наследуемые мутации. В течение двух лет никаких заслуживающих внимания результатов получено не было. Явные изменения не проявлялись, а обнаружить какие-либо скрытые мутации у дрозофил оказалось практически невозможным из-за их крошечного размера.

Первый успех пришелся на 1909 год, когда проявилась явная мутация – белые глазки у самцов дрозофилы, которые безусловно выделяли их на фоне остальных красноглазых мушек. После ряда скрещиваний и исследований потомков красноглазых и белоглазых «брачных пар» оказалось, что белоглазость – это рецессивный (подавляемый) признак, сцепленный с полом. Белые глазки никогда не появлялись у самок дрозофил, они почти всегда встречались только у самцов – и это стало настоящим сюрпризом для Моргана и его сотрудников. Оказалось, что существует еще ряд признаков – рудиментарные крылышки и желтый цвет тельца мушки, – которые также связаны с полом.

Через некоторое время Морган обнаружил мушку с розовыми глазами, и этот признак имел совершенно иной механизм наследования, чем белоглазость или желтый цвет. Всего же были выявлены четыре такие сцепленные группы генов у плодовой мушки, которые соответствовали четырем ее парам хромосом. Это навело Моргана на мысль о том, что все три гена располагаются в тесной близости друг к другу на одной и той же хромосоме.

Результаты некоторых проведенных ученым экспериментов, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования, согласно которому наследование одного признака, каковым является, например, пол животного, не зависит от наследования другого – например, цвета глаз. Группа, руководимая Морганом, установила, что некоторые признаки все же связаны между собой, т. е. их сочетание встречается у потомков чаще, чем предполагают статистические законы Менделя. Так, повторим, белоглазость у мушек – мутантный признак (у человека известно несколько десятков таких признаков, в том числе некоторые наследственные дефекты – дальтонизм, гемофилия и др.).

Объяснение выявленному феномену состояло в том, что не все четыре пары хромосом у плодовых мушек были одинаковы. В частности, самки обладали набором из двух Х-образных хромосом, а у самцов Х-хромосома объединялась с Y-подобной хромомосой, которая никогда не встречалась у самок. Морган предположил, что Х-хромосома достается самцу по материнской линии, а Y-хромосома – по отцовской.

Сделав такой вывод, он увидел взаимосвязь между различием наборов хромосом у самок и самцов дрозофил и цветом их глаз. Морган предположил, что если материнская Х-хромосома несла информацию о красном цвете глаз, то самец тоже обладал красными глазками (вне зависимости от цвета глаз отца). Если же Х-хромосома матери несла информацию о белоглазости, то и у самцов из ее потомства глазки были белыми, поскольку соответствующий участок на Y-хромосоме отсутствовал и в наборе XY материнский признак оказывался главенствующим, доминантным. Таким образом, впервые была выявлена взаимосвязь между специфическим признаком и его привязанностью к конкретной хромосоме. Изучение обнаруженных феноменов позволило Моргану и его сотрудникам установить точное местонахождение генов и принцип их работы.

Установленные закономерности исследователь представил в статье «Наследование, сцепленное с полом, у дрозофил» («Sex Limited Inheritance in Drosophila»), вышедшей в 1910 году в журнале «Science». В этой и еще одной статье, опубликованной через год в том же журнале, Морган убедительно показал, что наследование некоторых признаков связано с полом, а информация о них хранится в конкретных участках хромосом (генах). Собственно говоря, он представил три фундаментальных положения, которые стали базовыми для всего дальнейшего развития генетики. Вот эти положения:

1) гены располагаются в хромосомах;

2) ген, имея четко отведенное место, не может перемещаться ни с одной хромосомы на другую, ни по различным участкам одной хромосомы;

3) существуют признаки, сцепленные с полом, которые проявляются только у мужских особей в связи с отсутствием соответствующего участка на мужской Y-хромосоме.

Морган показал, что каждая хромосома содержит набор еще более крошечных элементов, которые он назвал генами (термин позаимствован у датского физиолога В. Иогансена, который годом ранее прочел в Колумбийском университете серию лекций). Каждому гену соответствует определенное место на определенной хромосоме. Как только эта мысль укрепилась в сознании генетика, он интуитивно почувствовал, что близок к пониманию механизмов наследственности и роли хромосом: «Яйцеклетка каждого вида животного или растения содержит определенное количество телец, называемых хромосомами, – писал ученый. – Такое число хромосом содержится и в мужских половых клетках. Следовательно, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, она содержит удвоенное число хромосом. Каждой хромосоме, содержащейся в мужской половой клетке, соответствует определенная хромосома в яйцеклетке, то есть две хромосомы каждого типа образуют пару».

Полученные выводы тем более поразительны, что Морган на протяжении многих лет был убежденным противником хромосомной теории наследования. Нужно было обладать большим научным мужеством и непредвзятостью мышления, чтобы отказаться от своих заблуждений, признать правильность взглядов, казавшихся неприемлемыми, и радикально изменить направление исследовательской деятельности.

Собственно говоря, структура и роль хромосом не очень интересовали Моргана, когда он начинал эксперименты с дрозофилами. Потребовалось вырастить и изучить сотни поколений дрозофил, прежде чем профессор и его сотрудники все же поверили сами и убедили других в том, что наследственность связана именно с хромосомами. По сути дела, пока не были обнаружены белоглазые мушки-мутанты и подтвердилось, что дефектный ген располагается на Х-хромосоме, Морган весьма скептически относился к менделевской теории наследования признаков и существования наследственных факторов. Когда же он увидел, что эти «факторы» имеют физическую подоплеку и реальный носитель – ген, менделевская теория предстала в новом свете.

Морган опубликовал свои первые выводы еще в 1910 году, но окончательное подтверждение хромосомной теории наследования было получено в 1913-м американским генетиком, сотрудником Т. Г. Моргана К. Бриджесом, открывшим, что нарушение в распределении половых хромосом сопровождается изменениями в наследовании признаков, сцепленных с полом. В полную же силу его аргументы были изложены в 1915 году, когда Альфред X. Стартевен, Кальвин Б. Бриджес (они присоединились к Моргану в 1912 году) и Герман Дж. Меллер (он вошел в исследовательскую группу в 1914-м) выпустили книгу «Механизмы менделевского наследования», в которой объявили, что наследственность подчиняется вполне определенным законам и ее можно описать точными количественными методами.

Книга «Механизмы менделевского наследования» стала исторической, перевернув представления о передаче наследственной информации и предоставив базис для развития генетики, да и биологии в целом. Последняя превратилась из описательной науки в экспериментальную, построенную на точных расчетах, подобно физике и химии, а анатомия – «королева» биологического знания со времен эпохи Возрождения и до начала XX века – уступила первенство генетике.

К своему удивлению, Морган и его сотрудники отмечали, что гены, расположенные на одной и той же хромосоме, наследовались вместе реже, чем этого можно было ожидать. В большинстве клеток организма имелось по две хромосомы каждого типа, и Морган подозревал, что в паре они могут расщепляться и создавать новые комбинации, тем самым позволяя производить обмен генами. Более того, оказалось, что чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, тем больше вероятность разрыва между ними. Если это так, то гены не будут наследоваться вместе. И наоборот, гены, расположенные в хромосоме близко друг от друга, имеют меньше шансов быть разделенными. Уже в 1911 году А. Стертеван осознал, что степенью сцепления двух генов в хромосоме может служить величина линейного расстояния между ними (это расстояние впоследствии было названо сентиморганом в честь Томаса Моргана).

Изучение процесса разрыва хромосом дало возможность составить первые генетические «карты», показав на них относительное расположение генов в хромосоме. Тем самым открывалась дорога к целенаправленному конструированию новых сортов растений и пород животных, к революции в медицине и в сельхозпроизводстве, затем – к раскрытию генетических кодов, к клонированию человека и многому другому, что и сегодня еще не достигнуто, но рано или поздно осуществится.

Профессиональное признание не заставило себя ждать. Томаса Моргана делает своим членом одна академия за другой (в декабре 1923-го – и Академия наук СССР), в конце 20-х он возглавляет Национальную академию наук США. Среди многих наград выдающегося ученого – медаль Дарвина (1924) и медаль Копли Лондонского королевского общества (1939). Он был избран членом Лондонского королевского общества, Национальной академии наук, Американской ассоциации развития науки, Американского философского общества, Генетического общества Америки и Американского общества натуралистов. Университет Джона Хопкинса, университет Кентукки, разумеется, также присвоили Моргану почетные докторские степени. В честь великого генетика назван факультет биологии университета Кентукки, его имя присвоено ежегодной награде Общества генетиков Америки – медали, которая вручается исследователю, сделавшему наибольший вклад в развитие науки. Открытия Томаса Моргана отображены на одной из почтовых марок Швеции (1989), которая входит в серию из восьми марок, посвященных генетикам – нобелевским лауреатам.

Морган проработал в Колумбийском университете почти двадцать четыре года и его главной целью было включить цитологию в более широкий контекст биологической науки как способ объяснить явления живой природы. Тесный контакт ученого с профессором Эдвардом Уилсоном, чьи научные интересы лежали в сфере приложения законов квантовой механики к проблемам химии и физики, оказал огромное влияние на характер и направление работ зоологов Колумбийского университета.

Через двадцать четыре года работы в Колумбийском университете, в 1928-м, Морган получил предложение стать преподавателем и возглавить Кирхгофовские лаборатории в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) в Пасадене. Он принял это предложение и остался в Калтехе до самой своей смерти в 1945 году. Там же по предложению астрофизика Джорджа Эллери Хейла он основал Отделение биологии, которое подарило миру семерых нобелевских лауреатов.

Создавая новый исследовательский центр, Морган стремился к тому, чтобы его программа отличалась от программ аналогичных центров в университете Джона Хопкинса или Колумбийском университете. Основное внимание он сосредоточил на генетике и эволюции, экспериментальной эмбриологии, физиологии, биофизике и биохимии.

Вместе с великим учителем на новое место перешли несколько его бывших студентов и сотрудников, что позволило собрать незаурядный коллектив исследователей. Работы, выполняемые группой Моргана и другими специалистами в Пасадене, снискали институту заслуженную славу ведущего в области экспериментальной биологии. Слава эта сопровождала его и после того, как Морган сменил тематику исследований, занявшись главным образом эмбриологией. К работе в своей лаборатории Калтеха он привлек Бриджеса, Стартевана, Шульца и Тайлера, а также пригласил российского ученого Ф. Добжанского (который в итоге остался в США). К работе в Моргановской лаборатории в разные годы присоединились Дж. Билль (ставший позднее нобелевским лауреатом), Б. Эфрусси, Э. Л. Татум, Л. Полинг, Ф. Вент и С. У. Фокс, Дж. Монод (нобелевский лауреат 1965 года), Б. Клинток (нобелевский лауреат 1983 года).

Впрочем, Морган был хорошо известен и за пределами узкого круга специалистов-генетиков, что позволяло без особого труда находить деньги на оплату деятельности Отдела биологии Калтеха у частных лиц и в благотворительных фондах (таких, например, как Фонд Рокфеллера). Это было крайне важно, поскольку Калтех был частным вузом и не получал ни копейки государственного финансирования.

В Калтехе ученый вернулся к своим давнишним исследованиям морских животных и полностью прекратил заниматься генетикой, передав бразды правления Стартевану, который продолжил разработку данной проблематики. Подобно Моргану, он предоставлял своим студентам большую свободу в выборе тем для научной работы и был готов ответить на любой вопрос, который у них возникал.

В 1933 году Томас Гент Морган получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине «за открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности» (что интересно, он номинировался на нее еще в 1919 и 1930 годах – причем за те же самые открытия). Признавая, что в одиночку он не смог бы совершить свое открытие, Морган разделил премию между Бриджесом, Стартеваном и собственными детьми. Стартеван отмечал, что присуждение Моргану Нобелевской премии заметно повысило престиж Отдела биологии в Калтехе (до этого единственным нобелевским лауреатом был Миликен).

Морган не пришел на церемонию награждения в 1933 году, однако выступил в 1934-м с лекцией, названной «Вклад генетики в физиологию и медицину». Ученый заявил, что вклад генетики в медицину носит пока что образовательный характер. «В прошлом сам предмет наследственности человека был настолько расплывчатым и засоренным всевозможными мифами и предрассудками, что обретение научного понимания сути предмета есть уже достижение первостепенной величины», – сказал он. В ходе речи Морган высказал предположение, что открытие явления сцепления с полом может когда-нибудь оказаться полезным для диагностики генетических заболеваний.

Впрочем, шлейфа вселенской славы, который в те же годы тянулся за Фрейдом или Эйнштейном, у Томаса Моргана нет и в помине. После получения Нобелевской премии он совершенно отошел от проблем генетики и продолжал выполнять административную работу в Калтехе, сочетая ее с исследованиями по такой широкой тематике, как биологическая регенерация, законы наследования у голубей, вторичные половые признаки у саламандр и перекрестные наследственные линии у редких видов мышей. В последние годы жизни ученый также приобрел маленькую лабораторию в Корона дель Map (Калифорния), которую оборудовал по последнему слову техники. В 1939 году Морган получил медаль Королевского научного общества, а в 1941-м – звание почетного профессора биологии Калтеха. Через год он неожиданно вышел на пенсию, оставив за собой должности почетного профессора и почетного главы Отдела биологии. Впрочем, даже на пенсии Морган много времени проводил в лабораториях Калтеха, изучая вопросы эмбриологии, регенерации и половых различий. Спустя четыре года он умер в Пасадене от желудочного кровотечения, которое стало следствием хронической язвы двенадцатиперстной кишки.

К его счастью, великий ученый не дожил до 1948 года, когда была разгромлена советская генетика, получившая ругательную кличку «менделизма-вейсманизма-морганизма», и в СССР восторжествовали воззрения, научную несостоятельность которых ученые доказали еще в начале XIX века. Впрочем, и на протяжении своей жизни Морган мог воочию наблюдать, во что превращали генетику вульгаризация и политический заказ.

Кроме генетики, Морган сделал большой вклад в эмбриологию и исследования проблем регенерации. К ним он никогда не терял интереса и вернулся в последние годы своей жизни. В этой сфере ученый также сделал ряд важных открытий. В частности, он показал, что регенерация далеко не всегда является формой адаптации живого организма к возможной потере части тела в результате неблагоприятных воздействий извне. Результаты этих исследований нашли отражение в книге «Регенерация».

Кроме перечисленных выше, Т. Г. Морган написал следующие труды: «Наследственность и пол» (1913), «Физическая основа наследственности» (1919), «Эмбриология и генетика» (1924), «Эволюция и генетика» (1925), «Теория гена» (1926), «Экспериментальная эмбриология» (1927), «Научные основы эволюции» (2-е издание, 1935). Все эти книги стали классическими трудами для генетиков всего мира (кроме, разумеется, советских ученых, занятых проблемами агробиологии и проклинавших Моргана как создателя буржуазного лжеучения).

Вообще говоря, «главный» генетик планеты имел шанс стать сенсационной фигурой – ведь его теория открывала возможности для научного поиска наследственных различий между людьми разных рас и этнических групп (впрочем, как пишет Л. Животовский, «различия между представителями одной и той же расы намного превосходят различия между расами… люди даже разных рас отличаются друг от друга по ДНК меньше, чем разные особи шимпанзе в одном стаде»). Но Морган этим шансом не воспользовался: в 1914 году, когда хромосомная теория приобрела более или менее законченный вид, Томас Морган покинул евгеническое движение, участником которого был около десяти лет. Сделанные открытия убедили его, что природа наследственности куда сложнее, чем полагало большинство евгеников, и что полезные цели просто не могут быть достигнуты с помощью их наивных и жестоких методик.

Доказав, что гены – не абстракция, и что они локализованы в хромосомах, ученый помог следующим поколениям исследователей найти способы изменять наследственность. Это потребовало времени, но к сегодняшнему дню генетика справляется с такими задачами – весь мир уже не первый год обсуждает проблему генетически модифицированных организмов, этичность клонирования и правомерность создания генетических паспортов населения. Возможно, с высоты сегодняшнего дня достижения Моргана выглядят не так уж впечатляюще – по крайней мере, в глазах тех, кому неинтересна биология. Но сто лет назад его открытия перевели в принципиально новую плоскость проблемы, которые тогда находились на уровне «научных дискуссий», а вскоре стали житейскими для миллионов и миллионов людей.

Нобелевский лауреат Эрик Кандел писал: «Подобно тому как прозрения Дарвина об эволюции животного мира соединили воедино разрозненные части описательной биологии XIX века, точно так же открытия Моргана, касающиеся генов и хромосом, помогли превратить биологию в экспериментальную науку. Но что еще более важно, открытия Моргана позволили поставить целый ряд вопросов относительно функции и структуры генов. Какова их химическая природа? Что происходит, когда ген мутирует? Каким образом гены удваиваются и самовоспроизводятся? Каким образом гены предопределяют свойства клеток, развитие организма, а также течение эволюции? Ответы на некоторые из этих вопросов дали сам Морган и его ученики; другие были получены его последователями в широком смысле этого слова. Как бы то ни было, открытия, сделанные этими первооткрывателями, составили основу основ биологии XX века».