Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Современный геноцентризм, абсолютизируя роль генетического программирования в онтогенезе, может рассматриваться как прямой наследник отвергнутого наукой преформизма. Игнорирование упорядочивающего действия мобилизационных структур и производимой ими эволюционно значимой биологической работы, выражающееся в представлениях о прямом детерминирующем воздействии среды, характерно и для современных вариантов теории эпигенеза.

Геноцентрически ориентированные опровержения биогенетического закона несостоятельны. Онтогенез безусловно повторяет филогенез в тех пределах, которые обусловлены мобилизационными инновациями, достигнутыми в онтогенезе на основе формирования принципиально новых мобилизационных структур, пригодных для осуществления в качественно иной среде качественно иных форм биологической работы.

Онтогенез не только повторяет филогенез, но и творит его. Изменение характера и содержания биологической работы популяции или вида в целом создаёт разнообразные сдвиги в ходе онтогенеза и через гормональную систему взрослых особей воздействует на работу генетических структур. В результате в процесс органогенеза вырабатывается новое строение организма.

Расшифровка генома человека стала величайшей сенсацией начала XXI века. Решение этой грандиозной задачи потребовало поистине титанических усилий и поистине космических вложений материальных средств.

Термин «геном» ввёл в научный оборот немецкий генетик Г. Винклер. Он понимал под геномом совокупность генов определённого вида организмов. Формулируя понятие генома, Винклер опирался на работы В. Иогансена, который в 1909 г. предложил понятие генотипа, определив его как совокупность генов организма, имеющих фенотипическое проявление.

Фундаментальное различие между геномом и генотипом состоит также и в том, что генотип индивидуален и неповторим, присущ в отдельности каждой особи, хотя и обладает определённым подобием с другими генотипами организмов данного вида, геном же идентичен у всех организмов данного вида, он образует структурную основу воспроизводства видоспецифических особенностей организма.

Под расшифровкой генома понимается определение последовательностей структурных компонентов ДНК, содержащихся во всех хромосомах клеточных ядер конкретного вида организмов. При этом вынужденно абстрагируются от структур ДНК, содержащихся в органеллах клеток и прежде всего в митохондриях, энергетических устройствах клеток, в которых образуется свой, миниатюрный по размерам по сравнению с ядерным, но достаточно активный митохондриальный геном.

Изучение хромосом, хранящих в своих глубинах секреты наследственности, имеет свою историю, начало которой было положено созданием Т. Морганом хромосомной теории наследственности. Затруднения в исследовании хромосом с самого начала были очень велики. Долгое время даже число хромосом человека было подсчитано ошибочно, и только в 1956 г. в Университете Лунда (Швеция) яванец китайского происхождения Джо Хин Тжио и швед Альберт Леван доказали, что у человека 46 хромосом.

В 1960 г. немецкий химик, фармацевт и бактериолог Густав Гимза создал краситель, способный как бы метить особенности хромосом, чтобы их можно было с уверенностью различать и идентифицировать. При окрашивании хромосом этим методом наблюдается чередование окрашенных и светлых поперечных полос в хромосомах, находящихся в метафазе. Имеют ли эти различия в окраске какое-либо эволюционное или функциональное значение, к сожалению, выяснить пока не удалось. Но связанные с этими различиями существенные расхождения в составе оснований и наличии генов позволяют надеяться на открытие на этой основе каких-то важных закономерностей.

Подходы к расшифровке генома человека и геномов других видов организмов наметились в 70-е годы XX века. В 1970 г. Г. Темин и Д. Балтимор, исследуя вирусов, содержащих в своих генетических структурах РНК, открыли фермент обратную транскриптазу, позволяющий повернуть вспять процесс транскрипции и синтезировать ДНК на матрице из РНК.

Неоламаркисты сразу же воспряли духом и истолковали это открытие как опровержение центральной догмы молекулярной биологии, согласно которой процесс наследования признаков может осуществляться только в одном направлении – от ДНК и РНК и от РНК к синтезу белков, или от генотипа к фенотипу. Крушение ненавистной догмы с их точки зрения означало бы, что найден и доказан генетическим исследованием прямой путь наследования приобретенных признаков вопреки аргументам Вейсмана и всему развитию неодарвинизма XX века.

Конечно, подобные взгляды, предполагающие прямой перенос генетической информации о соматических изменениях от поколения, вырабатывающего определённый признак, в геном поколения, наследующего этот признак, несостоятельны. Если бы такой перенос был возможен, виды изменялись бы прямо на глазах и в конечном счёте измельчали бы настолько, что никакая жизнь не была бы возможна.

Прямое наследование приобретенных признаков и изменений генома под действием изменений соматической части клеточного состава организма невозможно, это противоречит всей сумме знаний, уже накопленных генетикой XX века. Генетике неизвестны случаи синтеза ДНК, РНК или белка на белковой матрице. Зато хорошо известна и многократно проверена неспособность белка служить подобной матрицей для синтеза других веществ. К тому же отсутствует сходство между кодоном и аминокислотой, вырабатываемой на базе содержащейся в нём информации. На это вполне убедительно указывал один из авторов «центральной догмы» Ф. Крик, отвечая на многочисленные статьи, появившиеся в прессе разных стран по поводу открытия Г. Темина и Д. Балтимора и содержавшие критику «догматизма» современной генетики.

С блестящей критикой подобной критики выступил в те же 70-е годы известный российский биолог Б. Медников. Обращая внимание на принципиальную невозможность переносов генетической информации от белка к белку, а также к РНК и ДНК, он писал: «Притязания ламаркистов на низвержение «центральной догмы» имели бы смысл, если бы был открыт один из этих трёх переносов, но при дополнительном условии: если некий внешний фактор вызовет приспособительное, т. е. повышающее шансы на выживание у будущих потомков изменение аминокислотной последовательности белка, а та в свою очередь обусловит соответствующее изменение генома. Ничего подобного не наблюдалось… Так что антидогматикам, а точнее, антидарвинистам, уместно вспомнить старую китайскую пословицу: «Если ты очень ждёшь друга, не принимай биение твоего сердца за стук копыт его коня» (Медников Б.М. Дарвинизм в XX веке – М.: Россия, 1975 – 224 с., с. 116).

Всё это, конечно, верно. Но что же побуждает этих высококвалифицированных биологов не только умом, но и сердцем стремится к реабилитации изгнанных из эволюционной биологии ламарковских механизмов, так что они даже принимают иллюзии за действительность? Вся практика работы натуралистов в сфере макробиологии убеждает как на рациональном, так и на интуитивном уровне, что, как полагал и Дарвин, направленность эволюции невозможно объяснить только отбором совершенно случайных уклонений, что преимущества, способствующие выживанию и оставлению потомства, вырабатываются в процессе жизнедеятельности и борьбы за существование, а не просто наследуются в готовом виде.

Конечно, выработанные в тяжком труде для выживания и получения жизненной энергии качества не передаются следующим поколениям, каждое поколение должно их вырабатывать заново. Об этом свидетельствует постоянство генома и его идентичность у всех представителей данного вида организмов.

Но и сам геном, и связанные с ним генотипы, и каждый развивающийся фенотип, и все наследственные признаки и свойства данного вида организмов суть результаты наследственного закрепления результатов биологической работы, обеспечивающей данному виду селективные преимущества в новых исторических условиях. Наследуются признаки и нормы строения именно потому, что в наследственности воспроизводятся мобилизационные структуры, обеспечивающие тот или иной тип биологической работы, т. е. способ самовоспроизводства вида в данных конкретных условиях существования.

Отнюдь не случайно, что именно открытие обратной транскриптазы Г. Теминым и Д. Балтимором создало предпосылки для исследования генома, было использовано как метод, позволивший выделить первые гены. Но этот метод был чрезвычайно трудоёмким и затратным.

В 1971 г. в Париже был образован международный комитет экспертов с целью координации научных исследований генетического содержания хромосом человека. Комитетом было предложено присвоить каждой хромосоме определённый номер в порядке убывания её величины. Соответственно самой большой хромосоме был присвоен № 1 и так далее, вплоть до наименьшей хромосомы.

Был пронумерован гаплоидный набор хромосом, которых у человека, как известно, 23. Но половые хромосомы не получили номеров, вместо этого они обрели буквенные обозначения – х и у. У мужчин, как известно, в соответствии с этим обозначением имеются ихс– и игрек-хромосомы, а у женщин – две икс-хромосомы. То же самое можно сказать о самцах и самках всех млекопитающих.

Мужская игрек-хромосома имеет очень маленькие размеры и содержит очень мало генов, которые, тем не менее, связаны с выработкой особенностей организма мужского пола. Остальная часть этой хромосомы заполнена повторяющимися последовательностями ДНК, которые не кодируют и не участвуют в синтезе белков. Что касается икс-хромосом, то они обладают средними размерами и средним числом генов.

К сожалению, при нумерации хромосом вследствие несовершенства оборудования была допущена досадная, но несущественная ошибка: самой маленькой хромосоме в нумерации был присвоен № 21, а несколько более крупная хромосома получила № 22. Когда ошибка была замечена, нумерацию решили не менять, поскольку это вызвало бы путаницу в научных исследованиях.

В 70-е и даже 80-е годы XX века исследовательская деятельность концентрировалась вокруг составления так называемых генетических карт. Это была очень трудоёмкая и довольно непроизводительная с точки зрения получения новых знаний работа. Создавались гибридные клетки, своего рода кентавры генетики, которые содержали полный геном мыши или крысы и какие-нибудь хромосомы человека.

Если при этом обнаруживалось продуцирование какого-либо фермента или специфического для человека другого белка, создавалась своеобразная карта, на которую наносился соответствующий ген и выявлялось его местонахождение на той или иной хромосоме.

Составление карт полного генома человека считалось невозможным вследствие неимоверной сложности этой задачи и отсутствия в распоряжении науки каких-либо доступных методов для её реагирования. Однако уже в 1977 году были разработаны методы секвенирования ДНК, т. е. определения последовательности структурных компонентов генома.

К середине 80-х годов эти методы были настолько усовершенствованы, что секвенирование геномов различных видов организмов, в том числе и человека, стало возможным перевести из области дерзких мечтаний и теоретических прогнозов в сферу практического осуществления.

Главным из этих методов стал метод ПЦР – полимеразной цепной реакции. Данная реакция и связанный с ней метод были открыты в 1983 г. генетиком Кари Муллисом (США). Фактически был создан эмпирический искусственный способ восприятия, пригодный для использования в условиях неприменимости электронной микроскопии.

Термостабильная полимераза, сохраняющая свою активность до температуры 94 °C (близкой к температуре кипения воды) направляется на мишень в виде исследуемого фрагмента ДНК и производит в нём цепную реакцию, позволяющую увеличить копии этого фрагмента в сотни миллионов раз. В результате появляется возможность визуализировать структуру этого фрагмента на электрофореграмме, получить её изображение на экране компьютера и совершить необходимые манипуляции с ней для её дальнейшего изучения с помощью других методов.

Сложность метода состоит в необходимости сначала расплавлять двухцепочечную структуру ДНК при температуре 94 °C, что переводит её в одноцепочечное состояние, затем гибридизировать участки со специальными заготовками, или затравками (праймерами) при температуре 37–68 °C. и наконец – синтезировать последовательности матричной ДНК при температуре 72 °C. ПЦР включает 25–30 таких циклов.

Это, конечно, адская работа, но чего не сделаешь для того, чтобы хоть что-нибудь узнать о механизмах воспроизведения жизни! Эту работу невозможно было бы проводить в массовом масштабе, охватывая громадные количества последовательностей ДНК, если бы она не проводилась в автоматическом режиме, в специальных приборах – термоциклерах под контролем компьютеров.

Метод ПЦР способствовал разработке целого ряда связанных с ним методов, которые сделали секвенирования геномов хотя и необычайно трудной, но разрешимой задачей. И тогда группа учёных в США, занимавшихся исследованием мутаций и скорости их возникновения у человека, наметила новые горизонты такого исследования, в связи с открывшейся возможностью отслеживать их возникновение и действие в молекулярных структурах.

Стремясь не упустить открывшуюся возможность, они вскоре столкнулись с необходимостью сравнивать мутировавшие структуры с нормальными последовательностями внутри генома. Стали обсуждаться возможности секвенирования всего генома.

Технология секвенирования, т. е. автоматизированного определения последовательности нуклеотидов в молекулах ДНК, была разработана двумя независимыми исследовательскими группами.

Одна из этих групп работала в Гарвардском университете (США) под руководством У. Гилберта и А. Максама, а другая – в Кембридже (Англия) и возглавлялась Ф. Сэнджером (Зангером) по происхождению немцем.

Эффективность данной технологии была проверена секвенированием геномов кишечной палочки, дрожжеых грибков, дрозофилы, ряда культурных и лабораторных растений. За открытие метода секвенирования ДНК Сэнджэр получил свою вторую нобелевскую премию. Первая пнобелевская премия по химии была присуждена ему в 1958 г. за открытие последовательности аминокислот.

Первый автоматический секвенатор ДНК был изобретен биологом из Калифорнийского университета (США) Лероем Худом. Он усовершенствовал метод Сэнджера. Вместо использовавшихся Сэнджэром радиоактивных меток (маркеров) для выделения фрагментов нитей ДНК Худ применил флюоресцентные красители различного цвета, что позволяло помечать определённым цветом каждое основание ДНК. Свечение красителей вызывалось лазерным лучом, а анализ изображений приводился на основе компьютерной программы.

Как и метод ПЦР, метод Сэнджера-Худа привёл к возникновению искусственного способа восприятия, позволяющего визуализировать информацию, содержащуюся в завитках двойной спирали ДНК. Это своеобразный автоматизированный телескоп, направленный в космос генетического структурирования жизни. Ибо геном человека – это целый космос внутри человека, сравнимый по структурной сложности с крупномасштабными космическими объектами. И расходы по его исследованию могли быть сравнимы с освоением ближнего Космоса.

Американский исследователь Кевин Дэвис сравнил содержание генома человека с огромной книгой, созданной эволюцией. Если бы такую книгу издали в человеческой типографии со страницами, на каждой из которых помещается 3000 букв, то последовательность оснований среднего гена составила бы 5 страниц, последовательность оснований каждой хромосомы – 200 томов и 300 страниц в каждой, а вся великая книга генома заняла бы 4000 томов. Вся совокупность ДНК человеческих хромосом содержит около 3,5 млрд. оснований.

В 1984 г. группа исследователей из британского совета медицинский исследований во главе с Ф. Сэнджэром завершила работу по секвенированию генома одного из вирусов, вызывающих герпес. Этот геном, как и геномы других вирусов, очень прост по своей структуре. Его ДНК, как выяснилось, содержала всего 5375 оснований, и понадобилось почти 7 лет, чтобы расшифровать их последовательность. Расшифровка генома человека с учетом этого обстоятельства могла показаться не более чем утопией.

И тем не менее идея прочтения человеческого генома поселилась в умах многих учёных. В 1987 г группа учёных, занимавшаяся генетическими исследованиями при Министерстве энергетики США обратилась в это министерство с ходатайством о выделении 1 млрд. долларов для проведения работ по картированию и секвенированию генома человека. Были привлечены авторитетные эксперты, которые, несмотря на сопротивление многих скептиков, высказались «за». В 1988 г. Министерством энергетики и Национальный институт здоровья США совместными усилиями учредили проект «Геном человека».

В результате был организован Национальный институт исследования генома человека, и с 1990 г. началась реализации проекта. Вскоре к осуществлению проекта подключились 16 институтов из Великобритании, Франции, Германии, Японии и Китая. При финансовой поддержке из этих стран проект принял международный характер и был образован Международный консорциум по секвенированию генома человека.

Уже в 1988 г. к проекту присоединилась Россия. Инициатором развёртывания работ по расшифровке генома здесь выступил академик Александр Баев. Этот замечательный учёный 18 лет провёл в сталинских лагерях за упорное сопротивление лысенковской псевдонауке. В 1989 г. Баев добился создания Научного совета по программе «Геном человека».

В 1990 г. для координации исследований в мировом масштабе было создана Международная организация по расшифровке генома человека. Её президентом был избран один из первооткрывателей механизма действия двойной спирали ДНК Джеймс Уотсон, а вице-президентом стал российский академик Андрей Мирзабеков. С 1993 г. Уотсона на этом посту сменил Френсис Коллинз, известный специалист в области медицинской генетики.

При разделе функций по выявлению последовательностей оснований в молекулах ДНК России достались для исследования 3-я, 13-я и 19-я хромосомы. Однако в связи с кризисным состоянием экономики России финансирование программы исследований было сокращено до такой степени, что её выполнение стало невозможным. Как всегда, у российской бюрократии нашлись дела поважнее, чем развитие научных программ международного значения, и в дальнейшем российская наука полностью выпала из проекта и в расшифровке генома участия не принимала.

Международные исследования продолжались, но несмотря на быстрый рост скорости секвенирования (до 10 млн. нуклеотидных пар в сутки), к началу 1998 г. было расшифровано всего около 3 % генома, и многим экспертам полное осуществление проекта в обозримое время казалось безнадёжным.

И тогда в ход событий вмешалось основание частной американской компании «Селера Геномикс». Её создал американский генетик Дж. Крейг Вентер, который ранее работал в Национальном институте здоровья. Он заявил своём намерении завершить расшифровку генома на четыре года раньше международной организации. Возникшая конкуренция подстегнула финансовые вложения заинтересованных инвесторов с обеих сторон. Международный консорциум по секвенированию генома человека, созданный на базе Международной организации, включился в беспримерную гонку с «Селерой» для того, чтобы первым завершить весь проект и обрести приоритет в расшифровке всего генома.

Обе корпорации шли в расшифровке генома разными путями. Международный консорциум использовал данные пяти человек, а «Селера» – только одного. Международный консорциум использовал метод создания геномных библиотек, которые шаг за шагом распространялись на всю геномную структуру ДНК организма. Такая стратегия позволяла выстраивать фрагменты ДНК друг за другом, наносить их на карту и избавляла от многократного повторения секвенирования одних и тех же фрагментов. Но огромное время и затраты труда расходовались на подготовку фрагментов к секвенированию.

«Селера» использовала метод дробления (или дробовика), при которой ДНК дробили на минимальные по размерам фрагменты, а их пропускали через секвенатор по 10–20 раз. Затем при помощи компьютера воспроизводилась исходная последовательность цепочки ДНК. При этой стратегии относительная лёгкость дробления позволяла экономить время на подготовке генетического материала, но весьма значительные потери времени и труда были связаны с необходимостью многократного повторения секвенирования. Последовательность генома была перекрыта 35,6 раз.

Хотя вчерне работы по секвенированию генома были завершены обеими конкурирующими организациями уже в 2001 г., в определении всей последовательности пар нуклеотидов ещё оставались многочисленные бреши, и о полном заполнении этих брешей и о завершении проекта было объявлено в апреле 2003 г. И хотя секвенирование и перепроверка данных по большой хромосоме продолжалась до 2006 г., можно констатировать, что и Международный консорциум, и американская компания «Селера» пришли к финишу одновременно, а самое главное, сравнение полученных ими результатов показало их практически полную идентичность.

Обе организации, таким образом, проверили работу друг друга и не выявили каких-либо ошибок или привнесений субъективного характера. С самого начала работ по расшифровке генома все участники этих работ договорились о полной открытости и доступности получаемых результатов.

Осуществление проекта явилось, одним из первых в истории науки примеров солидарности учёных разных стран в решении грандиозной научной проблемы. Полученные результаты были опубликованы в ряде научных журналов и помещены на сайте Интернета для всеобщего доступа. В осуществлении проекта участвовали тысячи учёных из десятков стран. Они приобрели ценнейший опыт, получили импульс к дальнейшим исследованиям. Были использованы и изобретены высокие технологии, которые могут найти применение в других областях науки и техники, созданы автоматизированные устройства для проникновения в «святая святых» наследственности, образованы международные банки данных о последовательностях ДНК самых различны видов живых организмов. Любой специалист из любой страны может войти в них через Интернет и использовать содержащиеся в них сведения для своих исследований.

Наряду с полной расшифровкой генома человека было секвенировано к 2006 г. более 30 геномов бактерий и паразитов, практически все геномы вирусов, а среди растений – пекарских дрожжей. Огромное значение для науки имеет расшифровка геномов наиболее применимых для генетических исследований подопытных животных – дрозофилы, нематоды, рыбки данио, отличающейся особой простотой генома. Первым млекопитающим, удостоившимся чести расшифровки генома, стала мышь. Затем были секвенированы геномы крысы и нашей ближайшей эволюционной родственницы – шимпанзе.

Возникла и активно развивается новая наука, сравнительная геномика, занимающаяся сопоставлением расшифрованных геномов различных организмов и обладающая, по-видимому, определёнными перспективами для усовершенствования наших знаний об эволюционных процессах.

Одним из важных достижений сравнительной геномики с точки зрения развития эволюционной теории является так называемый парадокс содержания ДНК. Этот парадокс связан с установлением того непреложного факта, что прогрессивное развитие видов живых организмов очень мало отражается на повышении сложности генома.

Так, количество генов в геноме круглого червя составляет 19 000, а в геноме человека – 30 000, т. е. всего лишь на треть больше. Человеческий геном содержит всего лишь в 5 раз больше генов, чем геном пекарских дрожжей, а от мыши отличается всего лишь тремя сотнями и больше лишь на 14 %. Он на 99 % совпадает с геномом шимпанзе. Наличие этого парадокса прямо свидетельствует против геноцентризма в объяснении эволюционных процессов.

Теперь становится ясно, что виды эволюционировали не посредством усложнения генетических программ, а путём усложнения мобилизационных структур и производимой ими биологической работы. Усложнение же генетических структур осуществлялось лишь в той мере, в какой это было необходимо для закрепления достигнутых в процессе биологической работы по освоению непривычной среды мобилизационных инноваций.

В ходе исследования структурного построения молекул ДНК, наполняющих хромосомы человека, было установлено, что структуры, осуществляющие кодирование белков, составляют всего лишь 1,1–1,4 % генома. Ещё от 5 до 28 % составляют структуры, занятые транскрибированием ДНК. Остальная часть генома заполнена так называемой «молчащей» ДНК, которая только присутствует в молекулах, но ничего не делает для организма. Специалисты называют эти неработающие пространства ДНК «генетическими пустынями». Они задаются вопросом, для чего нужны эти пространства, и какую функцию они выполняют. Предполагается, что они принимают на себя огромное большинство возникающих в геноме мутаций, что повышает безопасность организма. Может быть это и так, однако мы считаем вполне естественным, что в процессе эволюции для биологической работы было отмобилизовано лишь около 25 % материи молекул ДНК, а остальные 75 % как были, так и остались физическим субстратом, продуктом физико-химической эволюции. Но продуктом, годным к использованию при кардинальном изменении условий существования, если возникнет необходимость коренного изменения генома, а с ним и вида, воспроизведение которого поддерживает этот геном.

Почти треть генома составляют повторяющиеся последовательности и последовательности, повторяющиеся в самых различных вариациях. Более трети генов человека, связанных с обеспечением функций клеток, идентичны генам бактерий. Ряд специалистов считает это результатом горизонтального переноса генов, т. е. внедрения бактерий путём симбиоза в организм человека с последующим усвоением их геномов человеческим геномом.

Другие специалисты видят в этом всего лишь конвергенцию, развитие сходных структур в сходных условиях. Тем более, что около 60 % белков человека обладают явным сходством с белками организмов, принадлежащих к другим видам.

С самого начала международная научная программа «Геном человека» преследовала три основных цели: картирование и секвенирование генома, его структурно-функциональное изучение и создание тем самым основ для эффективного лечения генетических заболеваний, развития медицинской генетики и генотерапии.

Из этих трёх великих целей в полной мере была осуществлена только первая. К достижению двух других были сделаны только первые, хотя и необходимые шаги. «После определения последовательности, её первичной организации и проверки на точность, – отмечают американские генетики Уильям Клаг и Майкл Каммингс, – встаёт следующая задача: определить все гены и кодируемые ими белки. Таким образом, аннотация расшифрованной ДНК – последовательности представляет собой процесс, в котором идентифицируются гены, их регуляторные области и функции генов. При этом также определяют гены, которые не кодируют белки, обнаруживают и характеризуют белки, обнаруживают и характеризуют мобильные генетические элементы и семейства повторов» (Клаг У и Каммингс М. Основы генетики – М.: Техносфера, 2007 – 896 с., с.601).

Опираясь на анализ последовательностей нуклеотидов в геноме, удалось выяснить, что общее число генов у человека составляет всего около 30 000, тогда как ранее полагали, что их насчитывается около 80-100 тысяч. Но число это тоже очень приблизительное. Было обнаружено, что на средний размер гена в хромосомах приходится около 50000 нуклеотидов. Но уже идентифицированные с определённым уровнем надёжности гены очень сильно различаются по величине.

Так, самый объёмный ген из всех, что уже идентифицированы по своим функциям, содержит 205 млн. пар нуклеотидов. Он кодирует один из белков мышечной ткани. Самые же короткие гены содержат их всего лишь около двух десятков. Расшифровка генома, хотя и меньше, чем ожидалось, приблизила нас к решению важнейшей проблемы генетики, коей является путь от генов к признакам.

Трудности исследования этого пути очень велики и многообразны. Гены имеют весьма сложную структуру. Геноцентристская эйфория, распространившаяся в связи с открытием генетического кода, когда казалось, что уже раскрыты все тайны воспроизведения жизни, была обусловлена тем, что тогда никто и не догадывался об этой сложности. Но эта сложность предстала перед исследователями во всей своей полноте только после расшифровки последовательностей генома.

Гены не являются машиноподобными приспособлениями для кодирования белков. Они состоят из экзонов (от англ. сокращения выражения, обозначающего экспрессирующую зону) и интронов, некодирующих участников.

Экзоны, т. е. структуры генов, кодирующие наследственную информацию, обнаруживаются посредством выявления этой информации в последовательностях нуклеотидов. Но анализ этих рамок сопряжён с рядом фундаментальных трудностей.

Наиболее чётко характеризуют эти трудности У. Клаг и М. Каммингс. «Поиск открытых рамок считывания с помощью компьютера, – отмечают они, – эффективный метод для аннотации бактериальных геномов. Геномы эукариот, в том числе и геном человека, обладают некоторыми свойствами, наличие которых делает этот метод непродуктивным» (Там же, с. 602).

В чём же дело? «Многие гены эукариот, – разъясняют они, – состоят из экзонов, разделённых интронами. Это означает, что многие гены не содержат непрерывную открытую рамку считывания. В результате программа поиска часто интерпретирует экзоны как отдельные гены… Гены у человека и других эукариот часто очень протяжённые, что увеличивает шансы для обнаружения ложных открытых рамок считывания. Более 70 % генома человека содержат протяжённую последовательность ДНК между генами» (Там же).

Определение предполагаемых рамок считывания составляет только начало работы по локализации и установлению функций того или иного гена. Далее необходимо провести сравнение данного участка ДНК, заключённого в этой рамке, с похожими участками других организмов и с последовательностями генов бактерий, поскольку последние устроены гораздо проще и их функции выявляются с определённой точностью.

Затем проводится поиск функциональных возможностей участков ДНК с точки зрения их способности кодировать определённые белковые образования. Наконец, последовательности нуклеотидов в данных рамках считывания анализируют на предмет наличия таких функций, которые могут отсутствовать в других организмах. Совершенствование с каждым годом компьютерной техники и методологии исследований позволяют решать подобные головоломные задачи, но только с определённым уровнем вероятности, а не в виде однозначно установленных фактов.