Революция в естествознании, начатая на заре нашего века созданием теории относительности и квантовой механики, продолжается. В последнее время на смену физике, как победителю современного естествознания, шаг за шагом приходит биология. Проникновение в глубины атомного ядра привело к созданию атомной энергетики. Но раскрытие секретов атома наследственности – гена, даст нам еще гигантскую власть над природой
Революция в естествознании, начатая на заре нашего века созданием теории относительности и квантовой механики, продолжается. В последнее время на смену физике, как победителю современного естествознания, шаг за шагом приходит биология. Проникновение в глубины атомного ядра привело к созданию атомной энергетики. Но раскрытие секретов атома наследственности – гена, даст нам еще гигантскую власть над природой.
Я не берусь предсказывать, какие непосредственно открытия будут сделаны генетиками в ближайшие 50 лет. Можно говорить только о проблемах, которые должны быть решены в предстоящем. Сложность этих заморочек такая, что, полагаю, на их решение уйдет не одно десятилетие.
К концу нашего века население Земли удвоится. Чтобы его прокормить, необходимо в ближайшие 30 лет удвоить сбор зерновых, а продуктивность животноводства поднять раз в 10. Генетики уже дали сельскому хозяйству новые методы роста урожайности растений и продуктивности животных. Это, во-1-х, управление развитием гибридов от специально подобранных родителей (гетерозис) и, во-2-х, направленное увеличение числа хромосом в клетке (полиплоидия). Гибридная кукуруза, гибридные формы овощных культур, полиплоидная сладкая свекла позволили поднять урожайность этих культур на 10—30%. Ближайшая задача – резко повысить урожайность главной продовольственной культуры мира – пшеницы. В животноводстве генетики уже добились роста продуктивности кур, огромного рогатого скота и других животных. Но предстоит сделать во много раз больше.
Как понятно, пенициллин и, многие другие лекарства получают с помощью бактерий. Но не все знают, что общедоступность этих ценнейших лекарственных средств – заслуга генетиков. Непосредственно они вывели новые разновидности бактерий, которые дают в сотки и даже тысячи раз больше фармацевтических средств, чем их прародители.
Но почему же только лекарства? Уже сейчас с помощью бактерий получают, например, белки из нефти. А если вырастить новые высокопродуктивные «породы» бактерий — вывести направленно, специально для этой цели? И получать из той же нефти и витамины, и аминокислоты, и белки, и все это неплохого характеристики и в огромном количестве? Многие ученые считают, что таким способом можно будет удовлетворить не только все потребности населения земли в еде, ну и обильно обеспечить сырьем легкую промышленность.
Марсиане из романа Герберта Уэллса «Борьба миров» уничтожили на своей планете все болезнетворные микроорганизмы и стали полными хозяевами всей биосферы. Роль человека в эволюции живого мира на Земле пока значительно скромнее. Люди вывели много культурных видов растений и пород животных. Ряд диких видов был истреблен. Некоторые находятся на грани уничтожения. Не считая того, человек загрязняет воздух и воду отходами промышленных компаний. В остальном эволюция жизни продолжается под действием естественных законов природы. А ведь многие стихийные процессы в живой природе нацелены против человека и его деятельности. Мы защищаемся от болезней прививками, а вирусы гриппа, например, образуют новые разновидности, против которых у нас нет иммунитета. Это приводит к эпидемиям, охватывающим чуть ли не весь мир. Мы выводим новые сорта растений, невосприимчивые к грибным и другим заболеваниям, а их возбудители меняются и в конечном итоге поражают даже те сорта, которые ранее были совершенно невосприимчивы к этим болезням. Пассивная защита от брутальных организмов не может нас удовлетворять. Перед популяцией земли стоит потрясающая задача – сделать контроль, научиться управлять эволюцией всей жизни на нашей планете. И не только на поверхности материков, ну и в Мировом океане. Процесс, который на данный момент подчиняется только законам наследственности, изменчивости и естественного отбора, должен стать одной из сфер сознательной деятельности населения земли.
Немыслимо снабдить продуктами питания и кислородом космические корабли «дальнего следования». Необходимо иметь на борту целый мир живых созданий, имитирующих круговорот веществ на Земле. Растения должны очищать атмосферу корабля от углекислого газа и обогащать ее кислородом, какие-то группы организмов — обеспечивать питание космонавтов и санитарию внутри корабля. На нашей планете нет живых созданий, способных обеспечить такую замкнутую систему на космическом корабле, — их нужно сделать.
Высадившись на Марсе, космонавты, может быть, встретят там незнакомые нам формы жизни. Каковы они? Основываются ли, как и у нас, на содействии ДНК, РНК и белков? Или там нечто совсем другое? От ответа на эти коренные вопросы зависит все представление о сущности жизни и понимание законов ее развития во вселенной.
До сих пор генетики, создавая новые формы живых созданий, почти всегда поступали так: сначала радиационным и хим воздействием увеличивали количество разных мутаций, а позже при помощи отбора, скрещивания и других селекционных методов выводили новый сорт растения или породу животных. И хотя этот путь дал уже много ценных результатов, генетики грезят о том времени, когда получится вызывать направленные мутации, другими словами слету получать организмы с заранее данными наследственными признаками. Расшифровка генетического кода позволяет ложить, что время это не за горами.
Генетики грезят о том времени, когда наследственность новых живых созданий будет рассчитываться заранее, как рассчитывается сейчас конструкция, скажем, самолета. 1-ые шаги в этом направлении уже сделаны.
Шифр наследственности, записанный на молекулах ДНК, можно уподобить чертежу будущего организма, точнее – магнитной записи этого чертежа. Рассматривая такую запись, никак не скажешь, какой непосредственно чертеж «закодирован» на магнитной ленте — самолета или автомобиля: не видно ни крыльев, ни мотора. Точно так же в молекуле ДНК вы не увидите зачатков глаз, рук или сердца. Здесь записана только информация о том, как их строить.
Леонардо да Винчи сделал набросок вертолета задолго до того, как вертолет был построен. И дело не в несовершенстве этого наброска. Даже если бы у Леонардо был точный чертеж современного вертолета, выстроить его в то время он бы не смог. Сам по себе чертеж не преобразуется в машину. Для этого нужен соответствующий завод, а время от времени и целый комбинат. Точно так же, чтобы по записанной на молекуле ДНК наследственной инфы был построен новый организм, нужна живая клетка, которая по трудности превосходит самый сложный завод.
Как по чертежу на заводе строится, например, самолет, мы знаем. А вот как из зародышевой клетки развивается новый организм, состоящий из 10-ов миллиардов разных клеток?
Затаенны жизни не сводятся к строению молекул ДНК, РНК и белков, но для раскрытия этих загадок строение таких молекул знать необходимо.
Около 2-ух лет назад синтезирована 1-ая белковая молекула — гормон инсулин. Полностью расшифровано строение 2-ух принципных белков — дыхательных пигментов крови и мускул — гемоглобина и миоглобина. Раскрыто пространственное размещение каждого из тысяч атомов в молекуле фермента лизоцима. Найден активный центр этого фермента, ответственный за каталитическое действие. Но предстоит главное — полностью во всех деталях расшифровать код наследственности у различных живых организмов, научиться так же свободно читать его, как хороший конструктор свободно читает чертежи.
Ни крылья самолета, ни его мотор сами по себе летать не могут. Способность к полету — это новое качество, которым обладает только целый самолет, а не непринципиально какая из его частей. Живая клетка — это тоже единое целое. Вне клетки молекулы ДНК, РНК и белков сами по себе не являются живыми. Только особое их взаимодействие порождает высшую форму движения — жизнь.
На авиационном заводе неважно какая деталь будущего самолета делается раздельно, и только позже из разрозненных деталей собирается самолет. А вот сложнейший многоклеточный организм развивается из одной-единственной оплодотворенной зародышевой клетки. Каким образом происходит это развитие? Только решив все эти задачи, биологи подходят к управлению наследственностью. В том числе и наследственностью самого человека.
Четыре ив каждой сотки родившихся детей появляются на свет с тяжелыми прирожденными недочетами: шизофренией, пороками сердца и многими другими. Эти заболевания лечатся с трудом или совсем недостижимы современной медицине. Развившаяся за последние 6—7 лет цитогенетика человека показала, что причина наследственных болезней — нарушение строения хромосом в ядре клетки. Например, расстройство обмена аминокислоты — фенилаланина вызывает такую болезнь, как фенилкетонурия. Если ее не лечить, то ребенок вырастает слабоумным. Исцеление сводится к диете, в какой ограничивается содержание фенилаланина в еде. Со временем необходимость в диете отпадает, и взрослый человек смотрится стопроцентно здоровым. Но его дети могут рождаться больными. Ведь в хромосомах их зародышевых клеток сохранились пораженные гены».
Представьте себе, что с конвейера сходят машины, построенные по неверному чертежу. Если ошибки не очень значительны, можно, естественно, исправлять их раздельно в каждой готовой машине. Но завод, все таки, будет по-прежнему выдавать все новые и новые дефектные конструкции. Не лучше ли внести исправления в сам чертеж?
Пока исцеление детей, больных фенилкетонурией, очень похоже на ремонт машин, изготовленных по неверному чертежу. Естественно, лучше было бы убрать причину наследственных заболеваний на генетическом уровне. Но как это сделать?
В ядрах клеток раковых опухолей хромосомы оказываются измененными, испорченными. Так, может быть, причина рака — мутации в хромосомах клеток тела? Пожалуй, большая часть наследственных заболеваний человека вызываются мутациями генов.
Когда получится найти способы направленного — по данной программе — получения обыкновенной структуры данного гена, будут полностью искоренены все наследственные заболевания, также и рак.
Тяжело предвидеть будущие возможности человека в управлении наследственностью. Не так издавна в Ствифордском институте (США) группа доктора А Корнберга добилась синтеза «живой» молекулы ДНК в контролируемых аспектах. Это показывает, что искусственный синтез генов — дело недалекого будущего. Поначалу это будут гены вирусов и бактерий, а позже наступит очередь и более совершенных организмов.
Николай Дубинин
Похожие статьи:
