Что такое ген?

4.1. Есть ли особое наследственное вещество?

Формальные генетики утверждали, что существует некое, отдельное от тела организма «наследственное вещество», посредством которого и только посредством которого передаются наследственные признаки.

В то время формальные генетики связывали наследственность только с ядром и хромосомами и поэтому не могли признать результаты вегетативной гибридизации (см. раздел 9.1), полученные Мичуриным.

https://ic.pics.livejournal.com/ss69100/44650003/2163194/2163194_800.jpg

9.1. Вегетативная гибридизация растений

Многие эмпирические феномены, описанные Лысенко, долгое время не могли быть объяснены генетикой. Сам Мичурин (79) открытым текстом называл некоторые (не все) свои гибриды вегетативными гибридами: «..Несмотря на все отрицательные мнения иностранных исследователей, не признающих влияния подвоя, я, на основании своих долголетних работ, буду категорически утверждать, что это влияние существует и при выводке новых сортов плодовых растений, с ним неизбежно приходится садоводу серьезно считаться…».

Самое интересное, что даже сейчас многие практические приемы, которые использовал Мичурин, не имеют удовлетворительного теоретического объяснения. Только самые последние наблюдения показали, что он прав. Итак, можно ли, а если можно, то как объяснить опыты Мичурина с современной точки зрения?

Чтобы понять суть открытий Мичурина и Лысенко в области агробиологии, мне пришлось поднять литературу по физиологии растений. И оказалось, что мои знания, полученные во время обучения в мединституте, были довольно ограниченными. Например, я не знал, что с информационной РНК можно с помощью специальных белковых механизмов перенести информацию на ДНК, расположенную в ядре; что в растениях возможен прямой перенос наследственной информации из клеток растения, куда подсажен черенок, в клетки подсаженного черенка.

Выше я указывал, что имеется существенное различие в механизмах передачи наследственной информации между растениями и животными. Итак, в растениях передача наследственной информации идет по внутриклеточным путям синцития растений (или, как говорят, по флоэме). Следовательно, при вегетативной гибридизации должен существовать механизм горизонтального переноса генетической информации от растения–хозяина к побегу и наоборот. А главным становится вопрос, образуется ли синцитий между привоем и подвоем.

Так что же происходит при вегетативной гибридизации? При пересадке привоя черенок другого растения–гостя внедряется в разрез на коре подвоя или растения хозяина. При разрезе или повреждении коры дерева (или, в случае травянистого растения, наружной части стебля под ней) немедленно начинается активное деление и размножение окружающих клеток, которые формируют под корой скопление.

В этом скоплении вновь образованные клетки устанавливают между собой цитоплазматические мостики, трубочки или плазмодесмы. Одновременно делятся и клетки в месте отреза привоя на границе между омертвевшей древесиной и корой. Делящиеся клетки хозяина и гостя устанавливают контакты между собой, и формируется общая клеточная система, включающая клетки двух разных растений.

По этой системе, как по трубочкам между закрытыми бачками, идет передвижение информационной мРНК, а затем обратная трансляция информации на ДНК привоя и, в меньшей степени, на ДНК хозяина. Все это доказано экспериментально.

Формальные генетики считали, что ядру принадлежит монополия в передаче признаков по наследству, что гены сосредоточены ТОЛЬКО в хромосомах, а потому передавать наследственные признаки при гибридизации можно, ЛИШЬ передавая хромосомы.

Лысенко это отрицал, полагая, что роль цитоплазмы также существенна и наследственность может передаваться через ассимиляты. Лысенко и мичуринцы, исходя из своей концепции наследственности, утверждали (и показывали это экспериментально), что передавать и создавать наследственные признаки можно и без передачи хромосом.

Лысенко же был против следующего: “Исходным принципом менделизма–морганизма является то, что живое тело состоит из двух качественно различных тел – обычного, всем известного тела (сомы) и необычного, никому не известного – наследственного вещества.

Обычное тело (сома) подвержено изменениям соответственно условиям внешней седы (то есть, генетики в те годы не знали природу наследственного вещества, ДНК доказано только для бактерий, гены не идентифицированы. У бактерий нет хромосом – С.М.). Наследственное же вещество не подвержено такого рода изменениям. Поэтому, согласно этому учению, условиями жизни нельзя изменять природу организмов.” (И что здесь не верного? Так и я против таких взглядов – С.М.).

Имея те же средства и приборы для научных исследований, Лысенко пришел к выводу, что за наследственность организма несут ответственность не эти пресловутые шарики, а любая частица организма, и изменяется организм под воздействием окружающей среды. В отличие от морганистов, Лысенко считал, что наследование есть свойство целого организма, а не только генов.

Следуя определению Лысенко, наследственность есть способность живого тела требовать для своего развития определенных условий и реагировать на эти или отличающиеся условия определенным образом. Да! Имея те же средства и приборы для научных исследований, Лысенко пришел к выводу, что за наследственность организма несут ответственность не эти пресловутые шарики, а любая частица организма, и изменяется организм под воздействием окружающей среды (82).

“Современная” молекулярная биология признала, что в этом вопросе “классическая” генетика не права: молекулярная генетика признала, что цитоплазма также является носителем генетических свойств клетки.

Более того, установлено, что никакого отдельного и неизменяемого вещества нет. ДНК содержит только 5% участков, где зашифрованы белки. Остальное – шум.

ДНК постоянно метаболизируется и изменяется. Наследственные свойства могут передаваться и посредством РНК. Гены постоянно изменяются, признаки же практически не изменяются из–за “буферности” целостного набора генов. Идея же мобильных наследственных элементов дискредитируют идею о том, что гены тождественны хромосомам (193).

Однако и сейчас дискретные наследственные факторы – суть генетики. О том, что на Западе была (да и есть) жесткая догма в отношении формальной генетики, предписывающей, что нет изменений, кроме мутаций в веществе наследственности, свидетельствует Мак–Клинток в воспоминаниях о том, как коллеги встретили ее сообщение гробовым молчанием.

С.С. Перов, один из выступавших на августовской сессии ВАСХНИЛ, заявил следующее: “Додуматься до представлений о гене как органе, железе с развитой морфологической и очень специфической структурой может только ученый, решивший покончить с собой научным самоубийством. Представлять, что ген, являясь частью хромосомы, обладает способностью испускать неизвестные и ненайденные вещества – …значит заниматься метафизической внеопытной спекуляцией, что является смертью для экспериментальной науки”.

“Современная” молекулярная генетика признала, что и в этом вопросе “классическая” генетика не права: молекулярная генетика признала, что цитоплазма также является носителем генетических свойств клетки.

Тот факт, что не только хромосомы являются тем носителем “наследственного вещества”, в котором и “только” (это важнейший пункт разногласий мичуринцев и вейсманистов) в котором сосредоточена информация о том, какие наследственные признаки будут у потомства – доказано опытами Б. Мак–Клинток, которая в “…самом начале 50-х годов …открыла мобильные элементы, способные причудливо перемещаться по хромосомам и вне их” (26).

Молекулярная биология доказала, что исключительность наследственного вещества и его отделенность от тела организма – мифы. Идея мобильных наследственных элементов дискредитирует идею о том, что гены тождественны хромосомам.

Горизонтальный перенос и эпигеномная наследственность говорят о том, что наследственная информация не связана исключительно с каким–либо одним веществом. В то время морганисты связывали наследственность только с ядром и хромосомами, и поэтому не могли признать результаты гибридизации, полученные Мичуриным (193).

Сейчас же доказано, что гены могут двигаться между хромосомами и между видами. Сама цитоплазма ооцита оказывает влияние на степень проявления признака у потомка. Тем самым опровергнута и догма классической генетики о “принципиальной” случайности мутаций.

Самое интересное, что до 1948 года мифическое наследственное вещество так и не было идентифицировано. По крайней мере, согласия (консенсуса) среди ученых в этом вопросе не было. До 1944 года именно белки считались субстратом наследственности (131, 160). Даже открытие ДНК не изменило ситуации, так как ДНК не вовлечена в синтез белка.

Американские генетики в течение 8 лет не проявляли интереса к сделанному в 1944 году открытию роли ДНК в передаче генетической информации.

Лишь к 1953 году, после создания теории, ставшей стержнем молекулярной биологии, выявилось значение этого открытия. Однако даже в 1960 году в Оксфорде вышла монография, в которой утверждалось, что ген имеет белковую природу (239).

Вот как понимали мичуринцы наследственность. “Под наследственностью растений и животных мы понимаем не особое вещество, а свойство живого тела – жить, расти, развиваться. Всё это идет через обмен веществ живого тела с внешней средой. Построение тела в процессе его роста и развития идет через ассимиляцию, иными словами, тело организма со всеми его свойствами и качествами получается из ассимилированной пищи (в том числе и ДНК – С.М.).

Организм, согласно своей природе, согласно своей наследственности избирает из окружающей среды нужные ему условия. В какой степени тело организма в каждом новом поколении строится сызнова, в такой же степени сызнова в каждом новом поколении получаются и все свойства этого тела, в том числе и его наследственность.

Поэтому изменяя условия жизни, условия обмена веществ, можно изменять построение тела организмов и этим самым, соответственно воздействию условий внешней среды направленно изменять наследственность, то есть природу организмов. Большой экспериментальный материал, подтверждающий правоту мичуринского направления в науке и практическую ценность, охаивается, отбрасывается или замалчивается, как будто бы несуществующий”.

И что здесь неправильного? Я подпишусь под каждым словам данной цитаты из письма работников министерства сельского хозяйства, взятых, видимо, у Лысенко.

В наследственности записаны только самые общие принципы и если организм не находит условий, при которых эти принципы могут реализоваться, то он погибает. Основная масса фенотипических признаков не записана, а формируется через взаимодействие с окружающей средой и через взаимодействие белков, активированных в условиях данной среды.

Например, если от ребенка с группой крови АВ в определенный момент развития убрать галактозу, и одновременно давать внутрь ингибиторы ферментов, синтезирующих и транспортирующих галактозу внутрь просвета пластинчатого комплекса Гольджи, то он будет иметь другую группу крови…

Мичуринские генетики никак не полагают, что можно резко изменить организм. Это можно сделать постепенно. Да, они, как обычно, преувеличивали свои выводы и говорили о том, что вид может получаться даже на полях или в лесах… Но это обычный подход в науке – преувеличивать значение собственной гипотезы.

“Каждая капля протоплазмы обладает наследственностью”, – говорил Лысенко и был прав, так как белки взаимодействуют между собой и только через такое взаимодействие может быть реализована наследственная информация.

Как пишет Мухин, “…принадлежащее Т.Д. Лысенко утверждение, что «наследственностью обладают не только хромосомы, но живое тело вообще, любая его частичка», то есть наследственностью обладает и цитоплазма, высмеивалось… всеми генетиками.

Но открытие эпигенетического наследования убедительно подтвердило правоту Лысенко. Стабильность признаков обеспечивается буферной емкостью всего генома, а не каким–то неведомым наследственным веществом.”

4.2. Эпигенетическая передача наследственности

Идея эпигенетической наследственности имеет долгую историю. Ещё в 1934 г. Морган предположил наличие эпигенетических факторов. Но эта его идея отвергалась до середины 50–х годов.

Для читателей, которые этим специально не занимаются, я кратко расскажу об эпигенетике. Вначале отмечу, что хотя эпигенетическая изменчивость уже давно и интенсивно исследуется, но тот факт, что она опровергает формальную генетику, почему–то замалчивается.

Что такое генетика, молекулярная биология, биохимия и эпигенетика в шутливой форме лучше всего определил Т.Бестор. Если есть известный ген и известный продукт, полученный на основе информации, записанной в гене, то это молекулярная биология. Если есть известный ген и неизвестный его продукт, то это генетика.

Если ген неизвестен, а продукт известен, то это биохимия. Если же неизвестны и ген, и его продукт, то это эпигенетика (245). Отмечу, что вне–генетическое наследование может продолжаться тысячи лет и участвовать в эволюции. А раз так, то возникает вопрос, а как же тогда догма формальных генетиков о наличии некоего изолированного от тела и неизменяемого наследственного вещества?

Перевод наследственной информации, с гена на белок и затем на признак существенно определяется структурой хроматина, с которым он взаимодействует. Последняя может быть направленно изменена внешними воздействиями и в ряде случаев обладает способностью наследоваться – как митотически, так и в процессе мейоза. Кроме этого существуют механизмы, передающиеся без участия нуклеотидной цепи ДНК, кодирующей тот или иной ген (21, 25).

В последние годы ученые открыли несколько способов передачи по наследству приобретенных признаков, способов, которые не связаны напрямую с изменениями ДНК, т. е. с мутациями в современном понимании этого слова. Поэтому такую наследственность называют эпигенетической, или надгенетической.

Более того, в настоящее время для объяснения указанных экспериментов по передаче приобретенных свойств по наследству, без использования генетического материала выделилась целая наука эпигенетика. Познание разнообразных механизмов эпигеномного наследования представляется сейчас одной из самых актуальных проблем молекулярной генетики эукариот (21).

Достаточно подробно разбирает научные результаты, касающиеся эпигенетической или неканонической наследственности, в своих интересных работах Голубовский (25, 26). Более подробное изложение эпигенетической наследственности можно найти в Приложении_III.

Какие же механизмы в настоящее время включает надгенетическое наследование? Прежде всего, это генетический аппарат митохондрий и пластид. Поскольку митохондрии и пластиды произошли из прокариотов, то есть предшественников современных бактерий, они сохранили основные компоненты системы передачи наследственной информации, которая в них функционирует автономно от ядра. Там есть кольцевая молекула ДНК, есть аналоги мРНК, рРНК, тРНК…

Кроме независимых митохондриальных и пластидных систем передачи наследственной информации, существует горизонтальный перенос наследственной информации, который тоже не зависит от ядерного и включает следующие механизмы:

I. Целенаправленная передача ДНК другому организму.

II. Захват клеткой ДНК из внешней среды.

III. Перенос в составе вирусов, плазмид мобильных элементов.

IV. Перенос мРНК по межклеточным каналам в симбиотических системах типа растений.

V. Случайное включение чужих генов в ходе починки ДНК или случайного захвата из внешней среды.

VI. Половой процесс, кроссинговер.

Кроме того надгенетические механизмы включают:

1. Метилирование ДНК, что нарушает упаковку и считывание.

2. Метилирование гистонов, что нарушает “расплетание-сплетание” хромосомы.

3. Мобильные генетические элементы в хромосоме. Как они функционируют, никто не знает.

4. Цитоплазматическая наследственность (митохондрии, пластиды).

5. Мембранное контактное наследование через ассоциированные с мембраной белки по прионовому типу у животных.

6. Цитоплазматическое контактное наследование через белки по прионовому типу у дрожжей.

7. Асимметрия зиготы и организма наследуется не через гены, а через цитоплазму.

8. Наследование через взаимную активацию и блокирование генов.

9. Малые молекулы РНК (более подробно см. Приложение_III).

Поэтому вывод из нашего анализа быть может только один – утверждение Лысенко о том, что никакого отдельного наследственного вещества нет, оказалось правильным.

То есть, и в этом вопросе Лысенко был прав. По крайней мере, он ошибался меньше, чем тогдашние формальные генетики.