Невидимый современник

Лучник Николай Викторович

Это может показаться на первый взгляд странным. Ведь мы знаем, что вредная мутация чаще всего либо приводит к гибели ту клетку, в которой возникла, либо находится в скрытом состоянии, ничем себя не проявляя. Такие скрытые мутации (генетик выразился бы более точно, но совсем непонятно: «гетерозиготные рецессивные летали») проявляются только в результате скрещиваний, когда две одинаковые мутации встречаются вместе. Но так ли это? Может быть, мутации, которые называют скрытыми, в действительности как-то действуют на организм?

Самуил Наумович Александров, известный радиобиолог, занимающийся вопросами отдаленной лучевой патологии и работающий, кстати, в том же институте,

где Надсон и Филиппов сделали свое историческое открытие, получил недавно поистине удивительные результаты. Он изучал способность клеток к свечению под действием ультрафиолетовых лучей. Нормальные клетки светятся, но если их предварительно облучить ионизирующими лучами, начинают светиться сильнее. Впрочем, удивительно не это. Способность сильнее светиться передается облученными клетками по наследству. Значит, она связана с возникновением рецессивных мутаций, которые, как думали, находясь в скрытой форме, не влияют на свойства клеток.

А раз меняется способность клеток к свечению, может быть, меняются и другие ее свойства, незаметные на первый взгляд? Ставятся дальнейшие опыты, и выясняется, что и преждевременное старение и пониженная приспособляемость организмов в первую очередь обусловлены рецессивными мутациями, находящимися в скрытой форме.

К этому нужно еще добавить, что генетические действия радиации играют особенно важную роль при низких дозах облучения. Для всех остальных биологических эффектов радиации есть порог: существует доза облучения, ниже которой нет вообще никакого эффекта. А для генетических эффектов порога не существует. Любая, самая малая доза способна изменить хромосомы. Правда, при низких дозах вероятность такого изменения очень мала. Но если это несущественно для любого отдельного человека, то очень важно для человечества в целом.

Итак, действие радиации на хромосомы играет очень важную роль:

во-первых, при острой лучевой болезни;

во-вторых, при отдаленных лучевых поражениях;

и в-третьих, при облучении очень малыми дозами, где все прочие эффекты оказываются несущественными.

Это все относится к организмам, которые были непосредственно облучены. А для потомства роль повреждения наследственности очевидна.

Прямолинейность

Что стоит в центре любой экспериментальной научной работы? По моему, рисование кривых линий. Опыты ставят, чтобы найти закономерность, которая изображается какой-нибудь кривой. А анализ полученных результатов сводится к тому, чтобы объяснить, почему кривая пошла не так, а эдак.

Кривые, получаемые в опытах, не слишком разнообразны: прямая линия (мы ее тоже называем кривой, правда, прямолинейная кривая — бессмыслица, но мы как-то привыкли к этому); кривая, загнутая вверх; кривая, загнутая вниз; эс-образная кривая (то есть в виде латинской буквы «S»), кривая с максимумом, которая сначала идет вверх, а потом загибается вниз. Вот, пожалуй, и все. Встречаются, конечно, и более хитрые кривые, но с ними ученые стараются меньше иметь дела: слишком это сложно. И когда получают такую сложную кривую, то или из нее делают целую науку, либо просто приводят без всяких комментариев.

Сколько я типов кривых перечислил? Пять. Как будто маловато. И человек, который никогда не имел дела с экспериментальными кривыми, может подумать, что, во-первых, это, должно быть, очень скучное и однообразное занятие, а во-вторых, что в этих пяти типах кривых разобраться очень просто. Однако простота и однообразие только кажущиеся. Можно всю жизнь прожить, получая и анализируя кривые, и считать

это самым увлекательным делом. А любая новая зависимость, даже и самая простая — прямая линия, — заставляет поломать голову, но она же часто щедро вознаграждает за вложенный в нее труд.

При изучении мутаций самый главный вопрос — тоже получение кривых и их объяснение. Начнем с генных мутаций.

Главный результат сводится к тому, что зависимость числа мутаций от дозы выражается самой простой из возможных зависимостей — прямой линией. Прямая линия получается всегда: при действии рентгеновыми лучами и нейтронами; при облучении, заканчивающемся за несколько секунд, и при растягивании его на несколько дней, при высокой и низкой температуре, в опытах на излюбленной генетиками дрозофиле и на любых других организмах.

Но мало того, что почти все опыты дают прямые линии. Ведь и прямые линии могут идти по-разному, иметь разный наклон. Однако если поставить опыты по облучению дрозофил разными дозами рентгеновых, бета- и гамма-лучей разной жесткости, то для зависимости числа мутаций от дозы вовсе не получится пучка прямых линий, расходящихся веером. Нет, все экспериментальные точки (разумеется, в пределах точности опыта) лягут на одну прямую. Единственное серьезное исключение — быстрые нейтроны. Довоенные опыты показывают, что нейтроны менее эффективны, чем другие виды лучей. После войны некоторые авторы получили прямо противоположные результаты: нейтроны в несколько раз более эффективны. Теперь же пришли к выводу, что нейтроны оказывают ненамного больший эффект, чем рентгеновы лучи. В чем тут дело? Ни нейтроны, ни мухи не могли за это время стать другими. Генетики ставили опыты совершенно одинаково… Дело в физиках. Дозиметрия нейтронов дело не простое. Нетрудно подсчитать, сколько нейтронов «попало» в облучаемый объект. Но ведь для биологического эффекта важна энергия, которая поглотилась живыми клетками. А поглощенную энергию определить было нелегко.

Из этих простых фактов можно сделать важные выводы. Прямолинейная зависимость эффекта от дозы говорит о том, что возникновение генной мутации — реакция одного попадания, другими словами, для возникновения мутации необходимо и достаточно, чтобы через хромосому прошла всего одна ионизирующая частица.

Но проход частицы может оставить в хромосоме разную энергию. Какая же энергия необходима для возникновения мутации? Если бы для этого нужна была большая энергия, больше энергии одной ионизации, то редко ионизирующие (жесткие) лучи не при всяком проходе оставляли бы нужную энергию и потому должны были быть менее эффективными. Однако в опытах такого не наблюдается. Следовательно, для возникновения мутации достаточно энергии одной ионизации.

Итак, наследственное изменение, генная мутация, вызывается всего лишь одной ионизацией. А много ли может сделать одна ионизация? Не так много: произвести одно изменение в одной какой-нибудь молекуле. То есть может либо отщепиться, либо присоединиться, либо измениться какая-нибудь химическая группа. Значит, мутация — не что иное, как небольшое химическое изменение внутри гена. Такой вывод и как раз на основе анализа результатов опытов по вызыванию мутаций облучением смогли сделать уже в 1935 году Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский, Карл Гюнтер Циммер и Макс Дельбрюк. Недавно с помощью более прямых методов молекулярной генетики удалось подтвердить правильность этого вывода.