Чем сложный секс лучше простого
Продолжаем публикацию цикла «Зачем живые любят друг друга» о загадках размножения и других парадоксах биологии. В этой части речь наконец заходит о мейозе, и он сразу же вызывает массу критических вопросов
О том, кто именно открыл мейоз, существуют разные мнения. При этом совершенно ясно, что ни один из кандидатов в первооткрыватели не имел ни малейшего понимания, что именно он видит в микроскоп и к чему все это. Тогда, в 1870-х, до переоткрытия законов Менделя оставалось еще четверть века, до понимания, что хромосомы связаны с наследственностью, — больше десятилетия, не говоря уж о ДНК как носителе наследственности. Я упоминаю об этом не для того, чтобы принизить заслуги этих биологов, а наоборот, чтобы выразить свое восхищенное изумление.
В научно-популярных заметках автор обычно обозначает в общих чертах загадку и тут же переходит к разгадке, потому что читателю интересно, что там на самом деле происходит, а не что было в голове у ученого на момент открытия. Вообразите же себе героизм исследователей, ясно осознающих, что никакого «на самом деле» не видно даже на горизонте. Им лишь остается скрупулезно фиксировать факты и верить, что за этими фактами скрывается какой-то важный смысл, о котором, возможно, догадаются только через пару поколений. Вот как выразил это самоотверженное настроение бельгийский биолог со сложным именем Эдуард Жозеф Мари ван Бенеден: «Клетка сегодня представляется сложным объектом, механизмы которого по-прежнему непонятны. Для начала нам надо разобраться в морфологических изменениях, которые сопровождают функции жизни» (1883). Другими словами: смотри в микроскоп, зарисовывай и не задавай лишних вопросов.
Этим ван Бенеден и занялся, и многие считают именно его первооткрывателем мейоза. Кстати, его отец тоже был биологом, и ему мир обязан открытием жизненного цикла ленточных червей. Так представители одной семьи вписали целых две главы в наши школьные учебники по биологии, и даже странно, что их общая фамилия мало кому известна.
Собственно, к началу 1880-х уже были опубликованы работы Оскара Гертвига, впервые описавшего мейоз у морских ежей, однако Гертвиг не очень-то понял, что именно он видит. Ван Бенеден нашел другой модельный организм, у которого были свои прелести: конскую аскариду. Сильная сторона аскариды состоит в том, что яйца у нее синхронно проходят этапы созревания, двигаясь по яйцеводу. Если перерезать яйцевод в определенной точке, можно получить сразу много клеток в одной стадии развития. Ученому оставалось лишь до изнеможения рассматривать в микроскоп препараты лошадиных глистов, зарисовывать увиденное и пытаться понять, что все это значит. И главное, что он понял, это что при мейозе уменьшается вдвое число хромосом.
В единую картину все факты связались только к 1890 году благодаря Августу Вейсману, который утвердился во мнении, что число хромосом при оплодотворении удваивается, а затем при мейозе вновь возвращается к прежнему значению. Лишь в 1905 году появились термины «гаплоид» и «диплоид», и тогда же в употребление вошло слово «мейоз» — в переводе с греческого «уменьшение».
Сейчас, когда мы гораздо больше понимаем про ДНК, гаплоидность и диплоидность, можно рассказать про мейоз совсем просто и лапидарно, даже не употребляя ужасных слов «анафаза» и «пахитена», которыми пугают школьников. Однако для пущей ясности мы расскажем эту историю дважды: сперва в этой главе совсем уж просто и в общих чертах, а позже чуть въедливей, вглядываясь в отдельные моменты.
Мейоз начинается так: сперва все хромосомы в клетке удваиваются.
Здесь нам сразу придется сделать небольшую паузу, чтобы прояснить эту историю с «удвоением»: уж больно много всего там двойного, и некоторые с непривычки в этом путаются. Речь у нас здесь идет о диплоидной клетке. Это значит, что каждая хромосома в ней представлена в двух копиях — точнее, в двух вариантах, полученных от двух родителей и отличающихся друг от друга какими-то мутациями. Но, если посмотреть на такую клетку в микроскоп, этих интимных отношений между родительскими гомологичными хромосомами вы никак не заметите: обычно они не проявляют ни малейшей тяги друг к другу.
Далее: на картинках хромосомы часто предстают в виде этаких букв Х: две половинки связаны друг с другом в одной точке, которую называют центромерой. Эти половинки называют «сестринскими хроматидами». Вот они-то очень даже тяготеют друг к другу: появляются перед делением клетки в виде «иксов», соединенные центромерой, а после деления половинки иксов расходятся в разные стороны, то есть хромосомы становятся одинарными, по одной хроматиде в каждой. Одна хроматида — это одна молекула ДНК. Итак, перед клеточным делением у нас есть две гомологичных хромосомы, и, стало быть, четыре очень похожих друг на дружку молекулы ДНК (хроматиды). Идентичные хроматиды одной хромосомы называются «сестринскими», а хроматиды от хромосом папы и мамы будем называть просто гомологичными.
Наконец, каждая молекула ДНК — это двойная спираль, состоящая из двух нитей. В принципе, одна нить содержит всю генетическую информацию, какая нужна организму. Таким образом, в двух гомологичных хромосомах и четырех хроматидах эта информация повторена 8 раз.