А теперь, наверное, самое время вспомнить две издавна известные и, казалось бы, взаимоисключающие друг друга поговорки. Первая из них гласит, что «молоко у коровы — на языке». Другими словами — будешь кормить животное вдоволь, оно отблагодарит тебя высокими надоями. Вторая утверждает обратное, когда о животном иначе, как «не в коня корм», и не скажешь. Можно ли с генетической точки зрения объяснить подобные противоречия народной мудрости?

Думаю, что да, но пока еще только в очень общей форме. Дело в том, что развитие любого признака в организме, как это сегодня доподлинно известно науке, зависит от нескольких генов и разных факторов среды, а точнее — от взаимодействия тех и других. Но сочетание вариантов генов (аллелей), определяющих тот или иной признак у каждого живого существа, в том числе и у человека, сугубо индивидуально. К тому же средовые факторы на протяжении всего биологического цикла его развития чрезвычайно разнообразны. И далеко не всегда сочетание последних благоприятствует становлению какого-то конкретного признака. Вот и пойди здесь разберись, что от чего зависит… Но мы все же попытаемся это сделать, проследив в данной главе за «поведением» генов в организме.

Как часть всей генетической информации, каждый ген расположен в строго определенном месте определенной хромосомы, и при делении клеток он воспроизводится с высочайшей точностью. Плотная «упаковка» генов в хромосомах обеспечивает передачу информации из поколения в поколение в полном наборе.

— Но это только механизм передачи набора генов из клетки в клетку, — может заметить здесь читатель. — А как все-таки гены работают?

Механизмом действия любого гена является считывание информации с ДНК путем синтеза на ней РНК. Процесс этот называют транскрипцией. На его расшифровку потрачены многие годы многих исследований. И то, что будет изложено ниже, является результатом бесчисленных экспериментов и обоснованных обобщений.

На первый взгляд двухспиральная структура ДНК — главной «молекулы жизни» — может показаться жесткой и стабильной. В действительности же она гибка и изменчива настолько, что способна принимать разнообразную форму и осуществлять взаимодействие с другими молекулами клетки различными способами. Именно на этих ее свойствах и основана возможность реализации генетической информации, содержащейся в ДНК (за счет взаимодействия с регуляторными молекулами).

Для того чтобы начался процесс транскрипции, то есть образования на ДНК молекулы РНК, двойная спираль должна быть расплетена, но не полностью по всей длине молекулы, а лишь ее часть, соответствующая тому гену, продукт которого в данный момент необходим клетке.

Здесь, по-видимому, следует подчеркнуть, что в любой клетке в каждый данный момент «работают» не все гены, а только те, которыми обусловлена специфичность ее функции. Представить себе организм, в котором во всех клетках работали бы все гены разом, чрезвычайно трудно. А потому попробуем провести здесь аналогию с более привычной для нашего понимания ситуацией.

Вообразим, к примеру, что в большом многомиллионном городе однажды в силу какого-то «сверхсбоя» движение всех видов транспорта (велосипедов, трамваев, троллейбусов, автобусов, грузовых и легковых автомобилей и т. д.) стало нерегулируемым. Возникший беспорядок усугубился еще и тем, что и стороны движения и направления, и скорость движения, и остановки, и перекрестки выбираются водителями тоже произвольно. Фантастическая картина, верно? Но даже такой невообразимый хаос — лишь слабая тень того состояния клетки, в которой без всяких «правил» заработали бы разом все гены.

Между тем транскрипция гена (образование на ДНК молекулы РНК) осуществляется по строжайшим законам, установленным природой. Как только в клетке накопится достаточное количество первичного продукта гена, процесс транскрипции прекратится. Как видите, эти реакции осуществляются по принципу обратной связи.

В одной из предыдущих глав рассказывалось о процессе трансляции, то есть образования белков и ферментов. Вроде бы механизм этого сложного явления расшифрован. Однако до понимания того, как формируется признак, еще очень далеко. Это более чем детективная история, и точки над «и» ставить рано. По крайней мере на сегодняшний день путь от первичного продукта гена до признака известен лишь для небольшого числа генов просто устроенных организмов.

Но многое наука уже и расшифровала, например, то, что для начала транскрипции необходима активация конкретного гена (или генов). Под этим понимают расплетение нитей ДНК с последующим синтезом молекулы РНК. В этом процессе активации генов (или запуска их в работу), как теперь стало ясно, принимают участие гормоны или продукты деятельности других генов. Могут активировать гены и продукты в цитоплазме, которые образовались за счет предшествующей активности этого же гена (или генов). Не исключается и непосредственное влияние соседних клеток. Но если за счет тех или иных факторов ген начинает работать, это проявляется в виде транскрипции.

За ней следует трансляция и образование полипептидных цепей, из которых и формируются белки.

Многообразие белков поражает. Одни осуществляют «скелетную» функцию клетки, другие регулируют обменные процессы, третьи определяют темп размножения и миграции клеток, четвертые обеспечивают регуляцию активности генов. А все вместе в сложном взаимодействии приводят к дифференцировке клеток и формированию определенных тканей и органов.

И все-таки, повторяю, многое в понимании генетического контроля процессов индивидуального развития, осуществления дифференцировки клеток или избирательного функционирования разных клеток в организме еще неясно.

В самом деле, эритроцит осуществляет функцию переноса кислорода, мышечная клетка обладает способностью сокращаться, железистая клетка вырабатывает гормон или секрет. И каждая из них точно и ответственно выполняет свои функции. Но появляются или исчезают эти функции лишь в определенные периоды развития организма. Почему?

Ответ на этот вопрос и многие другие, с ним связанные, и пытается найти «генетика развития». Эта область генетики изучает действие генов в ходе развития индивида (онтогенеза). Проблемы генетики развития давно уже занимают видное место в экспериментальной генетике, потому что решение их, как нетрудно догадаться, имеет не только ключевое теоретическое, но также и большое практическое значение. Например, как было бы важно для народного хозяйства уметь «заставить» реализовать гены морозоустойчивости у растений, ускоренного роста у животных, продукции антибиотиков у микроорганизмов.

Но особенно важно понимание механизмов действия генов в течение индивидуального развития у человека. В самом деле, если бы мы умели управлять проявлением генов, то во многом были бы решены проблемы лечения наследственных болезней, предотвращения злокачественного роста, управления иммунитетом, замедления процессов старения.

Помните, эта глава началась с разговора о первичных механизмах действия генов. Как вы убедились, задача понимания генной регуляции развития организма чрезвычайно трудна даже при условии применения всего арсенала методов молекулярной биологии. Но проблема эта возникла не сегодня. К ней уже давно привлечено внимание генетиков. И в начале пути (20-е годы) единственным подходом к пониманию генетических механизмов развития было сравнительное изучение индивидуального развития у нормальных и мутантных организмов. Нарушение развития, обусловленного мутацией, как бы позволяет взглянуть на этапы нормального развития. К примеру, сравнивая развитие эмбрионов у нормальных мышей и мышей, имеющих ген ахондроплазии, можно определить время и последовательность развития конечностей.

Такой подход оказался весьма плодотворным для генетики человека. Суть его в том, что сложные процессы развития организма расшифровываются через изучение наследственных болезней или мутантных признаков. Поясним это примером, как подошли к расшифровке генетического контроля синтеза коллагена.

Коллаген — белок, составляющий основу соединительной ткани (сухожилие, кость, хрящ, внеклеточное вещество). Он обеспечивает ее прочность. Несмотря на хорошую изученность коллагена биохимиками и морфологами, оставалось неясным, сколько и какие гены отвечают за синтез коллагена. В решении этого вопроса помогло изучение коллагена у больных с наследственными болезнями соединительной ткани.

Это целая группа болезней. Одни больные страдают деформациями скелета, другие — имеют поражение сердечных клапанов и повышенную подвижность суставов. Именно анализ коллагена в таких семьях позволил обнаружить, что образование его обеспечивается работой нескольких генов. Каждый из них «отвечает» за определенный тип коллагена.

Чем глубже изучаются генетические механизмы развития организма, тем более комплексными становятся исследования. Эту крепость штурмуют теперь не только генетики, но и эмбриологи, гистологи, физиологи и многие, многие другие специалисты. А это значит, что арсенал методов решения задач, стоящих перед генетикой развития, постоянно расширяется. И если в прошлом он сводился в основном к изучению мутантных форм, то теперь это и пересадка и ядер, и клеток, и зачатков органов, и гибридизация соматических клеток, и еще многое другое.

Вопросов и проблем, над которыми работает генетика развития, предостаточно, так что в них немудрено и запутаться. А в таких случаях, как говорится, лучше всего «танцевать от печки». И потому вернемся на некоторое время к 20-м годам нашего столетия, к тому самому времени, когда бурно развивающаяся экспериментальная генетика давала науке все новые и новые факты для построения гипотез, концепций, теорий. Причем многие из них не только не дополняли друг друга, но, казалось бы, даже вступали в противоречие, поскольку в некоторых опытах прослеживаемый ген (доминантный или рецессивный в гомозиготном состоянии) вдруг не проявлял своего действия. Вот и получалось, что путь, казалось бы, надежно размеченный присутствием генов в нескольких поколениях, неожиданно вновь превращался в непроторенную, нехоженую тропу, а четкий тезис «будет ген — будет и признак» опять подвергался сомнению. Казалось бы, очевидно: ген есть, он присутствует, он унаследован (и это подтверждается наличием его в будущих поколениях), но признак-то не проявляется. Почему?

В общем, чем больше и тщательней изучалось поведение генов и их роль в организме, тем загадочнее они становились. Неразбериха, путаница нарастали. Действительно, как не растеряться или не задуматься исследователю, у которого в опытах с хорошо изученным экспериментальным объектом у одной части особей признаки проявлялись, а у другой — нет. Причем такое «исчезновение» признака оказывалось не столь уж редким исключением для одних генов и не наблюдалось у других. Больше того, данное явление наблюдалось и у растений, и у животных, и в родословных человека.

Анализ подобных факторов привел к созданию нового направления в генетике — феногенетики (фенос — признак) — науки, главным содержанием которой стало изучение наследственного контроля становления признаков (или в более общем виде — генетика развития). А эксперименты по изучению конкретных генов привели к следующим очень важным обобщениям: если ген не проявляется, то, значит, его действие подавляется другими генами или внешнесредовыми воздействиями. Именно тогда и было введено специальное понятие, так называемая пенетрантность (от лат. penetro — проникаю, достигаю) — частота проявления гена. Выражают его в процентном отношении числа особей, у которых проявился признак, ко всем остальным, этот ген имеющим. Например, на 100 человек, унаследовавших ген ахондроплазии (доминантное наследственное заболевание), болезнь развивается только у 90. Следовательно, пенетрантность этого гена равна 90 процентам.

Такое поведение генов, как я уже говорил, можно было объяснить двояко: во-первых, их взаимодействием друг с другом, а во-вторых, подверженностью внешним факторам. В последующем, когда многие особенности поведения генов окажутся изученными детально, а их биохимические механизмы расшифрованы, выяснится, что среди генов есть и такие, которые подавляют действие других. Их назовут супрессорами.

Но чудеса феногенетики на том не завершились, и очень скоро выяснилось: наряду с тем, что в одном случае признак у особи с наличием гена может вообще не проявиться (не пенетрировать), в другом он может выразиться в разной степени. Причем (на это хочу обратить внимание читателей) речь идет не о количественных признаках, например, росте, весе, обусловленных несколькими генами, а о признаках, контролируемых одним геном. Здесь нам придется познакомиться с еще одним термином — экспрессивностью (так принято называть степень выраженности признака). Эта выраженность может быть слабой или сильной, а вот резкой границы между слабой экспрессивностью и непенетрантностью гена не существует.

Термины «пенетрантность» и «экспрессивность» предложил, как это ни покажется странным, отнюдь не генетик, а всемирно известный немецкий невропатолог О. Фогт, директор одного из институтов в Бухе, под Берлином. Он приезжал в СССР в 20-х годах сначала в связи с болезнью, а затем и смертью В. И. Ленина. Будучи широко образованным человеком, он не мог не оценить очень высокий уровень генетических исследований в СССР (тогда в стране работала целая плеяда корифеев — Н. И. Вавилов, Н. К. Кольцов, А. С. Серебровский, Ю. А. Филипченко и др.), заметил растущую талантливую молодежь и попросил Н. К. Кольцова рекомендовать для работы в его институте способных генетиков. Н. К. Кольцов остановил свой выбор на Н. В. Тимофееве-Ресовском, который в 1925 году вместе с женой и был командирован к О. Фогту в Бух, где сразу развернул исследования по феногенетике на дрозофиле, излюбленном в тот период объекте экспериментальной генетики.

Подробно исследуя явления пенетрантности и экспрессивности, Н. В. Тимофеев-Ресовский подметил еще одну особенность поведения генов, а именно — специфичность их выражения. Вклад Н. В. Тимофеева-Ресовского в феногенетику на начальных этапах ее развития так значителен, что многие и до сей поры введение терминов «пенетрантность» и «экспрессивность» приписывают ему, хотя, разумеется, дело не в приоритете на термины, а в расшифровке явлений. А именно это и сделал в свое время Н. В. Тимофеев-Ресовский строгими экспериментами и смелыми обобщениями.

Многочисленные эксперименты, гипотезы, дискуссии, наблюдения и обобщения по развитию наследственных признаков в целостном организме привели исследователей к твердому убеждению, что «генотип не сумма, а система генов». Более того, «работают» гены не в одиночку. Каждый из них взаимодействует не только с геном своей пары (аллельным геном), но и со всеми другими. Конечно, такое взаимодействие происходит не непосредственно между генами, а между первичными и вторичными продуктами их деятельности. Именно это взаимодействие ведет к развитию соответствующего признака. Сначала тонкий генетический анализ взаимодействия генов на основе скрещивания, а затем и биохимическое изучение этого процесса выявило разные их формы.

Например, оказалось, что один ген может подавлять действие другого (супрессия, эпистаз) или изменять его (модификация). Некоторые наследственные признаки могут формироваться только при условии, если организм унаследовал строго определенное сочетание генов: это так называемое комплементарное (дополняющее друг друга) действие генов. Известна еще одна форма взаимодействия генов — полимерия. В этом случае гены действуют в одинаковом направлении и пополняют баланс своего влияния.

Теперь-то все это легко излагается в учебниках на нескольких страницах в четкой и краткой форме. Но сколько труда было затрачено лишь на понимание каждого из видов взаимодействия генов! И это всего лишь небольшая часть того, что необходимо проделать, потому что генетический контроль развития организмов еще очень далек от целостного понимания. Так что для тех, кто сегодня лишь входит в науку, работы непочатый край. Это им придется расшифровывать многие закономерности формирования признаков. Насколько грандиозны подобные задачи, можно видеть на примере развития зародыша.

Сложный характер включения и выключения генов в процессе индивидуального развития организма очевиден. Ведь все клетки организма обладают одинаковым набором генов, а функционирует только часть их, причем в разных тканях и клетках активны разные гены. Значит, что-то, где-то, когда-то подавляет действие одних генов и активирует действие других. И все это осуществляется в строжайшем порядке во времени и конкретной клетке. Отклонения — это болезнь или гибель. А существуют ли доказательства того, что морфологическая и функциональная дифференцировка клеток действительно обусловлена дифференциальным функционированием генов или их дифференциальной репрессией?

Существуют. И немало. Приведем два из них.

Дифференцировка клеток обусловлена тем, что разные гены включаются в работу в разных комбинациях. А возможно ли возвращение их в исходное состояние из уже дифференцированной клетки, в которой функционируют строго определенные гены?

Да, возможно. Наиболее убедительные эксперименты сделаны на лягушках при пересадке ядер из одних клеток в другие. Из клетки кишечника головастика (ядра в них относительно крупные, так что с ними достаточно легко манипулировать) извлекали микропипеткой ядро и вводили в неоплодотворенную яйцеклетку, собственное ядро которой было предварительно разрушено ультрафиолетовым облучением. В этой комбинации (цитоплазма яйцеклетки и диплоидное ядро из клетки кишечника) начиналось деление, как и после оплодотворения, затем следовало нормальное развитие до стадии головастика и взрослой лягушки.

Это означает следующее. Ядро клетки кишечника было уже специализировано на секрецию пищеварительных ферментов или всасывание. Большая часть генов, следовательно, в таких клетках была уже в нерабочем состоянии (репрессированы). Но вот создались новые условия за счет помещения его в цитоплазму яйцеклетки. Продукты цитоплазмы растормозили неактивные гены (дерепрессировали их), началось последовательное деление клеток и развитие нового организма. Таким образом, в новых условиях ядро специализированной клетки превратилось в ядро неспециализированной клетки. Значит, процесс репрессии генов обратим.

Приведем второй пример, показывающий репрессию даже не одного гена, а целой хромосомы. Напомню читателю, что у мужчин одна X-хромосома (другая — Y) а у женщин — две X. Здесь, вероятно, нужно сказать и еще об одной тонкости: природа не совсем поровну распределила наследственную информацию между X- и Y-хромосомами. В Y-хромосоме генов очень мало. Но тогда вполне можно предположить, что должно существовать какое-то компенсаторное уравнивание дозы генов, локализованных в X-хромосоме. Так оно и есть. Природа «придумала» такой механизм компенсации. Суть его в том, что в функционирующих клетках женских особей одна X-хромосома находится в неактивном состоянии, в виде так называемого тельца Барра. (Свое название оно получило по фамилии известного ученого, описавшего этот феномен.) Это плотно окрашенная «глыбка» хроматина в интерфазном ядре.

Обнаружение этого феномена — инактивации функций одной из X-хромосом в клетках особей женского пола — поставило еще вопрос: а когда это происходит? Специальными экспериментами показано, что начинается инактивация в раннем эмбриональном периоде и затем воспроизводится при каждом делении на протяжении всей жизни. Однако, как это часто случается в науке, ответ на один вопрос выдвинул на повестку дня другой: какая хромосома теряет функцию? Может быть, при каждом делении клетки случайно инактивируется то одна, то другая X-хромосома (материнская или отцовская)? Или, наоборот, инактивируется одна и та же (либо отцовская, либо материнская) хромосома из одного клеточного деления в другое, начиная от первой инактивации? Тогда, следовательно, в разных тканях функционирующей будет одна и та же хромосома?

Ответ на эти вопросы дала английская талантливая исследовательница Мэри Лайон, доказав в опытах на мышах, что инактивация происходит в раннем эмбриональном периоде с равной вероятностью материнской или отцовской хромосомы и стойко сохраняется за данной X-хромосомой при последующих митотических делениях клетки. Это явление получило название «эффект Лайон», а инактивацию X-хромосомы иногда называют «лайонизацией».

Теперь нет никаких сомнений в существовании этого явления и у человека. Долгое время не могли объяснить, почему у женщин хотя и редко, но бывают сцепленные с X-хромосомой рецессивные болезни. Ведь анализ родословных таких женщин показывает, что они унаследовали только по одной X-хромосоме с мутантным геном. Обычно такие заболевания (например, гемофилия, миопатия Дюшена) — «привилегия» мужчин, поскольку у них одна X-хромосома.

А дело объясняется просто. Если женщина получила от матери X-хромосому с нормальным геном, отвечающим за выработку фермента глюкозо-6-фосфатдегидрогеназы (углеводный обмен), а от отца X-хромосому с мутантным геном (он не может функционировать), то в ее организме будут два типа клеток. В одних осуществляется нормальная функция по данному ферменту. Значит, в такой клетке инактивирована хромосома с мутантным геном, то есть та, которая получена от отца. В других клетках фермент не вырабатывается. Это те клетки, в которых инактивирована материнская X-хромосома. Теперь представим себе (а именно так и происходит в организме), что во время инактивации X-хромосомы на ранней стадии развития случайно оказалось значительно больше клеток, в которых инактивирована материнская хромосома. С таким соотношением организм и будет развиваться.

А приводит это к тому, что у женщин будет недостаточность фермента, осуществляющего один из этапов углеводного обмена. Сначала обнаружили, что болезнь проявляется в виде тяжелого гемолитического шока из-за растворения эритроцитов после приема примахина (противомалярийное лекарство), сульфаниламидов (противовоспалительные). В последнее время выяснилось, что ряд профессиональных вредностей (например, окислители) также вызывают гемолиз эритроцитов у лиц с недостаточностью глюкозы-6-фосфатдегидрогеназы.

Таким образом была выяснена природа появления у женщин наследственных заболеваний, которые считаются только «мужскими». Эту закономерность надо знать врачу для диагностики болезней.

Дифференциация клеток на ранних стадиях эмбрионального развития, несомненно, обусловлена инактивацией определенных генов в определенных клетках. Это ни у кого не вызывает сомнений. Но это ведь следствие. А вот в чем причина инактивации генетического материала? Эмбриогенетические исследования на млекопитающих позволили обнаружить очень интересное явление — своего рода независимый импринтинг (запечатление) материнских и отцовских наборов хромосом. Механизм его еще не известен, но предполагают, что именно этот процесс участвует в координации команд обоих наборов хромосом. Возможно, что именно импринтинг и может быть причиной потери генами соматических клеток способности управлять развитием.

А теперь несколько слов об ином подходе к предмету обсуждения в данной главе — анализу генов в организме, их взаимодействию в развитии человека. Приходилось ли вам наблюдать в большом городе за детскими колясками? Думаю, что вы наверняка обратили внимание на особенно широкие из них, попросту «удвоенные». В ней уютно расположились сразу двое ребятишек. Это — близнецы. Две девочки или два мальчика так похожи друг на друга, что прохожие невольно останавливаются и улыбаются. Сходство усиливается еще от одинаковых костюмчиков. Но в двойных колясках бывают и непохожие друг на друга близнецы, в том числе и разного пола. Как же понимать такое явление и при чем здесь генетика, о которой мы ведем речь?

Попытаемся ответить на эти непростые вопросы. Начнем со статистики, о которой говорят, и вполне справедливо, что она «знает все». Около одного процента всех беременностей — многоплодные беременности, что на «языке» практики ни много ни мало обозначает: женщина может родить двух, трех, четырех и… даже семерых детей. Каков же механизм развития близнецов и почему одни из них идентичны друг другу, а другие похожи не более чем просто братья и сестры?

Обычно в норме у женщины созревает одна яйцеклетка, но по неизвестным еще науке причинам одновременно могут созреть две и более яйцеклеток. Если яйцеклетки будут оплодотворены, то из них разовьются зародыши и родится столько детей, сколько оплодотворенных яйцеклеток. По всем правилам генетики это будут дети, отличающиеся друг от друга как братья и сестры, в том числе по полу. Таких близнецов называют дизиготными (тризиготными и т. д.), неидентичными или, как говорят в народе, двойняшками (тройняшками и т. д.).

Однако возможен и другой механизм зарождения близнецов. После того, как оплодотворенная яйцеклетка разделится один раз, две ее дочерние клетки начинают делиться независимо друг от друга и превращаются в два зародыша. Таких близнецов называют монозиготными, поскольку они возникли из одной зиготы. Нетрудно догадаться, что у них будут одинаковые наборы генов (генотипы). Именно это и обусловливает их идентичность.

Подобное событие — развитие нескольких зародышей из одной зиготы — может произойти, когда зигота разделилась два или три раза, и тогда четыре или восемь клеток, соответственно, начнут самостоятельную жизнь как будущие организмы. Они будут также монозиготными. Часть зародышей может погибнуть, или некоторые клетки не разделятся, и потому на свет появятся меньше четырех (трое) и меньше восьми близнецов. Роды более чем тремя близнецами встречаются редко. Но такие случаи описаны. Так, в 1983 году в «Комсомольской правде» появилось сообщение о том, что в Ливерпуле у женщины в возрасте 31 года родилось сразу шесть девочек, каждая из них весила около килограмма, и, как заявил врач больницы, «есть основания полагать, что все родившиеся близнецы полностью идентичны — первый в мире случай рождения шестерых неотличимых друг от друга детей».

Поскольку идентичные близнецы происходят из одной зиготы, то все они имеют одинаковый набор генов. Это копии, или клоны одного и того же генотипа. Феномен моно- и разнозиготной близнецовости привлекал и продолжает привлекать внимание ученых. И хотя и поныне он во многом остается загадкой, можно сказать, что в определенной степени он наследуется. Так, если проследить в родословных рождение двоен и троен, то можно видеть, «накопление» их в нескольких поколениях по одной или обеим родительским линиям.

Удивила своих односельчан 37-летняя крестьянка Муселиме Аденгоисак, живущая в одной из провинций Эфиопии. В 1989 году она в третий раз родила четверню. На этот раз — двух мальчиков и двух девочек. В первые роды она дала жизнь четверым мальчикам; вторые роды завершились появлением на свет четырех девочек. Из публикаций неясно, какие это близнецы. Можно предполагать, что в первых и вторых родах происхождение близнецов было монозиготным, а в третьих не исключено, что у женщины созрели одновременно две яйцеклетки, как при дизиготной беременности. Но после одного деления в каждой оплодотворенной яйцеклетке начались независимые деления двух клеток, то есть возникли два «набора» монозиготных зародышей (два монозиготных мальчика и две монозиготные девочки). Конечно, это наиболее вероятные события, но объяснение не может исключить и монозиготных беременностей во всех случаях.

Интересное наблюдение описано в Нигерии. Небольшой городок Игбо-Ора (около 50 тысяч населения) называют «фабрикой близнецов», и думаю, что вполне по праву. Так, в 1985 году здесь родилось 58 двоен и одна тройня (всего там, очевидно, было около 1500 родов).

Этот феномен, да еще в таких масштабах, никто из ученых по-настоящему не анализировал. Так что почему число многоплодных беременностей в этом городе в четыре раза выше обычного, все еще остается загадкой.

Согласно преданию основатели города были родителями близнецов. Этот факт поддерживает генетическую гипотезу. Наследственная предрасположенность передавалась из поколения в поколение. До сих пор родители близнецов пользуются здесь особым уважением, и в их честь проводится ежегодный фестиваль. Правда, высказывалось и иное объяснение — будто высокая рождаемость близнецов связана с особенностями питания местных жителей, хотя конкретно этого никто не анализировал. Что ж, может, и в предположении о питании также есть доля истины, ведь загадок в биологии человека очень много.

Изучение близнецов сыграло большую роль и в развитии генетики человека, например, для понимания вклада и наследственности, и среды в развитие признаков. Хотя о принципиальных различиях близнецовых пар («сходных» и «несходных») было известно давно, но лишь в XIX веке была сделана попытка использовать изучение близнецов для оценки вклада и «природы», и «воспитания» в развитие индивида, главным образом его умственных способностей.

До последнего времени создание близнецового метода приписывали английскому биологу Ф. Гальтону. Однако совсем недавно (в 1986 г.) крупнейшие авторитеты в генетике человека Ф. Фогель (из ФРГ) и А. Мотульски (из США) в своей монографии написали: «Усомнимся, однако, в том, что Гальтон понимал суть этой проблемы. Весьма вероятно, что он не знал о существовании двух типов близнецов — монозиготных и дизиготных. О различии близнецов незадолго до этого (в 1874 г.) сообщил антропологическому обществу Даресте. Более вероятно, что у Гальтона не было ясной концепции близнецового метода и что правильную идею он сформулировал интуитивно».

Близнецовый метод окончательно был сформулирован и начал широко применяться лишь в середине 20-х годов нашего столетия, когда был разработан (а в последующем усовершенствован) метод диагностики зиготности близнецов. Его суть в сравнении развития признаков (или болезней) у моно- и дизиготных близнецов.

В самом деле, поскольку идентичные близнецы развиваются из одной зиготы, то они представляют уникальный «предмет наблюдения» ученых. Ведь близнецы одного пола буквально во всем повторяют друг друга (группы крови, дерматоглифика, внешние признаки и т. д. у них идентичны). Правда, некоторые внешние признаки являются зеркальными. Последнее обстоятельство объяснить нетрудно: разделение дробящейся зиготы на две и более части, продолжающих затем самостоятельное развитие, произошло в то время, когда уже начала выражаться асимметрия. Вот почему завитки на макушке одного из близнецов закручиваются в одну сторону, а у другого — в противоположную. Или со временем обнаружатся зеркально расположенные врожденные родимые пятна.

Но если природа предоставляет науке столь идеальные объекты наблюдений, то не проследить, как именно воздействуют среда, воспитание, материальное и социальное положение на реализацию генотипа, не воспользоваться этой возможностью, как говорится, просто грех.

Все признаки, определяющиеся генами, у таких близнецов одинаковы — пол, группа крови, цвет глаз, даже белки. Вот почему они друг для друга — идеальные доноры. Пересаженная кожа, например, у них прекрасно приживается, никогда не отторгаясь. Тем интереснее наблюдать, как и чем различаются идентичные братья и сестры, попавшие в разные условия, как в подобных случаях наследственность и среда взаимодействуют в совершенно одинаковом генотипе. Именно этим впервые и воспользовались генетики.

История генетики человека знает любопытно организованное мероприятие, проведенное в 30-х годах нашего столетия в США. Здесь устроители чикагской выставки предоставили близнецам, в первую очередь идентичным, бесплатные билеты. Среди приехавших оказались люди, не знавшие в лицо своих братьев и сестер, так как были в детстве разлучены. Тем любопытнее было наблюдать, как повлияли на совершенно одинаковый генотип близнецов разные жизненные коллизии и условия.

В наши дни подобные встречи проводятся ежегодно с 1985 года в Германской Демократической Республике. Они организуются клубом близнецов в маленьком городке Вердау. Со всех концов ГДР собираются на праздник идентичные близнецы, тройни и даже квартеты. Наверное, прохожим кажется, что у них двоится и троится в глазах от очень уж сходных людей.

Близнецовый метод — это не что иное, как исследование генетических закономерностей на близнецах, дающее возможность сравнивать между собой идентичных (монозиготных) и неидентичных (дизиготных), то есть развившихся из разных одновременно созревших и оплодотворенных яйцеклеток. Такое исследование породило новые термины: «конкордантность» и «дискордантность». Если изучаемый признак наблюдался у обоих близнецов, то эта пара называлась конкордантной по данному признаку, а если он обнаруживался только у одного близнеца из пары — она именовалась дискордантной.

Изучение конкордантности у близнецов дает возможность оценить степень генетического вклада в конкретное заболевание или определить устойчивость его к действию повреждающих или болезнетворных факторов.

В близнецовом методе существенным фактором является прежде всего диагностика зиготности близнецов. Исследователь должен определить: из одной или двух яйцеклеток развилась близнецовая пара. Для этих целей первоначально (еще в 20-х годах) был предложен метод оценки сходства по многим признакам: сравнивались цвет кожи и волос, строение тела, форма многих внешних органов. Но этого оказалось недостаточно, и тогда стали применяться более точные методы диагностики: изучение групп крови, белков сыворотки крови и др. А диагноз зиготности основывался на степени их различия. Дело в том, что сходство дизиготных близнецов может быть обусловлено случайным совпадением их генетической конституции. В наши дни такая диагностика зиготности стала возможной с помощью методов генной инженерии. Это так называемая генетическая дактилоскопия.

Близнецовый метод — тонкий инструмент в руках исследователя. Особенно внимательно надо относиться к выводам, построенным на всякого рода казуистических случаях, поскольку тенденция к выборочному описанию «интересных» находок всегда приводила к поверхностным или недостоверным выводам. Например, сообщали о смерти близнецов в один и тот же час, живших за тысячи километров друг от друга. Но утверждение о жесткой генетической связи (детерминации) этого явления так же «справедливо», как справедливо «доказательство» одной женщины (врача по специальности) о наследовании дня рождения в их семье по женской линии, основанном на том факте, что ее мать, она и дочь родились в одно и то же число того же месяца. Между тем и в том, и в другом случаях речь идет о простом совпадении событий.

Близнецовым методом установлены важные закономерности. Показано, например, что развитие любого признака человеческого организма определяется соответствующим набором генов или генетической конституцией. В то же время действие генов проявляется в конкретных условиях среды, от которых также, следовательно, зависит формирование признака. Однако вопросы точной количественной оценки изменчивости организма за счет наследственности и среды все еще не решены. Над ними работают генетики сегодня, ими они будут заниматься завтра.

Да и не только генетики. Психологи, педагоги, физиологи давно взяли на вооружение близнецовый метод для анализа формирования способностей, особенностей психики, черт характера, физиологических реакций. Иногда для этого сравнивают признаки у моно- и дизиготных близнецов, как об этом говорилось выше, иногда наблюдают степень различий у двух монозиготных близнецов, как выросших вместе, так и разлученных в раннем возрасте. Методических возможностей много, было бы желание работать и были бы гипотезы для проверки.

В заключение главы хотелось бы вернуться снова к современным исследованиям молекулярных и генетических основ эмбрионального развития. Поскольку у высших организмов, в том числе и у человека, геном состоит из 50–100 тысяч генов, то маловероятно, чтобы каждый из них регулировался независимо.

Разве можно себе представить армию какой-либо страны без строгой структуры и весьма динамичного соподчинения. Армия выполняет свои функции благодаря точным командам через подразделения. Так, полк приходит в движение по команде командира полка. Эта команда дается не каждому солдату отдельно, а полку в целом. Маневры в пределах полка могут быть только по командам командиров батальонов. Ну а в живом-то организме тем более должна быть соподчиненность. Сложная система должна быть простой в управлении.

Предполагается, что гены регулируются в процессе эмбрионального развития группами, для каждой из которых есть ген-регулятор. За последние 10 лет удалось идентифицировать некоторые гены, принимающие участие в управлении процессами развития. Наиболее впечатляющие доказательства получены на дрозофиле.

Американский ученый В. Геринг с коллегами, применив новые методы молекулярной биологии к анализу развития дрозофилы, обнаружил, что многие гены, контролирующие пространственную организацию развития эмбриона, содержат один и тот же сегмент ДНК. Он был назван гомеобоксом и представляет собой короткую последовательность ДНК — короткий ее участок.

Те гены, в состав которых входит гомеобокс, обладают способностью регулировать активность других генов. Последовательность аминокислот (полипептид), образованная при трансляции гомеобокса, связывается с двойной спиралью ДНК, благодаря чему соответствующие гены «включаются» или «выключаются». Гомеобокс выявлен у многих организмов, в том числе у человека. Значит, он играет в их развитии заметную роль. Не тот ли это ключ, что позволит проникнуть в самые сокровенные тайны высших организмов?

Пока очевидно одно: генетика развития переживает «молекулярную» эру. А наличие гомеобокса у самых разных видов и организмов позволяет предполагать, что в процессе эволюции природой созданы универсальные механизмы развития. Спешите их открывать!