13.1.2. Гены и квантовый мир

В генетической системе обнаруживаются те же закономернос­ти, что и в квантовом мире: атомизм, высокая упорядоченность дискретных единиц, возможность их комбинации и образование других порядков, прерывистой наследственности, скачкообраз­ность переходов из одних состояний в другие, а также вырожде­ние состояний. Российский генетикИ. А. Рапопорт (1912—1990) установил некоторые аналогии между генными нуклеотидами и кварками с барионами (три кварка в барионе и три нуклеотида в триплете), подобие взаимодействий нуклеотидов и кварков, от­сутствие тех и других в свободном состоянии и т.д. [149] Представим эти аналогии в виде следующей схемы.

Иерархия и сопоставление элементов в физическом и генетическом атомизме

Физический уровень

1. Кварки

2. Элементарные частицы

3. Атомные ядра

4. Атомы

5. Молекулы

6. Коллоидные частицы, полимеры

Генетический уровень

1. Нуклеотиды

2. Триплеты

3. Интероны

4. Гены

5. Хромосомы

Гено

м

Проведем аналогичное сопоставление между биологическим и космическим уровнями.

Биологический уровень

1. Клетки

2. Ткани

3. Организмы

4. Популяции

5. Биогеоценозы

6. Биосфера

Космический уровень

1. Звезды

2. Звездные скопления

3. Галактики

4. Метагалактики

5. Вселенная (Космос)

Космические струн

ы

Сравнительный анализ этих данных показывает структурное единство живой и неживой природы и возможность описания материального мира физическими методами. На это указывал В. Гейзенберг: «Изучение атомистической структуры биологической материи может сыграть важную роль в понимании дискретных закономерностей, а биологические понятия могут дать дополнение и расширение квантовой механики».

Поэтому можно сказать, что человеческая индивидуальность (а вообще говоря, и поведение всех живых организмов) является результатом различий в структурах молекул ДНК, несущих гене­тическую информацию, и связана она с квантовыми эффектами

.

13.2. Воспроизводство и наследование признаков

Весомы и сильны среда и случай, Но главное — таинственные гены. И как образованием ни мучай,

;

От бочек не родятся Диогены.

И. Губерм

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуществляется с помощью наследственной информации, мате­риальным носителем которой являются молекулы ДНК. Осно­вой воспроизводства является синтез белков, который про­исходит в клетках организма по программе, заложенной в ДНК и реализуемой через РНК. Необходимость такого синтеза обус­ловлена тем, что большинство компонентов живого находится в динамическом состоянии и постоянно обновляется. Белки все время распадаются, и их необходимо замещать вновь синтези­руемыми молекулами, а для этого нужна генетическая информа­ция о том, как это надо делать.

Поэтому такая система воспроизведения должна содержать в закодированном виде полную информацию, необходимую для того, чтобы построить из запасенного клеткой органического материала белок, нужный в данный момент, а также сведения о механизме извлечения и передаче этой программной информа­ции. Механизм передачи наследственных признаков рассматри­вается в классическом варианте генетики и более углубленно, с позиций молекулярной биологии.

В основу генетики были положены закономерности дискрет­ной наследственности, открытые учеными-генетиками разных стран — Г. Менделем (1822—1884) (Австрия), А. Вейсманом (1834—1914) (Германия), В. Иогансеном (1857—1927) (Дания), Т. Морганом (1866-1945) (США), Н.И. Вавиловым (1887-1943), Н.К. Кольцовым (1872—1940), С.С. Четвериковым (1880-1959) (все — Россия) и др. Работы этих и других ученых—генетиков развили на новом уровне описательные представления Ч. Дарви­на о наследственности, изменчивости и естественном отборе. Термин «генетика» был введен в 1905 г. английским биологом У. Бэтсоном (1861—1926) и означает науку о законах наследст­венности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Идея Г. Менделя как раз и состояла в предположении, что на­следственные признаки передаются дискретными единицами —

наследственными факторами или генами. Каждый ген отвечает за синтез конкретного белка. Контролируя их образование, гены управляют всеми химическими реакциями организма и опреде­ляют тем самым его признаки. Уникальными свойствами гена являются его высокая устойчивость (неизменяемость в ряду по­колений — в этом суть самой наследственности!) и способность к наследуемости изменений в результате мутаций. Совокупность всех генов одного организма называется генотипом, а совокуп­ность всех признаков организма — фенотипом.

13.2.1. Генотип и фенотип

Согласно определению, фенотип, таким образом, представля­ет результат взаимодействия генотипа и окружающей среды. Можно считать, что, оставляя те или иные живые организмы с их генотипом, естественный отбор сохраняет способы интегра­ции внешней информации в виде конкретных фенотипов.

Как отмечал российский генетик И.Н. Дубинин (1906—1998), «фенотип — это явление, а генотип — его сущность» [77]. Это оз­начает, что генотип проявляется в фенотипе и поэтому фенотип всегда шире и разнообразней генотипа. Естественный отбор дей­ствует на фенотип, а не непосредственно на генотип, который лишь определяет реакции развивающегося организма на внеш­нюю среду. Генетическая информация становится биологически осмысленной только в том случае, когда она «расшифровывает­ся» в результате контакта с окружающей средой. В известном смысле фенотип включает в себя биологические задатки, при­родную и социальную среду, деятельность индивидуума, его со­знание и все возможные когерентные взаимодействия между этими признаками. Б.М. Медников назвал фенотип «машиной для выживания» [14].

Отдельные гены определяют возможность развития одного элементарного признака или одной белковой молекулы, а рас­пределение их в хромосомах и последующее распределение хро­мосом по дочерним клеткам при клеточном делении обеспечива­ют передачу совокупности наследственных свойств всего орга­низма от поколения к поколению. Хромосомы как структурные образования клеточного ядра имеют специфичную форму и раз­мер около 1 мкм. Их число для каждого вида остается постоян­ным, но для разных видов оно неодинаково. Так, у человека их 46 (у обезьян, согласно последним исследованиям, их может быть 48), у плодовой мушки дрозофилы (любимого объекта исследований генетиков) — 8, у некоторых видов растений — до 100. Во всех клетках хромосомы парные, и такой набор хромо­сом называется диплоидным, т.е. двойным. Его кодовый номер 2п, где п — число пар, или гаплоидное число (от греческого слова «гаплос» — половина). Для диплоидных организмов, к которым принадлежит и человек, каждому признаку соответствуют два ге­на. Они могут быть представлены на двух парных хромосомах разными вариантами, их называют аллелями. Таким образом, ал­лели — это формы одного и того же гена, расположенные в оди­наковых участках парных хромосом, которые определяют вари­анты развития одного и того же признака. Понятия «генотип», «фенотип» и «аллель» также были введены В. Иогансеном. В ге­нетике существуют определения генома и генофонда.

Геном — это совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом определенной животной или растительной клетки.

Генофонд определяет качественный состав и относительную численность разных аллелей различных генов в популяциях того или иного организма. Это видовой, а не индивидуальный при­знак.