2. Клітина як матеріальна основа спадковості

Після відкриття мітозу, оогенезу, сперматогенезу і запліднення німецькі учені А. Вейсман, О. Гертвіг і Е.Страсбургер висунули гіпотезу, що спадкові ознаки передаються ядром. Цю думку було підкріплено численними експериментально-цитологічними й експериментально-ембріологічними роботами.

Одна з перших робіт такого роду була проведена німецьким ембріологом К. Гербстом на морських їжаках: у своїх досвідах він використовував морських їжаків двох різних родів, личинки яких дуже відрізняються будовою кістяка і деяких інших ознак. При цьому яйця він брав від одного роду, а спермії – іншого. У личинок, які виходили, та половина тіла, клітини якої мали ядра, що походять тільки від ядра яйця, мала винятково материнські ознаки, інша ж половина, клітини якої містили гібридні ядра, характеризувалася явно проміжною будовою, що суміщала ознаки обох родин морських їжаків.

Дуже переконливі дані про відносну роль ядра і цитоплазми у спадковості були отримані в СРСР Б. Л. Астауровим у досвідах із шовкопрядами:

Б.Л. Астауров у незапліднених яйцях шовковичного шовкопряда тепловим шоком і опроміненнями рентгенівськими променями руйнував ядра. Потім такі яйця осіменяв. При цьому ядра двох сперміїв, які проникли в яйце, зливалися і утворювали ядро зиготи. Розвинені з таких андрогенних зигот особини шовкопряда завжди були самцями і точно повторюють фенотип своїх батьків. Це було особливо помітно, якщо яйця належали самкам однієї породи, а спермії – самцям іншої. Подібні досвіди Астаурову вдалося провести, руйнуючи зазначеним способом ядра в яйцях іншого виду шовкопрядів – мандаринового – і осіменяючи їх сперміями шовковичного шовкопряда.

Андрогенез у шовковичного шовкопряда (за Астауровим)

Зручним об'єктом для дослідження ролі ядра служать великі прісноводні амеби:

Більшість дослідників прийшли до висновку, що за всіма ознаками амеби з пересадженими ядрами ставали цілком схожими на амеб того штаму, від якого вони одержали ядро, і що вони передавали ці ознаки без зміни наступним поколінням (в одному випадку це було простежено більш ніж у 300 поколіннях амеби з пересадженим ядром).

Спадкова різниця у формі тіла амеби прісноводної

Про провідну роль ядра у спадковості у рослин служить дослід на морській водорості ацетабулярії:

Форма шапочки дуже різна в різних видів ацетабулярій. Якщо зрощувати відрізане стебельце одного виду з ризоїдом іншого, то шапочка, яка регенерує на стебельці має форму, властиву виду, якому належить ядро.

Регенерація при перехресному зрощенні в ацетабулярії

Найбільш прямі свідчення про відносне значення ядра і цитоплазми в спадковості вищих тварин дали досліди по пересадженню ядер різних земноводним (тритонами, аксолотлями, ропухами, жабами): за допомогою мікроманіпулятора з яйця, яке почало розвиватися, видаляли ядро і замість нього пересаджували в це яйце ядро, взяте з клітки зародка якої-небудь іншої раси того ж чи близького виду. З яєць з пересадженими ядрами виходили ембріони, пуголовки і дорослі жаби, за всіма ознаках завжди цілком подібні до того підвиду, від якого вони одержали ядро, і не виявляли жодної ознаки іншого підвиду, від якого яйця одержали цитоплазму.

У той же час потрібно відзначити, що відомо і деякі достовірні випадки успадкування ознак через цитоплазму, а точніше її органоїди. Доказами цього є, наприклад, пластидна спадковість.

Досвіди по пересадженню ядер свідчать про те, що у різних за своїм систематичним положенням організмів найрізноманітніші спадкові ознаки визначаються клітинним ядром.

Отже, клітина є матеріальним носієм спадковості. Провідну роль у передачі спадкової інформації від клітин до клітини відіграє ядро, яке тісно пов’язана з цитоплазмою. Воно перебуває у системі зворотного зв’язку з нею. Цитоплазма змінюється під впливом генів, які зосереджені у ядрі, але у результаті цього змінюється і цитоплазма, тобто середовище у якому діють гени. Тому, єдність ядра і цитоплазми нерозривна і постійна.