быть вызваны разными ударами и таким образом

приводят к тому, что мы называем крупными структурны­ми изменениями. Эти

изменения бывают разного типа в зависимости от того, где именно произошли

разрывы и какие именно образовавшиеся концы соединились друг с другом.

Несмотря на то, что индивидуальные «удары» обладают в общем весьма локальным

действием, не так уж редко в близлежащих точках происходят два разрыва, что

равносильно одному локальному изменению (или по крайней мере одной локальной

группе изменений), влияние которого распространяется на определенное

рас­стояние в обе стороны. Воссоединение в новом порядке разорванных кон­цов,

возникших в результате таких соседних разрывов, приводит к мелким изменениям

последовательности генов. Как правило, маленькие участки, расположенные между

двумя разрывами, теряются («нехватка»), но иногда они меняют ориентацию

(«инверсия») или даже попадают в совершенно другую область хромосомы, ставшую

доступной в результа­те образования в ней независимого разрыва.

И ранние и последующие работы с сотрудниками (Оливер, Хансон и др.) четко

показали, что частота генных мутаций прямо пропорциональна дозе облучения,

независима от длины волны, от вида облучения, будь то рентгеновы, g- или

даже b-лучи, и от времени облучения. С тех пор эти факты были подтверждены с

большой точностью, особенно в работах Тимофеева-Ресовского с сотрудниками. В

нашей сравнительно недавней работе с Райхаудхьюри эти принципы были

распространены для g-лучей на столь малые дозы, как 400 рентген и столь малую

интенсивность облучения, как 0,01 рентген в минуту. Эти данные, как мы думаем,

неизбежно приводят к заключению, что пороговой дозы не существует и что

индиви­дуальная мутация происходит в результате индивидуального «удара»,

вызывающего генетический эффект в непосредственной близи от него. Пока не

решено, являются ли эти так называемые «удары» отдельными ионизациями или

возбуждениями на более низких энергетических уровнях или напротив для них

требуется скопление ионизации, которые встре­чаются на концах электронных

треков и на их боковых ветвях (на эту возможность указали Ли и Фано). Но в

любом случае они являются даже при микроскопическом рассмотрении тем, что мы

называем «точечными мутациями», поскольку при них происходят изменения лишь на

ультра­микроскопическом уровне. Возникновение или невозникновение этих мута­ций

в определенной точке является вероятностным процессом, причем этот термин

употребляется в том же значении, что и в математической статистике.

Естественно, что вызывать мутации могут не только фотоны, но и другие агенты,

способные давать аналогичные эффекты, что было пока­зано сотрудниками

Альтенбурга в Хаустоне для нейтронов (Нагаи и Лохер) и для a-лучей (Уард) и

подтверждено Тимофеевым-Ресовским и его сотруд­никами (Циммером и др.). Более

того, как показал Альтенбург, на гены оказывают влияние даже еще меньшие

квантовые изменения, вызванные ультрафиолетовыми лучами. Однако они вызывают

относительно малое число перестроек участков хромосомы (Меллер и Маккензи) и

даже прояв­ляют тенденцию к подавлению таких перестроек, как было показано

Свенсоном, а затем Кауфманом и Холлендером. Поскольку эффективные удары

ультрафиолета представляют собой скорее всего случайным обра­зом разбросанные

изменения отдельных атомов в пуринах и пиримидинах,

входящих в состав хромосом, а не изменения в группе атомов, кажется

вероятным, что во всяком случае для возникновения генных мутаций не нужны

скопления ионизации. Однако мы не можем быть уверенными в этом до тех пор,

пока не будет лучше известна связь между частотой мутаций и дозой

ультрафиолетовых лучей.

ИНДУЦИРОВАННЫЕ И СПОНТАННЫЕ МУТАЦИИ

Ввиду того, что изменения генов, вызванные радиацией, наверняка имеют

случайную природу, не предумышленны и не телеологичны в отношении ценности

конечного результата для организма и его потомков, интересно сравнить их с

так называемыми спонтанными, естественными мутациями. Действительно,

радиационные мутации дают нам критерий того, какими должны быть на самом деле

случайные изменения. Сейчас показано, что у дрозофилы мутации генов,

индуцированные излучением (мы исключаем здесь обнаружимые хромосомные

перестройки), во всех отношениях, по которым было проведено сравнение,

походят на мутации, возникающие естественным путем в лаборатории или в

природе. Они обычно происходят в одном гене, не затрагивая идентичного

аллельного гена, расположенного поблизости. Они примерно также распределяются

по хромосомам. Их эффект может быть как значительным, так и малым и у них

наблюдается примерно такое же соотношение числа полностью летальных и так

назы­ваемых видимых генных мутаций. Таким образом, нет данных о том, что

мутации, индуцированные радиацией, более вредны. Если мы обратим свое

внимание на конкретные гены, то обнаруживается, что в обоих случаях может

возникнуть полная серия разных форм или аллелей этих генов, сходных, а во

многих случаях практически идентичных друг другу. Действительно, если

достаточно долго искать, под действием радиации можно получить точно такую же

мутацию, что и любая естественная мутация. Более того, при всех проверенных

условиях жизни организма эффект оказывается случайным как при облучении, так

и без него, в послед­нем случае он обнаруживается, правда, с гораздо меньшей

частотой. Не означает ли все это однозначным образом, что естественным

мутациям действительно не свойственно давать именно адаптивные формы или даже

различаться в целом в зависимости от естественных условий? Иными сло­вами,

мутацию нельзя описать как макроскопическое событие. Мутации должны возникать

в результате ультрамикроскопических случайных событий молекулярного и

субмолекулярного движения, т. е. индивиду­альных квантовых переходов,

вызванных тепловым возбуждением, если использовать этот термин в широком

смысле. Чтобы отвергнуть этот вывод, остается единственная лазейка, а именно

предположение, что спонтанные мутации вызываются естественной радиацией,

источником которой являются радиоактивные вещества и космические лучи, но

простой расчет (Мотт-Смита и автора в сотрудничестве с другими) показы­вает,

что интенсивность этой радиации совершенно недостаточна для того, чтобы

объяснить большую часть мутаций, возникающих у большинства организмов.

Но утверждение, что большинство естественных мутаций является результатом

квантовых переходов, вызванных тепловым движением, и что, кроме того, для

возникновения мутации необходимо достигнуть опреде­ленного

энергетического уровня, не означает, как это, по-видимому, подра­зумевают

некоторые авторы, что никакие физико-химические условия внутри и вне

организма, кроме температуры, не оказывают влияния на частоту их

возникновения. То, что такие обстоятельства могут играть заметную роль, было

очевидно с самого начала, когда при исследовании спонтанной частоты мутаций

было обнаружено (в 1921 г., опубликовано в 1928 г.), что в одной генетической

линии частота мутаций раз в 10 боль­ше, чем в другой. Позднее мы обнаружили,

что на разных стадиях жизнен­ного цикла одного и того же организма частота

мутаций может сильно отличаться. И наконец работа Ауэрбах и Робсона показала,

что горчичный газ и родственные вещества могут вызывать мутации с такой же

высокой частотой, как и большие дозы рентгеновых лучей. Однако во всех этих

случаях эффект также подвержен случайным колебаниям; каждое инди­видуальное

событие неконтролируемо и неадаптивно.

Следует еще отметить в связи с этим, что не при всех условиях гены одинаково

подвержены мутационному действию даже рентгеновых лучей. Например, гены

спирализованных хромосом спермиев изменяются легче генов, находящихся в более

обычном состоянии «покоя».Мы уже упомина­ли о том, что ультрафиолетовые лучи,

как показал Свенсон, кроме соб­ственного мутационного действия, подавляют

процесс разрывов хромосом или во всяком случае процесс воссоединения

разорванных участков в новом, жизнеспособном порядке. В недавних же опытах

Холлендера и Кауфмана было показано, что инфракрасные лучи обладают

противо­положным действием. Стадлер в своей замечательной работе по

возникно­вению мутаций у злаков, начатой независимо от нас, получил данные,

что на этом объекте рентгеновы лучи в применяемых дозах не вызывают заметного

увеличения частоты генных мутаций, но индуцируют значи­тельное количество

разрывов хромосом, приводящих и к крупным и к мел­ким перестройкам участков

хромосом. Либо у этого объекта гены более стабильны к действию рентгеновых

лучей, чем к тепловому возбуждению, либо одновременно с генным изменением

рентгеновы лучи вызывают разрыв или потерю. С другой стороны, генные мутации,

подобные тем, которые спонтанно возникают у этих растений, вызываются более

мягкими квантами ультрафиолетового излучения.

Мне кажется, что мы должны были ожидать таких вариаций эффектив­ности. Они не

затрагивают выв ода о случайной, квантовой природе собы­тия, которое обычно

является началом генной мутации. Существование этих вариации позволяет

надеяться, что дальнейшее их изучение поможет лучше понять природу

мутационного процесса, а также генетического материала, подверженного

изменению.

КОНТРОЛИРУЕМЫЕ МУТАЦИИ

Никто сейчас не может ответить на вопрос, можно ли найти такие специальные

воздействия, подобные, например, специфическим антителам, которые могут

вызвать изменение индивидуальных генов. Очевидно, следует продолжать поиски

таких воздействий, а также способов увели­чения контроля над

микроскопическими и субмикроскопическими событиями. Однако пока

нет никаких достоверных данных о том, чтобы нечто в этом духе было проделано

искусственно или происходило естественно. Очевидно, что нельзя выработать

единого метода контроля состояния гена, если он вообще возможен, без более

глубокого, чем сейчас, знания тонкой химической структуры и функций самых

сложных и разнообраз­ных из существующих веществ, а именно нуклеопротеидов,

белков вообще и ферментов в частности. Работы Самнера, Нортропа и Стэнли и

других химиков, изучающих белки, дают указания в этом направлении, однако все

согласятся, что здесь начинается длинная и запутанная система дорог.

Правда, известны некоторые случаи, когда определенные мутабильные гены

изменяются в ответ на соответствующие условия. Такие случаи могут помочь

пролить свет на структуру гена, но пока у нас нет никаких указаний, что

изменения этих генов, которые в большинстве известных случаев являются

ненормальными генами, имеют что-то общее с обычны­ми естественными мутациями.

Известно также, что у бактерий и у виру­сов можно иногда индуцировать

определенные типы наследственных изменений под воздействием определенных

веществ, но в этих случаях всегда оказывается, что действующие вещества и

вещества, наличие кото­рых затем индуцируется, оказываются идентичными, так

что можно подозревать, что они на самом деле определенным образом внедрились

в клетки, и поэтому здесь мы не имеем дела с истинными специфическими

индуцированными мутациями.

До сих пор у нас нет ни способов, ни перспектив индукции по желанию

определенных мутаций в обычных организмах. Однако в качестве первого шага в

этом направлении, если оно вообще возможно, можно рассматри­вать получение

большого количества случайных мутаций. Пока мы не можем направлять процесс

мутации, громадную роль играет селекция, и прогрессивное изменение

наследственных свойств живого организма можно осуществить лишь путем

максимально радикальной селекции возникающих мутаций, поскольку подавляющее

большинство из них, не являясь адаптивными, обладает вредными свойствами. Для

заметного прогресса обычно необходимо накопление значительного числа редких

шагов в этом трудном селективном процессе. Большинство из них являет­ся

индивидуальными маленькими шагами, но, как показали межвидовые и межродовые

скрещивания, возможен ряд больших резких шагов, которые, по терминологии

Хаксли, были «забуферены» небольшими изменениями, приготовившими организм к

ним. Это накопление многих редких, как правило, незначительных изменений,

является не только основным способом искусственного усовершенствования

животных и расте­ний, но даже в большей степени характерно для протекания

естественной эволюции под влиянием естественного отбора. Таким образом теория

Дарвина получает твердую основу и освобождается от представлений ламаркизма о

направленной изменчивости, которые некогда обременяли ее.

Вероятно, что в природном состоянии у большинства видов частота мутаций не

намного ниже (хотя и ниже), чем это для них было бы наиболее выгодно,

принимая во внимание степень строгости естественного отбора у данного

вида.Гораздо большая частота мутаций привела бы,по-видимому,

Страницы: 1, 2, 3, 4