История генетики человека

     Менделем  на основе его экспериментов, оказались  чрезвычайно плодотворными и  мощными в аналитическом плане. Концепция гена, возникшая в результате этих экспериментов, стала центральной концепцией всей генетики, включая генетику человека. И ее возможности еще не исчерпаны.

     3. РАБОТА ГАЛЬТОНА  «НАСЛЕДОВАНИЕ ТАЛАНТА  И ХАРАКТЕРА»

     В 1865 г. Гальтон опубликовал две  короткие статьи с приведенным выше названием. Он писал:

     «Власть человека над жизнью животных при  выведении любых их разновидностей, какие он только пожелает, чрезвычайно  велика. Может показаться, что физическое строение будущих поколений пластично  почти так же, как глина, и подчиняется  желаниям селекционера. Я хотел бы показать более тщательно, чем (насколько  я знаю) это пытались сделать раньше, что в равной степени можно контролировать и появление людей с определенными умственными способностями.

     В настоящее время широко распространилось заблуждение относительно наследования способностей. Принято считать, что дети выдающихся людей глупы; что если мощный интеллект кажется унаследованным от родителей, то только со стороны матери и что один из сыновей обычно намного талантливее, чем остальные члены семьи».

     Затем Гальтон пишет о том, как мало мы знаем о законах наследственности у человека. По его мнению, это  можно объяснить большой продолжительностью жизни поколения, которая сильно затрудняет исследования такого рода. Однако он убежден, что физические данные человека могут передаваться по наследству, поскольку налицо сходство между родителями и потомками. В то время не проводились эксперименты по скрещиванию животных, так что прямые доказательства наследственной передачи признаков отсутствовали даже для животных.

     Что касается людей, писал Гальтон, «у нас  есть все основания считать, что  способности или особенности характера зависят от множества неизвестных причин, которые до сих пор не подвергались тщательному анализу». Он делает вывод, что отдельные наблюдения неизбежно обманчивы и только статистический подход может быть адекватным.

     Гальтон проанализировал множество биографий  выдающихся людей, чтобы выяснить, насколько часто они состояли в родстве. Полученные цифры оказались намного выше, чем можно было ожидать для случайного распределения.

     Сам Гальтон полностью отдавал себе отчет в очевидных причинах ошибочности  биологических выводов, сделанных  на основании таких данных. Он подчеркивал, что «когда отец достиг высокого положения, его сын будет поставлен в более благоприятные условия для продвижения, чем если бы он был сыном обычного человека. Социальное положение особенно важно для достижения успеха на государственной и военной службе...»

     «Чтобы  определить роль наследственности с большей точностью, следует выделить из нашего биографического перечня имена тех, кто достиг известности в более открытых для всех областях науки и литературы». В этих областях и в юриспруденции, которая, по его мнению, была «наиболее доступна для честного состязания», он обнаружил одинаково высокий процент близких родственников среди людей, ставших известными. Особенно заметно это было в случае лорд-канцлеров, наиболее важных деятелей в области юриспруденции в Великобритании.

     На  основании своих исследований Гальтон сделал вывод о том. что большие способности и достижение известности сильно зависят от наследственности. Подчеркнув роль социальных препятствий, затрудняющих женитьбу и воспроизводство способных, достигнувших успеха людей, он переходит к описанию утопического общества, «в котором система конкурсных экзаменов для девушек, так же как и для юношей, разработана таким образом, чтобы выявить все существенные умственные и физические качества, и где ежегодно выделяется значительная сумма... на денежную помощь таким брачным парам, которые обещают дать детей, способных стать выдающимися государственными деятелями. Мы можем представить себе ежегодную церемонию в подобной Утопии или Лапуте, где Главный попечитель такого Фонда обращается к десяти глубоко смущенным молодым людям двадцати пяти лет со следующими словами...»

     Короче  говоря, этим молодым людям сообщают, что комиссия фонда пожертвований сочла их лучшими, подобрала каждому подходящую супругу, выделит им приданое и обещает оплачивать образование их детей.

     Эта короткая выдержка показывает, что  генетика человека - это одновременно и «чистая», и прикладная наука: с одной стороны, применение статистических методов позволило научно оценить правильность общих представлений и привело к созданию новой концепции. (Позже Гальтон и его ученик Пирсон развили дальше это направление и создали биометрическую генетику.) Однако, с другой стороны, научная работа в этой области имеет четко выраженный философский аспект: ведь в качестве объекта исследования здесь выступает поведение человека.

     Начиная с работ Гальтона, исследования в области генетики человека приобрели сильную евгеническую направленность. Позже, по мере совершенствования методов и роста успехов в решении аналитических проблем, исследования все больше и больше утрачивали философский аспект. Во времена нацизма в Германии (1933— 1945) люди убедились в том, к каким ужасающим последствиям может привести искаженное толкование утопической идеи об улучшении человеческого рода. Однако даже такой опыт иногда забывается, о чем свидетельствуют недавние дискуссии, посвященные генной инженерии. Тем не менее до сих пор вопросом первостепенной важности - а сегодня даже более важным чем когда-либо - остается вопрос, впервые поставленный Гальтоном: каково биологическое будущее человечества?

     4. РАБОТА ГРЕГОРА  МЕНДЕЛЯ

     Другая  ведущая концепция выдвинута  Менделем в его знаменитой статье «Опыты над растительными гибридами». Эта работа была доложена 8 февраля и 8 марта 1865 г. членам Общества естествоиспытателей (Naturforschender Verein) в Брюнне (ныне Брно, Чехословакия) и затем опубликована в Трудах этого общества. Многие знают о том, что законы, открытые Менделем, оставались незамеченными в течение 35 лет, а затем в 1900 г. были переоткрыты Корренсом, Чермаком и де Фризом. С тех пор и до настоящего времени взгляды Менделя определяют развитие современной генетики, включая и генетику человека.

     Свои  опыты Мендель задумал, наблюдая декоративные растения и пытаясь получить новые варианты окраски путем искусственного опыления. Для экспериментов он отобрал сорта гороха, различающиеся по единственному признаку, такому, как цвет (желтый или зеленый) или форма семян (гладкие или морщинистые). Очень важно, что Мендель подсчитал все различающиеся типы потомков первого и последующих поколений. Проанализировав полученные результаты, он пришел к выводу, что при скрещивании имеет место свободное сочетание специфических свойств яйцеклеток и клеток пыльцы. В действительности, по-видимому, эта мысль появилась у него раньше, и он только проверил и проиллюстрировал ее «лучшими результатами», поскольку статистическое соответствие данных, полученных им в эксперименте и ожидаемых исходя из теоретических соотношений, выглядит «слишком хорошо». Мендель открыл три закона:

1. закон единообразия гибридов первого поколения, который гласит, что после скрещивания двух гомозигот, несущих разные аллели, все потомство первого поколения (F1) будет идентичным и гетерозиготным;
2. закон расщепления, согласно которому при скрещивании гетерозигот расщепление по генотипу происходит в соотношении 1:2:1, а при возвратном скрещивании гетерозигот с гомозиготами - в соотношении 1:1;
3. закон независимого комбинирования. Согласно этому закону, разные признаки наследуются независимо друг от друга.

     Что же принципиально нового было в методическом подходе Менделя, что выделило его открытие из ряда многочисленных попыток разрешить проблему наследственности в XIX веке? Можно назвать три наиболее важные черты.

1. Он упростил экспериментальный подход, выбрав контрастирующие признаки, изучил наследование каждого в отдельности и только потом перешел к более сложным комбинациям
2. Оценивая результаты скрещиваний, Мендель не удовлетворился качественными выводами, но подсчитал число различных типов растений. Это позволило ему обнаружить статистические закономерности наследования.
3. Мендель дал правильную биологическую интерпретацию статистических закономерностей. Он пришел к выводу, что зародышевые клетки несут набор признаков, которые могут быть определены с помощью скрещиваний.

     Опыты Менделя и выводы, сделанные из них, заложили основу концепции гена, которая является весьма плодотворной и сейчас. Историю генетики начиная  с 1900 года определяют исследования гена. Оказалось, что в основе формальных закономерностей, полученных по статистическим данным, лежит последовательность пар оснований ДНК, содержащая информацию для синтеза белка и всех форм живого.

     5. ВКЛАД ГЭРРОДА В ИЗУЧЕНИЕ «ВРОЖДЕННЫХ ОШИБОК МЕТАБОЛИЗМА»

     Гэррод  был врачом, преемником Ослера на самой  престижной кафедре медицины в Оксфорде.

     Его вклад в генетику человека не был  оценен при жизни. Биологи обращали мало внимания на работы медиков. Их интерес был сконцентрирован на формальных вопросах генетики, а не на действии гена. Медицинский мир не понимал важности его наблюдений для медицины. По мнению Гэррода, наиболее важный результат проведенных исследований алкаптонурии состоит в следующем:

     «... индивид либо имеет выраженную форму  алкаптонурии, либо находится в нормальном состоянии, то есть либо из его организма  выделяется несколько граммов гомогентизиновой кислоты в день, либо кислота вообще не выделяется. До сих пор никогда еще не наблюдалось ее появления в следовых количествах или постепенного увеличения или уменьшения ее выделения...»

     Вторая  важная особенность заболевания заключается в том, что оно «в подавляющем большинстве случаев является врожденным...». И в-третьих, «эта аномалия может проявляться у двух или большего числа братьев и сестер с нормальными родителями, среди предков которых не отмечалось случаев возникновения этого заболевания. В-четвертых, в шести из десяти описанных семей родители были кузенами, в то время как браки между кузенами в Англии тогда составляли не более 3%. Однако, с другой стороны, дети с алкаптонурией рождаются только в небольшом проценте случаев всех браков между кузенами.

     «Нет  оснований предполагать, что просто родство между родителями может  приводить к такому нарушению  у потомства, как алкапто-нурия, и  мы должны скорее искать объяснение в  некоторых особенностях родителей, которые могли бы проявляться  на протяжении поколений, но имеют большую вероятность проявиться у потомков при союзе двух членов семьи, в которой имеются носители этих признаков».

     Затем Гэррод упоминает закон наследования, обнаруженный Менделем, который «предлагает разумное объяснение этого явления», сходного с наследованием рецессивных признаков. Он цитирует высказывание Бэтсона и Сандерса, с которыми он обсуждал свои данные:

     «... мы знаем, что при браках между  кузенами создаются условия для  проявления у потомства редких и  обычно рецессивных свойств. Если носитель гамет с таким свойством вступает в брак с индивидом, им не обладающим, свойство едва ли проявится, но кузены часто имеют сходные гаметы, которые при браках между ними могут слиться и таким образом привести к проявлению в зиготе специфических рецессивных свойств».

     После критического анализа возможных  причин алкаптонурии Гэррод делает вывод «Взгляд на алкаптонурию как на отклонение от нормального метаболизма или иной тип метаболизма приобретет значительный вес, если можно будет показать, что это не единственный пример химических нарушений в организме и что имеются аналогичные отклонения, которые можно отнести к этой же категории». Отметив в качестве возможных примеров альбинизм и цистинурию, он продолжил: «Может ли быть так, что имеются другие химические аномалии, которые не сопровождаются такими явными нарушениями (как три состояния, описанные выше) и которые можно выявить только с помощью химического анализа?». И далее:

     «Если в случае алкаптонурии и при других упомянутых заболеваниях мы имеем дело с отдельными нарушениями метаболизма, а не с результатами патологического процесса, естественно было бы думать, что это всего лишь исключительные случаи химических нарушений в организме, которые, вероятно, в небольшой степени имеются у всех людей, и что точно так же, как среди представителей данного вида нет двух особей с идентичным строением тела, так не могут быть идентичными и химические процессы в их организмах».

     Он  высказал предположение, что различная реакция на лекарства и инфекционные агенты может обусловливаться такими индивидуальными (химическими) различиями. В работе Гэррода выдвигаются следующие новые положения.

     1. У человека алкаптонурия или  есть, или нет, промежуточных состояний  не бывает. Это действительно та ситуация, когда можно сразу распознать простые варианты наследования.

2. Аномалия является врожденной.
3. Она встречается у сибсов, а не у родителей.
4. Родители часто кузены.

     Два последних обстоятельства были объяснены  с помощью менделевской гипотезы наследования рецессивных признаков. Особенно подчеркивается роль браков между кузенами в возникновении редких заболеваний; здесь мы оказываемся у истоков популяционной генетики.