Любящая росу

Начало двадцатого века — время рождения генетики. Вспыхнув одновременно в нескольких лабораториях, пламя новой науки охватило многие умы. Сразу появились и последователи менделизма, и решительные его противники. Не стоит обвинять противников в мракобесии: это были в высшей степени добросовестные ученые и сомневались они в законах Менделя потому, что очень многие факты этим законам явно противоречили, а молодая генетика еще не могла эти противоречия объяснить. Параллельно с генетикой возникла, но еще не оформилась хромосомная теория наследственности. Ее авторы, американец Вальтер Саттон и немец Теодор Бовери, независимо друг от друга предположили, что гены расположены в хромосомах, но аргументы у них были слабенькие, и хромосомная теория наследственности тоже сразу приобрела противников. Эмбриолог Томас Хант Морган не верил ни в законы Менделя, ни в хромосомную теорию. Обосновать свою позицию он, как и следует ученому, решил экспериментально, ав качестве объекта исследования выбрал плодовую мушку дрозофилу. Так получилось, что Моргану суждено было стать корифеем классической генетики и фактическим создателем хромосомной теории наследственности, а дрозофилу надо было бы поместить на герб Генетики, если бы таковой имелся.

Дрозофила — это целый род мух, который включает более тысячи видов. Мы же, говоря «дрозофила», будем подразумевать самый изученный ее вид — Drosophila melanogaster. Дрозофила — мушка махонькая, длиной не более 3 мм. В природе они вьются вокруг перезревших плодов и питаются их соком. Отсюда их бытовое название — плодовая мушка. На кухнях дрозофила состоит при компотах, вареньях и перележавших фруктах. Иногда раздраженные владельцы кухонь обращаются к знакомым биологам с просьбой вывести мушку, но в ответ слышат только жизнерадостный хохот: травить объект исследования ученые не умеют, они его разводят.

В лаборатории дрозофила живет в пробирках. На дне пробирки находится корм, сваренный из манной крупы, сухофруктов и агар-агара — корм должен быть плотным, чтобы мухи в нем не увязали. Вместо крыши у пробирки ватная пробка, через которую проходит воздух. Мухи откладывают яйца прямо в корм, и уже через день в пробирке начинают шевелиться белые червячки — личинки. Личинки растут и через 4,5–5 суток превращаются в куколок — на стенках пробирки повисают коричневые мешочки. Еще через 3,5–4,5 суток из куколки выходит, наконец, взрослая муха — мечта генетика. Мухи вылупляются на заре, когда выпадает роса, отчего и возникло греческое название насекомого — любящая росу («дрозо» — роса, влага, «фил» — люблю). Этот час не должен пропустить генетик, который желает скрестить дрозофил. Ему надлежит отобрать для скрещивания еще неоплодотворенных самок. Мухи сохраняют девственность в течение первых 3–4 часов после вылета, девушку можно узнать по нерасправленным, слегка загнутым крыльям, сложенным на спине. Отобранную пару сажают в чистую пробирку, и цикл начинается сначала. В результате одного спаривания дрозофила откладывает до 300 яиц. За год сменяется 25 поколений мух, а через два года после начала работы с дрозофилой генетик наблюдает наследование того или иного признака, сравнимое с передачей его у людей со времен Римской империи.

Помимо простоты разведения и высокой плодовитости, к достоинствам мух можно добавить огромное число разнообразных мутаций, большинство из которых хорошо заметны и красочны, например серое или желтое тело; прямые или загнутые крылья; длинные, короткие или курчавые щетинки; а цвет глаз может быть красный, ярко-красный, белый, бурый и абрикосовый. Рассматривать этих насекомых в лупу или биноклулярный микроскоп — сплошное удовольствие, правда, их предварительно приходится усыплять эфиром, чтобы объекты исследования не разлетались. А теперь о грустном. После того как сотни мух просмотрены и их мутации учтены, в них больше нет надобности. Из всего стада уцелеют лишь единицы, которым предстоит произвести на свет следующее поколение. Остальные закончат жизнь в морилке. Содержатели дрозофилы тщательно следят, чтобы мухи не летали вольно по лаборатории и не нарушали в ней порядка. Каждый студент-генетик погубил не одну тысячу мух, что уж говорить об ученых, которые работают с дрозофилой всю жизнь!

Оправданны ли такие жертвы? Чтобы ответить на этот вопрос, наберем побольше воздуху и перечислим лишь основные научные открытия, сделанные на дрозофиле. Итак, Т. Морган и его ученики разработали хромосомную теорию наследственности (гены располагаются в хромосомах в определенном порядке), установили, что существуют признаки, сцепленные с полом, и признаки, которые почти всегда передаются вместе (сцепленно), описали кроссинговер — обмен гомологичными участками гомологичных хромосом. На дрозофиле разработали генетику пола и методы определения порядка последовательности генов в хромосомах, которые используют до сих пор на любых объектах. Знаменитый «эффект положения» — зависимость проявления гена от его позиции на хромосоме — впервые описал ученик Моргана А. Стертевант, работавший, конечно, с дрозофилой. Советские генетики Б.Н. Сидоров и Н.П. Дубинин установили, что гены могут иметь не одно, не два, а множество функциональных состояний — аллелей. На дрозофиле изучали действие радиации и других факторов, вызывающих мутации, установили механизмы возникновения мутаций и создали методы их количественной оценки. На дрозофиле удобно также проводить популяционные исследования, благо вся популяция умещается в небольшом ящике. На ней изучают даже генетику поведения. А в слюнных железах личинок дрозофилы есть политенные хромосомы. Это хромосомы, которые делятся, но не расходятся, а лежат, вытянувшись, вплотную друг к другу. Под микроскопом они полосатенькие, и можно определить соответствие между полоской и определенным геном. У каждой хромосомы своя характерная полосатость. В некоторых лабораториях фотографии участков политенных хромосом наклеивают на кубики, из которых потом собирают целую картинку — игра для начинающих специалистов. Среди замечательных заслуг дрозофилы — открытие и изучение мобильных генетических элементов животных. По полноте информации о структуре генома дрозофила стоит на первом месте среди высших эукариот. Перевели дыхание? А перечень-то самый краткий. Причем главное в этих многочисленных открытиях — их фундаментальность. Подавляющее большинство генетических закономерностей, присущих дрозофиле, справедливо и для слона.

Благодаря генетикам дрозофила стала привычным лабораторным животным. С ней охотно работают эмбриологи, изучая развитие насекомых. Ее полюбили физиологи и нейрохирурги: оказывается, нервные клетки дрозофилы, пересаженные вместе с нейронами человека в человеческий мозг, облегчают приживление трансплантата. Донорская ткань не отторгается, и тканевой рубец при пересадке не образуется (работы Л.И. Корочкина). А болезней, при которых необходима пересадка нейронов, много — один инсульт чего стоит.

Уже не один раз ученые думали, что дрозофила как объект исследования себя исчерпала, но каждый раз она удивляет и преподносит что-то новое. Генетик, который не поставил ни одного дрозофилиного скрещивания, подобен музыканту, не знающему нот. Поэтому работать с дрозофилой учат каждого студента-биолога, и долго им снятся красные мушиные глаза.

На фото слева направо — лапка, фасетки глаза и голова разных видов Drozophila. (Фотографии, любезно предоставленные В.Г. Митрофановым, сделаны в Институте энтомологии Чешской Академии наук)