Генная инженерия — завтра селекционного процесса. Чтобы освоить ее, ученые опираются на генетику, расшифровывающую строение хромосом и генов молекулярную биологию, на обладающие огромной памятью и быстродействием ЭВМ.

«В начале было Слово».

С первых строк —
Загадка. Так ли понял я намек?
Ведь я так высоко не ставлю Слова,
Чтоб думать, что оно всему основа».

Этот отрывок из фаустовского монолога может и сегодня послужить иллюстрацией к тем творческим сомнениям, что одолевают порой ученого, исследователя. Наше знание вечно мечется между гипотезой и экспериментом, интуитивным предположением и опытом, «мыслью изреченной» — Словом и научным Фактом.

Будто в подтверждение, Н. В. Тимофеев-Ресовский — питомец замечательной русской школы генетиков Н. И. Вавилова, Н. К. Кольцова, С. С. Четверикова — в своей последней статье писал: «Генетика в нашем веке появилась в качестве запоздалого, но совершенно необходимого звена механизма эволюции, более ста лет назад увиденного гениальным Ч. Дарвином. Дарвин действительно увидел в природе принцип отбора и благодаря этому смог построить основы эволюционной теории. Дарвин назвал свою главную книгу «Происхождение видов путем естественного отбора», тем самым предельно ясно дав понять, что эволюционная теория должна строиться на основе приложения принципа естественного отбора к тому, что он назвал «неопределенной изменчивостью», — к ненаправленной, статистической изменчивости, касающейся как самых крупных, так и самых мелких признаков…

К сожалению, во времена Дарвина ничего не было известно об элементарном эволюционном материале. Цитологии практически не существовало, хромосом никто не знал, и главная работа Менделя была опубликована позже основной книги Дарвина. Все это делало гигантскую работу, произведенную Ч. Дарвином, какой-то беспочвенной: в основе теории эволюции была «неопределенная изменчивость», которую никто ясно себе не представлял».

Итак, в становлении одной из основополагающих биологических теорий — эволюционной — сначала, образно говоря, было Слово. Не потому ли дарвиновское открытие даже спустя десятилетия кое-кем встречалось в штыки? Оппоненты нажимали на отсутствие конкретных данных, способных доказать правоту постулатов великого естествоиспытателя.

В очень похожем положении оказались в свое время и селекционеры-практики. С XVIII века они создавали новые сорта растений. И часто преуспевали в этом: работники французской фирмы «Вильморен» создали, например, сорта сахарной свеклы, которые содержали почти втрое больше сахара, чем исходные. Причем они ввели в обиход принятую и сегодня оценку отбираемых образцов по их потомству и показали возможность «поправлять» природу растений в нужную сторону. Тем не менее дело это оставалось скорее искусством, а не планомерной работой, ибо успех приносил все-таки счастливый случай, рождающийся из тысяч и тысяч проб. И никто не мог сказать заранее, какой вариант ведет к появлению искомого признака и не исчезнет ли он в будущем столь же неожиданно, как и возник. Да и могло ли быть иначе, если принципы изменчивости для селекционеров оставались столь загадочными, как и прежде?

Отправной точкой дальнейшего движения вперед послужило замечательное открытие неведомого большой науке XIX столетия исследователя-любителя, чешского монаха <strong>Грегора Иоганна Менделя. Экспериментируя с горохом, он сделал вывод, что любой живой организм обладает каким-то носителем всех своих признаков, который точно воспроизводит их в потомстве. И если в результате скрещивания у растений появляются новые сочетания признаков, то, во-первых, они являются перекомбинацией признаков родителей, а, во-вторых, частоту новых сочетаний можно предсказать заранее. В 1866 году в 120 библиотек разослал естествоиспытатель свою брошюру. Но, как бывает, научное мировоззрение тогда еще не было подготовлено для восприятия идей Менделя.

Минуло 34 года. В 1900 году Г. де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Англии независимо друг от друга и на разных объектах показывают: наследственность — явление закономерное, и диктует ее не случай, а некий механизм, отвечающий за то, чтобы не прервалась цепь жизни, чтобы родительские признаки повторялись в близком и даже далеком потомстве. Год публикации именно этих работ стал датой рождения новой биологической дисциплины — генетики (кстати, само понятие «ген» ввел в обиход датчанин В. Л. Иогансон лишь через девять лет). Наконец, в 1911 году американец Т. X. Морган установил, что носители наследственности в ядре клетки размещены не как попало, а в определенном порядке — подобно бусинам, собранным в ожерелья-хромосомы.

Что же из этого следовало?

В селекции (а ведь наша книга посвящена ей) веками царил массовый отбор. То есть намечали лучшие растения, их семена отбирали и высевали рядышком. Примерно с середины XIX столетия метод несколько изменили: семена лучших растений принялись сеять раздельно — чтобы было легче выявлять то, ради чего начинали поиск. Ну, а генетика, буквально едва появившись на свет, указала на недостаточность и этого якобы усовершенствованного подхода. Почему? Да просто когда берут семена одного, пусть даже отменного растения, ничего нового в наборе генов скорее всего не получить. Иное дело, если сводить воедино генотипически различных «отцов» и «матерей». Словом, утверждали генетики, возможности отбора для выведения сортов невелики. Но отказаться от привычного, вчера представлявшегося незыблемым метода оказалось нелегко.

И все же постепенно скрещивания превратились в основной инструмент конструкторов растений.

А генетики углубляли поиск. И многие исследования 20—30-х годов осуществили русские ученые. Так, на предыдущих страницах книги мы неоднократно говорили об огромном вкладе в эту науку академика Н. И. Вавилова. Рассказывали и об основополагающих изысканиях профессора Г. Д. Карпеченко. В лаборатории профессора Г. А. Левитского, возглавившего работы по изучению морфологического строения хромосом, впервые в мире измерили (!) такие микроструктуры и дали их анализ применительно ко многим культурам, в том числе столь широко распространенным в сельском хозяйстве, как рожь, ячмень, горох, свекла, бобы, чай. Еще один представитель отечественной науки — Н. К. Кольцов — изучал генетику животных и среди них — кур, овец, крупного рогатого скота. Однако самое главное, сделанное им, заключено в другом. Он выдвинул идею о том, что каждая хромосома представляет собой единую гигантскую молекулу, состоящую из двух нитей, каждая из которых «сложена» из отдельных генов. И новые генонемы создаются только на старых — будто на матрицах. Все это оказалось гениальным предвосхищением предстоящих — через 30 лет! — открытий молекулярной биологии. Другому русскому ученому — А. С. Серебровскому — принадлежит мысль о существовании сигнальных генов и о возможности использования их в качестве маркеров при установлении характера наследования количественных признаков (увы, в практику и это вошло гораздо позже). Он же сформулировал положение о делимости гена, первым привлек математику к решению генетических проблем, показал возможность применять отдаленную гибридизацию в селекции животных (правда, некоторые его статьи и книги, написанные в 30-е годы, увидели свет лишь тремя десятилетиями позже). Классиком современной биологии зовут С. С. Четверикова, объяснившего с точки зрения генетики эволюционный процесс, что подвело Опыт под Слово теории Ч. Дарвина.

Тем не менее эти и иные достижения вовсе не означали, что молодую науку приняли с распростертыми объятиями. И опять беда ее заключалась в том, что многие ее положения, как и прежде, явно опередили время: к их восприятию не было готово мировоззрение большинства ученых, да и проверить смелые выводы зачастую не представлялось возможным — на свете не существовали соответствующие методы и приборы. И еще. Заботясь о становлении новой науки, ее приверженцы, естественно, основную энергию направили на развитие теоретических начал, да и опыты вели преимущественно на мушке дрозофиле: уж очень удобен этот объект для наблюдений. А ученым-прикладникам нужны были четкие советы и рекомендации применительно к конкретной сельскохозяйственной культуре, к конкретной породе животного…

Короче, в конце 20-х годов к генетике несколько охладели даже селекционеры-доброжелатели. Что же говорить о людях иного толка! Сейчас даже трудно представить, но было время, когда менделевское расщепление и комбинирование признаков объявили противоречащими дарвиновской теории эволюции. Справедливости ради заметим, что нашлись и такие «последователи» Г. Менделя, которые считали дарвинизм устаревшим…

Конфликт нарастал…

Многое в нем объяснялось и субъективными причинами. Дело в том, что признание основных положений новой науки: существования генов — носителей и стражей наследственной информации — требовало от биологов не пересмотра отдельных положений, а коренного изменения прежних взглядов, признания принципиальных ошибок. К сожалению, не все ученые смогли отказаться от привычных воззрений.

Большой вред биологической науке нанесло противодействие развитию генетики тех, кто упорно отстаивал устаревшие взгляды. Используя порой методы, далекие от принятых в научной практике и от обычной этики, они пытались дискредитировать и генетику в целом, и ее приверженцев. Случалось, в ход шли и неверно поставленные опыты, результаты которых подгонялись под заранее заданную схему, и «волевые» решения, и администрирование, и всяческие запрещения, и нажим на «непокорных». Прибегали и к тому доводу, что гена никто воочию не видел, хотя та же периодическая система элементов или многие спутники планет, звезды были открыты, как говорится, на кончике пера. Понадобились электронные микроскопы, показавшие и гены, и хромосомы, ряд иных неопровержимых доказательств, чтобы окончательно утвердить постулаты новой науки. Но прежде прошли годы и годы…

И все-таки генетика крепла и развивалась. Ученые в кропотливых исследованиях добывали неопровержимые факты, утверждавшие истину. Так, было выяснено, что гены контролируют процесс синтеза белков в клетках, а мутации ведут к изменению химической структуры белков, причем в ряде случаев для существенного сдвига свойств организма достаточно одну аминокислоту заменить на другую. В 1953 году английский физик Ф. Х. К. Крик и американский биохимик Д. Уотсон сделали выдающееся открытие, расшифровав строение ответственной за наследственность дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая, как оказалось, имеет вид двойной спирали. А гены представляют собой строго локализованные ее отрезки, причем в каждой хромосомной нити они «сидят» так, что в общем дополняют друг друга. В результате спирали подходят друг к другу, как ключ и замок. За эту работу ученые удостоены Нобелевской премии. Позже была начата расшифровка наследственного кода кукурузы, пшеницы, других сельскохозяйственных культур.

Так генетика на практике доказала: только она поможет селекционерам сократить время, необходимое для создания сортов. И верно: как иначе, например, среди без малого 48 тысяч образцов различных пшениц найти те несколько, которые станут отправной точкой планируемого поиска? Как разобраться в многообразных свойствах потомства, возникающих при скрещивании? Ведь всего при десяти сводимых воедино признаках, каждый из которых контролируется только одним геном, во втором поколении, когда начинают отбор, исследователю придется проанализировать 1048576 растений. Если скрестили два сорта пшеницы, различающиеся по 21 гену (скажем, по одному в каждой хромосоме), то во втором поколении надо просмотреть 2 097157 растений. Что и говорить, гигантский объем исходного материала! А селекционеру нельзя пропустить ни одно из этой массы, поскольку иначе можно потерять именно тот уникум, который мог бы дать начало новому сорту. Наконец, как без генетики контролировать искусственные мутации для направленной перестройки наследственного аппарата растительных организмов?

Но единение двух наук — селекции и генетики, их взаимное плодотворное сотрудничество — конечно же, дело очень и очень непростое. Тем отраднее, что сегодня в нашей стране их активное сближение становится реальным практическим процессом.