А что будет, если в наследственном механизме какой-либо клетки нашего тела по той или иной причине откажет какая-то деталь? Случится какая-то неполадка?
Новые клетки, рожденные ею, станут мутантами — не такими, какими были, в них не все, как надо. Дефективные клетки перестанут соответствовать своему назначению, и в пораженной ткани разрастется… раковая опухоль, которая в конце концов погубит организм.
Без изменчивости и наследственности жизнь не достигла бы того совершенства и разнообразия, которое мы сейчас наблюдаем. Без изменчивости не было бы у организмов удивительной способности приспосабливаться к разным условиям. Не было бы у жизни большого выбора путей развития. А без наследственности утрачивались бы новые приобретения.
И белок, без которого нет жизни, и носители наследственности — нуклеиновые кислоты ДНК и РНК, — по-видимому, образовались на Земле в одно время. Некоторые ученые полагают даже, что вещество, способное нести наследственную информацию, — рибонуклеиновая кислота — появилось раньше белка и, уж во всяком случае, ненамного позже. Старый мучительный вопрос, что же произошло раньше: яйцо или курица, пока еще окончательно не решен.
Итак, с первых своих шагов жизнь обрела одно из основных свойств — наследственность.
Митоз и мейоз
Давно уже известны два типа деления клеток: деление митотическое и редукционное. Первое называют также митозом, а второе — мейозом. Первым способом, митозом, делятся все клетки, вторым — только половые.
Сначала — о митозе. Ему предшествует удвоение молекул, несущих наследственную информацию.
Молекулы ДНК, в которых заключен генетический шифр, располагаются в ядре клетки, в особых длинных нитях — хромосомах. У каждого вида животных и растений строго определенное число хромосом. Обычно их несколько десятков. У человека, например, 46[27] . А у одного из червей всего две. У некоторых раков по 200 хромосом. Но рекорд побили микроскопические радиолярии: у одной из них 1600 хромосом!
Когда молекулы ДНК удваиваются, удваиваются и хромосомы. Каждая строит по своему подобию двойника. Значит, какое-то время в наших клетках хромосом бывает вдвое больше, чем обычно.
Между двумя делениями, в так называемой интерфазе, хромосомы в обычный микроскоп не видны. Как будто их нет совсем. В электронный же видно, что они все-таки тут, никуда не делись, но так тонки, что без очень сильного увеличения не заметны. Говорят, что на этой фазе своей деятельности хромосомы имеют вид «ламповых щеток». И в самом деле, они немного похожи на ерши, которыми когда-то прочищали стекла керосиновых ламп.
За десять-двадцать часов относительного покоя между двумя делениями хромосомы должны успеть синтезировать своих двойников с полной копией всех содержащихся в них генов, всех молекул ДНК.
Как только двойники будут готовы, длинные хромосомные нити (и оригиналы и их копии) начинают сворачиваться в тугие спирали. А те скручиваются в спирали второго порядка. Смысл этого скручивания вполне понятен. До сих пор хромосомы лежали спутанным клубком и растянуть их по разным полюсам клетки, наверное, было бы не легко. Теперь же каждая хромосома — спираль, скрученная спиралью, — очень компактный и удобный для транспортирования «багаж».
Все ДНК человеческой клетки, вытянутые в одну нить, занимают в длину приблизительно около метра. А свернутая дважды спиралью эта нить умещается в 46 хромосомах, длина каждой из которых всего несколько микрон.
Итак, перед делением хромосомы сами себя упаковывают в компактные «вьюки». К этому моменту, который в клеточном делении именуется профазой, оболочка ядра растворяется, а уже известные нам центриоли, или центросомы, расходятся к противоположным полюсам клетки. Нити так называемого митотического аппарата, или веретена, соединяют между собой эти полюса и каждую хромосому с одним из полюсов.
Затем хромосомы выстраиваются парами (оригинал бок о бок со своей копией) вдоль экватора клетки, как танцоры на балу. Эту стадию деления называют метафазой.
Потом каждая из парных хромосом устремляется к своему полюсу. Партнеры расстаются навсегда, потому что скоро перегородка разделит по экватору старую клетку на две новые. Впечатление такое, будто центриоли тянут к себе хромосомы за ниточки, как марионеток.
И действительно, хромосомы имеют вид, какой бывает у всякого гибкого тела, когда его за ниточку протягивают через жидкость.
Место, за которое ее тянут, у каждой хромосомы всегда одно и то же. Его называют кинетохором или центромерой. От того, где у хромосомы кинетохор, часто зависит и ее форма. Если кинетохор посередине, то хромосома, когда во время митоза ее тащат за нитку, перегибается пополам и становится похожа на латинскую цифру «пять» (V). Если кинетохор у самого конца хромосомы, то она изгибается на манер латинской буквы «йот» (J).
Одно время думали, что нити митотического аппарата — своего рода рельсы, по которым хромосомы катятся к полюсам. Потом решили, что они скорее похожи на тонкие резинки, миниатюрные мускулы, которые, сокращаясь, подтягивают к полюсам свой хромосомный груз. Но тогда, сокращаясь, нити становились бы толще. И «худели» бы, удлиняясь. Однако этого не происходит. Укорачиваясь и удлиняясь, они не становятся ни толще, ни тоньше.
По-видимому, механика клеточного веретена иная. Возможно, думают некоторые ученые, нити укорачиваются оттого, что часть составляющих их молекул выходит из игры: то есть из нитей. А добавление молекул в одном линейном направлении приводит к удлинению нитей.
Тем или иным способом хромосомы со скоростью около одного микрона в минуту перетягиваются из центра клетки к ее полюсам. С этого момента митоз переходит в стадию, называемую анафазой.
За анафазой следует телофаза. Спирали хромосом раскручиваются. Снова «ламповые щетки» входят в игру. Клубки нитевидных хромосом обрастают ядерными оболочками: в клетке теперь два ядра-близнеца. Кольцевая перетяжка скоро разделит ее пополам. Каждой половине достанется свое ядро.
Заканчивается клеточное деление удвоением центриолей. Их было четыре — по две на каждом полюсе. Клетка разделилась, и в каждой новорожденной ее половине оказалось лишь по две центриоли.
На экране электронного микроскопа центриоли похожи на полые цилиндрики, сложенные из трубочек. Центриоли всегда лежат под прямым углом друг к другу. Поэтому одну из них мы видим всегда в поперечном, а другую в продольном разрезе.
В телофазе от каждой из центриолей отпочковывается маленькая центриолька — плотное цилиндрическое тельце. Оно быстро растет, и вот уже в клетке снова четыре центриоли.
Путем митоза из одной получаются две клетки, совершенно идентичные по наследственности, скрытой в их хромосомах (если ни одна из них не подверглась мутации).
Обычно митоз длится час или два часа. В нервных тканях митозы случаются очень редко. Зато в костном мозгу, где каждую секунду рождается на свет 10 миллионов эритроцитов, каждую секунду происходит 10 миллионов митозов!
Теперь, прежде чем рассказать о втором типе клеточного деления — о мейозе, мы должны ввести несколько новых терминов.
Набор хромосом, заключенный в ядре нормальной соматической (иными словами, не половой, а
