Занимательная биология - Акимушкин Игорь Иванович - Страница 19

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 обычной) клетки тела, генетики называют двойным — диплоидным. У человека диплоидный набор хромосом равен 46. Все эти 46 хромосом по внешности и величине легко разделяются на идентичные по конфигурации пары (лишь партнеры одной пары — половые хромосомы «х» и «у» — не похожи друг на друга. Но об этом позже).

Набор хромосом, в котором из каждой пары присутствует только один партнер, называют гаплоидным, или ординарным. Все половые клетки, или гаметы, содержат гаплоидный набор хромосом. (Это значит, что в спермиях и в яйцеклетках человека только по двадцать три хромосомы.) Иначе при оплодотворении яйца, когда сливаются материнская и отцовская гаметы, получалась бы зигота с числом хромосом вдвое больше нормального.

Мейоз, предшествующий образованию спермиев и яйцеклеток, призван наделить гаметы вдвое меньшим, гаплоидным, числом хромосом. А когда гаметы сольются, в зиготе будет уже нормальное диплоидное число хромосом. Половина от матери, половина от отца.

Понятно теперь, почему все хромосомы в зиготе парные?

Ведь каждой материнской хромосоме соответствует точно такая же по форме, величине и характеру наследственной информации отцовская хромосома. Парные хромосомы называют гомологичными.

Мейоз начинается с того, что однотипные по конфигурации хромосомы объединяются в пары, конъюгируют. Затем каждая из хромосом каждой пары создает из веществ, растворенных в протоплазме, своего двойника. Как и в митозе.

Теперь однотипных хромосом уже не две, а четыре. Четверками, или тетрадами, плотно прижавшись друг к другу, выстраиваются они вдоль экватора клетки. Нити веретена разъединяют четверки снова на пары, растаскивая их к разным полюсам.

Клетка делится пополам, а потом еще, но теперь в другой плоскости, перпендикулярной к первой. На этот раз хромосомы не удваиваются. Выстроившиеся по экватору пары расходятся поодиночке в разные концы клетки.

У каждого полюса их теперь вдвое меньше, чем при митозе или в первой фазе мейоза. Поэтому, когда клетка разрывается пополам, рожденные из нее две новые гаметы получают гаплоидное число хромосом. Так как в первой фазе мейоза из одной клетки рождаются две диплоидные клетки, то в конце второй его фазы мы имеем четыре гаметы. И в каждой, повторяю, гаплоидное число хромосом. Если это гаметы человеческие, значит в них будет по двадцать три хромосомы. А когда при оплодотворении они сольются в одну зиготу, хромосом снова в ней станет сорок шесть.

Зигота дает начало человеческому зародышу, все клетки в котором будут с 46 хромосомами.

Механикой клеточного деления в мейозе — расхождением по разным гаметам парных хромосом, каждая из которых ведет свой род либо от отца, либо от матери, — объясняются многие законы наследственности и изменчивости, открытые Грегором Менделем и другими генетиками.

Польские ученые недавно методом цейтраферной съемки сделали отличный фильм о митозе. Все фазы митоза на экране ускорены в несколько сот раз. В действительности же движения хромосом во время деления происходят значительно медленнее. Я видел этот фильм, и он поразил меня сильнее, чем лучшие из лучших художественных фильмов.

В нем необычные актеры — хромосомы. Они сходятся и расходятся, выстраиваются в ряд и разбегаются в разные стороны, словно танцоры на балу, исполняющие сложные па старинного танца. Американский биолог Мёллер, основатель радиационной генетики, назвал танцем хромосом их странные перемещения во время деления клетки.

Каждую секунду в нашем теле совершаются миллионы митозов! И сотни миллионов неодушевленных, но очень дисциплинированных маленьких балерин исполняют древнейший на земле танец. Танец жизни. В таких танцах клетки тела пополняют свои ряды. И мы растем и существуем.

На согласованном расхождении хромосом к разным полюсам клетки основаны все явления наследственности и жизни. Ведь каждая хромосома — сложное соединение гигантских нуклеиновых кислот и белков. А нуклеиновые кислоты несут в себе великое множество наследственных единиц — генов, то есть суть всего сущего на Земле.

На некоторых хромосомах гены или комплексы генов заметны в виде черных поперечных полос. Иные хромосомы человека содержат до 40 тысяч генов, а возможно, даже и больше. Каждый из них расположен на строго определенном месте.

Участок хромосомы, занимаемый геном, называют локусом. В каждом локусе располагается только один из двух антагонистических или альтернативных по своему действию генов. Возьмем для примера гены, определяющие такую всем хорошо знакомую наследственную черту, как цвет волос у человека. В одном локусе в этом случае может быть только либо ген темных, либо ген светлых волос. Но никогда оба вместе. Таких два родственных, но взаимно исключающих друг друга гена называют аллелями. Обычно у каждого локуса два аллеля. Но нередко бывает их и несколько. Тогда говорят о множественных аллелях.

Обозначим для удобства аллель темных волос большой буквой «А», а аллель светлых — малой буквой «а».

Итак, каждая хромосома содержит в себе только один из двух аллелей. Либо «А» — большое, либо «а» — малое. Но не оба одновременно. Второй аллель может найти пристанище только в другой гомологичной, парной, хромосоме. Ведь клетки всех животных и высших растений диплоидные. В них каждая хромосома имеет свою внешне во всем подобную пару, с которой конъюгирует в мейозе. Не забудьте, что один член гомологичной пары получен от отца, а другой — от матери.