Дрозофила - объект научных исследований

Я - тоже муха:

Мой краток век.

А чем ты, муха,

Не человек?

ВИЛЬЯМ БЛЕЙК.

"Муха"

Если почистить фрукты и то, что считается несъедобным, день-другой не выносить на помойку, можно заметить, как вокруг этого при родного растительного материала разовьется свояособая жизнь. Вокруг отвергнутых человекомостатков пищи начнут роиться маленькиемушки размером по крайней мере на порядок, как говорят математики (т.е. примерно в 10 раз), меньше, чем обычные комнатные мухи. Они настолько малы, что, если заведется всего несколько штук, их можно и не заметить. Размеры мушек составляют только 2-3,5 мм. Однако это крохотное создание вошло в историю науки, а следовательно, и в историю человечества как бесценный объект генетических исследований.

В русский язык уже прочновошло их на звание - дрозофила, в точности повторяющее латинское наименование рода мух семейства плодовых мушек Drosophilia. На земном шаре существует свыше 1000 видов этих прелестных существ, и наибольшее распространение они получили в субтропиках и тропиках - на одних только Гавайских островах обитает более 300 видов дрозофилы. На территории же нашей страны их на порядок меньше. Наиболее используемым в науке видом является Drosophilia melanogaster.

Сами плодовые мушки питаются соком растений, гниющими растительными остатками, а личинки - микроорганизмами. Их жизненный цикл очень короток, и развитие от яйца до мухи занимает в среднем 10 суток. Можно получить массу удовольствий, часами разглядывая эти крошечные создания под микроскопом с небольшим увеличением, лучше под бинокулярным микроскопом, позволяющим получать объемное изображение. В нем легко разглядеть детали строения переливающихся крылышек, удивительно красиво посаженные глазки, прямые или вилочкообразные щетинки и многое, многое другое. Малые размеры, плодовитость и ряд других преимуществ перед большинством живых организмов на долгое время сделали дрозофилу главным объектом генетики, и не один нобелевский лауреат кроме своего могучего интеллекта обязан и ей своими высшими научными достижениями.

Одним из нобелевских лауреатов, которому дрозофилы оказали неоценимую услугу, был замечательный американский зоолог и генетик Томас Хант Морган. Именно его имя использовалось для шельмования отечественных биологов в период "лысенковщины", когда были введены ругательные тогда слова вейсманисты-морганисты, менделисты-морганисты или просто морганисты.

Морган родился в 1866 г. в семье дипломата. Мать его была внучкой композитора Фрэнсиса Скопа Ли сочинившего американский национальный гимн. Не испытывая влияния биологов, Томас с детства интересовался биологическими объектами - он приносил в дом окаменелости, собрал коллекцию различных птиц, а первые свои научные исследования он выполнил, используя морских пауков.

В 1902 г. американский биолог Уильям С. Саттон высказал предположение, что единицы наследственности (гены) размещаются в хромосомах. Морган решил его опровергнуть, считая, что хромосомы не являются носителями наследственности, а возникают на ранних стадиях развития. Теперь мы уже знаем, что в конце концов он изменил свое мнение на противоположное, доказав прямую роль хромосом в процессах наследования макроскопических признаков живых организмов. Для выполнения этой работы в 1908 г. лучшего объекта, чем дрозофила, Морган найти не смог. Ему понадобилось вырастить и изучить несколько миллионов мушек, чтобы прийти к твердому убеждению, что хромосомы напрямую связаны с наследственностью. И это только один ученый. Дрозофилу использовали наверняка не менее нескольких сотен генетиков, и, следовательно, число мушек, понадобившихся науке, сравнимо с численностью людей на земном шаре.

Результаты некоторых экспериментов Моргана с дрозофилой, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования, согласно которому каждый организм обладает генами, контролирующими тот или иной признак, и наследование одного признака, например пола, не зависит от наследования другого - например цвета глаз. Оказалось, что некоторые признаки все же связаны между собой, т.е. их сочетание встречается у потомков чем следует из законов Менделя.Так, например, белоглазость - мутантный признак - почти всегда встречается только у самцов. Это явление Морган назвал сцеплением с полом. Тенденция к сцеплению подсказало ученому, что гены, по-видимому, располагаются на одной и той же хромосомев тесной близости друг к другу. Было обнаружено что таких сцепленных групп у дроздофилы - четыре, и эта величина в точности совпала числом пар хромосом

Свои эксперименты Морган проводил в помещении, которое он называл мушиной комнатой. В 1914 г. в эту комнату явился студент-выпускник Герман Джозеф Меллер, которому впоследствии на той же дрозофиле суждено было открыть мутации под действием рентгеновского излучения. А пока Морган, Меллер и другие сотрудники старались ответить на вопрос, почему гены, расположенные на одной и той же хромосоме, наследовались реже, чем этого можно ожидать.Они предположили, что хромосомы, собранные в пары,могут расщепляться и обмениваться своими участками, генами, и назвали этот процесс кроссинговером. Предположение основывалось на обнаруженном бельгийским ученым Ф.А.Янсеном в 1909 г. (с помощью светового микроскопа) тесном переплетении хромосом.

Морган рассуждал так: чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, тем больше вероятность разрыва. Если это верно, то гены не будут наследоваться вместе, и наоборот - гены, расположенные в хромосоме близко друг от друга, имеют меньше шансов быть разделенными, т.е. верна гипотеза американского генетика Альфреда Генри Стертеванта о том, что сцепление двух генов в хромосоме определяется величиной линейного расстояния между ними. Иными словами, была высказана замечательная мысль, что, гены расположены вдоль хромосомы линейно, т.е. представляют собой линейную матрицу. Используя данные о частотах кроссинговера, Морган первым начал составлять хромосомные (или генетические) карты, где в линейной последовательности указывались гены, ответственные за тот или иной макроскопический признак (цвет глаз или брюшка, формой щетинок или крыльев и т.д.). Так, если частота обмена между двумя генами равна 5, то это означает, что они расположены в одной и той же хромосоме на расстоянии 5 условных линейных единиц. В дальнейшем имя Моргана, как ранее имена ряда других выдающихся ученых, например Дальтона, Ньютона, Джоуля, Ангстрема и других, стали использовать для наименования этих единиц, и в настоящее время они называются морганидами. В 1933 г. Т. X. Моргану была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине за открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности.

Морган изучал в основном самопроизвольно возникающие мутации. Но они могут быть вызваны и искусственно, например путем физических или химических воздействий. Первым физическим мутагенным фактором было рентгеновское излучение. Его использовал ученик Моргана Герман Меллер. Химический мутагенез еще в 30-е гг. открыл наш соотечественник Иосиф Абрамович Рапопорт, герой Великой Отечественной войны (он дважды был представлен к званию Героя Советского Союза) и настоящий герой науки во времена борьбы с "лысенковщиной". Однако опубликовать свои результаты о мутагенном действии формальдегида и других карбонильных соединений он смог только в 1946 г. одновременно с шотландкой Шарлоттой Ауэрбах, сообщившей в научной печати об аналогичных свойствах иприта. И опять объектом исследования было неприметная мушка.

Ричард Эксел (Richard Axel) и его коллеги изучили функции двух десятков генов, ответственных за восприятие вкуса у дрозофилы. Об этом - статья в Cell от 9 марта.

Группа Эксела продолжила исследования молекулярных биологов из Йельского университета Питера Клайна и Джона Карлсона, идентифицировавших комплекс генов под общим названием GR. Эти гены отвечают за формирование вкусовых рецепторов дрозофил: кодируемые ими белки присутствуют преимущественно в хоботках, ножках и усиках насекомых.