Герман Мёллер: «Мутации можно вызывать “искусственным” путем... мы можем противостоять недоступному Богу, откалывающему шутки за наш счет из неприступной цитадели в зародышевой плазме»
Синтетическая теория показала, что значительные мутации не являются основной движущей силой эволюции. Однако без генетических изменений эволюция невозможна. За счет естественного отбора и дрейфа происходит распространение определенных аллелей, но эти аллели должны каким-то образом отличаться от других вариантов. Генетический код должен копироваться от поколения к поколению для надежного наследования признаков, но не абсолютно точно. Небольшие ошибки копирования — маленькие мутации — предоставляют эволюции сырье, искры, из которых разгорается огонь. Естественный отбор раздувает искры в пламя; либо они тлеют, дрейфуя; либо искры эти не разгораются и затухают.
Эксперименты Т. X. Моргана с дрозофилой дали выдающиеся результаты благодаря случайной мутации — мушке с белыми глазами. Команда Моргана увеличила вероятность обнаружения мутации за счет размножения миллионов насекомых, но самопроизвольные мутации встречаются очень редко, и, чтобы их найти, требуется огромное количество особей. Исследования, при которых полагались на время и удачу, были крайне трудоемкими. Однако они помогли обнаружить способ подтолкнуть эволюцию — через создание мутаций. Исследования дрозофилы перешли на новый уровень.
Прорыв сделал один из студентов Моргана — нью-йоркский еврей Герман Мёллер. Мёллер был выдающимся теоретиком, и его идеи сыграли ключевую роль в объяснении результатов исследований дрозофилы. Но поскольку он собственноручно не проводил эксперименты, его имя редко встречалось в публикациях группы. Мёллеру не нравилось такое положение дел, человеком он был раздражительным и совсем некомандным, хотя некоторые биографы считают, что он стал жертвой антисемитизма — и в результате разругался со своим учителем и переехал в Техас, чтобы работать самостоятельно.
Рентгеновские лучи
Германа Мёллера интересовали не только мутации, но и недавнее открытие Эрнста Резерфорда, расщепившего атом. Как и атомы, гены считались неделимыми. Если можно изменить атом, задумался Мёллер, то можно ли так же искусственно изменить ген? И можно ли для этого использовать радиацию? В 1923 году для проверки своей гипотезы он начал воздействовать на плодовых мушек радием и рентгеновским излучением.
Результаты первых экспериментов не оправдали надежд. Несмотря на то что рентгеновские лучи вызывали мутации, доказать это было сложно, поскольку у мутаций имелся крайне неудобный побочный эффект - насекомые становились бесплодными. И потомства, которое можно было бы исследовать, просто не появлялось. Однако в ноябре 1926 года Мёллер подобрал правильную дозу радиации. Он воздействовал рентгеновскими лучами на самцов дрозофилы и затем скрещивал их с самками, которые не подвергались облучению. Доля мутированного потомства была небывалой. В первые несколько недель Мёллер получил более 100 мутантов - половину от числа спонтанных мутаций, обнаруженных за предшествующие 15 лет. Некоторые мутации были летальными, но многие передавались последующим поколениям, как и предсказывал Мендель. Мёллер заметил разрывы в хромосомах мушек и правильно предположил, что воздействие радиации приводит к случайным изменениям генетической структуры.
Изменения генетического материала могут сразу вызывать смерть или негативно влиять на приспособленность, что приводит к их исчезновению из генофонда. Но иногда получаются маленькие «точечные мутации» в отдельном гене, приводящие к небольшому фенотипическому отличию, способному распространиться по популяции за счет естественного отбора или дрейфа. Радиация позволяет быстро получать мутации в лаборатории. В дикой природе то же самое достигается путем случайных ошибок копирования или воздействия природных мутагенов, например ультрафиолета или определенных химических веществ.
Генетические манипуляции
Мёллер сразу осознал важность своего открытия. У науки появился инструмент, позволяющий массово мутировать лабораторные организмы. Благодаря этому инструменту увеличилась скорость и эффективность исследований. Генетика стала наукой экспериментальной. Но этот успех означал и кое- что еще: если мутации можно вызывать, то ими можно и манипулировать.
Мёллер показал, что эволюцию можно ускорить искусственным путем, облучая организмы и селективно скрещивая мутантов с желаемыми признаками. В конце 1920-х годов Мёллер в серии публичных выступлений рассказал о своей гипотезе и стал первой звездой генетики. Он осознал потенциал генетических модификаций задолго до того, как первый генетически модифицированный (ГМ) урожай был выдран из земли «Гринписом».
Мёллер предложил использовать радиацию для получения новых сельскохозяйственных растений; другие исследователи вскоре показали, что радиация вызывает наследуемые мутации у кукурузы. Рентгеновский мутагенез до сих пор используется для получения новых вариантов для селекции (несмотря на искусственное происхождение, такие растения широко используются на органических фермах, хотя от других достижений генетической инженерии фермеры, как ни странно, шарахаются как от огня). Мёллер предположил, что его метод найдет применение в медицине и промышленности, что и произошло. Он даже считал, что искусственные мутации можно использовать для того, чтобы направить эволюцию человека в нужное русло.
Опасности радиации
Однако для воплощения идеи Мёллера о мутагенезе посредством радиации требовался куда менее опасный инструмент, чем рентгеновские лучи. Мёллер также выяснил, что радиация обычно вредит генам. Большинство мутаций, которые радиация вызывает в ДНК, не безвредные или нейтральные, но катастрофические: большое число мёллеровских мушек погибли, а другие стали бесплодными. У животных, живущих дольше, в том числе у людей, такие повреждения генетического материала, как правило, вызывают рак. Мёллер начал информационную кампанию, людам следовало осознать, сколь опасно воздействие радиации — например, на врачей-рентгенологов.
Мы знаем об опасностях радиации во многом благодаря работе генетиков в атомную эру, последовавшую за Манхэттенским проектом и бомбардировками Хиросимы и Нагасаки во Вторую мировую войну. Мёллер и американский ученый Лайнус Полинг использовали свои знания о серьезном и необратимом повреждении ДНК радиацией для того, чтобы запретить ядерные испытания в атмосфере. Полинг получил свою вторую Нобелевскую премию — премию мира — именно за эту деятельность. Польза рентгеновских экспериментов Мёллера не ограничивается развитием генетики и сельского хозяйства - они также позволили обнаружить смертельную опасность для человечества.
Мёллер и Сталин
Убежденный коммунист, Мёллер в 1935 году переехал в Советский Союз, где он разработал социалистический подход к евгенике. Он утверждал, что селективное скрещивание можно использовать для социалистической инженерии и создания нового человека, более склонного следовать учениям Маркса и Ленина. Однако Сталина он не убедил: под влиянием Трофима Лысенко тот объявил генетику, основанную на идеях Менделя и Дарвина, буржуазной наукой и начал преследовать ученых, ею занимавшихся.
Среди арестованных был и Николай Вавилов, коллега Мёллера, он скончался в ГУЛАГе. Мёллер сбежал из Советского Союза прежде, чем его постигла та же участь.
Опыт Лурия и Дельбрюка
Хотя к 1940-м роль мутаций в эволюции была признана повсеместно, оставался один вопрос. Сохраняет ли естественный отбор случайные благоприятные мутации или же он увеличивает вероятность появления мутаций? Сальвадор Лурия и Макс Дельбрюк разрешили этот вопрос в 1943 году, проведя опыты на бактериях и фагах — вирусах, поражающих бактерии. Они обнаружили, что мутации, делающие бактерии устойчивыми к фагам, происходили случайно и с постоянной частотой вне зависимости от давления отбора. Таким образом, мутации происходят независимо от естественного отбора, а не являются его следствием.