Никакого вреда не случится, если только особи с одинаковой мутацией не скрестятся друг с другом. В таком случае, как показывают нехитрые расчеты, четверть их детей будет гомозиготной, и у них неблагоприятная мутация проявится. Помимо самооплодотворения, которое возможно лишь у растений-гермафродитов, наибольшую опасность будет представлять брак между моим сыном и моей дочерью. Каждый из них обладает равными шансами оказаться или не оказаться носителем опасной мутации, и четверть таких кровосмесительных союзов приведет к тому, что у четверти их потомков она проявится. Таким образом, вероятность заболеть у родившегося от подобного союза ребенка окажется 1:16.

Аналогичным образом вероятность заболеть будет составлять 1:64 у потомка союза между двумя моими («чистокровными») внуками, являющимися двоюродными братом и сестрой. Это не слишком высокая вероятность, и второй вариант обычно считают приемлемым. Но не забывайте, что мы рассмотрели последствия лишь одного латентного повреждения у одного партнера предковой пары («я и моя жена»). В действительности они оба скорее всего несут несколько подобных латентных изъянов. Если вы точно знаете, что являетесь обладателем некой мутации, не забывайте, что 1 из 8 ваших кузенов и кузин также может нести ее! Эксперименты на растениях и животных свидетельствуют о том, что, помимо сравнительно редких серьезных пороков, существует множество не столь значительных дефектов, которые в совокупности способны повредить потомку близкородственного скрещивания. Поскольку мы больше не избавляемся от неудачных экземпляров, как это делали суровые спартанцы в горах Тайгет, следует относиться к этим вопросам серьезно, в случае человека, для которого не всегда соблюдается выживание сильнейших, а то и реализуется противоположная ситуация. Противодействующее отбору влияние современного массового убийства здоровых молодых людей всех национальностей перевешивает рассуждения о том, что в более примитивных условиях война могла производить положительный эффект, способствуя выживанию наиболее приспособленного клана.

Общие и исторические комментарии

Удивителен факт, что рецессивная аллель в гетерозиготном состоянии полностью подавляется доминантной и не дает видимого эффекта. Следует отметить, что из этого правила есть исключения. Если скрестить гомозиготный белый львиный зев с гомозиготным малиновым, все потомки первого поколения будут обладать «промежуточным» цветом, то есть розовым, а не малиновым, как можно было бы ожидать. Намного более важным примером одновременного проявления двух аллелей являются группы крови, но мы не будем здесь на них останавливаться. Не удивлюсь, если в конце концов выяснится, что рецессивность обладает уровнями и ее проявления зависят от чувствительности тестов, которые мы используем для анализа «фенотипа».

Уместно вспомнить раннюю историю генетики. Суть теории, закон наследования последующими поколениями признаков, по которым различаются родители, и – что особенно важно – разграничение рецессивных и доминантных признаков сформулировал всемирно известный аббат-августинец Грегор Мендель (1822–1884). Он ничего не знал о мутациях и хромосомах. В своем монастырском саду в Брюнне (Брно) Мендель проводил эксперименты на горохе: сажал различные разновидности, скрещивал и наблюдал за потомками в 1, 2, 3-м… поколениях. Можно сказать, он экспериментировал с мутантами, предоставленными ему природой. В 1886 году Мендель опубликовал результаты в «Трудах Брюннского общества естествоиспытателей». Никто не обращал особого внимания на хобби аббата – и уж точно никто и представить не мог, что в XX веке его открытие станет путеводной звездой для совершенно нового научного направления, одного из самых интересных в наши дни. Его статью забыли. Лишь в 1900 году о ней одновременно вспомнили Корренс^[19] (Берлин), де Фриз (Амстердам) и Чермак^[20] (Вена).

Необходимость редкости мутации

До настоящего момента мы в основном говорили о вредоносных мутациях, которые, возможно, являются самыми многочисленными; однако следует отметить, что встречаются и полезные мутации. Если спонтанная мутация есть небольшой шажок в развитии вида, то складывается впечатление, что определенные изменения «подбираются» весьма произвольным образом, рискуя причинить вред, в случае чего они тут же уничтожаются. Из этого следует важный вывод. Чтобы являться подходящим материалом для естественного отбора, мутации должны происходить редко – что и наблюдается в действительности. Если бы они случались так часто, что существовала бы вероятность появления у одной особи, скажем, десятка мутаций, вредоносные, как правило, преобладали бы над полезными, и вид не улучшался бы в результате отбора, а оставался бы прежним или вымирал бы. Умеренный консерватизм, являющийся следствием высокой стабильности генов, играет существенную роль. Можно провести аналогию с работой крупной производственной установки на фабрике. Чтобы выработать лучшие методы, необходимо применять инновации, в том числе неопробованные. Но чтобы установить, улучшит или ухудшит инновация работу, нужно пробовать их по одной, не изменяя другие детали механизма.

Мутации, вызванные рентгеновскими лучами

Теперь рассмотрим блистательный цикл генетических исследований, которые внесут наиболее значимый вклад в наш анализ.

Процент мутаций у потомства, так называемую частоту мутаций, можно повысить в сравнении с низкой природной частотой мутаций, облучив родителей рентгеновскими или гамма-лучами. Полученные таким образом мутации ничем (кроме количества) не отличаются от спонтанных, и складывается впечатление, что рентгеновские лучи также могут вызывать «природные» мутации. У дрозофилы многие особые мутации спонтанно происходят снова и снова в больших культурах; их местоположение картировали на хромосоме и дали им специальные названия. Более того, были обнаружены «множественные аллели», то есть две и более различных «версий» и «прочтений» – помимо нормальной, немутантной – одного участка хромосомного кода. Это означает существование не двух, но трех и более вариантов данного конкретного «локуса», любые два из которых относятся друг к другу как «доминантные/рецессивные», когда одновременно встречаются в соответствующих локусах двух гомологичных хромосом.

Эксперименты с мутациями, индуцированными рентгеновским излучением, создают впечатление, что каждый «переход», скажем, от нормальной особи к некому мутанту или наоборот, обладает своим «рентгеновским коэффициентом», выражающим процент потомков, которые мутировали данным образом при воздействии на родителей стандартной дозы рентгеновского излучения до зачатия.

Первый закон. Мутация – единичное событие

Более того, законы, управляющие частотой индуцированных мутаций, просты и наглядны. Здесь я буду придерживаться сообщения Н.В Тимофеева-Ресовского^[21], опубликованного в «Биологических обзорах», т. IX за 1934 год. В значительной степени оно касается блистательной работы самого автора. Первый закон таков:

(1) Рост частоты мутаций точно пропорционален дозе облучения, поэтому можно говорить [как это сделал я] о коэффициенте роста.

Мы настолько привыкли к простой пропорциональности, что можем недооценить далеко идущие следствия этого нехитрого закона. Чтобы их понять, давайте вспомним, что, например, цена товара отнюдь не всегда пропорциональна его количеству. При обычных обстоятельствах продавец настолько удивится, если вы купите у него шесть апельсинов, что, когда вы решите взять целую дюжину, может отдать ее дешевле двойной цены за шесть штук. Во времена дефицита происходит обратное. В настоящем случае мы делаем вывод, что первая половинная доза радиации, которая, скажем, вызывает мутации у одного из тысячи потомков, не затрагивает всех остальных – не делает их более склонными или устойчивыми к мутации. Иначе повторная половинная доза не вызвала бы снова лишь одну мутацию на тысячу. Таким образом, мутация не является кумулятивным эффектом, к которому приводят последовательные небольшие дозы радиации, усиливающие друг друга. Она должна представлять собой единичное событие, происходящее в одной хромосоме во время облучения. Что это за событие?

Второй закон. Локализация события

На данный вопрос отвечает второй закон, а именно:

(2) Если варьировать характеристики (длину волны) излучения в широких пределах, от мягких рентгеновских лучей до весьма жестких гамма-лучей, коэффициент останется неизменным, при условии, что вы будете использовать одну и ту же дозу в так называемых рентгенах. То есть если определите дозу, измерив общее количество ионов, производимых на единицу объема в соответствующем стандартном веществе в том же месте и в то же время, когда подвергнутся облучению родители.

В качестве стандартного вещества используют воздух – не только ради удобства, но и потому, что органические ткани построены из элементов с таким же атомным весом. Нижний^[22] порог величины ионизации или сопряженных процессов (возбуждений) в тканях получают, умножив уровень ионизации воздуха на отношение плотностей. Таким образом, очевидно – и более серьезное исследование подтверждает это, – что единичное событие, вызывающее мутацию, представляет собой ионизацию (или сходный процесс), происходящую в некоем «критическом» объеме половой клетки. Каков этот критический объем? Его можно оценить на основании частоты мутаций посредством следующего рассуждения: если доза в 50 000 ионов на 1 см³ приводит к вероятности возникновения мутации 1:1000 в любой конкретной гамете (что оказалась в области облучения), «цель», в которую следует «попасть» ионизации для появления этой мутации, занимает лишь одну пятидесятимиллионную долю сантиметра кубического. Эти числа не соответствуют действительности и приведены исключительно ради примера. Реальную оценку дает М. Дельбрюк^[23] в статье Дельбрюка, Н. В. Тимофеева-Ресовского и К. Г. Циммера^[24], которая также является основным источником теории, изложенной в следующих двух главах. Он приводит значение десять средних атомных расстояний в кубе, где содержится всего лишь около 10³ – тысяча – атомов. Простейшая интерпретация данного результата заключается в том, что существует высокая вероятность вызвать мутацию, если ионизация (или возбуждение) имеет место «не далее чем в десяти атомах» от данного конкретного места хромосомы. Обсудим это подробнее.

В отчете Тимофеева-Ресовского есть практический намек, который я обязан упомянуть, пусть он и не имеет отношения к нашему текущему исследованию. В реальной жизни человек часто подвергается рентгеновскому излучению. Сопряженные с этим прямые опасности – такие как ожоги, лучевой рак, бесплодие – хорошо известны, для защиты от них используют свинцовые экраны, фартуки и т. п., особенно медсестры и врачи, вынужденные регулярно иметь дело с излучением. Суть в том, что, несмотря на успешную защиту от непосредственных угроз, также существует непрямая опасность возникновения вредоносных мутаций в половых клетках – подобных тем, что мы обсуждали, рассматривая неблагоприятный исход близкородственного скрещивания. Выражусь резко, пусть и немного наивно: опасность брака между двоюродными братьями и сестрами может возрасти в том случае, если их бабушка долгое время работала медсестрой и занималась рентгеном. Не следует принимать это близко к сердцу. Однако обществу нужно тревожиться о любой возможности постепенно поразить человеческую расу нежелательными латентными мутациями.