МЫ ПЛАНИРУЕМ ЖИВОЕ

Если, жизнь однажды сама себя создала, то не должно оказаться че­ресчур трудным создать ее снова

ДЖОН ВЕР НАЛ

Можно совершить своего рода кинопутешествие, кото­рое познакомит нас с новой и перспективной областью ра­диобиологии — с радиоселекцией.

Представим себе среднюю полосу России Широкое яч­менное поле. И над ним захлебывающегося от счастливой, бесконечной песни жаворонка Нитку телеграфных стол­бов, убегающих за горизонт Колышущиеся на ветру пря­ди берез.

Объектив приблизился к тучному ячменному колосу. Оп занял весь экран Вероятно, июльский ветер гнал упругие волны по хлебному полю. Тяжелый колос покачи­вался плавно и гордо. С высоты птичьего полета было вид­но, что поле разбито на аккуратные квадраты По углам каждого участка виднеются вбитые деревянные колья К ним приколочены фанерные небольшие щиты На каж­дом карандашом проставлены номера и шифры № 1 — норма, № 2 — гамма.. Все шестнадцать квадратов имеют такие обозначения.

Горизонт затягивают зловещие фиолетово-черпые гро­зовые тучи Жаворонок сложил крылья и камушком у пат на землю Ячменное поле замерло Тяжелая, как свинцо­вая пуля, дождевая капля ударила в обочину дороги и под­няла крохотное облачко пыли Июльская гроза начачась Ливень бешено молотит по колосьям растений Ураганный ветер остервенело носится по полю, швыряет пригоршни града

Когда гроза кончилась и выглянуло солнце, снова за­лился песней жаворонок.

А ячменное поле изменилось Теперь оно напоминало мирный город после вражеской злобной и бессмысленной бомбардировки Колосья лежали прибитые к земле, сло­манные и обреченные Но пострадали только определенные участки поля Опустошенный ливнем квадрат чередовался с пеповременным, па нем колосья были будто умыты ласковым дождем На неповрежденном квадрате стояла по­метка «гамма»

В чем же дело? Ураганный ветер и дождь безумствовал.

Оказывается, на экране было показано опытное поле, па котором испытывали новый сорт ячменя, полученный по­сле гамма-облучения,— новый радиационный мутант Этот сорт имеет более толстую и прочную солому, не по­легающую от ливня и сильного ветра Делянки с таким ячменем имели шифр «гамма» Они не пострадали от гро­зы Радиационный мутант обладал и рядом других полез­ных свойств более устойчив к различным заболеваниям, дает повышенные урожаи зерна Как будто бы и немно­го — па пять-шесть процентов выше нормы Но па огром­ных посевных площадях собирают дополнительно тысячи пудов зерна!

Это пример «высокой практики» радиоселекции. Но «высокая практика» должна иметь и «высокую теорию» Чтобы познакомиться с одним из выдающихся откры­тий нашего времени в области молекулярной радиобиоло­гии, продолжим наше кинопутешествие, совершим поездку в старейший английский университет.

На экране возникла карта острова. Показалось старо­модное здание Кембриджского университета. В тесноватой лаборатории, заставленной шкафами, забитой книгами и похожими на детские игрушки моделями гигантских моле­кул, были двое молодых ученых — Франсис Крик и Джеймс Уотсон. Джеймсу Уотсону на вид было не больше двадцати пяти лет.

Казалось, что они с увлечением играют в какую-то иг­ру, напоминающую сооружение фантастических машин из пластинок детского конструктора. Исследователи задали себе нелегкую задачу. Каково строение загадочной моле­кулы дезоксирибонуклеиновой кислоты, или просто ДНК, ответственной за передачу наследственных признаков? Молекула ДНК состоит из более просто построенных со­ставных частей — азотистых оснований. Эти основания носят названия аденина, тимина, гуанина и цитозина. В лю­бом живом организме количество адениновых оснований всегда равняется числу тиминовых, а число гуаниновых — числу цитозиновых. Как устроена молекула, можно было понять, просвечивая ее лучами Рентгена. Рентгенострук- турный анализ молекул ДНК, выделенных из тканей жи­вотных, отражал картину расположения оснований в хи­троумной молекуле Темные пятна и полосы на фотоплен­ках рентгенограмм доказывали это со всей очевидностью. Но пленка однобоко отражает реальную картину. Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон вырезали металлические пластин­ки разной формы для всех составных частей нуклеиновой кислоты Каждое из четырех азотистых оснований имело свою неповторимую форму пластинки. В составе ДНК на­ходится фосфатная группа и сравнительно небольшая мо­лекула сахара, который называют дезоксирибозой. Для них ученые тоже вырезали пластинки особой формы. Те­перь надо было взять соединяющие трубки и вращающие­ся сочленения. Строительный материал был под рукой. Можно было конструировать модели живых молекул. Оставалось «немногое» — нужно было так расположить шаткую конструкцию всех шести составных частей ДНК, чтобы теоретически рассчитанная модель молекулы.

Молекула ДНК напоминает веревочную скрученную лестницу полностью соответствовала рентгеновским снимкам ДНК живой клетки.

Это была задача чрезвычайной сложности. Следовало обладать большими знаниями ученого, по­множенными на воображение и вдохновение художника и возведенными в квадрат работоспособности.

Зимой 1953 года Фрэпсис Крик и Джеймс Уотсоп со­здали модель молекулы ДНК Она представляла двойную спираль и очень напоминала скрученную винтом веревоч­ную лестницу Продольными питями зтой «веревочной ле­стницы» были длинные цепи правильно чередующихся мо­лекул дезоксирибозы и фосфата Поперечными служипи четыре азотистых основания гуанин, цитозин, адепин и тимин Как оказалось в дальнейшем, в чередовании азоти­стых оснований и были записаны наследственные призна­ки живого организма Каждая «ступенька» лестницы — это пара оснований. И эти пары оснований были всегда только двух типов: аденин — тимин, гуанин — цитозип.

Сколькими же разными способами можно расположить эти пары оснований' Простая школьная задача Если в мо­лекуле ДНК сто оснований, то их можно расположить 4 степени Если это число написать, то в нем будет 61 цифра Ну, а если в молекуле ДНК 1000 пар оснований' Теперь посмотрим, что происходит при делении клет­ки Заглянем только в ядро.

Перед нами двуспиральпая лестница ДНК. К молекуле быстро приблизился фермент, который взаимодействует с гигантской молекулой Как по мановению волшебной па­лочки, молекула ДНК стала преображаться. Двуспираль­пая лестница постепенно стала раскручиваться Ее сту­пеньки — связи между парами основании — стали рваться. Прошло несколько секунд, и от «лестницы» остались две «гребенки», стоящие своими «зубьями» одна напротив дру­гой. Затем к каждому «зубу гребенки» стали подходить азотистые основания, соединенные с дезоксирибозой и фос­фатом.

В зарождении новой молекулы существовал строгий порядок Действовало правило «образования пар». К аденину подходил только тимин, к тимину только аденин. К цитозину — гуанин, к гуанину — цитозин.

Казалось, азотистые основания брались за руки и ста­новились парами, как в танцевальном ансамбле

Но вот появились новые ферменты. Они приблизились к рождающейся молекуле и «замкнули» связи между мо­лекулами дезоксирибозы и фосфата Произошел процесс так называемого «самокопирования» ДНК.

Прошло еще немного времени, и в ядре клетки возник­ли две новорожденные молекулы ДНК.

Они раздвинулись, и ядро стало делиться Прошло еще несколько мгновений, и два новых ядра начали медленно расходиться в разные стороны Клетки разделились на две дочерние.

Открытие Крика и Уотсона оказало исключительно большое влияние па развитие молекулярной -биологии и радиобиологии Их исследования были частью «высокой теории», на которую могли опираться радиоселекционеры Прошло несколько лет И новые открытия биохимиков помогли еще ближе приблизиться к пониманию молекуляр­ных механизмов наследственности

В 1956 году американский биохимик А Корнберг осу­ществил удвоение молекулы ДНК в пробирке Были взя­ты все необходимые составные части для биосинтеза, фермент — полимераза ДНК и «затравочная» ДНК Потрясающим было следующее.

Если «затравочная» молекула ДНК принадлежала ви­русу, то и синтезировалась вирусная ДНК, если «затравка» была крысиной, то и образовывалась крысиная ДНК.

Изменения наследственных признаков и появление му­тации в значительной степени связаны с изменением син­теза белка.

Обозначим адеппн буквой А, тимип — Т, гуанин — Г и цитозин — Ц Тогда можно сказать, что четырехбуквенный алфавит азотистых оснований ДНК определяет последова­тельность всех аминокислот во всех белках.

Если с помощью ионизирующей радиации вносят из­менения в четырехбуквенный алфавит, то, естественно, наблюдают изменения и в тех «словах», которые пишутся этими буквами.

Радиационная селекция опирается на этот теоретиче­ский фундамент.

Большинство радиомутантов — это уроды И только единицы из них несут полезные свойства Парадоксально, но факт. Чем больше уродливых форм, тем больше шансов найти талантливых уродцев. Селекционеры их ищут и от­бирают Селекция — самый старый метод улучшения рас­тений и животных.

В течение многих веков основой для селекционной ра­боты служили те признаки и особенности организмов, ко­торые уже существовали. А каким путем можно увеличить, резко ускорить изменчивость организмов?

Оказалось, таким «ускорителем» могут быть проникаю­щие лучи.

Ионизирующая радиация в определенных дозах вызы­вает молекулярные изменения в ДНК. А это приводит к появлению самых разнообразных наследственных отклоне­ний — мутаций.

Видный ученый в области генетики — академик II, П Дубинин как-то заметил, что важно получить непо­легающие формы хлебных злаков, создать сорта, устойчи­вые к болезням, добиться, чтобы па полях Сибири могла расти озимая пшеница, урожайность которой намного вы­ше, чем яровой Нужно получить сорта хлопчатника с компактным кустом, пригодные для машинной уборки, вывести сорта картофеля, не поражающиеся фитофторой Важно добиться резкого повышения выхода сахара из свеклы И совершенно новое задание — создать такие фор­мы растений, которые будут сопровождать космонавтов, давая им кислород и пищу при их полетах к далеким пла­нетам Солнечной системы.

Что и говорить, работа радиоселекционерам предстоит большая Ученые в разных странах получили тысячи и ты­сячи новых радиомутаптов Только некоторые из них ока­зались перспективными. Но эти счастливые единицы за­служивают того, чтобы о них поговорить более подробно

Некоторые из сельскохозяйственных растений такие же древние, как человеческая цивилизация. Например, хло­пок, который и в наши дни не может вытеснить вездесу­щая синтетика Задолго до начала нашей эры хлопок был известен в Индии, Иране, Китае, Перу, Мексике Археоло­гами доказано, что по крайней мере 2,5 тысячи лет назад его культивировали в Средней Азии в долинах Мургаба, Амударьи, Сырдарьи, Зеравшапа. Уже полторы тысячи лет назад на знаменитых восточных базарах Бухары, Самар­канда, Хорезма продавались ткапи из хлопка. Специали­стам хорошо известна болезнь, которая называется вилт. Вызывается она бактериями и грибками Поражает куку­рузу, картофель, фасоль, табак, капусту и хлопок. Харак­теризуется эта болезнь увяданием наземных органов и по­ражением системы проводящих сосудов растений Полуди­кая форма хлопчатника слабо поражается вилтом, дикая к этому заболеванию очень устойчива. И вот оказалось, что под влиянием радиоактивного фосфора можно получать радиомутапты, пригодные для селекции хлопчатника.

В Узбекской Академии паук был получен радиомутант от известного сорта 108-ф, который в фазе бутонизации об­лучили гамма-лучами Радиомутант обладал многими по­лезными признаками Его кусты были компактны и устой­чивы к полеганию. Коробочки у мутанта выглядели зна­чительно крупнее обычных; выход и длина волокна были значительно больше.

У исходного стандарта в среднем было 7 коробочек на куст, а у радиомутанта — 10. Сейчас этот радиомутант размножают.

На лекции но радиоселекции нередко показывают эф­фектный снимок: на полированной черной доске лежат девятнадцать колосков. Все они члены одной семьи и свя­заны тесными родственными связями.

Два крайних слева колоса — это исходные сорта ози­мой пшеницы, а точнее, пшенично-пырейный гибрид 186. А справа от них — колосья различных радиомутантов, по­лученных после облучения нейтронами исходных форм. Компания получилась весьма пестрая: колоски длинные и короткие, плотные и рыхлые, и так далее. В результате нейтронного облучения возникло большое разнообразие растений, отличающихся друг от друга строением колоса, биохимическим составом зерна, прямостоящим и неполе­гающим стеблем, большим или меньшим количеством бел­ка в зерне, разными хлебопекарными качествами Неко­торые радиомутанты значительно превосходили исходную форму урожаем и устойчивостью к заболеваниям Напри­мер, мутант «Эректоид-72» обладал короткой и прочной соломиной, был устойчив к полеганию, к поражению муч­нистой росой и ржавчиной. Этот «полезный уродец» ис­пользовали в качестве исходного материала для создания нового сорта.

А радиомутант картофеля? После облучения сортов «Ранняя роза», «Энроп», «Седов» были получены и ото­браны «талантливые уродцы» — радиомутанты, рано со­зревающие, с повышенным содержанием крахмала, более урожайные У кукурузы были найдены быстро созреваю­щие радиомутапты. Нашли перспективные радиомутанты кукурузы для кормовых целей — с большим числом широ­ких листьев и развитыми початками.

К 1965 году только за рубежом появилось шестнадцать новых радиационных сортов, представляющих интерес для практики Тут и ячмень неполегающий, раннеспелый, озимый, устойчивый к мучнистой росе Овес, устойчивый к заболеванию ржавчиной Фасоль раннеспелая, высоко­урожайная, устойчивая к грибковым заболеваниям.

Первые радиационные сорта фасоли и сои в Советском Союзе были получены на селекционной станции в Натахта- рп около города Тбилиси селекционером С Г Теодорадзе Сначала семена фасоли и сои были облучены гамма-лучами радиоактивпого кобальта Эту работу произвели в Инсти­туте биофизики Академии наук СССР Два года спустя быта отобраны лучшие радиомутанты и среди них проведе­на гибридизация. Еще два года спустя — в 1962—1964 го­дах — состоялись конкурсные сортоиспытания И, нако­нец, два радиомутанта фасоли зарегистрировали как сорта.

Рождение нового сорта процесс длительный и трудный Может быть, поэтому селекционеры новым сортам при­сваивают имена.

Новые сорта фасоли «Радиола-1174» и «Радиола-1177» превосходят по урожайности исходный стандарт на 60— 90 процентов

А соя один из радиомутантов — сорт «Универсал» дат урожай на 8,5 центнера с гектара больше исходного стан­дарта, другой — «Чудо Грузии» — па 11,6 центнера.

Многие городские жители никогда не видели сои Это очень древняя культура Вся история сои связана с Кита­ем Достоверно известно, что ее возделывай за 4—5 тысяч лет до пашей эры Почти семь тысяч лот назад древний че­ловек собирал и ел семена и бобы сои Скромное растеньице из семейства бобовых В учебнике сказано бобы линейные ичи серповидные изогнутые Семена разной формы и цве­та желтые, .зеленые, коричпевые и черные До 45 процен­тов белка, до 25 — жира Но это растение-труженик с огромным трудовым стажем Зелепая масса и сено сои — богатейший корм для крупного рогатого скота, лошадей, свиней Соевое масло — первоклассное сырье для маргари­на, мыла, лаков, олифы, глицерина, красок

 

Задумайтесь Получен новый радиомутант сои, а по­том новый сорт. Он дает 800—900—1000 дополнительных килограммов сои с гектара. Несколько лет кропотливого труда ученых и селекционеров А потом новорожденный сорт становится постоянным жителем на десятках тысяч гектаров.

В Америке, во Флориде, посевы овса сильно страдали от заболевания ржавчиной И не было сортов, устойчивых к этой болезни Тогда ученые и селекционеры взяли сорт овса «Флорилена» Семена были облучены на реакторе нейтронами в разных дозах, а потом высеяны на опытном поле Семена проросли и превратились в растения За ни­ми велись самые тщательные наблюдения.

Среди подопытных растепий оказались и такие, кото­рые показывали удивительную устойчивость к заболева­нию ржавчиной Появились, «полезные уроды» Эти «уроды» были отобраны, а затем размножены. Малепькое чудо произошло.

В 1960 году был создан новый сорт овса, который не болел ржавчиной В память о его родителях вповь сотво­ренному сорту дали ласковое имя «Флорад».

Нельзя не рассказать о радиомутантах среди самых ма­леньких организмов — различных плесенях, бактериях и грибках

Маленькие «талантливые уродцы» подчас паши незаме­нимые помощники.

Что необходимо сделать, чтобы быстрее рос молодняк в животноводстве? Вот один из методов достигнуть этого Существуют микроорганизмы, растущие па отходах спир­товых заводов При этом они синтезируют значительные количества витамина Ви. Затем из этих организмов хими­ческим путем выделяют витамин Добавление ничтожных количеств этого витамина в корм резко усиливает усвоение пищи и ускоряет рост животных Подсчитано, что выход мяса на килограмм затраченного корма у витаминизиро­ванных животных увеличивается почти в два раза Ученые получили радиомутанты этих микроорганизмов Опи про­дуцируют витамин Ви значительно больше, чем исходные родительские формы.

Сейчас не найдешь человека, который не слышал бы об антибиотиках. А вот о том, что наша промышленность, вы­пускающая биомицин, пенициллин, стрептомицин и другие антибиотики, использует радиомутанты, знают немногие Антибиотиками лечат и сельскохозяйственных живот­ных. С их помощью предупреждают или резко сокращают падеж молодняка — свинен, телят, ягнят. Добавка анти­биотиков в корм повышает вес и увеличивает рост птиц.

В питомниках ценных пушных зверей с помощью ан­тибиотиков улучшают и ускоряют развитие молодых зверь­ков.

Радиационные мутанты черной плесени синтезируют в четыре раза больше лимонной кислоты, чем исходные штаммы Черпая плесень используется в промышленности для получения ценной органической кислоты.

Чтобы увеличить число мутантов микроорганизмов, ис­пользуют различные источники ионизирующей радиации: рентгеновские установки и гамма-лучи, быстрые нейтро­ны, ультрафиолетовые лучи.

Так радиационная селекция еще раз доказала свою жизненную силу.

Евгений Романцев. "Рожденная атомом"

__________________________