Страница:
С. С. Четвериков применил метод родственного размножения, который состоял в том, что в ряде поколений скрещивались между собой братья и сестры дрозофил. В результате среди потомства в таких родственно размножаемых линиях во втором, третьем и последующих поколениях были найдены разнообразные мутации, которые оказались у этих потомков в гомозиготном состоянии. Начиная свои работы на Смоленском бульваре, я решил на других методических основах провести эксперименты по выяснению генетического состава популяций дрозофилы.
Наш метод состоял в использовании особых линий дрозофилы. Их преимущество состояло в том, что при соответствующей постановке скрещиваний между дикими и лабораторными дрозофилами можно было хромосому из дикой мухи со всем ее генетическим содержанием переводить в гомозиготное состояние.
При такой методике мы должны были получить сведения не об отдельных жизнеспособных мутантных генах, что удается, когда применяют метод родственного размножения, а выяснить мутационное содержание целой хромосомы. Поэтому наша методика была более рациональной, нежели методика С. С. Четверикова. При родственном размножении можно было выделить из диких особей лишь некоторое количество жизнеспособных мутаций. В наших опытах мы надеялись открыть все основные категории мутаций, многие из которых ускользнули от С. С. Четверикова. Эта надежда оправдалась, и предложение использовать в опытах по генетике популяций балансированные запертые хромосомы стала на долгие годы и остается до сих пор основным орудием экспериментов по генетике популяций дрозофил во всех соответствующих лабораториях мира.
В 1931 и 1932 годах я ездил в район Минеральных Вод (гора Машук, Пятигорск, Ессентуки, Кисловодск), в Орджоникидзе, Ереван, Дилижан, Батуми и Тамбов. Везде были собраны популяции диких дрозофил. Эти крохотные плодовые мушки мириадами клубились в подвалах винных заводов, на складах и прямо в садах. В каждом из пунктов были пойманы по 300-400 дрозофил и привезены в Москву на Смоленский бульвар. Мы скрещивали их с лабораторной линией балансированных запертых хромосом. На третьем поколении получили ответ. Новый мир генетических явлений открылся перед нами. Эти опыты в новом свете раскрывали генетические процессы, действующие в естественных популяциях.
Перевод не отдельных генов, а целых их блоков в составе хромосом в гомозиготное состояние, показал, что дикие популяции несут десятки процентов разнообразных мутаций. Главное же состояло в том, что в наследственности внешне совершенно здоровых, нормальных особей, были найдены не только жизнеспособные, но и многочисленные так называемые летальные и полулетальные мутации. Летальные мутации вызывают смерть гомозиготных особей. Что касается полулетальных мутаций, то они вызывают рождение наследственно отягощенных, больных, часто полуживых мух. Летальные мутации убивали, а полулетальные вызывали серьезные заболевания у гомозиготных особей. В отдельных популяциях число хромосом с различными летальными генами достигало 40-50 процентов. Это открытие показало, что мутационный процесс, то есть постоянное возникновение новых наследственно уклоненных форм, которое является столь необходимым для популяций и видов, ибо без этого не будет их эволюции, имеет, однако, и свою отрицательную сторону в виде скрытого от обычного наблюдения шлейфа летальных и других вредных мутаций. В результате в каждом поколении рождается определенное количество генетических жертв.
В последующие десятилетия тысячи исследований были выполнены с природными популяциями разнообразных животных и растений, все они показали правильность нашего открытия. Само наличие таких мутаций в популяциях получило название явления генетического груза. В связи с обнаружением того факта, что у человека широко распространены наследственные заболевания, анализ природы генетического груза в популяциях человека приобрел очень большое значение. В свете учения о генетическом грузе сейчас рассматривается важнейший вопрос о влиянии на наследственность человека возможных изменений в среде жизни на Земле, которые имеют мутагенный характер. В первую очередь это влияние радиации и химии. Эта проблема является одной из центральных для всей общей генетики человека и для медицинской генетики.
Наши первые работы по популяциям дрозофилы, проведенные на Смоленском бульваре, не ограничились открытием генетического груза. В этих опытах, кроме того, был обнаружен существенный факт наличия разнообразия по генетическому составу в изученных нами отдельных популяциях. Этими фактами был обоснован генетический подход к эколого-географическому разнообразию наследственного содержания популяций в разных районах обитания вида.
Обнаружение различного генного состава популяций, причем в это различие входило и мутационное содержание генетического груза, который в данный момент сам по себе, казалось, не может иметь никакого приспособительного значения, вновь вернуло меня к существу вопроса, поднятого в споре с С. С. Четвериковым на экзамене по биометрике, в котором мною была высказана неудовлетворенность его решением вопроса о роли изоляции для генетики популяций. Опять встал вопрос о том, могут ли эволюционировать популяции по тем признакам, которые не подвергаются действию естественного отбора. Ч. Дарвин не знал таких факторов эволюции и испытывал в этом случае большие затруднения. Вместе с тем он прекрасно понимал, что виды могут различаться друг от друга ничтожными или очевидно нейтральными признаками, для которых без пылкой фантазии нельзя было придумать положительную роль для жизни вида.
Решение этой задачи пришло в 1930 году так же просто, как когда-то Колумб решил задачу поставить яйцо на столе. Он ударил концом яйца по столу, и оно встало. Внезапно я понял, что эффект изоляции связан со случайным распространением генов, не имеющих отборного значения. Такая случайность обязательно должна иметь место в малых популяциях, а теоретически это должно быть верным для всякой популяции, если она содержит любое, но ограниченное число особей.
Эти явления происходят в таких популяциях неизбежно, в силу принципа их математической ограниченности. Здесь при передаче мутаций по поколениям по законам теории вероятности должно возникать определенное уклонение. Хотя эти уклонения и не направлены, однако, колеблясь на протяжении соответствующего числа поколений, они должны обеспечить то, что мутация, не подвергающаяся отбору, после целого цикла разнонаправленных изменений в концентрации в конце концов должна быть выброшена из популяции или, напротив, на основе случайных уклонений завоевать ее целиком. Скорости этих процессов в разных по величине популяциях должны быть различными. В математическом анализе этого вопроса нам с Д. Д. Ромашовым много подсказал Андрей Николаевич Колмогоров, уже в то время зарекомендовавший себя как выдающийся ученый, ставший в дальнейшем главой большой математической школы. А. Н. Колмогоров сказал нам, что мы правильно ухватили основной закон приложения вероятностных, то есть стохастических, процессов к судьбе нейтральных генов в популяциях.
Однако в 1930-1931 годах, обдумывая общие основы этих вопросов, еще до работы с Д. Д. Ромашовым и А. Н. Колмогоровым, я напечатал в журнале "Экспериментальная биология" статью под названием "Генетико-автоматические процессы и их значение для механизма органической эволюции". Опубликование этой работы предшествовало появлению в печати наших экспериментальных работ по генетике популяций, сам термин "генетико-автоматические" процессы с тех пор вошел в литературу.
В этой статье был поставлен и генетически решен важнейший вопрос о роли изоляции в процессах эволюции. Статья заявляла о зарождении на Смоленском бульваре нового центра исследований по эволюционной генетике. Работы этого центра не повторяли того, что было известно ранее, они шли самостоятельной дорогой. Еще до выхода в свет статьи я получил от редактора журнала Н. К. Кольцова исключительно дружеское и ободряющее письмо, в котором он поздравлял с новой постановкой проблемы, которая, по его мнению, имеет принципиально важный характер, и сообщал, что статья безотлагательно будет напечатана в одном из ближайших номеров журнала.
Сразу после появления журнала со статьей в лабораторию на Смоленский бульвар пришел Дмитрий Дмитриевич Ромашов, которого я знал уже несколько лет: встречался с ним на гидрофизиологической станции под Звенигородом, на летней практике, а также на семинарах у Н. К. Кольцова в Институте экспериментальной биологии. Он участвовал в работах С. С. Четверикова. Это был умный, творчески одаренный человек.
Мы очень сблизились с Ромашовым. На долгие годы он стал моим близким другом, дорогим человеком в борьбе и в трудах. Придя в лабораторию, Ромашов показал свою рукопись, близкую по идеям к тем мыслям, которые были высказаны в моей уже напечатанной статье. Он сказал, что вопрос этот заслуживает более глубокого анализа, и предложил работать с ним вместе. Кроме того, сказал Ромашов, у него есть школьный товарищ, очень способный математик, его зовут Андрей Николаевич Колмогоров, который, коль скоро случится нужда, никогда не откажет нам в своей помощи.
Мы ударили по рукам и решили два раза в неделю по вечерам приходить домой к Д. Д. Ромашову, чтобы там проводить нашу работу. Так я попал в его семью, на Кривоколенный переулок, у старого Арбата. Эта семья состояла из трех человек - Д. Д. Ромашова, его отца, врача Дмитрия Ивановича, и матери, Елизаветы Родионовны, являвшейся безоговорочной и полновластной владыкой семьи. Женщина умная, она смотрела на мир своими голубыми, круглыми глазами из-под выпуклого по-детски лба, и мир пасовал перед нею, явно и во всем уступая ей дорогу. Тем поразительней, что в отношении сына, хотя он постоянно чувствовал давление ее характера, Елизавета Родионовна была рабой. Мир в ее представлении существовал только для "Дмитруси". У этого большого мира, как и у нее самой, кроме как обожать и исполнять прихоти Дмитруси, других задач быть не могло. Обожать и тиранить, исполнять прихоти и прихотливо мучить, плакать от любви и метаться в ярости от неисполнения ее требований - все это было совершенно как в психологических драмах Достоевского. Ромашов имел своеобразное лицо. Его черные, маленькие, эмоциональные, напряженные глаза буравили, настораживая любопытство собеседника. Скуластый, с монгольскими усами и редкою бородкой, он был очень русский, любил чай, разговоры, любил бередить душу и был очень откровенным.
Елизавета Родионовна готовила нам великолепный, горячий, густой, ароматный чай, мы его пили и, смеясь и споря, разрабатывали стохастические основы теории генетико-автоматических процессов. Посоветовавшись с А. Н. Колмогоровым, мы решили моделировать генетические процессы в микропопуляциях. Это было задолго до современных принятых кибернетических подходов с их моделированием биологических явлений. Наша модель нам явно удалась.
Задача состояла в том, чтобы проследить судьбу единично возникающей мутации внутри популяции, которая в течение многих поколений размножается изолированно, внутри себя, и сохраняет одну и ту же численность. Роль мутации играл красный шарик, который мы помещали среди 49 белых, выполняющих роль немутантных, нормальных аллелей. Поскольку каждый организм имеет один данный аллель от отца и другой от матери, то условное рождение одной особи изображалось путем вытаскивания двух шаров. Проделывая эту операцию 50 раз, мы каждый раз получали популяцию в виде 50 особей.
Условием этой модели было признание, что исследуемые нами мутации нейтральны, то есть не подвергаются отбору. Их судьба в этом опыте определялась чистым случаем, попадет ли случайно красный шар (мутация) в потомство или случайно он не войдет в состав генов следующего поколения.
Вслепую вытаскивали мы с Ромашовым из урны, роль которой играла суповая чашка из сервиза Елизаветы Родионовны, 50 раз по паре шаров, имитируя рождение поколения, и так раз за разом. В большинстве случаев мы вытаскивали 50 пар белых шаров, что означало гибель возникшей мутации, ибо красный шар не входил в состав генов новой популяции. Однако в отдельных случаях этого не было, и красные шары начинали "размножаться", заставляя нас продолжать этот стохастический опыт, подчас на протяжении сотен поколений. В этих случаях такие исходно одиночные мутанты чисто случайно увеличивались в числе, долго колебались в частоте и иногда даже захватывали всю популяцию. Моделирование генетико-автоматических процессов во многом раскрыло нам понимание характера и законов их протекания.
Ромашов был человек пылкий, непосредственный и очень эмоциональный. Мы жадно следили за нашими моделями, когда в них шел процесс то "размножения", то "гибели" нейтральных мутаций. С ребяческим увлечением, со взрывами радости, удивления, с чувством полной победы над такой сложной проблемой, как роль изоляции для судьбы генетического материала в популяциях, мы переживали весь этот опыт первого нашего моделирования эволюционных процессов.
Написать статью с Ромашовым оказалось не так-то легко. Он был необычайно придирчив и пунктуален, требовал художественной формы. Свое огорчение он выражал восклицанием: "Нет, это не пролепилось!" Вновь и вновь перечитывали и передумывали мы целые страницы текста. Наконец, перечитанная множество раз, пролепленная во всех деталях, статья наша была закончена. Мы напечатали ее в нашем биологическом журнале в 1932 году под названием "Генетическое строение вида и его эволюция".
Редактор журнала Н. К. Кольцов в специальном письме поздравил меня и Д. Д. Ромашова с появлением этой статьи.
До открытия генетико-автоматических процессов дарвинизм опирался только на приспособительные явления. Теперь стало ясно, что кроме отбора, мутаций, скрещивания есть еще один, ранее неизвестный, основной фактор эволюции, который обеспечивает преобразование популяций по нейтральным особенностям. С. Райт в 1931 году назвал это явление дрейфом генов. Генетическая теория отбора была разработана Р. Фишером и Дж. Холдейном.
В мировой науке совершился решительный поворот в сторону дарвинизма, создавалась новая область науки, которая посвящала себя изучению эволюционного процесса в свете генетики.
Время работы с Д. Д. Ромашовым над математическими основами теории генетико-автоматических процессов освящено для меня светлыми стремлениями, единением творческого порыва в науке и чувства прочной мужской дружбы. Мы пили чай, шаг за шагом развертывали свиток задач и их решений в теории генетико-автоматических процессов, смеялись и болтали обо всем, что в то время входило в нашу жизнь. Чудные вечера молодости, овеянные пламенем творчества!
Тогда же я полюбил Александра Ивановича Панина. Его жена стала работать лаборанткой на Смоленском бульваре и очень понравилась мне разумностью, спокойствием и дружелюбием к людям. Однажды она пригласила меня поехать с ними летом 1931 года на Тамбовщину, в деревню с наивным, детским, но поэтическим и нежным названием Сява, которая стоит на реке Сявке. В этой деревне жили родители ее мужа. Она рассказывала, что А. И. Панин - страстный рыболов и собирается в этом году на знаменитой реке Цне, которая течет также неподалеку от их деревни, ловить на удочку не менее чем пудовых лещей. Это было так заманчиво, что я согласился и приехал к ним, в их "родовую" деревню Сяву, когда там уже собрались все Панины. Здесь я увидел очаровательного отца А. И. Панина, Ивана Васильевича, и мать, милую, хлопотливую Анну Николаевну. Они были исконные тамбовские крестьяне. Компания гостей состояла из трех братьев Паниных, их двух жен, сестры - Татьяны Ивановны, и Софьи Владимировны Сапрыкиной.
Меня сразу накормили такой желтой ряженкой с пенкой в палец толщиной из густого топленого молока, что я позабыл в тот момент все на свете, даже лещей. Однако где же главный, знаменитый рыбак, где лещевик - Панин, что же он, наконец, собою представляет и где его лещи?
Ксения Александровна и я пошли искать Панина, и вот, пробираясь сквозь лес, на берегу Цны мы встретили его. На плече он нес целую связку длиннющих удилищ, а в руках пустое ведро. Высокий, с хорошим большим носом. Его лицо сразу бросалось в глаза, оно источало свет синих, нежных и умных глаз, то скрывающихся в густых, нависающих опахалах - ресницах, то блистающих ясною, русскою синью. Лещей у него не было. За все три недели нашей жизни в Сяве лещи ни разу не клюнули. Я быстро бросил Цну, таскал из сявских котлубаней щук и окуней. А. И. Панин упорно, ежедневно ходил на Цну и возвращался с пустыми руками. Хорошо на сявкинских желтых, промытых, ярких песках в синих струях воды клевали пескари, и частенько всей компанией мы отправлялись на эти райские крохотные плесы. Сдружился я с А. И. Паниным необыкновенно, сразу всем сердцем почувствовал, как добр этот русский человек. Его милые отец и мать были счастливы видеть у себя в деревне всех своих сыновей, их жен и друзей.
По приезде в Москву мы очень коротко сошлись все трое - А. И. Панин, Д. Д. Ромашов и я. Елизавета Родионовна снимала деревенский дом в селе Веледниково, под Москвой, Мы с А. И. Паниным частенько являлись к ним и проводили чудесные зимние и летние дни в лесу, в сугробах и на зеленых полях, и дома за ужином.
В Дагестан, где А. И. Панин после окончания Зоотехнического института работал зоотехником и где у него осталось много друзей, мы поехали втроем. Д. Д. Ромашов возвратился скоро в Москву, а мы с А. И. Паниным завернули к устью реки Сулак на фазанью охоту. Это была упоительная ружейная стрельба по сказочным птицам. Фазаны постоянно взрывались из-под наших ног и из-под стойки Абрека, лягавой собаки, которую дал нам председатель колхоза. Они взмывали вверх со страшным грохотом, сияя изумрудами спадающих синих хвостов и алым, гранатовым блеском щек и голов. Дикая природа, где целые гектары леса были в сплетении ковров ежевики, синее небо, выходы на грохочущую гальку Сулака, бешеный бег этой мощной реки, вечерняя тишина аула - все это было волшебным видением замечательной, полнозвучной и красивой жизни. Видение Кавказа в поэтической и суровой дымке, каким его видели Лермонтов и Толстой, плыло перед нами в эти пленительные дни.
Это были золотые годы моей жизни, они стали еще ярче и еще счастливей, когда в 1932 году я стал работать в Институте экспериментальной биологии.
Глава 7
В ИНСТИТУТЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ
Предложение Н. К. Кольцова.- Ставка на молодых ученых.- Конференция в Одессе.- Из отчета о работе отдела за первый год.- Признание.- Серьезные упущения наших генетиков.- На приеме у М. И. Калинина.- Моя любовь к А. С. Пушкину.
Ранней весной 1932 года неожиданно я получил письмо от Н. К. Кольцова, в котором он просил зайти к нему в институт. Он принял меня в своем громадном кабинете и без особых подходов предложил перейти в его институт на должность заведующего отделом генетики. Для меня это было почетное предложение. Мне поручали дело, которым до меня руководил С. С. Четвериков.
В то время Н. К. Кольцов испытывал большие затруднения. С. С, Четвериков покинул Москву. Н. В. Тимофеев-Ресовский уехал на стажировку в Германию. Из-за разногласий с Н. К. Кольцовым, сущность которых нам была не ясна, из института ушли крупные ученые, заведующие отделами А. С. Серебровский, С. Н. Скадовский, Г. И. Роскин и А. В. Румянцев.
Хорошо понимая, что в старые мехи надо влить новое вино, что "в карете прошлого никуда не уедешь", как говорил Сатин у Горького "На дне", Кольцов решил заново создать отдел генетики и сделать его ведущим в институте. Заведующим этим отделом он выбрал меня, надеясь, что я смогу решать трудные задачи. Меня поразило, с какой смелостью Н. К. Кольцов отдал судьбу института в руки молодежи. В то время мне было 25 лет и всем моим будущим сотрудникам, вместе с которыми мы создавали отдел генетики, было примерно по стольку же. Но через год - два именно благодаря работам группы молодежи отдел генетики Института экспериментальной биологии пережил второй взлет в своей деятельности и занял центральное место в развитии теоретической генетики в 30-40-х годах в нашей стране.
Теперь, вспоминая и обдумывая все эти события, можно понять, что Кольцовым руководила не только прозорливая научная смелость, он имел в своем распоряжении и некоторые факты. Он знал всех студентов большого практикума и в течение пяти лет наблюдал за их деятельностью. Кольцов понимал причины увольнения меня из лаборатории А. С. Серебровского и знал, как создавалась, росла и работала лаборатория по эволюционной генетике на Смоленском бульваре.
К 1932 году мною были напечатаны 34 экспериментальные работы. Вышла в свет книга по генетике и селекции кролика, две обзорные статьи и три большие статьи по методологическим проблемам генетики.
А. Н. Промптов, В. В. Сахаров были старше меня по возрасту и уже несколько лет работали здесь старшими научными сотрудниками отдела под руководством С. С. Четверикова. А. Н. Промптов скоро покинул отдел генетики и уехал в Павловский институт в Ленинград.
Постепенно складывалась работа нового отдела. Все строилось на принципах дружелюбия и равенства. Создавался коллектив, в котором рождалось много идей, сотрудники входили в гущу работы незаметно, поскольку в этой творческой обстановке любой из них становился в какой-то части к автором этих идей. А затем проявились наиболее талантливые ученые и исследователи: Иосиф Абрамович Рапопорт, открывший явление химического мутагенеза; Дмитрий Дмитриевич Ромашов, исследователь эволюции; Генрих Генрихович Фризен, проводивший первые опыты со стратосферными шарами; Борис Николаевич Сидоров, занимавшийся опытами по теории гена и по сравнительной мутабильности разных генов дрозофилы при воздействии радиации; Николай Николаевич Соколов, изучавший вопросы структурных мутаций хромосом и проблемы взаимодействия ядра и цитоплазмы при отдаленной гибридизации у дрозофил. В отделе работали такие превосходные исследователи, как Г. Г. Тиняков, В. В. Сахаров, Л. В. Ферри, В. В. Хвостова, И. Е. Трофимов, Е. Н. Болотов, Б. Ф. Кожевников, Б. А. Кирсанов, А. А. Малиновский, В. С. Кирпичников, С. Ю. Гольдат и другие.
Отдел генетики занял верхний, третий этаж на Воронцовом поле, 6. Окно моей комнаты выходило на спуск горы к малому Садовому кольцу. Здесь мы и начали весело, смело и без оглядок то дело, которое скоро вписало целые страницы в развитие советской теоретической генетики. Это были годы упоительного труда при любящем к нам отношении со стороны Николая Константиновича Кольцова, который видел наш труд, чувствовал и понимал, что на верхнем этаже его института пробился и бурлит родник мысли, гордился нами, открывал дорогу во всем, вместе с нами переживал каждую свежую мысль, любовался каждым шагом на пути движения науки.
Став во главе отдела генетики Института экспериментальной биологии, я продолжал также педагогическую работу. Правда, пришлось сменить кафедру Института свиноводства, который переехал со Смоленского бульвара на кафедру генетики Института пушного звероводства в Балашихе, недалеко от Москвы. Там работала М. А. Гептнер, она и сманила меня в Балашиху. Вскоре туда пришел Я. Л. Глембоцкий, и мы втроем работали на этой кафедре в течение шести лет. Я. Л. Глембоцкий, превосходный генетик-животновод, для расширения своего исследовательского кругозора провел на кафедре ряд прекрасных исследований с дрозофилой. Моим аспирантом по кафедре была Евгения Дмитриевна Постникова.
Зимой 1932 года вместе с Д. Д. Ромашовым мы ездили в Ленинград и пробыли несколько дней во Всесоюзном институте растениеводства. В то время Н. И. Вавилов прослушивал на заседаниях содержание статей готовящегося под его редакцией знаменитого издания "Теоретические основы селекции". Эта книга вышла в 1935 году. А тогда, в 1932 году, Н. И. Вавилов придирчиво, внимательно слушал доклады о содержании всех этих статей и тут же составлял план доработок и переделок каждой из них. Хорошо помню доклад Михаила Ивановича Хаджинова по принципам генетики и селекции кукурузы. Маленький, чернявый, необыкновенно милый, М. И. Хаджинов в те годы открыл явление мужской цитоплазматической стерильности, которое в 50 - 60-х годах в корне изменило принципы селекции кукурузы, овощных и других культур. Теперь М. И. Хаджинов - академик ВАСХНИЛ, Герой Социалистического Труда, прославленный селекционер.
Уезжая в Ленинград, мы захватили с собой рукопись о принципах генетического строения вида, которую я написал вместе с Д. Д. Ромашовым, и решили показать ее Н. И. Вавилову. Он охотно принял нас и слушал не менее часа. Прошло всего три года, и сам Н. И. Вавилов напечатал замечательное исследование под названием "Линнеевский вид как система". Он признал значение принципа генетико-автоматических процессов и объяснил ненаправленную изменчивость в изученных им отдельных популяциях растений.
Большим событием для меня в 1932 году было приглашение А. А. Сапегиным в Одессу на Республиканскую методологическую конференцию по генетике с докладом "Об основных проблемах генетики". Этот доклад я сделал 31 мая в Одессе, а 10 июля повторил на генетическом коллоквиуме Института экспериментальной биологии в Москве. По существу своему доклады содержали методологически аргументированную программу, в которой определялись главные направления будущих работ нашего генетического отдела и идеологические основы нашей работы. Был сделан вывод, что генетика как наука в то время испытывала серьезный кризис. Задача состояла в том, чтобы преодолеть этот кризис через развитие фактического материала на основе принципов диалектического материализма. Движение по этим путям открывало гигантские перспективы ее будущих успехов.
Наш метод состоял в использовании особых линий дрозофилы. Их преимущество состояло в том, что при соответствующей постановке скрещиваний между дикими и лабораторными дрозофилами можно было хромосому из дикой мухи со всем ее генетическим содержанием переводить в гомозиготное состояние.
При такой методике мы должны были получить сведения не об отдельных жизнеспособных мутантных генах, что удается, когда применяют метод родственного размножения, а выяснить мутационное содержание целой хромосомы. Поэтому наша методика была более рациональной, нежели методика С. С. Четверикова. При родственном размножении можно было выделить из диких особей лишь некоторое количество жизнеспособных мутаций. В наших опытах мы надеялись открыть все основные категории мутаций, многие из которых ускользнули от С. С. Четверикова. Эта надежда оправдалась, и предложение использовать в опытах по генетике популяций балансированные запертые хромосомы стала на долгие годы и остается до сих пор основным орудием экспериментов по генетике популяций дрозофил во всех соответствующих лабораториях мира.
В 1931 и 1932 годах я ездил в район Минеральных Вод (гора Машук, Пятигорск, Ессентуки, Кисловодск), в Орджоникидзе, Ереван, Дилижан, Батуми и Тамбов. Везде были собраны популяции диких дрозофил. Эти крохотные плодовые мушки мириадами клубились в подвалах винных заводов, на складах и прямо в садах. В каждом из пунктов были пойманы по 300-400 дрозофил и привезены в Москву на Смоленский бульвар. Мы скрещивали их с лабораторной линией балансированных запертых хромосом. На третьем поколении получили ответ. Новый мир генетических явлений открылся перед нами. Эти опыты в новом свете раскрывали генетические процессы, действующие в естественных популяциях.
Перевод не отдельных генов, а целых их блоков в составе хромосом в гомозиготное состояние, показал, что дикие популяции несут десятки процентов разнообразных мутаций. Главное же состояло в том, что в наследственности внешне совершенно здоровых, нормальных особей, были найдены не только жизнеспособные, но и многочисленные так называемые летальные и полулетальные мутации. Летальные мутации вызывают смерть гомозиготных особей. Что касается полулетальных мутаций, то они вызывают рождение наследственно отягощенных, больных, часто полуживых мух. Летальные мутации убивали, а полулетальные вызывали серьезные заболевания у гомозиготных особей. В отдельных популяциях число хромосом с различными летальными генами достигало 40-50 процентов. Это открытие показало, что мутационный процесс, то есть постоянное возникновение новых наследственно уклоненных форм, которое является столь необходимым для популяций и видов, ибо без этого не будет их эволюции, имеет, однако, и свою отрицательную сторону в виде скрытого от обычного наблюдения шлейфа летальных и других вредных мутаций. В результате в каждом поколении рождается определенное количество генетических жертв.
В последующие десятилетия тысячи исследований были выполнены с природными популяциями разнообразных животных и растений, все они показали правильность нашего открытия. Само наличие таких мутаций в популяциях получило название явления генетического груза. В связи с обнаружением того факта, что у человека широко распространены наследственные заболевания, анализ природы генетического груза в популяциях человека приобрел очень большое значение. В свете учения о генетическом грузе сейчас рассматривается важнейший вопрос о влиянии на наследственность человека возможных изменений в среде жизни на Земле, которые имеют мутагенный характер. В первую очередь это влияние радиации и химии. Эта проблема является одной из центральных для всей общей генетики человека и для медицинской генетики.
Наши первые работы по популяциям дрозофилы, проведенные на Смоленском бульваре, не ограничились открытием генетического груза. В этих опытах, кроме того, был обнаружен существенный факт наличия разнообразия по генетическому составу в изученных нами отдельных популяциях. Этими фактами был обоснован генетический подход к эколого-географическому разнообразию наследственного содержания популяций в разных районах обитания вида.
Обнаружение различного генного состава популяций, причем в это различие входило и мутационное содержание генетического груза, который в данный момент сам по себе, казалось, не может иметь никакого приспособительного значения, вновь вернуло меня к существу вопроса, поднятого в споре с С. С. Четвериковым на экзамене по биометрике, в котором мною была высказана неудовлетворенность его решением вопроса о роли изоляции для генетики популяций. Опять встал вопрос о том, могут ли эволюционировать популяции по тем признакам, которые не подвергаются действию естественного отбора. Ч. Дарвин не знал таких факторов эволюции и испытывал в этом случае большие затруднения. Вместе с тем он прекрасно понимал, что виды могут различаться друг от друга ничтожными или очевидно нейтральными признаками, для которых без пылкой фантазии нельзя было придумать положительную роль для жизни вида.
Решение этой задачи пришло в 1930 году так же просто, как когда-то Колумб решил задачу поставить яйцо на столе. Он ударил концом яйца по столу, и оно встало. Внезапно я понял, что эффект изоляции связан со случайным распространением генов, не имеющих отборного значения. Такая случайность обязательно должна иметь место в малых популяциях, а теоретически это должно быть верным для всякой популяции, если она содержит любое, но ограниченное число особей.
Эти явления происходят в таких популяциях неизбежно, в силу принципа их математической ограниченности. Здесь при передаче мутаций по поколениям по законам теории вероятности должно возникать определенное уклонение. Хотя эти уклонения и не направлены, однако, колеблясь на протяжении соответствующего числа поколений, они должны обеспечить то, что мутация, не подвергающаяся отбору, после целого цикла разнонаправленных изменений в концентрации в конце концов должна быть выброшена из популяции или, напротив, на основе случайных уклонений завоевать ее целиком. Скорости этих процессов в разных по величине популяциях должны быть различными. В математическом анализе этого вопроса нам с Д. Д. Ромашовым много подсказал Андрей Николаевич Колмогоров, уже в то время зарекомендовавший себя как выдающийся ученый, ставший в дальнейшем главой большой математической школы. А. Н. Колмогоров сказал нам, что мы правильно ухватили основной закон приложения вероятностных, то есть стохастических, процессов к судьбе нейтральных генов в популяциях.
Однако в 1930-1931 годах, обдумывая общие основы этих вопросов, еще до работы с Д. Д. Ромашовым и А. Н. Колмогоровым, я напечатал в журнале "Экспериментальная биология" статью под названием "Генетико-автоматические процессы и их значение для механизма органической эволюции". Опубликование этой работы предшествовало появлению в печати наших экспериментальных работ по генетике популяций, сам термин "генетико-автоматические" процессы с тех пор вошел в литературу.
В этой статье был поставлен и генетически решен важнейший вопрос о роли изоляции в процессах эволюции. Статья заявляла о зарождении на Смоленском бульваре нового центра исследований по эволюционной генетике. Работы этого центра не повторяли того, что было известно ранее, они шли самостоятельной дорогой. Еще до выхода в свет статьи я получил от редактора журнала Н. К. Кольцова исключительно дружеское и ободряющее письмо, в котором он поздравлял с новой постановкой проблемы, которая, по его мнению, имеет принципиально важный характер, и сообщал, что статья безотлагательно будет напечатана в одном из ближайших номеров журнала.
Сразу после появления журнала со статьей в лабораторию на Смоленский бульвар пришел Дмитрий Дмитриевич Ромашов, которого я знал уже несколько лет: встречался с ним на гидрофизиологической станции под Звенигородом, на летней практике, а также на семинарах у Н. К. Кольцова в Институте экспериментальной биологии. Он участвовал в работах С. С. Четверикова. Это был умный, творчески одаренный человек.
Мы очень сблизились с Ромашовым. На долгие годы он стал моим близким другом, дорогим человеком в борьбе и в трудах. Придя в лабораторию, Ромашов показал свою рукопись, близкую по идеям к тем мыслям, которые были высказаны в моей уже напечатанной статье. Он сказал, что вопрос этот заслуживает более глубокого анализа, и предложил работать с ним вместе. Кроме того, сказал Ромашов, у него есть школьный товарищ, очень способный математик, его зовут Андрей Николаевич Колмогоров, который, коль скоро случится нужда, никогда не откажет нам в своей помощи.
Мы ударили по рукам и решили два раза в неделю по вечерам приходить домой к Д. Д. Ромашову, чтобы там проводить нашу работу. Так я попал в его семью, на Кривоколенный переулок, у старого Арбата. Эта семья состояла из трех человек - Д. Д. Ромашова, его отца, врача Дмитрия Ивановича, и матери, Елизаветы Родионовны, являвшейся безоговорочной и полновластной владыкой семьи. Женщина умная, она смотрела на мир своими голубыми, круглыми глазами из-под выпуклого по-детски лба, и мир пасовал перед нею, явно и во всем уступая ей дорогу. Тем поразительней, что в отношении сына, хотя он постоянно чувствовал давление ее характера, Елизавета Родионовна была рабой. Мир в ее представлении существовал только для "Дмитруси". У этого большого мира, как и у нее самой, кроме как обожать и исполнять прихоти Дмитруси, других задач быть не могло. Обожать и тиранить, исполнять прихоти и прихотливо мучить, плакать от любви и метаться в ярости от неисполнения ее требований - все это было совершенно как в психологических драмах Достоевского. Ромашов имел своеобразное лицо. Его черные, маленькие, эмоциональные, напряженные глаза буравили, настораживая любопытство собеседника. Скуластый, с монгольскими усами и редкою бородкой, он был очень русский, любил чай, разговоры, любил бередить душу и был очень откровенным.
Елизавета Родионовна готовила нам великолепный, горячий, густой, ароматный чай, мы его пили и, смеясь и споря, разрабатывали стохастические основы теории генетико-автоматических процессов. Посоветовавшись с А. Н. Колмогоровым, мы решили моделировать генетические процессы в микропопуляциях. Это было задолго до современных принятых кибернетических подходов с их моделированием биологических явлений. Наша модель нам явно удалась.
Задача состояла в том, чтобы проследить судьбу единично возникающей мутации внутри популяции, которая в течение многих поколений размножается изолированно, внутри себя, и сохраняет одну и ту же численность. Роль мутации играл красный шарик, который мы помещали среди 49 белых, выполняющих роль немутантных, нормальных аллелей. Поскольку каждый организм имеет один данный аллель от отца и другой от матери, то условное рождение одной особи изображалось путем вытаскивания двух шаров. Проделывая эту операцию 50 раз, мы каждый раз получали популяцию в виде 50 особей.
Условием этой модели было признание, что исследуемые нами мутации нейтральны, то есть не подвергаются отбору. Их судьба в этом опыте определялась чистым случаем, попадет ли случайно красный шар (мутация) в потомство или случайно он не войдет в состав генов следующего поколения.
Вслепую вытаскивали мы с Ромашовым из урны, роль которой играла суповая чашка из сервиза Елизаветы Родионовны, 50 раз по паре шаров, имитируя рождение поколения, и так раз за разом. В большинстве случаев мы вытаскивали 50 пар белых шаров, что означало гибель возникшей мутации, ибо красный шар не входил в состав генов новой популяции. Однако в отдельных случаях этого не было, и красные шары начинали "размножаться", заставляя нас продолжать этот стохастический опыт, подчас на протяжении сотен поколений. В этих случаях такие исходно одиночные мутанты чисто случайно увеличивались в числе, долго колебались в частоте и иногда даже захватывали всю популяцию. Моделирование генетико-автоматических процессов во многом раскрыло нам понимание характера и законов их протекания.
Ромашов был человек пылкий, непосредственный и очень эмоциональный. Мы жадно следили за нашими моделями, когда в них шел процесс то "размножения", то "гибели" нейтральных мутаций. С ребяческим увлечением, со взрывами радости, удивления, с чувством полной победы над такой сложной проблемой, как роль изоляции для судьбы генетического материала в популяциях, мы переживали весь этот опыт первого нашего моделирования эволюционных процессов.
Написать статью с Ромашовым оказалось не так-то легко. Он был необычайно придирчив и пунктуален, требовал художественной формы. Свое огорчение он выражал восклицанием: "Нет, это не пролепилось!" Вновь и вновь перечитывали и передумывали мы целые страницы текста. Наконец, перечитанная множество раз, пролепленная во всех деталях, статья наша была закончена. Мы напечатали ее в нашем биологическом журнале в 1932 году под названием "Генетическое строение вида и его эволюция".
Редактор журнала Н. К. Кольцов в специальном письме поздравил меня и Д. Д. Ромашова с появлением этой статьи.
До открытия генетико-автоматических процессов дарвинизм опирался только на приспособительные явления. Теперь стало ясно, что кроме отбора, мутаций, скрещивания есть еще один, ранее неизвестный, основной фактор эволюции, который обеспечивает преобразование популяций по нейтральным особенностям. С. Райт в 1931 году назвал это явление дрейфом генов. Генетическая теория отбора была разработана Р. Фишером и Дж. Холдейном.
В мировой науке совершился решительный поворот в сторону дарвинизма, создавалась новая область науки, которая посвящала себя изучению эволюционного процесса в свете генетики.
Время работы с Д. Д. Ромашовым над математическими основами теории генетико-автоматических процессов освящено для меня светлыми стремлениями, единением творческого порыва в науке и чувства прочной мужской дружбы. Мы пили чай, шаг за шагом развертывали свиток задач и их решений в теории генетико-автоматических процессов, смеялись и болтали обо всем, что в то время входило в нашу жизнь. Чудные вечера молодости, овеянные пламенем творчества!
Тогда же я полюбил Александра Ивановича Панина. Его жена стала работать лаборанткой на Смоленском бульваре и очень понравилась мне разумностью, спокойствием и дружелюбием к людям. Однажды она пригласила меня поехать с ними летом 1931 года на Тамбовщину, в деревню с наивным, детским, но поэтическим и нежным названием Сява, которая стоит на реке Сявке. В этой деревне жили родители ее мужа. Она рассказывала, что А. И. Панин - страстный рыболов и собирается в этом году на знаменитой реке Цне, которая течет также неподалеку от их деревни, ловить на удочку не менее чем пудовых лещей. Это было так заманчиво, что я согласился и приехал к ним, в их "родовую" деревню Сяву, когда там уже собрались все Панины. Здесь я увидел очаровательного отца А. И. Панина, Ивана Васильевича, и мать, милую, хлопотливую Анну Николаевну. Они были исконные тамбовские крестьяне. Компания гостей состояла из трех братьев Паниных, их двух жен, сестры - Татьяны Ивановны, и Софьи Владимировны Сапрыкиной.
Меня сразу накормили такой желтой ряженкой с пенкой в палец толщиной из густого топленого молока, что я позабыл в тот момент все на свете, даже лещей. Однако где же главный, знаменитый рыбак, где лещевик - Панин, что же он, наконец, собою представляет и где его лещи?
Ксения Александровна и я пошли искать Панина, и вот, пробираясь сквозь лес, на берегу Цны мы встретили его. На плече он нес целую связку длиннющих удилищ, а в руках пустое ведро. Высокий, с хорошим большим носом. Его лицо сразу бросалось в глаза, оно источало свет синих, нежных и умных глаз, то скрывающихся в густых, нависающих опахалах - ресницах, то блистающих ясною, русскою синью. Лещей у него не было. За все три недели нашей жизни в Сяве лещи ни разу не клюнули. Я быстро бросил Цну, таскал из сявских котлубаней щук и окуней. А. И. Панин упорно, ежедневно ходил на Цну и возвращался с пустыми руками. Хорошо на сявкинских желтых, промытых, ярких песках в синих струях воды клевали пескари, и частенько всей компанией мы отправлялись на эти райские крохотные плесы. Сдружился я с А. И. Паниным необыкновенно, сразу всем сердцем почувствовал, как добр этот русский человек. Его милые отец и мать были счастливы видеть у себя в деревне всех своих сыновей, их жен и друзей.
По приезде в Москву мы очень коротко сошлись все трое - А. И. Панин, Д. Д. Ромашов и я. Елизавета Родионовна снимала деревенский дом в селе Веледниково, под Москвой, Мы с А. И. Паниным частенько являлись к ним и проводили чудесные зимние и летние дни в лесу, в сугробах и на зеленых полях, и дома за ужином.
В Дагестан, где А. И. Панин после окончания Зоотехнического института работал зоотехником и где у него осталось много друзей, мы поехали втроем. Д. Д. Ромашов возвратился скоро в Москву, а мы с А. И. Паниным завернули к устью реки Сулак на фазанью охоту. Это была упоительная ружейная стрельба по сказочным птицам. Фазаны постоянно взрывались из-под наших ног и из-под стойки Абрека, лягавой собаки, которую дал нам председатель колхоза. Они взмывали вверх со страшным грохотом, сияя изумрудами спадающих синих хвостов и алым, гранатовым блеском щек и голов. Дикая природа, где целые гектары леса были в сплетении ковров ежевики, синее небо, выходы на грохочущую гальку Сулака, бешеный бег этой мощной реки, вечерняя тишина аула - все это было волшебным видением замечательной, полнозвучной и красивой жизни. Видение Кавказа в поэтической и суровой дымке, каким его видели Лермонтов и Толстой, плыло перед нами в эти пленительные дни.
Это были золотые годы моей жизни, они стали еще ярче и еще счастливей, когда в 1932 году я стал работать в Институте экспериментальной биологии.
Глава 7
В ИНСТИТУТЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ БИОЛОГИИ
Предложение Н. К. Кольцова.- Ставка на молодых ученых.- Конференция в Одессе.- Из отчета о работе отдела за первый год.- Признание.- Серьезные упущения наших генетиков.- На приеме у М. И. Калинина.- Моя любовь к А. С. Пушкину.
Ранней весной 1932 года неожиданно я получил письмо от Н. К. Кольцова, в котором он просил зайти к нему в институт. Он принял меня в своем громадном кабинете и без особых подходов предложил перейти в его институт на должность заведующего отделом генетики. Для меня это было почетное предложение. Мне поручали дело, которым до меня руководил С. С. Четвериков.
В то время Н. К. Кольцов испытывал большие затруднения. С. С, Четвериков покинул Москву. Н. В. Тимофеев-Ресовский уехал на стажировку в Германию. Из-за разногласий с Н. К. Кольцовым, сущность которых нам была не ясна, из института ушли крупные ученые, заведующие отделами А. С. Серебровский, С. Н. Скадовский, Г. И. Роскин и А. В. Румянцев.
Хорошо понимая, что в старые мехи надо влить новое вино, что "в карете прошлого никуда не уедешь", как говорил Сатин у Горького "На дне", Кольцов решил заново создать отдел генетики и сделать его ведущим в институте. Заведующим этим отделом он выбрал меня, надеясь, что я смогу решать трудные задачи. Меня поразило, с какой смелостью Н. К. Кольцов отдал судьбу института в руки молодежи. В то время мне было 25 лет и всем моим будущим сотрудникам, вместе с которыми мы создавали отдел генетики, было примерно по стольку же. Но через год - два именно благодаря работам группы молодежи отдел генетики Института экспериментальной биологии пережил второй взлет в своей деятельности и занял центральное место в развитии теоретической генетики в 30-40-х годах в нашей стране.
Теперь, вспоминая и обдумывая все эти события, можно понять, что Кольцовым руководила не только прозорливая научная смелость, он имел в своем распоряжении и некоторые факты. Он знал всех студентов большого практикума и в течение пяти лет наблюдал за их деятельностью. Кольцов понимал причины увольнения меня из лаборатории А. С. Серебровского и знал, как создавалась, росла и работала лаборатория по эволюционной генетике на Смоленском бульваре.
К 1932 году мною были напечатаны 34 экспериментальные работы. Вышла в свет книга по генетике и селекции кролика, две обзорные статьи и три большие статьи по методологическим проблемам генетики.
А. Н. Промптов, В. В. Сахаров были старше меня по возрасту и уже несколько лет работали здесь старшими научными сотрудниками отдела под руководством С. С. Четверикова. А. Н. Промптов скоро покинул отдел генетики и уехал в Павловский институт в Ленинград.
Постепенно складывалась работа нового отдела. Все строилось на принципах дружелюбия и равенства. Создавался коллектив, в котором рождалось много идей, сотрудники входили в гущу работы незаметно, поскольку в этой творческой обстановке любой из них становился в какой-то части к автором этих идей. А затем проявились наиболее талантливые ученые и исследователи: Иосиф Абрамович Рапопорт, открывший явление химического мутагенеза; Дмитрий Дмитриевич Ромашов, исследователь эволюции; Генрих Генрихович Фризен, проводивший первые опыты со стратосферными шарами; Борис Николаевич Сидоров, занимавшийся опытами по теории гена и по сравнительной мутабильности разных генов дрозофилы при воздействии радиации; Николай Николаевич Соколов, изучавший вопросы структурных мутаций хромосом и проблемы взаимодействия ядра и цитоплазмы при отдаленной гибридизации у дрозофил. В отделе работали такие превосходные исследователи, как Г. Г. Тиняков, В. В. Сахаров, Л. В. Ферри, В. В. Хвостова, И. Е. Трофимов, Е. Н. Болотов, Б. Ф. Кожевников, Б. А. Кирсанов, А. А. Малиновский, В. С. Кирпичников, С. Ю. Гольдат и другие.
Отдел генетики занял верхний, третий этаж на Воронцовом поле, 6. Окно моей комнаты выходило на спуск горы к малому Садовому кольцу. Здесь мы и начали весело, смело и без оглядок то дело, которое скоро вписало целые страницы в развитие советской теоретической генетики. Это были годы упоительного труда при любящем к нам отношении со стороны Николая Константиновича Кольцова, который видел наш труд, чувствовал и понимал, что на верхнем этаже его института пробился и бурлит родник мысли, гордился нами, открывал дорогу во всем, вместе с нами переживал каждую свежую мысль, любовался каждым шагом на пути движения науки.
Став во главе отдела генетики Института экспериментальной биологии, я продолжал также педагогическую работу. Правда, пришлось сменить кафедру Института свиноводства, который переехал со Смоленского бульвара на кафедру генетики Института пушного звероводства в Балашихе, недалеко от Москвы. Там работала М. А. Гептнер, она и сманила меня в Балашиху. Вскоре туда пришел Я. Л. Глембоцкий, и мы втроем работали на этой кафедре в течение шести лет. Я. Л. Глембоцкий, превосходный генетик-животновод, для расширения своего исследовательского кругозора провел на кафедре ряд прекрасных исследований с дрозофилой. Моим аспирантом по кафедре была Евгения Дмитриевна Постникова.
Зимой 1932 года вместе с Д. Д. Ромашовым мы ездили в Ленинград и пробыли несколько дней во Всесоюзном институте растениеводства. В то время Н. И. Вавилов прослушивал на заседаниях содержание статей готовящегося под его редакцией знаменитого издания "Теоретические основы селекции". Эта книга вышла в 1935 году. А тогда, в 1932 году, Н. И. Вавилов придирчиво, внимательно слушал доклады о содержании всех этих статей и тут же составлял план доработок и переделок каждой из них. Хорошо помню доклад Михаила Ивановича Хаджинова по принципам генетики и селекции кукурузы. Маленький, чернявый, необыкновенно милый, М. И. Хаджинов в те годы открыл явление мужской цитоплазматической стерильности, которое в 50 - 60-х годах в корне изменило принципы селекции кукурузы, овощных и других культур. Теперь М. И. Хаджинов - академик ВАСХНИЛ, Герой Социалистического Труда, прославленный селекционер.
Уезжая в Ленинград, мы захватили с собой рукопись о принципах генетического строения вида, которую я написал вместе с Д. Д. Ромашовым, и решили показать ее Н. И. Вавилову. Он охотно принял нас и слушал не менее часа. Прошло всего три года, и сам Н. И. Вавилов напечатал замечательное исследование под названием "Линнеевский вид как система". Он признал значение принципа генетико-автоматических процессов и объяснил ненаправленную изменчивость в изученных им отдельных популяциях растений.
Большим событием для меня в 1932 году было приглашение А. А. Сапегиным в Одессу на Республиканскую методологическую конференцию по генетике с докладом "Об основных проблемах генетики". Этот доклад я сделал 31 мая в Одессе, а 10 июля повторил на генетическом коллоквиуме Института экспериментальной биологии в Москве. По существу своему доклады содержали методологически аргументированную программу, в которой определялись главные направления будущих работ нашего генетического отдела и идеологические основы нашей работы. Был сделан вывод, что генетика как наука в то время испытывала серьезный кризис. Задача состояла в том, чтобы преодолеть этот кризис через развитие фактического материала на основе принципов диалектического материализма. Движение по этим путям открывало гигантские перспективы ее будущих успехов.