Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина

Макклинток родилась спустя два года после повторного открытия законов Менделя и училась в Колледже сельского хозяйства и естественных наук при Корнеллском университете в Итаке, штат Нью-Йорк, который окончила в 1923 г. В своей нобелевской лекции, произнесенной в 1983 г., она вспоминала: «Я начала активно заниматься генетикой через 21 год после повторного открытия принципов наследственности Менделя в 1900 г., когда эти принципы еще не были приняты большинством биологов». Она отучилась в аспирантуре Корнеллского университета, в 1927 г. защитила диссертацию, разработав методы анализа хромосом кукурузы, и продолжила работать в этом направлении после получения докторской степени. Для ее исследований не имело значения, из чего состоят хромосомы, поскольку Макклинток и созданную ею группу ученых интересовали хромосомы в целом и гены как участки хромосом, а также их влияние на организм. Кукуруза (маис), которую она изучала, — гораздо более интересный объект для исследований, чем однообразная желтая кукуруза из супермаркета. У дикой кукурузы разноцветные зерна, и они расположены в початке рядами, так что их очень удобно учитывать. Вместо того чтобы рассматривать глаза крошечных мушек или изучать под микроскопом бактерии, все, что вам нужно сделать для выявления изменений (мутаций), это вскрыть початок и изучить узоры из разноцветных зерен, представленные во всей своей красе. Но для изучения генов все равно нужен был микроскоп. Чтобы сделать их видимыми, Макклинток разработала усовершенствованные методы окрашивания хромосом, благодаря чему первой описала морфологию десяти хромосом кукурузы. Самое значимое открытие на раннем этапе исследований Макклинток сделала в 1929 г. с помощью студентки Гарриет Крейтон (1909–2004). У одной линии кукурузы зерна были либо темные, либо светлые, что свидетельствовало о присутствии хромосомы с двумя разными аллелями (такую пару называют «гетерозиготной»). Нечто подобное предполагалось и раньше, в частности во время экспериментов Томаса Моргана с плодовыми мушками. Но тогда существование разных аллелей так и осталось лишь предположением. Макклинток и Крейтон пошли гораздо дальше: окрашивая хромосомы и изучая их под микроскопом, они обнаружили, что эти два типа кукурузы отличаются друг от друга за счет видимого различия между аллелями. У хромосомы растений с темными зернами имелся «бугорок», который отсутствовал в хромосоме растений со светлыми зернами. Это стало первым прямым эмпирическим доказательством того, что физические различия в хромосомах влияют на весь организм — на его фенотип. Когда Морган посетил Корнеллский университет и узнал об этой работе, которая легла в основу диссертации Крейтон, он настоятельно рекомендовал опубликовать ее как можно скорее, и в 1931 г. она вышла в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Всего через два года Морган получил Нобелевскую премию «за открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности»[59].

Помимо этого, в тот же ранний период Макклинток показала, как определенные участки хромосом отвечают за передающиеся по наследству сцепленные признаки и как видимая под микроскопом рекомбинация генетического материала выражается в новых признаках. После двух летних стажировок в Университете Миссури у генетика Льюиса Стадлера (1896–1954) в 1931 и 1932 гг. она использовала рентгеновское излучение, чтобы увеличить частоту мутаций у кукурузы, и изучила полученные результаты. В последующие годы она сменила несколько научных учреждений и некоторое время работала в Германии, а в конце 1941 г. ей предложили постоянную должность в отделе генетики лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Какими бы впечатляющими ни были ее предыдущие достижения, именно там она провела свои самые важные исследования.

Ключевое открытие было сделано благодаря простому наблюдению: листья у одной разновидности кукурузы иногда были не одноцветными, но имели вкрапления участков другого цвета. У большинства побегов кукурузы они зеленые, но у некоторых встречаются бледно-желтые, а иногда светло-зеленые и даже белые. Но на некоторых светло-зеленых листьях могли, например, присутствовать полосы более темного цвета, или на зеленых листьях — желтые пятна. Это заинтриговало Макклинток, потому что она знала, что каждый лист развивается из одной клетки на стебле растения. Лист формируется за счет многократного деления клеток, происходящих от этой одной. Поэтому появление участков нетипичной окраски можно было объяснить ошибкой в копировании — или мутацией — в хромосоме одной клетки, в результате чего в ее дочерних клетках появлялся немного измененный набор генетических инструкций, который передавался последующим поколениям, что приводило к образованию полос или пятен «неправильного» цвета. Макклинток могла точно определить, в какой конкретной клетке произошла мутация и на каком именно этапе процесса развития и дифференциации организма это случилось.