Читать книгу "Биология для тех, кто хочет понять и простить самку богомола - Андрей Шляхов"

Хонорик

Гибрид горных баранов архаров и овец-мериносов, называемый архаромериносом, способен пастись высоко в горах, куда обычные овцы добраться не могут, но при этом дает такую же высококачественную шерсть, что и мериносы. Но главным преимуществом архаромериносов являются их размеры, которые значительно превосходят размеры архара и барана. Вес самцов может доходить до 150 килограмм, а вес у самок – до 90!

Архаромеринос

Гибриды, а в особенности гибриды первого поколения, отличаются повышенной жизнеспособностью (а также повышенной плодовитостью и бо́льшими размерами), нежели их родители. Увеличение жизнеспособности гибридов называется гетерозисом. С гетерозисом пока еще не все ясно, но принято объяснять его гетерозиготностью гибридов – у потомков родителей, принадлежащих к разным биологическим видам, а то и родам, большинство аллельных пар переходит в гетерозиготное состояние. При этом рецессивные «вредные» гены, снижающие жизнеспособность, не проявляются. Проще говоря, при сильно различающихся генотипах отца и матери меньше вероятность проявления у потомства нежелательных вредных признаков.

Со второго поколения гетерозисный эффект начинает угасать. Это можно объяснить повышением доли гомозиготных организмов, ведь второе поколение получается в результате близкородственного скрещивания. Потому для выращивания гетерозисных гибридов необходимо постоянное производство чистых линий. Скрестили чистые линии – получили гибрид – засеяли им поля – получили урожай – засеяли поля новым гибридом…

Феномен гетерозиса широко используют в растениеводстве и животноводстве. Бройлерные цыплята, отличающиеся очень быстрым ростом – это гибриды первого поколения (или же первых поколений). Широко используются суперплодовитые гибридные сорта сельскохозяйственных культур, в первую очередь кукурузы и пшеницы. В целом урожайность гетерозисных гибридов на 10-30 % выше, чем у обычных сортов, а гибриды кукурузы стандартно «держат планку» на уровне 30 %. Повышенная жизнеспособность гибридов первого поколения проявляется не только в бо́льшей урожайности, но и в устойчивости к температурным колебаниям, засухе и болезням.

Интересная деталь – в скотоводстве гибриды первого поколения отличаются более крупными размерами, говоря официальным языком – имеют повышенную мясную продуктивность, а вот повышенной молочной продуктивности у них не наблюдается. Молочную продуктивность можно повышать только при помощи отбора.

Селекция микроорганизмов имеет не менее важное значение, чем селекция растений и селекция животных. Микроорганизмы создают вещества, используемые в различных отраслях промышленности – фармацевтической, химической, пищевой, металлургической… Да, представьте, и в металлургической тоже – в частности микроорганизмы применяются для выщелачивания металлов из бедных медных и урановых руд. Такие отрасли пищевой промышленности, как хлебопечение, производство спирта и некоторых органических кислот, а также виноделие основаны на деятельности микроорганизмов. Микроорганизмы производят антибиотики, гормоны, витамины и ряд других лекарственных средств.

Традиционная, «исконная» селекция микроорганизмов использовала два метода – отбор и искусственный мутагенез. Вызывать мутации у микроорганизмов, размножающихся бесполым путем, очень удобно. Во-первых, любые мутации проявляются уже в первом поколении, потому что у однополых существ, размножающимся делением, нет генных пар. Парам просто неоткуда взяться, ведь в размножении участвует только один родитель. Во-вторых, микроорганизмы очень интенсивно размножаются, что дает возможность быстро находить полезные мутации по нужному гену.

Оценить эффективность «микробной» селекции можно хотя бы на примере грибов, вырабатывающих антибиотик пенициллин. Селекционерам удалось повысить продуктивность грибов более чем в 1000 раз! Животноводам и растениеводам такие увеличения продуктивности-урожайности неведомы.

Наш век – это век генной инженерии.

Как, по-вашему – чем генная инженерия отличается от селекции?

Дело в разных способах воздействия на генотип. Селекция воздействует на генотип косвенно и опосредованно, через многочисленные скрещивания. А генная инженерия непосредственно изменяет генетические коды, «переписывая» их так, как нужно.

Возможности генной инженерии несравненно шире возможностей селекции. Можно сказать, что генная инженерия всемогуща. Если ее могущество чем-то и ограничивается, так это уровнем развития науки. А теоретически, комбинируя гены, можно творить с живыми организмами буквально все, что вздумается. Звучит пугающе, но практически любое знание можно обратить как во благо, так и во зло.

Начало генной инженерии было положено в семидесятые годы прошлого века, когда ученые открыли рестриктазы (ферменты, «разрезающие» нуклеиновые кислоты) и поняли, что с их помощью можно нарезать молекулы ДНК на фрагменты и собирать из этих фрагментов новые молекулы. Главное для любого мастера – это хороший, надежный инструмент. Был бы инструмент, а все остальное приложится.

Рестриктазы ценны тем, что каждый конкретный фермент дает свой тип «нарезки» цепочек нуклеиновых кислот на фрагменты. Зная индивидуальные особенности рестриктаз, генетики могут подбирать ферменты так, чтобы получить нужные фрагменты.

Затем фрагменты вставляют в так называемые векторы – относительно небольшие молекулы ДНК вирусов или бактерий – и внедряют векторы в клетки, генотип которых нужно изменить. Проще всего внедрять ДНК в бактерии – если лишить бактерии их собственной ДНК, то они охотно «впитают» чужую, достаточно только поместить бактерии и ДНК в одну пробирку.

К сожалению, сознательность у вирусов пока еще хромает, причем сильно. В клетки они внедряются беспрекословно, но вот дальше ведут себя по-разному. Могут вставить в молекулу ДНК принесенные гены, а могут и не вставить. А еще могут вставить не туда, куда следовало, спутав похожие участки на молекуле ДНК. Поэтому, «натравив» вирусы на клетки, ученые затем «отделяют зерна от плевел» – отбирают для дальнейшей работы те клетки, в которых вирусы сделали все так, как было нужно.

После того, как желаемый результат получен, его «тиражируют» – размножают генетически модифицированные организмы. Кстати говоря, распространенное название «генетически модифицированные организмы» является не совсем точным определением для организмов, полученных в результате генной инженерии, потому что организмы, получаемые в результате обычной селекции, тоже являются генетически модифицированными, содержащими измененный генотип. Слово «модификация» означает преобразование или изменение в широком смысле, а вот приставка «транс-» четко указывает на перенос из одного места в другое, так что правильно называть ген, добавленный извне в геном, трансгеном, а организм, полученный в результате такой манипуляции – трансгенным организмом.