Томас морган достижения в генетике. Научный вклад томаса ханта моргана

Томас Хант Морган - американский биолог, один из основоположников генетики, иностранный член-корреспондент РАН (1923) и иностранный почётный член АН СССР, президент Национальной АН США (1927-31), председатель Шестого Международного конгресса по генетике в Итаке, Нью-Йорк (1932). Лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1933 года «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности».

Томас Морган родился 25 сентября 1866 года в Лексингтоне, штат Кентукки. Его отец Чарльтон Гент Морган, консул США на Сицилии, был родственником знаменитого магната Дж.П. Моргана, мать - Эллен Кей Морган. Он был старшим сыном и первым среди троих детей дипломата Чарльтона Ханта Моргана и Элен (Ки-Хоуард) Морган (ее дед американский композитор Фрэнсиса Скотта Ки - автор национального гимна США).

С детства Томас проявлял интерес к естествознанию и точным наукам, собрал коллекцию разных видов птиц. В 1886 году Томас Морган закончил Государственный колледж штата Кентукки и получил степень бакалавра, его в настоящее время особенно привлекала эволюция видов, ведь тогда было мало научных данных о фактическом механизме наследственности. Летом, сразу после окончания учебы, он поехал на морскую станцию в Эннисквам на побережье Атлантики, севернее Бостона. Со временем работал в экспедиции Геологической службы США, проводил геологические и биологические поиски в горах Кентукки.

В 1887 году Морган поступил в Университет Джона Хопкинса, где изучал морфологию и физиологию животных. А в 1890 (Через три года) году получил степень доктора философии за исследования по эмбриологии морских пауков и в этом же году – стипендию Адама Брюса, что позволило ему поехать в Европу в Морскую Зоологическую лабораторию. Там он познакомился с Хансом Дрихом и Куртом Хербстом. Именно под влиянием Дриха Морган начал интересоваться экспериментальной эмбриологией. Летом, сразу после окончания учебы, он поехал на морскую станцию в Эннисквам на побережье Атлантики, севернее Бостона. Это был последний год существования местной лаборатории. На следующий год группа, которая организовала эту лабораторию и ею руководила, приехала в Вудс-Хол. В Эннискваме Томас впервые познакомился с морской фауной. Это знакомство захватило его, и с тех пор изучение морских форм привлекало его особый интерес в течение всей жизни. Свою дипломную работу он сделал под руководством Вильяма Кейта Брукса, морского биолога. Брукс был превосходным учителем, воспитавшим целое поколение выдающихся американских зоологов.

В 1888 году Морган перебирается в Вудс-Хол, а летом этого же года стал работать на Государственной станции рыболовства.

В 1889 занимался научными изысканиями в Американском Комитете по рыбному хозяйству.

В 1890 получил докторскую степень в Университете Джона Хопкинса и в этом же году – стипендию Адама Брюса, что позволило ему поехать в Европу, в Морскую Зоологическую лабораторию. Там он познакомился с Хансом Дрихом и Куртом Хербстом. Именно под влиянием Дриха Морган начал интересоваться экспериментальной эмбриологией. В одной из своих ранних работ Морган критикует Менделевскую теорию наследственности. Он считал, что хромосомы не являются носителями наследственности, а представляют собой продукты ранних стадий развития. Не поддерживал он и идею Дарвина о «постепенности изменений», предпочитая версию голландского ботаника Гуго де Фриза, что появление нового вида – результат мутаций. В то время почти ничего не было известно о механизме наследования, а методика изучения процесса эволюции и наследственности заключалась в сравнении морфологии и физиологии представителей разных видов. На основе полученных данных ученые пытались делать выводы о причинах сходства или различия существующих видов. Морган не был исключением, его первые работы по изучению наследственности проводились в соответствии с общепринятой методикой.

К 1891 он вполне овладел сравнительным и описательным методами исследования, но они не давали ответов на интересующие его вопросы и он обратился к экспериментам, рассчитывая получить конкретный результат. В 1891 году Томас Морган приступил к работе в качестве адъюнкт-профессора биологии в женском колледже Брин-Майре

В 1897 году его избрали одним из попечителей морской станции, и он оставался им всю свою жизнь. То был год, когда станция и управление ею были захвачены «младотурками», и Морган оказался одним из новых попечителей, избранным в этот переломный период. Тогда же на станции появился Вильсон из Чикагского университета.

В 1900 в центре внимания генетиков всего мира были работы Менделя о наследовании признаков у гороха. В этих работах Мендель утверждал, что признаки наследуются, подчиняясь строгим математическим закономерностям.

В 1901 году вышел первый фундаментальный труд Моргана «Регенерация», посвященный взаимосвязи явлений регенерации и раннего эмбрионального развития организма. Еще в 1900–1901 К.В.Вудворт изучал дрозофилу в качестве подопытного материала и первым высказал предположение, что дрозофила может быть использована в генетических исследованиях, в частности, для изучения близкородственнного размножения. У дрозофилы всего 4 пары хромосом, она начинает размножаться через две недели после своего появления на свет и после 12 дней приносит потомство в 1000 особей. Ее легко изучать в течение жизни, продолжительность которой составляет всего 3 месяца. Вдобавок она почти ничего не стоит. С дрозофилой работали также В.Е.Кастл и Ф.Е.Лутц, которые предложили Моргану работать с плодовой мушкой.

В 1902 биолог У.Саттон предположил, что единицы наследственности (гены) размещаются внутри или на поверхности структур клеточного ядра, называемых хромосомами. Морган был с этим не согласен, считая, что хромосомы представляют собой продукты ранней стадии развития организма. Ему больше нравилась идея, высказанная голландцем Гуго де Фризом, о том что новый вид образуется в результате мутаций. Для того чтобы подтвердить эту гипотезу, Томас Морган стал искать удобный объект для исследований. Ему нужно было неприхотливое животное с быстрым жизненным циклом.

Вильсон в 1904 году убедил Томаса Моргана занять профессорскую кафедру экспериментальной зоологии в Колумбийском университете. В течение двадцати четырех лет они работали в очень тесном общении. Подобно большинству биологов-зоологов того времени, Морган был образован в области сравнительной анатомии и особенно описательной эмбриологии. Его диссертация касалась эмбриологии одного из видов морских пауков и сделана на материале, который он собирал в Вудс-Холе. Эта работа базировалась на данных описательной эмбриологии с выводами, простирающимися в область филогении. Собственный научный дар склоняет его к изучению проблем едва лишь зарождаемой генетики, особый интерес вызвали результаты исследований Г.Менделя о наследственных признаках бобов. Проблемы, над решением которых Морган и другие эмбриологи тогда трудились, касались того, в какой степени развитие зависит от специфических формативных веществ, предположительно присутствующих в яйце, или испытывает их влияние. Как такие формативные вещества участвуют в развитии и каким образом они функционируют? Занимался молодой ученый и физиологическими исследованиями, но настоящую славу ему принесла генетика.

В этом же году Томас Морган вступил в брак с Лилиан Воган Семпсон, цитологом по специальности, своей студентке из Брин-Майра. У них родилось четверо детей.

С 1904 по 1928 занимал должность профессора экспериментальной зоологии в Колумбийском университете (Нью Йорк). Когда стали известны результаты Августа Вейсмана, выяснившего, что наследственные качества передаются с помощью хромосом, ученые вспомнили о другом ученом - Менделе, который еще раньше показал, что наследственность передается генами. Сначала Томас Морган скептически отнесся к теориям, утверждавшим, что хромосомы являются носителями наследственности. Таким же образом Морган не принимал и дарвиновскую гипотезу о накоплении постепенных изменений.

В конце XI века Морган побывал в саду Гуго де Фриза в Амстердаме, где он увидел дефризовские линии энотеры. Именно тогда у него проявился первый интерес к мутациям. Сыграл свою роль в переориентации Моргана и директор биостанции в Вудс-Холе Уитмен, который был генетиком-экспериментатором. Он многие годы посвятил изучению гибридов между разными видами горлиц и голубей, но никак не желал применять менделевский подход. Это понятно, так как у голубей в этом случае получается, мягко выражаясь, мешанина. Странные признаки, не дающие красивое соотношение 3:1, смущали Моргана, и до поры до времени и он не видел выхода. Таким образом Морган, скорее мог считаться антименделистом.

1908 г. Приступив к своим опытам, Морган вначале добывал дрозофил в бакалейных и фруктовых лавках, благо лавочники, которым мушки досаждали, охотно разрешали чудаку ловить их. Томас Морган ставит эксперименты с плодовой мушкой Drosophila melanogaster, которая имеет лишь четыре хромосомы. Многочисленные опыты дали возможность констатировать прямую зависимость хромосом и наследственности.

В 1909 Морган начал работать с фруктовой мушкой дрозофилой. Очень скоро (в 1909) появились первые мутации. Последующее изучение этого феномена в конечном счете позволило ученому установить точное местонахождение генов и принцип их работы. Одним из самых важных открытий можно считать «зависимость» определенных мутаций от пола (Морган называл этот феномен «сцеплением» генов): белые глаза у мух-дрозофил передавались только мужским особям. Обработав большое количество информации, Морган пришел к интересным выводам: гены, расположенные на одной хромосоме, наследовались вместе гораздо реже, чем этого можно было ожидать. Следовательно, возможно расщепление хромосом и обмен генетическим материалом между хромосомами гены. Чем дальше расположены друг от друга гены на хромосоме, тем выше вероятность их разрыва. На основе этого Морган с коллегами составил «карты» хромосом дрозофилы. Его догадка о «линейном» расположении генов в хромосоме, и о том, что «сцепление» генов зависит от удаленности одного гена от другого, является одним из революционных открытий в генетике.

Моргановская fly - room (мушиная комната) в Колумбийском университете стала легендарной. Это была комната размером в тридцать пять квадратных метров, в которой помещалось восемь рабочих мест. Там же варили корм для мух. В комнате обычно сидели, по меньшей мере, пять работающих. Во множестве банок и бутылок выводились из личинок и отдавали себя науке мириады мух. Бутылок все время не хватало, и, если верить сказанию, то ранним утром по пути в лабораторию Морган и его студенты похищали бутылки для молока, которые манхэттенские жители выставляли вечером за двери. С его легкой руки они стали излюбленным объектом генетических исследований в сотнях лабораторий. Их легко раздобыть, они водятся повсеместно, питаются соком растений, всякой плодовой гнильцой, а личинки поглощают бактерии. Энергия размножения дрозофил огромна: от яйца до взрослой особи десять дней. Для генетиков важно и то, что дрозофилы подвержены частым наследственным изменениям; у них мало хромосом (всего четыре пары), в клетках слюнных желез мушиных личинок содержатся гигантские хромосомы, они особенно удобны для исследований.

Выращивая мух в стеклянных банках и наблюдая их под микроскопом, Морган обнаружил появление кроме обычных красноглазых мух, белоглазых, желтоглазых и даже мух с розовыми глазами. За десять лет было обнаружено множество различных мутантов у дрозофилы. Морган скрещивал мух, следя за огромным количеством признаков: цветом глаз, окрасом туловища, неодинаковым числом щетинок, разнообразной формой и величиной крыльев.

Сейчас ясно, что экспериментальная техника Моргана была просто неподходящей для того, чтобы обнаружить то увеличение в частоте мутирования, которое должно было бы происходить под влиянием радия. Тем не менее ученый получил мутации, начал их изучать, и все дальнейшее проистекло от этих, предположительно, спонтанных мутаций. Первой из этих мутаций, не первой из найденных, но первой, действительно имевшей большое значение, был признак белых глаз, который оказался сцеплен с полом. Это было крупное открытие. Анализируя результаты наблюдений, Томас Морган пришел к выводу, что ряд качеств передается потомкам в совокупности. Это позволило высказать гипотезу, о том что гены разбросаны не по всей клетке, а сцеплены в некие островки. У плодовой мушки всего четыре пары хромосом. Соответственно, у Моргана получилось деление наследственных признаков дрозофилы на четыре группы. Он пришел к выводу, что гены локализуются в хромосомах. В каждой хромосоме расположены сотни генов, организованных в цепочки. С помощью мушки генетика к настоящему времени сделала множество открытий. Известность дрозофилы столь велика, что на английском языке издается ежегодник ей посвященный, содержащий обильную разнообразную информацию.

С 1911 года Морган и его соратники начали публиковать серию работ, в которых экспериментально, на основе многочисленных опытов с дрозофилами, доказывалось, что гены - это материальные частицы, определяющие наследственную изменчивость, и что их носителями служат хромосомы клеточного ядра Тогда и была сформулирована в основных чертах хромосомная теория наследственности, подтвердившая и подкрепившая законы, открытые Менделем.

Один из соратников ученого Альфред Стёртевант вспоминал: «Боюсь, что я не смогу дать представление об атмосфере, царившей в лаборатории. Я думаю, это было нечто такое, что нужно пережить, чтобы полностью оценить. Одним из крупнейших достоинств этого места было присутствие обоих - и Моргана, и Вильсона. Так студенты, специализирующиеся у одного из них, очень часто видели другого. Они дополняли друга в целом ряде отношений и были большими друзьями. В первые годы работы в Колумбийском университете мы кормили дрозофилу бананами, и в углу комнаты всегда висела большая связка бананов. Комната Вильсона находилась через несколько дверей от нашей, по коридору. Он очень любил бананы, так нашлась еще одна побудительная причина часто посещать «мушиную комнату».

В течение всего этого времени Морган регулярно приезжал в Вудс-Хол. Это, однако, не означало перерыва в опытах с дрозофилами Все культуры упаковывались в бочонки - большие бочонки из-под сахара, и отправлялись пароходом-экспрессом. То, что вы начинали в Нью-Йорке, вы заканчивали Холе, и наоборот. Мы всегда приезжали водой- это было время, когда пароходная линия Фолл-Ривер-Лайн была в действии, а Морган всегда занимался всевозможными опытами, не имевшими ничего общего с работой на дрозофиле. Он разводил цыплят, крыс и мышей, выращивал разные растения. И все это переносилось вручную, и грузилось на судно Фолл-Ривер-Лайн, а потом привозилось назад в Нью-Йорк. А когда Морган попадал сюда, он с головой погружался в работу с морскими формами, в эмбриологию того или иного сорта, даже несмотря на то, что работа с дрозофилой тем временем активно двигалась вперед. Таков был моргановский стиль работы - он не чувствовал себя счастливым, если не ковал из горячего одновременно несколько вещей».

Морган происходил из аристократической семьи, но был лишен какой бы то ни было заносчивости или снобизма. Когда к Моргану приехал русский ученый Николай Вавилов, он хорошо знал работы колумбийской лаборатории. Вавилову казалось маловероятным, что гены могут располагаться в хромосоме, как бусы на ниточке, и такое представление казалось ему механистическим. Все это Вавилов и высказал Моргану, ожидая резких, даже, возможно, в высокомерном тоне высказанных возражений со стороны всемирно известного генетика. Николай Иванович, конечно, не мог знать особенностей характера знаменитого ученого. Выслушав внимательно Вавилова, Морган вдруг сказал, что представление о том, будто гены расположены в хромосоме линейно, ему самому как-то не по душе. Если кто-нибудь добудет доказательства, что это не так, он с готовностью их примет.

В начале 1912 г. к группе исследователей присоединились А.Х.Стертеван и К.Б.Бриджис, тогда еще студенты Колумбийского университета. Коллектив научных работников пришел к выводу, что хромосомы в паре могут расщепляться и рекомбинировать, тем самым содействуя обмену генами, причем, чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, тем более вероятность сбоев в процессе. Томас Морган показал, что чем больше расстояние между двумя генами, тем больше вероятность разрыва цепи. Это означало, что далеко расположенные гены не могут наследоваться вместе. И, напротив, близко стоящие гены реже разделяются. Профессор Томас Морган и его коллеги установили, что величина линейного расстояния между генами может характеризовать степень сцепления генов. Открытия Моргана позволили утверждать, что наследственность может быть описана точными количественными методами. Исходя из своей теории Томас Морган составил карту расположения генов в хромосомах дрозофилы.

Одним из важных открытий является «зависимость» определенных мутаций от пола (Морган называл этот феномен «сцеплением» генов): белые глаза у дрозофил передавались только мужским особям. Так были открыты половые хромосомы. Обработав большое количество информации, Морган пришел к интересным выводам: гены, расположенные на одной хромосоме, наследовались вместе гораздо реже, чем этого можно было ожидать.

Первую статью о дрозофиле Морган опубликовал в1910 -м году, но в полную силу его аргументы были изложены в 1915 -м, когда его ученики - Стертевант, Бриджес и Меллер, выпустили книгу Механизмы менделевской наследственности, в которой объявили, что наследственность подчиняется вполне определенным законам, и ее можно описать точными количественными методами. Тем самым открывалась дорога к целенаправленному конструированию новых сортов растений и пород животных, к революции в медицине и в сельском хозяйстве.

Моргану было уже под пятьдесят и профессиональное признание не заставило себя ждать.

В 1916 году Морган представил серию лекций в Принстонском университете, позднее опубликованы в качестве критика теории эволюции, менделевской теории наследственности и дарвиновскоя теория естественного отбора. Он сформулировал пересмотренный вариант теории Дарвина естественного отбора, который стал известен как современный эволюционный синтез.

В 1919 он был избран Иностранным Членом Лондонского Королевского Общества, в 1924 награжден Дарвиновской Медалью; Морган стал членом академий наук разных стран (а также в декабре 1923 и членом акадмии наук СССР). В этом же году публикуется его книга: Механизм менделевской наследственности. В конце 20-х он возглавил Национальную академию наук США.

1924 год. Морган награжден Медалью Дарвина (англ. Darwin Medal)- высшая награда Королевского общества Великобритании. Присуждается за выдающиеся достижения в биологии, в тех областях, в которых работал Чарлз Дарвин.

В 1928 году Морган перешел в Калифорнийский технологический институт с тем, чтобы организовать новый биологический отдел. Что его интересовало в этом предприятии, так это возможность организовать отдел, как он того хотел, и притом в институте, где на высоте находилась физика и химия, где царила исследовательская атмосфера и где работа со студентами была направлена на то, чтобы вырастить из них исследователей. Морган оставался в институте до самой своей смерти, но каждое лето он регулярно возвращался в Вудс-Ход. Ученики Моргана за десяток лет успели изучить триста поколений дрозофил.

В 1932 году выходит его книга « Roles of Mutation, Inbreeding, Crossbreeding and Selection in Evolution»

В 1933 году за открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности Томасу Моргану была присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине «за открытия, связанные с определением роли хромосом в наследственности организма». После получения Нобелевской премии Томас Хант Морган продолжал административную деятельность в Калтеху, объединяя ее с изучением биологической регенерации у голубей, саламандр и редчайших видов мышей. Морган в жизни был очень щедрым человеком и нередко финансировал обучение особенно одаренных студентов.

В тридцатые годы Вавилов писал: «Законы Менделя и Моргана легли в основу современных научных представлений о наследственности, на которых строится селекционная работа, как с растительными, так и с животными организмами... Среди биологов XX века Морган выделяется как блестящий генетик-экспериментатор, как исследователь исключительного диапазона».

1941 г. Томас Морган получил звание почетного профессора биологии в Калтеху.

Морган любил подразнить, любил разыграть. Один из его друзей-ученых признался, что зачастую спорил с Морганом, но всякий раз, когда он начинал думать, что его доводы взяли верх, то внезапно обнаруживал, что, сам не понимая, как это произошло, приводит аргумент с противоположной, проигрывающей стороны. Вот так умел устроить гениальный ученый. Но, с другой стороны, Морган всегда был доброжелателен, всегда готов помочь, и если вы хотели с ним что-либо серьезно обсудить, будь то научные или личные вопросы, он всегда готов был оказать поддержку. Два самых бранных слова Моргана были: «метафизический» и «мистический». Слово «метафизический» означало для него нечто связанное с философской догмой, некое объяснение, недоступное проверке опытом.

В последние годы жизни приобрел маленькую лабораторию в Корона дель Мар (Калифорния).

Как муха заменила горох, почему научные открытия оказались интереснее вручения Нобелевской премии и как к почетному члену АН СССР относились исключительно в негативном контексте, читайте в рубрике «Как получить Нобелевку».

Фамилию нашего героя я услышал еще в детстве, причем в ярко негативном контексте. Книг тогда было не так много, как сейчас, и я читал все, что под руку попадется. И «попался под руку» как-то некий роман про Советскую Армению 1940−50-х годов (кстати, очень недурной по сюжету). Разумеется, там был колхоз, и в нем, разумеется, были коровы-рекордистки, которые «бивали буржуазных коров, вейсманисток-морганисток эдаких». Что же, в ту пору были времена товарища , и фамилия Томаса Ханта Моргана, одного из основоположников генетики, могла быть только нарицательно-отрицательной.

И это при том, что этот самый отрицательный персонаж с 1923 года был иностранным членом-корреспондентом АН СССР, а с 1932 – почетным членом советской Академии наук. Тот факт, что год спустя он стал Нобелевским лауреатом, можно было и списать на происки буржуазного мира, всегда притеснявшего отечественных ученых (см. статью про ). К счастью, те времена давно уже прошли. Поэтому мы смело расскажем научную биографию человека, который сделал серьезный прорыв в понимании того, как устроена жизнь, без идеологической оценки. Итак, Томас Хант Морган.

Томас Хант Морган

Wikimedia Commons

Томас Хант Морган

Нобелевская премия по физиологии и медицине 1933 года.Формулировка Нобелевского комитета: «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности»

По матери Морган правнук самого Фрэнсиса Скотта Ки - американского Михалкова и Эль-Регистана в одном флаконе. Он был юристом, поэтом, автором поэмы «Оборона форта Макгенри» (1814 год), отрывок из которой – «Знамя, усыпанное звездами» - был положен на британскую застольную мелодию и с 1931 года стал официальным гимном США. Морган еще успел застать триумф творения своего прадеда.

Френсис Скотт Ки

Wikimedia Commons

Его отец, Чарльтон Хант Морган, был дипломатом, но первенец (всего детей в семье было трое) не пошел по стопам отца. Биографы Моргана пишут, что во время летних каникул будущий генетик обшаривал сельские районы Кентукки, собирая окаменелости (во второй половине XIX века был настоящий бум любительской палеонтологии). Так начался путь Томаса к тому, что в наше время называют Life Sciences. Свою бакалаврскую степень он получил в кентуккском (экое прилагательное с четырьмя согласными!) государственном колледже. Именно там Морган познакомился с теорией Дарвина, однако продолжал заниматься почти чистой биологией.

В Университете Джонса Хопкинса, куда будущий нобелиат поступил в 1887 году, он изучал физиологию, морфологию животных и эмбриологию. Докторскую степень Морган получил за изучение эмбриологии морских пауков. И если бы он, подобно многим ученым тех лет, занимался исключительно этим, вряд ли мы услышали бы фамилию Морган вне контекста «джентльменов удачи». Достаточно долгое время, больше 15 лет, Томас Хант Морган занимался экспериментальной эмбриологией, его труды были посвящены связи регенерации и раннего эмбрионального развития. Но вопросы наследования все равно возникали. Однако тогда о генетике и наследственности не было известно практически ничего.

Все изменилось в 1900 году, когда в науку были введены результаты исследований почти полувековой давности, полученные уже 16 лет как умершим монахом, экспериментировавшим над горохом в монастырском огороде. Монаха звали Грегор Иоганн Мендель. Его статья «Опыты над растительными гибридами» была издана еще в 1866 году в журнале Verhandlungen des naturforschenden Vereins Brünn (Труды общества естественной истории Брно), но до 1900 года ее почти никто не прочитал. Полученные Менделем красивые соотношения вошли в науку, теперь осталась самая малость – объяснить их.

Грегор Мендель

Wikimedia Commons

Морган включился в игру. Сам Мендель нечто, отвечающее за те или иные признаки, называл «факторами». В XX веке их начали называть «генами». В 1902 году Уильям Саттон, американский биолог, предположил, что гены расположены либо внутри, либо на поверхности неких структур клеточного ядра – хромосом. Однако все это было лишь предположениями. Надо сказать, что Морган к идее Саттона относился скептически. Как эмбриолог он придерживался той теории, что хромосомы – это некий ранний продукт развития клетки. Дело было за материалом для опытов.

Горох это хорошо, но он растет долго, хорошую статистику копить долго, да и хромосом у него целых 14 штук. Требовался другой материал: быстро размножающийся, дешевый, с небольшим количеством хромосом и наследуемых признаков. На выручку пришла работа Уильяма Касла, гарвардского ученого, который, в свою очередь, с подачи американского энтомолога Чарльза Вудворта начал работать с плодовой мушкой, чернобрюхой дрозофилой (Drosophila melanogaster) .

Чарльз Вудворт

Wikimedia Commons

Этот вариант оказался для генетиков идеальным. Посудите сами – всего четыре пары хромосом, легко отличить самку от самца, через 12 дней после рождения дает потомство в 1000 особей. Мечта биолога, которому нужно накапливать статистику. Морган с командой начинает опыты с 1908 года. Достаточно быстро стало понятно: да, именно хромосомы – носители генов. И гены – это действительно нечто материальное, имеющее свое место в хромосоме. По-хорошему, это уже был первый шаг к открытию ДНК.

Следующим шагом стало наблюдение: красивые соотношения Менделя соблюдаются далеко не всегда. Какие-то признаки оказываются как бы сцеплены между собой и наследуются в сочетании. То есть сочетание двух признаков может встречаться у потомков заметно чаще, чем того требует соотношение Менделя. Морган делает логичный вывод: «сцепленные» гены находятся рядом и на одной и той же хромосоме. Он обнаружил четыре такие группы генов – в соответствии с четырьмя парами хромосом. Это был следующий шаг в понимании работы генетического аппарата и наследственности.

Drosophila melanogaster

Wikimedia Commons

Однако в 1912 году сотрудники, недавно пришедшие к Моргану, Альфред Стертеван (уже в 1911 году показавший, что степень сцепленности генов обратно пропорциональна расстоянию между ними на хромосоме) и Кальвин Бриджес сильно удивили босса. Они обнаружили, что «сцепленные» гены наследуются вместе реже, чем можно было ожидать. Так был открыт кроссинговер – явление рекомбинации хромосом, когда хромосомы в паре могут расщепляться и обмениваться генетическим материалом (правда, само физическое переплетение хромосом было открыто еще в 1909 году бельгийским цитологом Франсом Альфонсом Янсенсом).

Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1933 г.

Американский зоолог и генетик Томас Хант Морган родился в Лексингтоне (штат Кентукки). Он был старшим сыном и первым из трех детей дипломата Чарльтона Ханта Моргана и Эллен Морган, урожденной Ки-Хоуард, внучки композитора Фрэнсиса Скотта Ки, сочинившего американский национальный гимн. С детства М. питал интерес к естествознанию и точным наукам; во время летних каникул он с энтузиазмом обследовал сельскую местность, находя и принося в дом окаменелости, собрал коллекцию различных видов птиц. Позже он в течение двух летних сезонов проводил геологические и биологические изыскания в горах Кентукки, работая в экспедиции Геологической службы Соединенных Штатов.

В 1886 г. он получил степень бакалавра наук в Государственном колледже штата Кентукки (ныне университет). М. особенно интересовала эволюция видов. Согласно господствующей теории, дарвинской концепции естественного отбора, внутри популяции существует определенная широта изменчивости каждого признака. Благодаря наследованию признаков внутри популяции влияние окружающей среды обеспечивает такое распределение признаков в ряду поколений, которое способствует выживанию отдельных представителей вида. В то время, когда М. завершал свою первую научную работу, практически ничего не было известно о фактическом механизме наследования, а общепринятая методика изучения эволюции и наследственности состояла в том, чтобы, изучая морфологию и физиологию (физическую форму и функции) представителей разных видов, попытаться сделать вывод о причинах их сходства или различия. Важной составной частью таких исследований было изучение эмбрионального развития.

В соответствии с этой практикой М. также начал изучать морфологию и физиологию, когда поступил в 1887 г. в Университет Джонса Хопкинса. Через три года он получил степень доктора философии за исследования по эмбриологии морских пауков. В 1891 г. он стал адъюнкт-профессором биологии в Брин-Майровском колледже, будучи к этому моменту прекрасно знакомым со сравнительными и описательными методами. Однако, подобно дарвинской теории, эти методы не давали никакого объяснения наследственной передаче признаков. Поэтому М. обратился к экспериментальным методикам, надеясь, что точные и поддающиеся проверке результаты опытов в конце концов дадут ответ на нужный вопрос. В 1897 г., изучая способность некоторых животных восстанавливать утраченные части тела – черту, по-видимому тесно связанную с успешным выживанием особи, – он опубликовал первую из серии своих статей на эту тему, которую продолжал развивать на протяжении всей жизни. В своем первом специальном труде «Регенерация» («Regeneration», 1901) он подчеркнул взаимосвязь между явлениями регенерации и ранним эмбриональным развитием. В 1904 г. М. был назначен профессором экспериментальной зоологии Колумбийского университета. Его ранние работы, сделанные в стенах этого учреждения, были по-прежнему посвящены экспериментальной эмбриологии.

Интерес М. к зарождающейся научной дисциплине – генетике – был вызван тем, что в 1900 г. внимание научного мира вновь было приковано к работам Грегора Менделя о наследовании признаков у гороха, которые он опубликовал в 1886 г. Мендель показал, что признаки наследуются согласно строгим математическим закономерностям, свидетельствующим о раздельной независимой сущности каждого признака. В 1902 г. американский биолог Уильям С. Саттон высказал предположение, что гипотетические «факторы» Менделя – единицы наследственности, называемые ныне генами, – размещаются внутри или на поверхности структур клеточного ядра, именуемых хромосомами. Нужны были, однако, прямые подтверждения хромосомной теории наследственности. М. скептически относился к вышеупомянутой теории, считая, что хромосомы не являются носителями наследственности, а представляют собой продукты ранних стадий развития. Он скептически относился и к дарвинской идее «постепенности изменений», предпочитая ей теорию голландского ботаника Гуго де Фриза, считавшего, что новый вид образуется в результате мутаций.

В 1908 г. М. начал генетическое изучение плодовой мушки Drosophila melanogaster, маленького насекомого, идеально подходившего для генетических исследований: у мушки было всего 4 хромосомы, она начинала размножаться через 2 недели после появления на свет, и ее легко было изучать в течение жизни, продолжительность которой составляла 3 месяца. Потребовалось вырастить и изучить миллионы дрозофил, прежде чем М. и его коллеги по Колумбийскому университету пришли к убеждению, что хромосомы действительно напрямую связаны с наследственностью.

Результаты некоторых проведенных М. экспериментов по разведению плодовой мушки, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования, согласно которому каждый организм обладает генами, контролирующими тот или иной признак, и наследование одного признака, каковым является, например, пол животного, не зависит от наследования другого – например, цвета глаз. Группа, руководимая М., установила, что некоторые признаки, очевидно, все же связаны между собой. Иными словами, их сочетание встречается у потомков чаще, чем предполагают статистические законы Менделя. Так, например, белоглазость – мутантный признак – почти всегда встречалась только у самцов. М. назвал это явление сцеплением с полом. Тенденция к сцеплению подсказала М., что гены, по-видимому, располагаются в тесной близости друг к другу на одной и той же хромосоме. Были обнаружены четыре такие сцепленные группы генов у плодовой мушки, которые соответствовали четырем ее парам хромосом.

В начале 1912 г. к группе исследователей, работавших вместе с М. в «мушиной комнате», присоединились два студента Колумбийского университета – Альфред Х. Стертеван и Кальвин Б. Бриджис. Спустя два года их примеру последовал студент-выпускник Герман Дж. Мёллер. К своему удивлению, М. и его сотрудники отмечали, что гены, расположенные на одной и той же хромосоме, наследовались вместе реже, чем этого можно было ожидать. В большинстве клеток организма имелось по две хромосомы каждого типа, и М. подозревал, что хромосомы в паре могут расщепляться и рекомбинировать, тем самым позволяя производить обмен генами. Эта мысль подтверждалась полученными под микроскопом данными переплетающихся хромосом, которые, по мнению впервые наблюдавшего их в 1909 г. бельгийского ученого Ф.А. Янсенса, могли обмениваться между собой своими участками.

Чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, рассуждал М., тем больше вероятность разрыва. Если это так, то гены не будут наследоваться вместе. И наоборот, гены, расположенные в хромосоме близко друг от друга, имеют меньше шансов быть разделенными. Уже в 1911 г. Стертеван осознал, что степенью сцепления двух генов в хромосоме может служить величина линейного расстояния между ними. На основании этого принципа М. с коллегами составили «карты», показав относительное расположение генов в хромосомах плодовой мушки. Представление о том, что гены локализуются в хромосоме в специфической линейной последовательности и, далее, что основу сцепления составляет близость двух генов на хромосоме, можно отнести к числу основных достижений генетической теории. В 1915 г. М., Бриджис, Стертеван и Мёллер сообщили о своих исследованиях в книге «Механизм менделевской наследственности» («The Mechanism Heredity»), показав, что наследственность имеет вполне определенные законы и может быть описана точными количественными методами.

В 1928 г. М. ушел из Колумбийского колледжа, чтобы помочь организовать биологическое отделение в Калифорнийском технологическом институте (Калтех) в Пасадене. Вместе с ним в новое учреждение перешло несколько его бывших студентов и сотрудников, что позволило ему собрать незаурядный коллектив исследователей. Работы, выполняемые группой М. и другими специалистами в Пасадене, снискали институту заслуженную славу ведущего в области экспериментальной биологии, которая сохранилась за ним и после того, как М. сменил тематику исследований, занявшись главным образом эмбриологией.

М. получил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1933 г. «за открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности». В Нобелевской лекции М. заявил, что вклад генетики в медицину носит преимущественно чисто образовательный характер. «В прошлом сам предмет наследственности человека был настолько расплывчатым и засоренным всевозможными мифами и предрассудками, что обретение научного понимания сути предмета есть уже достижение первостепенной величины», – сказал он. В продолжение речи М. высказал предположение, что открытие явления сцепления с полом может когда-нибудь оказаться полезным для диагностики генетических заболеваний.

После получения Нобелевской премии М. продолжал выполнять административную работу в Калтехе, сочетая ее с исследованиями по такой широкой тематике, как биологическая регенерация, законы наследования у голубей, вторичные половые признаки у саламандр и перекрестные наследственные линии у редких видов мышей.

Слывший скупым, когда речь шла об институтских фондах, М. в жизни был очень щедрым человеком и нередко тайно финансировал учебу особо одаренных студентов.

В 1904 г. М. женился на Лилиан Воган Сэмпсон, цитологе, своей бывшей студентке в Брин-Майре; у супругов родилось четверо детей. В 1941 г. М. получил звание почетного профессора биологии Калтеха. Спустя четыре года он умер в Пасадене от желудочного кровотечения.

Среди многих наград М. – медаль Дарвина (1924) и медаль Копли Лондонского королевского общества (1939). Он был избран членом Лондонского королевского общества, Национальной академии наук, Американской ассоциации развития науки, Американского философского общества, Генетического общества Америки и Американского общества натуралистов.

Лауреаты Нобелевской премии: Энциклопедия: Пер. с англ.– М.: Прогресс, 1992.
© The H.W. Wilson Company, 1987.
© Перевод на русский язык с дополнениями, издательство «Прогресс», 1992.

Томас Хант Морган — американский биолог, один из основоположников генетики.

Коллеги из Колумбийского университета (США) в 1908 г. были удивлены, когда он, получивший уже широкую известность как эмбриолог, решил заняться модной, но неустоявшейся наукой — генетикой. Генетические работы Моргана были подготовлены многолетними исследованиями клеточного .

Сначала он хотел проверить, справедливы ли выводы Г. : существуют ли в наследственные факторы — , передающиеся от поколения к поколению в случайных комбинациях? Морган обычно работал с кроликами, но денег на содержание большого вивария ему не дали. Выбор объекта экспериментов крошечной плодовой мушки дрозофилы — был, возможно, его величайшей удачей. Дрозофилу легко разводить в лаборатории в пробирках на засеянных дрожжевыми растертых бананах или манной каше с изюмом, за год она дает до 30 поколений и в каждом поколении до тысячи потомков! Усыпленных на время эфиром мушек легко изучать под слабым увеличением, отбирать изменившихся особей, а затем их скрещивать.

Открытия не замедлили появиться. В общем Морган подтвердил выводы , но существенно дополнил их. Были обнаружены признаки, которые наследовались, не расщепляясь, а комплексом, группой сцепления. Оказалось, что у дрозофилы три большие группы сцепления, объединяющие много признаков, и одна маленькая. Но столько же у нее и в половой — . И как раз три больших и одна маленькая! Значит, группы сцепления — это . Далее Морган вместе с учениками, многие из которых также приобрели мировую известность, показал, что в расположены линейно, как бусины на нитке или слова на телеграфной ленте. Он установил и порядок расположения в .

И наконец, правило сцепления оказалось не абсолютным. , как уже подметили цитологи, при образуют пары, перекрещиваются и меняются частями. Это явление назвали кроссинговером (перекрестом). Так был выяснен цитологический механизм законов . Открытия Моргана привели к окончательному доказательству и завершению в основных чертах хромосомной теории .

Каждое такое открытие по праву можно назвать величайшим. Но не только они принесли Моргану всемирную славу. Из лаборатории Моргана в конечном счете вышла в свет та генетика первой половины XX в., которую мы теперь называем классической. Морган дал генетике объект исследований и набор их методов, воспитал многочисленных учеников, пошедших по проторенному им пути. В этом его величайшая заслуга перед наукой и человечеством.

Американский биолог, один из основоположников генетики и хромосомной теории наследственности. Лауреат Нобелевской премии физиологии и медицине за 1933 год с формулировкой: «За открытия, связанные с ролью хромосом в наследственности».

С 1910 года Томас Морган изучал наследование мутаций у мушки дрозофилы.

(Дрозофила – удобный модельный объект для изучения, поскольку она дёшева, имеет всего 4 пары хромосом и начинает размножаться через 12 дней после своего появления, принося потомство в 1000 особей).

«Чтобы постичь более сложные тайны наследственности, нужно было найти более удобный объект изучения, чем горох или фиалки. Его нашёл в 1907 году американец Томас Морган в лице мелкой плодовой мушки - Дрозофилы. В клетках её слюнных желёз видны 4 очень крупные хромосомы: их легко увидеть даже в лупу , так что можно связать изменения внешнего вида хромосом (генные вариации) с изменениями внешности самого насекомого вариациями Фенотипа. С 1907 по 1926 год Морган и его ученики вели наблюдения над наследственностью Дрозофилы - благо, она оказалась столь же многогранной и неустойчивой, как наследственность собак. Моргану удалось различить сотни вариаций во внешности дрозофил и составить Атлас расположения соответствующих генов в хромосомах плодовой мушки».

Смирнов С.Г., Лекции по истории науки, М., Изд-во МЦНМО, 2012 г., с. 126.

«Колоссально много для развития учения о наследственности сделал американец Томас Морган , который вначале был столь же ярым противником Менделя и решил его опровергнуть на другом объекте - кроликах. Однако попечители Колумбийского университета, где работал Морган, сочли кроликов чересчур дорогими; Морган не пал духом и использовал для опытов крошечную плодовую мушку - дрозофилу.
Дрозофила стала классическим объектом генетики - редчайший случай, когда скупость снабженцев оказала науке неоценимую услугу!
Дело в том, что за год можно получить 25 поколений дрозофил и разместить на одном лабораторном столе их многотысячные «стада»».

Медников Б.М., Дарвинизм в XX веке, М., «Советская Россия», 1975 г., с. 25.

Обнаруженные Томасом Морганом с учениками: Г. Дж. Мёллером и А. Г. Стёртевантом эффекты, объяснили механизм действия законов Грегора Менделя.

В 1920 году Томас Морган написал: «Мендель оставил свои заключения в виде двух основных законов: так называемого закона расщепления и закона независимого комбинирования генов. Законы эти основываются на цифровых данных; они являются, таким образом, законами количественными и, при желании, могут быть представлены в виде математической формулы. Но, несмотря на то, что формулировка их является совершенно точной, они всё же не дают объяснения, каким образом управляемые ими явления осуществляются в живом организме. Исключительно математическая трактовка принципов расщепления и независимого распределения генов едва ли на долгое время смогла бы удовлетворить ботаников и зоологов. Неизбежно должно было возникнуть стремление определить где, когда и как осуществляется процесс расщепления и воссоединения, и неизбежно должна была явиться попытка согласовать эти явления с удивительными процессами в половых клетках, имеющих такое всеобщее распространение».

Томас Морган, Структурные основы наследственности, цитируется по: Жизнь науки. Антология вступлений к классике естествознания / Сост.: С.П. Капица, М., «Наука», 1973 г., с. 319.

«После серии длительных экспериментов Морган и его коллеги по Колумбийскому университету пришли к убеждению, что хромосомы действительно напрямую связаны с наследственностью. Результаты некоторых проведённых Морганом экспериментов, казалось, противоречили менделевскому закону независимого наследования, согласно которому каждый организм обладает генами, контролирующими тот или иной признак, и наследование одного признака не зависит от наследования другого.
Группа, руководимая Морганом, установила, что некоторые признаки, очевидно, всё же связаны между собой. Иными словами, их сочетание встречается у потомков чаще, чем предполагают статистические законы Менделя. Морган назвал это явление сцеплением с полом. Тенденция к сцеплению подсказала Моргану, что гены, по-видимому, располагаются в тесной близости друг к другу на одной и той же хромосоме.
Однако Морган и его сотрудники отмечали, что гены, расположенные на одной и той же хромосоме, наследовались вместе реже, чем этого можно было ожидать. Тогда Морган начал подозревать, что хромосомы в паре могут расщепляться и обмениваться участками, тем самым позволяя производить обмен генами. Эта мысль подтверждалась полученными под микроскопом данными переплетающихся хромосом. Получается, что чем больше расстояние между двумя генами в одной хромосоме, тем более вероятность разрыва. Если это так, то гены не будут наследоваться вместе. И наоборот, гены, расположенные в хромосоме близко друг к другу, имеют меньше шансов быть разделёнными. На основании этого принципа Морган с коллегами составили «карты», показав относительное расположение генов в хромосомах плодовой мушки. Представление о том, что гены локализуются в хромосоме в специфической линейной последовательности, можно отнести к числу основных достижений генетической теории».

Ларина О.В., Гитун Т.В., Лауреаты Нобелевской премии, «Дом Славянской книги», 2006 г., с. 372-373.

«Исследованиями Моргана был закрыт вопрос и о возможности «воспитания» определенных свойств у породы или сорта с последующей передачей потомкам. Единственным способом, при котором гены могут получить новые характеристики, была названа мутация.
Случайные и неконтролируемые мутации как единственный механизм эволюционного развития были восприняты критиками - философами и религиозными деятелями - как открытый и бессмысленный обман сил природы, низведение человека ещё на одну ступеньку по лестнице, ведущей с небес. Но Морган не включался в эти дебаты.
Кроме того, он понял, что генетика даёт более полное знание, чем евгеника, и покинул ряды этого движения в 1914 году.
Хромосомная теория наследственности завоевывала всё большее число сторонников. В 1933 году Морган получил высшую награду для учёного - Нобелевскую премию - за открытия в области физиологии и медицины. Но в СССР не воспринимали эту теорию. Руководители страны никак не хотели смириться с тем, что какие-то области человеческой природы им неподконтрольны».

Травина Е., Томас Морган: чудо о хлебах, Сб.: Восстание масс, СПб, «Мидгард», 2005 г., с. 187.