Главная страница [an error occurred while processing this directive]

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 7(266) 27 марта 2001 г.

Михаил ГОЛУБОВСКИЙ (Санкт-Петербург)

ПАРАДОКСЫ НЕПРИЗНАНИЯ: МЕНДЕЛЬ И МАККЛИНТОК

Барбара Мак-Клинток

  

Грегор Мендель (1822 - 1884) и Барбара МакКлинток (1902-1992) - эти два имени знаменуют собой два века и две линии в развитии генетики. Мендель - основатель формальной или классической генетики. Он открыл законы наследования признаков и связал их с комбинаторикой наследственных факторов или генов. Затем Морган привязал гены к хромосомам, и далее эта линия увенчалась открытием двойной спирали ДНК. Всё в поведении генов, включая их изменения (мутации) казалось закономерным и предсказуемым.

Однако самом начале 50-х годов Б.МакКлинток открыла мобильные элементы, способные причудливо перемещаться по хромосомам и вне их. Лишь на рубеже 80-х годов стало очевидным, что подвижные гены повсеместны. Возникла новая, или мобильная, генетика. В возрасте 80 лет МакКлинток получила Нобелевскую премию. И если бы Мендель жил столь же долго - он в этом же возрасте дождался бы триумфа - переоткрытия его законов в 1900 году.

Интересно понять, почему оба открытия, имея фундаментальное значение, оставались в тени более 25 лет, затем практически одновременно были подтверждены рядом исследователей и быстро стали общепризнанными. В чем причина такого феномена, и насколько он закономерен для биологии и науки в целом? Я пришел к выводу, что задержка - лаг-период - в 25-30 лет в признании некоторых выдающихся открытий - не каприз, а закономерное явление в истории науки. Так было, и так будет. Корни уходят в саму природу творчества и в социально-психологические особенности получения знаний и их передачу, трансляцию в общество.

БЫЛО ЛИ ОТКРЫТИЕ МЕНДЕЛЯ ПРЕЖДЕВРЕМЕННЫМ?

Мендель дал ответ на вопрос, который в то время еще не был задан. Не потому ли он так долго оставался без отклика? Известный молекулярный генетик Гюнтер Стент развил представление о "преждевременных открытиях". К ним научное сообщество не готово или они резко расходятся с доминирующей концептуальной установкой (парадигмой). К примеру, в 1908 году английский врач Арчибальд Гаррод, изучая родословные семей с алкаптонурией (выделение мочи красного цвета), пришел к выводу, что больные - это гомозиготы по рецессивной мутации, блокирующей одну реакцию азотистого обмена. Случаи наследуемого нарушения такого рода А.Гаррод назвал "врожденными ошибками метаболизма". Это было, по существу, предвосхищение концепции "один ген - один фермент". Но поскольку о генах еще ничего толком не было известно, и даже концепция фермента была в зародыше, работа Гаррода осталась незамеченной. Идеи Гаррода и идеи Менделя, видимо, были слишком передовыми. Поэтому они мало повлияли на состояние генетических знаний того периода, полагает Стент.

Преждевременные открытия действительно существуют. Здесь, к примеру, можно назвать открытое в 1827 году известным ботаником Робертом Броуном (1773-1858) беспорядочное движение пыльцы в воде. Броун считал, что имеет дело с некими живыми существами. Но вскоре было замечено, что столь же спонтанно в воде двигаются инертные микрочастицы краски кармина. Далее произошло следующее: "Натуралисты уклонились от объяснения этого явления, считая это делом физиков. В свою очередь, физики не считали нужным изучать его. Эти натуралисты, говорили они уверенно, не умеют рассуждать и делать выводы. Они же сильно освещают свой препарат в микроскопе, и, освещая, они его нагревают, и вот тепло вызывает в жидкости нерегулярные движения", - так кратко излагает суть взаимонепонимания Анри Пуанкаре в своей книге "Наука и метод". Лишь спустя сто лет физик Жан Перрен сумел истолковать это явление как движение атомов и установил даже число атомов в одном грамме водорода. Сто лет открытие Броуна было в запасниках науки! Уместно здесь вспомнить крылатую фразу Любищева, что прошлое - не кладбище гипотез, а скорее собрание недостроенных ансамблей, брошенных по дерзости замысла или нехватке средств.

Однако проблему, которой посвятил свою работу Мендель, никак нельзя назвать преждевременной. Парижская Академия наук в 1861 году объявила специальный конкурс на тему: "Изучать растительные гибриды с точки зрения их плодовитости, постоянства или непостоянства их признаков". В задачу конкурса входило "проделать ряд точных исследований" и, в числе прочих, ответить на вопрос: "Сохраняют ли гибриды, размножающиеся самооплодотворением в течение ряда поколений, признаки неизменными... или же, наоборот, они всегда возвращаются к формам их предков". Конкурсы Парижской Академии наук вызвали интерес не только в научном мире. Как раз годом раньше, в 1860 году, Луи Пастер победил Пуше в знаменитом споре о самозарождении. Влияние победы Пастера на мировоззрение современников было огромным.

Победитель конкурса 1861 года Шарль Нодэн (1815-1899) представил мемуар в 200 страниц под названием "Новые исследования над гибридностью у растений". На вопросы, заданные конкурсной комиссией, в работе Ш.Нодэна содержались довольно определенные ответы, а именно:

1) в первом поколении гибридов наблюдается сходство всех потомков и их единообразие;

2) начиная со второго и последующих поколений, происходит "разложение гибридных форм" на исходные родительские типы;

3) возврат к родительским формам и появление новых комбинаций связано с разъединением сущностей (наследственных задатков).

Каждый, кто знаком с основами генетики, сразу узнает, что выводы Нодэна в принципе соответствуют закономерностям наследования признаков, установленным в работе Менделя. Исследование Нодэна, удостоенное премии, сразу же стало хорошо известно. С Нодэном переписывается и его цитирует Дарвин.

И все же, почему мы говорим о законах Менделя, а не Нодэна? Тем более, что работа Ш.Нодэна более солидна, сообщаются данные по многим видам растений, а у Менделя в основном взят один вид - горох. Ответ можно дать такой. Шарль Нодэн установил много интересных и важных фактов и ряд закономерностей. Но смысл или "душа фактов" (выражение Анри Пуанкаре) оставались неясными или размытыми. Разнообразие взятых в опыты форм увеличивало содержание высказываний, но уменьшало их обязательность. То, что было справедливо для льнянки или петунии, не совсем подходило для примулы или дурмана. Создавалось впечатление, писал Нодэн, что "законы, управляющие гибридностью у растений, варьируют от вида к виду, и нельзя делать заключение от одного гибрида по отношению к другому". На этом настаивал и физиолог растений Тимирязев.

Мендель сделал концептуальное открытие: он создал научные принципы описания и исследования гибридов и их потомства (какие формы брать в скрещивание, как вести анализ в первом и втором поколении и т.д.). Он установил законы наследования признаков. Он высказал неявно идею парности наследственных задатков, то есть идею, что каждый признак контролируется парой задатков или генов (как стали их потом называть), которые никуда не исчезают, а лишь рассоединяются при образовании половых клеток и затем свободно комбинируются у гибридов и их потомков. Парность задатков - парность хромосом - двойная спираль ДНК - логическое следствие идей Менделя. Научная теория, если она соответствует реальности, имеет истинные следствия, глубины которых значительно превосходят то понимание, которое вкладывал в теорию ее создатель.

Хотя труды общества естествоиспытателей в Брно, где работал Мендель, были разосланы в 120 научных библиотек мира, и он дополнительно разослал 40 оттисков, его статья имела лишь один отклик. Мендель получил ответ от известного мюнхенского ботаника, профессора Карла Нэгели, который сам занимался гибридизацией, выдвинул умозрительную теорию наследственности и ввел термин модификация. Нэгели благосклонно оценил большой объем работ Менделя, но резонно посоветовал ему проверить опыты на других видах, ибо, возможно, что "результаты наследования получатся существенно иные". Совет проверить всеобщность закона, на другом виде, на чем настаивал Нэгели, выглядит естественным. Сам Мендель в ответном письме признался: "Полученный результат нелегко согласовать с нынешним состоянием науки, и в этих условиях опубликование одного изолированного эксперимента вдвойне рискованно как для экспериментатора, так и для вопроса им защищаемого.. Для меня не явилось неожиданностью, что Ваше высокородие будет говорить о моих опытах с недоверчивостью: в подобных случаях я бы поступил так же".

Можно указать на естественные обстоятельства холодного приема работы Менделя. Его опыты требовали повторения на других видах. Любой исследователь, занимающийся гибридизацией, мог сходу указать на факты поведения гибридов, выходящие за рамки независимого наследования признаков. Ибо независимо будут наследоваться лишь признаки, у которых контролирующие их факторы локализованы в разных хромосомах. По всей видимости, Мендель, если и натолкнулся на некоторые неясные результаты, то сознательно абстрагировался от них, дабы сохранить стройную силу закона.

В глубине души он верил, что открыл общий закон. Истоком его веры служила именно интеллектуальная красота, как критерий истины. Мендель сам ясно указывает на это в первых же строках своей работы: "Поразительная закономерность, с которой всегда повторялись одни и те же гибридные формы при оплодотворении между двумя одинаковыми видами, дала толчок к дальнейшим опытам, задачей которых было проследить развитие гибридов в их потомках". Слова "поразительная закономерность" и "толчок" мне кажутся ключевыми, хотя на них мало обращают внимания историки. Интуитивно предугаданная закономерность поразила его своей внутренней логикой и красотой и дала толчок к основным трудоемким семилетним опытам, которые были самым тщательным образом спланированы.

Красота и строгость числовых соотношений - 3:1, 9:3:3:1, выявленные на горохе, возможность делать предсказания о поведении гибридов и характере расщепления во втором и третьем поколении, гармония, в которую удалось уложить хаос фактов - все это внутренне убеждало Менделя в своей правоте. В том, что найденные им законы имеют всеобщий характер. Оставалось убедить других. В пушкинской речи 1920 года Блок говорил о трех предназначениях поэта: услышать звуки в мировой стихии, организовать их в гармонию и внести гармонию в мир. Третье всегда оказывается самым трудным и в искусстве, и в науке.

Прошел лаг-период примерно в 30 лет, появилось множество дополнительных фактов по скрещиваниям, были открыты хромосомы, показана их индивидуальность, парность и независимость их комбинирования при образовании половых клеток, или гамет. Все это создало почву для переоткрытия работы Менделя и понимания ее фундаментальности. Но нельзя утверждать, что работа Менделя в принципе не могла быть понята и оценена до 1900 года. Ведь мы знаем только тот сценарий, который осуществился.

Дополнительную причину забвения или невнимания к работе Менделя следует искать в области социальной психологии науки. Здесь действует фактор, который можно условно назвать "эффект генерала". Чеховская героиня непременно хотела, чтобы на ее свадьбе был генерал. Пусть даже полувыживший из ума, несущий чепуху, но генерал. Ибо это в глазах людей поднимает социальный статус творимого на глазах людей действа. Научное сообщество подвержено той же самой психологической слабости. Одна и та же идея, высказанная безвестным автором и маститым ученым ("генералом") в "престижном журнале" имеет отнюдь не равные шансы быть воспринятой. Мендель был неизвестным автором, дилетантом, его работа была напечатана в провинциальном журнале. Он вполне сознавал различие между дилетантом и профессором университета. Психологически работу дилетанта, "новичка", сообщество воспринимает настороженно и ожидает подтверждений. Когда данные независимым образом подтверждены другим автором, то это облегчает восприятие нового.

В отношении судьбы открытия Менделя можно представить себе следующий сценарий. Известный мюнхенский профессор ботаники Карл Нэгели получает статью и сопроводительное письмо от неведомого ему каноника монастыря Грегора Менделя. Автор письма, подписавшийся как "каноник монастыря, преподаватель реального училища", пишет, что планирует работать и с ястребинкой, любимым объектом К.Нэгели, и одновременно сетует: "Мне крайне не хватает этих знаний; напряженная работа в школе мешает мне чаще выезжать за город, а во время каникул бывает слишком поздно". Профессор открывает статью и узнает, что цель неизвестного автора - достичь "окончательного решения вопроса, имеющего немаловажное значение для истории развития органических форм". Внешняя непомерность претензий новичка бросается в глаза. Несмотря на скептицизм, отношение К.Нэгели было благожелательным. Он даже просил выслать для проверки гибридные семена гороха. Но одновременно, к сожалению, выдвинул "встречный план" - повторить опыты на ястребинке. Нет сведений, что Нэгели испытал присланные ему Менделем гибриды. Ну а если бы он подтвердил его выводы? Возможен такой сценарий: публикуется совместная статья Менделя и Нэгели, причем в авторитетном журнале. Много шансов за то, что работа за подписью европейски известного ученого обратила бы на себя внимание биологов. Годом рождения генетики мог в таком случае стать не 1900 год, а, скажем, 1870 год.

В самом факте переоткрытия законов Менделя в 1900 году и в их взрывном признании есть также "эффект генерала". Первой все же появилась статья знаменитого к тому времени голландского ботаника-экспериментатора Гуго де Фриза! Карл Корренс, бывший учеником Нэгели, и начинающий исследователь Э.Чермак послали имевшиеся эскизы своих статей в печать, будучи уверены в ответе на задачу. Так ученик, сомневаясь в решении задачи, но узнав ответ, сразу обретает уверенность и отбрасывает сомнения в правильности решения.

Недавно выяснился поразительный факт, окончательно рассеивающий сложившийся миф об "одновременности" переоткрытия законов Менделя. Карл Корренс в воспоминаниях писал, что он узнал о работе Менделя лишь после 1899 года, когда раздумывал над своими опытами по скрещиванию, проведенными в период с 1896 по 1899 год. Однако при исследовании рабочих журналов Корренса была обнаружена запись с кратким рефератом работы Менделя, датированная апрелем 1896 года! (Rheinberger, 1995). В этой записи обращено внимание на знаменитое соотношение 3:1 во втором поколении гибридов. Но смысл соотношения 3:1 Корренса в 1896 году не интересовал, и он просто "забыл", что читал работу Г.Менделя еще до проведения своих опытов по скрещиванию. Ситуация довольно типичная. Мало знать о фактах, надо проникать в их "душу". Для Корренса "озарение" пришло лишь после знакомства с работой маститого ботаника, "генерала " Гуго де Фриза, открывателя процесса мутаций.

БАРБАРА МАККЛИНТОК И "ТРЕТЬЕ ПРЕДНАЗНАЧЕНИЕ ПОЭТА"

"Эффект генерала" абсолютно не имел значения в случае с непониманием работ МакКлинток. Ибо, когда она опубликовала в 1951 году итоги своих 6-летних работ по подвижным генам, она уже была признанным авторитетом в цитологии и генетике. Ее работа 1931 года по цитологическому доказательству перекреста хромосом была признана классической и цитируется и ныне во всех учебниках. По оценкам цитологов, из 17 крупных открытий в цитогенетике кукурузы, приходившихся на период 1929-35 гг., 10 - были сделаны МакКлинток.

В 1939 году Б.МакКлинток была избрана вице-президентом Американского генетического общества. Весной 1944 года она стала членом Американской Академии наук - самой престижной научной организации США. Это был третий случай в истории американской академии, когда избиралась женщина. В ответ на поздравления генетика Трэси Соннеборна, неканоническим взглядам которого на наследственность она симпатизировала, МакКлинток писала: "Вы проявили и внимание, и благородство, поздравив меня с избранием в Академию наук. Я должна признаться, что была ошеломлена. Евреи, женщины и негры обычно дискриминируются и не должны ожидать многого. Я вовсе не феминистка, но мне всегда доставляет удовлетворение, когда рушатся аналогичные барьеры - для евреев, женщин, негров".

Король Швеции Карл Густав вручает Барбаре МакКлинток Нобелевскую премию, 1983 г.

И все же, несмотря на то, что авторитет МакКлинток, в отличие от Менделя, был общепризнан, сделанное ею уже в ранге американского академика открытие оставалось непонятым, или в лучшем случае на периферии науки еще 25 лет!

Можно указать на серию причин такого непонимания.

1. Сложность понимания цитогенетики, требующей долгой тренировки, пространственного воображения (как чтение рентгеновских снимков требует специальной подготовки врача-рентгенолога).

2. Выводы Б.МакКлинток противоречили ряду основных положений хромосомной теории наследственности, таких, как стабильность положения гена на хромосоме, случайность мутаций, их низкая частота.

3. После открытия двойной спирали ДНК и концепции "главной молекулы" произошел резкий сдвиг интересов в сторону молекулярной генетики, и факторы, молекулярная природа которых оставалась неизвестной, не вызывали особого интереса.

4. Особенность исследовательского подхода МакКлинток, ее устремленность к целому, "чувство организма", как определяла сама МакКлинток свой подход, и как названа научно-биографическая книга о ней, написанная историком науки Эвелин Келлер.

Чувство целого у МакКлинток, ее потрясающая цитологическая интуиция вызывали удивление даже коллег-цитогенетиков. В ответ на замечание ее коллеги М.Родса, как она умудряется, смотря на клетки под микроскопом, видеть столь много, МакКлинток ответила вполне серьезно: "Когда я смотрю на клетку, я чувствую, что погружаюсь в эту клетку и выглядываю оттуда". Слияние субъекта с объектом исследования, погружение в него, как бы растворение в нем, характерно для творческих гениев и в науке, и в искусстве. Именно такого рода погружение лежит в основе неявного знания о поведении системы как целого. И это знание практически невозможно передать другим.

К тому времени, когда МакКлинток получила цитогенетические доказательства перемещения контролирующих элементов по хромосоме, "чувство организма", внутреннее видение у нее было необычайно развито: "Когда вы внезапно видите всю проблему в целом, что-то происходит, вы видите решение еще до того, как вы сможете выразить это словами. Все это происходит бессознательно". Передать коллегам такого рода внутреннее видение столь же сложно, как получить ясный ответ от гроссмейстера, почему он выбрал именно этот, а не другой ход в сложнейшей шахматной позиции.

Взаимопонимание требует больших усилий и со стороны первооткрывателей, и со стороны сообщества. Фактологический, сугубо логический, рациональный (позитивистский) подход и целостный, включающий интуицию (художественный) подходы несовместны, хотя и взаимодополнительны. В прекрасной мини-новелле "Поэт" Карел Чапек создал художественный шедевр о несовместности двух подходов. Напомню фабулу. Ночью неизвестная машина сбивает в городе старуху. На месте происшествия никого не оказывается, кроме студента-политехника и пьяного "в дым" молодого поэта. Следователь расспрашивает этих двух свидетелей. Политехник говорит, что у машины был четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, но не может сказать, какого цвета была машина, тем более номер. Поэт отвечает, что вообще ничего не помнит. Он никогда не замечает подробностей, ибо "все это внешние факты, сырая действительность. А поэзия - это внутренняя реальность, это свободные сюрреалистические образы, рожденные в подсознании поэта" Случайно он обнаруживает в кармане скомканную бумажку с написанными ночью виршами. Они поначалу кажутся абракадаброй, бессмыслицей:

Дома в строю темнели сквозь ажур,
Рассвет уже играл на мандолине.
Краснела дева, в дальний Сингапур
Вы уносились в гоночной машине.
.....
О шея лебедя! О грудь!
О барабан и эти палочки -
трагедии знаменье!

Оказалось, с дальним Сингапуром ассоциировался коричневый цвет, а последние строчки - образы цифр - 235 (5 - это барабан и две палочки). Далее следует комичная сцена. Когда полицейский на следующий день радостно сообщает, что 235 - действительно номер коричневой по цвету машины, сбившей старуху на рассвете, поэт восклицает: "Номер? Я не заметил никакого номера. Но что-то такое там было, иначе бы я так не написал".

Несмотря на все старания, большинству генетиков и молекулярных биологов трудно было оценить ее данные. В лучшем случае реакция была, как в сказанной в 50-е годы ироничной фразе соавтора хромосомной теории наследственности А.Стертеванта: "I didn't understand one word she said, but if she says it is so, it must be so!" В переводе: "Я не понимаю ни слова из того, что она говорит, но если она это говорит, то так и есть, должно быть так". Увы! - повторим, - в книге самого Стертеванта по истории генетики, вышедшей в середине 60-х годов, об открытии МакКлинток - ни слова.

НЕИЗБЕЖНОСТЬ ЛАГ-ПЕРИОДА

Причина лаг-периода в 25-30 лет лежит в самой природе научного и художественного творчества и творческого гения. Гений обладает способностью проникать в такие глубины, которые до поры до времени покрыты для других мраком. Между тем, в случае МакКлинток внешне все выглядело пристойно. В 1965 году она получила Кимберовскую премию, которую присуждает американская академия за выдающийся вклад в область генетики и эволюции (среди награжденных Т.Морган, Ф.Добжанский, Н.В.Тимофеев-Ресовский и др.). Однако идеи МакКлинток оставались на периферии науки. Любопытна аргументация, к которой прибегали иногда генетики. Так, известный английский генетик Г.Понтекорво, упоминая в своем учебнике об исследованиях МакKлинток, пишет, что они очень интересны, но, возможно, касаются только кукурузы и только некоторых необычных линий кукурузы, как ему в личном разговоре сказал специалист по кукурузе генетик Мангельсдорф. Оттеснение на периферию - род интеллектуального иммунитета, естественной защиты от непривычного и нового.

Согласно концепции научного поля, факты и идеи сами по себе не решают, какие из них в данный момент доминируют в научном сообществе. Каждый ученый стремится поддержать те научные концепции, которые близки ему персонально. В рамках определенного доминирующего концeптуального поля решается, какие факты и вопросы важны, какая методика наиболее адекватна, какие феномены актуальны. Неубедительность фактов и оригинальность идей нередко предрешает их ценность и распространение, а степень их резонанса с силовыми линиями концептуального поля.

В этом смысле данные МакКлинток вступали в резкое противоречие с данными классического периода генетики. Из работы МакКлинток следовало, что мутации могут возникать с большой частотой, упорядоченно и что активность генов находится под контролем регуляторных элементов. Согласно классической теории Моргана, гены должны иметь жесткую "прописку", и существование целого класса мобильных элементов нарушало все каноны. Генетики в 50-60-е годы воспринимали это примерно также, как если бы, скажем, в 1951 году жителям Советского Союза вдруг сказали, что прописка необязательна и можно свободно переезжать из одного города в другой и за пределы "железного занавеса". По мнению одного из членов Нобелевского комитета, оценить в 1951 году гипотезу МакКлинток могли не более пяти генетиков во всем мире. По словам МакКлинток, ее "считали сумасшедшей".

Попробуем кратко просуммировать историко-научные уроки долгого непризнания открытий в генетике. Биология имеет дело со сложными системами, где не только целое много больше суммы частей, но нередко целое определяет части. В постижении свойств целого рациональный или физикалистский подход ограничен. Начальные этапы открытия, толчок к поиску и длительному анализу фактов, выбор экспериментальной системы и, наконец, обоснование гипотезы основаны в значительной мере на интуиции, чувстве красоты и гармонии.

Процесс выдвижения гипотез, как справедливо считают некоторые философы науки, сродни мифотворчеству. Момент выдвижения новой гипотезы или теории сопряжен с прозрением, с интуитивным прорывом к целостности. Но тогда столь же неизбежен и лаг-период в восприятии нового научным сообществом. Чтобы оно могло воспринять открывшуюся тайну или "новый миф", нужна психологическая готовность, желание проникнуться эмоционально-эстетическими оценками творца. Должен действовать "принцип сочувствия", который сформулировал выдающийся палеоботаник и эволюционист С.В.Мейен.

Для истории науки ценно признание МакКлинток о важной роли внерациональных личностных моментов в процессе получения и истолкования ее данных. Не следует считать только метафорой слова МакКлинток, что иногда она чувствовала себя как бы хромосомой, погруженной в клетку или отождествляла себя с изучаемым растением. Это признание находится в полном согласии с концепцией личностного знания М.Полани (книга "Personal Knowledge") и его тезисом об отождествлении объекта и субъекта в ходе научного творчества. В искусстве подобное отождествление давно известно, например, слова Льва Толстого, что он чувствовал себя Анной Карениной, бросающейся под поезд. Внерациональное личностное знание в принципе не может быть "рецептурным" и рационально обоснованным. Этот феномен неизбежно вызывает лаг-период в признании новых открытий в биологии и науке вообще.

Главная страница | Архив | Содержание номера

Номер 7(266) 27 марта 2001 г.

[an error occurred while processing this directive]