Создатель хромосомной теории наследственности

Томас Хант Морган (Thomas Hunt Morgan) – американский биолог-генетик, один из основоположников генетики.

Томас Хант Морган родился 25 сентября 1866 года в Лексингтоне, Кентукки, США. Он был старшим из троих детей дипломата Чарлтона Ханта Моргана – консула США на Сицилии, родственника знаменитого магната Дж.П. Моргана. Мать его, Эллен Кей Морган, была внучкой композитора Френсиса Скотта Ки, автора гимна США. Интерес к естествознанию Томас проявлял с самого детства. Он любил бродить по окрестностям городка, в котором жил, приносил из этих походов домой перышки птиц, необычные растения. Будучи старшеклассником, он несколько лет подряд во время летних каникул помогал геологам, ведущим изыскания в горах Кентукки.

       В 1886 г. Морган окончил Государственный колледж штата Кентукки и получил степень бакалавра. Летом, сразу после окончания учебы, он поехал на морскую станцию в Эннисквам на побережье Атлантики, севернее Бостона. Здесь Томас Морган впервые познакомился с морской фауной. Это знакомство захватило его, и с тех пор изучение морских форм привлекало его особый интерес в течение всей жизни.

Заинтересовавшись теорией Дарвина, Томас задумывается о механизмах наследования. Так он приходит к эмбриологии - науке о зародышах.

Биологию он изучал сначала в университете штата Кентукки, а затем в Балтиморе, в университете имени Джона Гопкинса. Свою дипломную работу он сделал под руководством морского биолога Вильяма Кейта Брукса. Брукс был превосходным учителем, воспитавшим целое поколение выдающихся американских зоологов В 1890 году получает докторскую степень за исследования зародышей морских пауков. В 1891 г. он стал адъюнкт-профессором биологии в Брин-Майровском колледже.

       В 1901 году выходит его первый фундаментальный труд «Регенерация», посвящённый способностям некоторых видов восстанавливать утраченные части тела.

       Морган, подобно некоторым своим современникам из университета Джона Гопкинса, находился под сильным влиянием X. Ньюэлла Мартина, который был физиологом и учеником Томаса Генри Гексли. Вероятно, от него Морган приобрел свою склонность к физиологическим подходам в биологии. Он рано почувствовал интерес к экспериментальной эмбриологии. Два лета Морган провел на Неаполитанской биологической станции, куда первый раз поехал в 1890 году, а затем в 1895-м. Здесь он познакомился и сошелся со многими из тех, кто способствовал развитию экспериментальной эмбриологии: с Дришем, Бовери, Дорном и Гербстом. Хотя Т. Морган был уже и сам экспериментальным эмбриологом, но именно это общение направило его интересы по-настоящему в эту сторону. Они образовали группу исследователей, весьма активных как за рубежом, так и в США То было волнующее время, так как ко всему у ученых был новый подход и постоянно возникали новые вопросы.

В конце XIX 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, до 1910 года Томас Морган, скорее мог считаться антименделистом. В том году ученый занялся изучением мутаций — наследуемых изменений тех или иных признаков организма.

      Несколько лет (1891- 1904 г.г.) он был доцентом кафедры зоологии женского колледжа в Брин Море, затем (1904-1928) профессором экспериментальной зоологии в Колумбийском университете в Нью-Йорке. Собственный научный дар склоняет его к изучению проблем едва лишь зарождаемой генетики, особый интерес вызвали результаты исследований Г.Менделя о наследственных признаках бобов.

     В 1904 году Томас Морган вступил в брак с Лилиан Воган Семпсон, своей студенткой из Брин-Майра, цитологом по специальности. У них родилось четверо детей.

     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.

     Именно в Нью-Йорке им были сделаны наиболее крупные открытия в области генетики. В качестве объекта Морган избрал мух дрозофил, мелких плодовых мушек, которые имеют лишь четыре хромосомы. Многочисленные опыты дали возможность констатировать прямую зависимость хромосом и наследственности.

    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.

    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.

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.

Вместе со своими учениками А. Стёртевантом, К. Бриджесом и Г. Мёллером изучил на них основные менделевские законы наследственности. 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.

      С легкой руки Моргана дрозофилы 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.

С помощью мушки генетика к настоящему времени сделала множество открытий. Известность дрозофилы столь велика, что на английском языке издается посвященный ей ежегодник, содержащий обильную разнообразную информацию.

Приступив к своим опытам, Томас Морган вначале добывал дрозофил в бакалейных и фруктовых лавках, благо лавочники, которым мушки досаждали, охотно разрешали чудаку ловить их. Потом он вместе с сотрудниками стал разводить мушек в своей лаборатории, в большой комнате, окрещенную «мушиной». 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.

          Сейчас ясно, что экспериментальная техника Томаса 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.

            С 1911 года Т.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 Томас Морган регулярно приезжал в Вудс-Хол. Но это 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 нему приехал русский учёный Николай Иванович 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 не мог знать особенностей характера знаменитого ученого. Выслушав внимательно Вавилова, Томас 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. Была ли в этом ответе Моргана присущая ему доля скрытой иронии, ведь американец 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.

        Общей задачей Моргана, которую он стремился решить своей биологической деятельностью, было дать материалистическую интерпретацию явлениям жизни. В биологических объяснениях больше всего его раздражало любое предположение о существовании какой-либо цели. Он всегда относился сдержанно к идее о существовании естественного отбора, так как ему казалось, что тем самым открывается дверь к объяснению биологических явлений в понятиях, предполагающих наличие цели. Его можно было уговорить и убедить, что в этом представлении нет решительно ничего, что не было бы материалистичным, но оно ему никогда не нравилось, поэтому приходилось снова и снова убеждать его в этом каждые несколько месяцев.

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 1928 году Томас Морган перешёл в Калифорнийский технологический институт (Калтех) в Пасадене, прославленный в области экспериментальной биологии, 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.

Благодаря открытию сцепления признаков, им удалось построить линейную картину распределения генов в хромосоме и сформулировать основные представления хромосомной теории наследственности. 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 1919 году 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 конце 20-х он возглавил Национальную академию наук США.

Картина строения хромосом, данная Морганом, и их исключительная роль в наследственности получили свое микроскопическое объяснение уже в современных открытиях молекулярной биологии.

В 1933 году Морган получил Нобелевскую премию «за открытия, связанные с определением роли хромосом в наследственности организма». После получения Нобелевской премии Томас Хант Морган продолжал административную деятельность в Калтеху, объединяя её 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.

Современные генетики считают, что сущность наследственности кроется в биохимических процессах, в которых основную роль играют нуклеиновые кислоты, в частности, дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

Из важнейших трудов Моргана следует упомянуть работы: "Регенерация", "Экспериментальная зоология", "Наследственность и пол", "Критика теории эволюций", "Физические основы наследственности", 'Теория гена".

Исследуя в университетской лаборатории клетки, А.Вейсман размышлял над вопросом: почему потомство, как правило, похоже на родителей? Частично он приоткрыл завесу тайны, но не мог найти ответ на вопрос, что же переходит из поколения в поколение и обеспечивает сходство потомства с родителями. Теория генов как носителей определенных наследственных свойств была создана Морганом. Он и его сотрудники заметили, что все изученные свойства дрозофильной мухи можно распределить на четыре группы свойств, передающихся по наследству в связи с наличием у дрозофильной мухи четырех пар хромосом. Ученые предположили, что комбинации из этих хромосом не могут превышать тысячи различных генов. В зависимости от того, какие гены находятся у мухи, она будет принадлежать к тому или иному виду. Тысячи экспериментов, проведенных с дрозофилой, позволили морганистам даже начертить "карты", по которым можно определить, где в хромосоме находится тот или иной ген. Это дало им возможность предположить, что в хромосомах всех животных и растений каждый ген находится в точно определенном положении.

Хромосомная теория наследственности пыталась решить основную проблему генетики: найти причину относительной стабильности видов и причину мутации отдельных разновидностей.

       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».

    В 1941 г. Томас Морган получил звание почетного профессора биологии в Калтеху. В последние годы жизни он приобрел маленькую лабораторию в Корона дель Мар (Калифорния).

Умер Т.X. Морган 4 декабря 1945 года от внезапного желудочного кровотечения в Пасадене, Калифорния.

Морган был награждён медалью Дарвина (1924). Удостоен званий: член Национальной академии наук США (1909), её президент (1927—1931); иностранный член Лондонского королевского общества (1919); ностранный член-корреспондент Российской академии наук (1923) и иностранный почётный член Академии наук СССР (1932).

В его честь названа медаль, присуждаемая Обществом генетиков Америки.