Как ведут себя хромосомы в ходе митоза? Они дуплицируются – оба набора, обе копии кода. Данный процесс подробно изучен под микроскопом и очень важен, но слишком сложен, чтобы подробно описывать его здесь. Суть заключается в том, что каждая из двух «дочерних клеток» получает в наследство два полных набора хромосом, полностью идентичных набору родительской клетки. Поэтому все клетки тела имеют одинаковый хромосомный набор. Биолог простит мне удивительный случай мозаичности, который я опустил в своем кратком описании.
Хотя мы до сих пор плохо понимаем данный процесс, судя по всему, для работы организма важно, что каждая клетка, даже самая малозначимая, обладает полной (двойной) копией кода. Раньше в газетах писали, что во время своей африканской кампании генерал Монтгомери позаботился о том, чтобы каждый солдат его армии был подробно осведомлен о его планах. Если это соответствует действительности (а это вполне может ей соответствовать, учитывая сообразительность и надежность его отрядов), это отличная аналогия для нашего случая, в котором соответствующее утверждение в буквальном смысле верно. Самым удивительным фактом является двойственность хромосомного набора, поддерживаемая посредством митотических делений. Данную выдающуюся особенность генетического механизма особенно хорошо подчеркивает единственное исключение из правила, какое мы сейчас обсудим.
Вскоре после начала развития особи резервируется группа клеток, которая на более поздней стадии даст начало так называемым гаметам – сперматозоидам или яйцеклеткам, – необходимым для воспроизведения организма во взрослом возрасте. «Резервирование» означает, что пока они не выполняют никаких других функций и претерпевают значительно меньшее число митотических делений. Именно посредством исключительного, или редукционного, деления (мейоза) в зрелом возрасте из этих запасенных клеток образуются гаметы, обычно незадолго до того, как должна осуществиться сингамия. При мейозе двойной набор хромосом родительской клетки просто разделяется на два одинарных, по одному для каждой из двух дочерних клеток, или гамет. Иными словами, во время мейоза не происходит митотического удвоения числа хромосом, оно остается постоянным, и потому каждая гамета получает только половину – то есть одну полную копию кода, а не две (например, у человека только 24, а не 2 (х) 24 = 48).
Клетки с одним набором хромосом называют гаплоидными (от греч. ἁπλοῦς – одиночный). Таким образом, гаметы гаплоидны, а обычные клетки тела диплоидны (от греч. διπλοῦς – двойной). Иногда встречаются особи с тремя, четырьмя… в общем, с множественными наборами хромосом. Их называют триплоидными, тетраплоидными… полиплоидными.
В ходе сингамии гаплоидная мужская гамета (сперматозоид) и гаплоидная женская гамета (яйцеклетка) сливаются в оплодотворенную диплоидную яйцеклетку. Она получает один хромосомный набор от матери и один – от отца.
Еще один момент требует уточнения. Для нас он не слишком важен, однако представляет значительный интерес, поскольку демонстрирует, что практически полный код «структуры» содержится в каждом одинарном наборе хромосом.
Рис. 5. Чередование поколений
В некоторых случаях непосредственно после мейоза не происходит оплодотворения, и гаплоидная клетка («гамета») претерпевает многочисленные митотические деления, приводящие к формированию полностью гаплоидной особи. Например, самец пчелы – трутень – развивается партеногенетически, то есть из неоплодотворенных, а значит, гаплоидных яйцеклеток матки. У трутня нет отца! Все клетки его тела гаплоидны. Можно назвать его огромным сперматозоидом – и действительно, как известно, это его единственная функция. Однако данная точка зрения нелепа. Такой случай не уникален. Существуют семейства растений, у которых гаплоидная гамета, образующаяся путем мейоза и называемая спорой, падает на землю и, подобно семени, развивается в истинно гаплоидное растение, по размерам сравнимое с диплоидным. На рис. 5 приведено схематическое изображение мха, распространенного в наших лесах. Облиственная нижняя часть представляет собой гаплоидное растение, называемое гаметофитом, потому что на его верхнем конце развиваются половые органы и гаметы, которые путем взаимного оплодотворения дают диплоидное растение – голый стебель со споровой коробочкой наверху. Когда коробочка раскрывается, споры попадают на землю, из них развивается облиственный стебель и т. д. Эту последовательность событий называют чередованием поколений. Можно взглянуть подобным образом на человека и животных. Однако «гаметофит» у них, как правило, представляет собой короткоживущее одноклеточное поколение, сперматозоид или яйцеклетку. Наше тело соответствует спорофиту. Наши «споры» – запасенные клетки, из них посредством мейоза образуется одноклеточное поколение.