Сам метод обнаружения по отсутствию целой группы потомков с определенным четким признаком позволяет выявлять летали более надежно, независимо от субъективных свойств исследователя, чем нечеткие, неви­димые или просто вредные мутации. К счастью встречается довольно мало промежуточных случаев, когда мутация почти полностью, но не совсем детальна. Так как летальные мутации встречаются гораздо чаще ярко-выраженных видимых мутаций и могут быть объективно выявлены, оказа­лось возможным использовать летали в качестве меры частоты мутаций, несмотря на тот недостаток, что для обнаружения летали необходимо размножение, а не простое обследование особи, несущей мутацию. В ранее опубликованной работе мы (Альтенбург и автор этих строк) попытались не только найти количественное значение «нормальной» частоты мута­ций, но и выяснить, влияют ли на частоту мутаций определенные условия, которые, как мы считали, представляют особый интерес. В конечном счете мы намеревались использовать этот метод для исследования роли самых разнообразных условий. Условием, выбранным для первых опытов, была температура, и результат, подтвержденный впоследствии работами автора, свидетельствовал о том, что с увеличением температуры в нормаль­ных для организма пределах частота мутаций увеличивалась так, как если бы мутация в основном представляла собой обычную химическую реакцию.

МУТАЦИИ КАК ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ

В соответствии с этой точкой зрения единичная мутация соответствует индивидуальному молекулярному изменению: растянувшаяся же на тысячи лет серия мутаций в громадном числе идентичных генов популяции соответствует течению обычной химической реакции, происходящей среди громадного числа молекул, заключенных в лабораторную пробирку, и протекающей в течение долей секунд. Разница в скорости связана с тем, что индивидуальный ген в своем биологическом окружении гораздо ста­бильнее обычной химической молекулы при воздействии на нее различных реагентов. Таким образом, мутации, взятые в целом, должны подчиняться статистическим законам, приложимым к массовым реакциям, тогда как индивидуальная мутация соответствует изменению одной молекулы идолжна подвергаться случайностям ультрамикроскопических или атомных событий. Появление же мутантной особи является грандиозным усилением этого явления. Этот принцип дает ключ к пониманию того факта, который иначе находится в противоречии с

рациональной, научной, микроскопиче­ски детерминистской точкой зрения, согласно которой различия во внешних условиях или в состоянии живого существа не влияют, по-видимому, на воз­никновение мутаций, и наоборот, в нормальных и постоянных внешних ус­ловиях возникают мутации разного типа. Этот принцип согласуется также с тем фактом, обнаруженным нами примерно в то же время, что при возникновении мутации в данном гене другой идентичный ген, находя­щийся в той же клетке, обычно не изменяется, хотя он, конечно, находится в тех же самых макроскопических физико-химических условиях, что и мутировавший ген. По этой концепции мутации обычно возникают в результате субмикроскопических случайных событий, т. е. в результате «капризов» теплового движения, происходящего на молекулярном и субмолекулярном уровнях. Впоследствии Дельбрюк и Тимофеев-Ресовский в более подробной работе о влиянии температуры показали, что увели­чение частоты мутаций с повышением температуры происходит быстрее, чем это происходило бы в случае обычной химической реакции в про­бирке, причем в соответствии с тем, чего следовало ожидать для реакции с такой низкой абсолютной скоростью (т. е. с малой долей молекулярных изменений в единицу времени), которая вытекает из наблюдаемой часто­ты мутаций. Это количественное совпадение помогает подтвердить пра­вильность всей концепции в целом.

Далее, вывод о немакроскопической природе индивидуальной мута­ции, столь отличающей ее от остальных макроскопически обнаружимых химических изменений, естественно привел к предположению, что неко­торые «точечные эффекты», вызываемые излучениями высокой энергии типа рентгеновых лучей, могут вызвать также и изменения в генетическом материале. Поскольку мутацию вызывает даже такое относительно мягкое воздействие, как тепловое возбуждение, очевидно, что энергетически гораздо более сильное возбуждение, вызванное радиацией, также должно вызывать мутации. И действительно, наши исследования по применению рентгеновых лучей, проведенные с помощью таких же генетических мето­дов, как и ранее поставленные исследования о роли температуры, показа­ли, что радиация гораздо эффективнее простого увеличения температуры, поскольку за полчаса облучения в обработанных клетках можно получить раз в 100 больше мутаций, чем их возникнет спонтанно за целое поколе­ние. Было обнаружено, что эти мутации также обычно возникают локаль­но и случайно в единичном гене, не затрагивая в то же время идентичного гена, который может присутствовать поблизости в гомологичной хромосоме.

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ

Кроме изменения индивидуальных генов радиация вызывает перегруп­пировки частей хромосом. Как показали наши последующие работы (в частности, с сотрудниками, особенно с Райхаудхьюри и Понтекорво), эти изменения возникают в первую очередь в результате разрывов хромо­сом, за которыми следует присоединение разорванных концов друг к другу, в результате чего они соединяются не в том порядке, как ранее. Два или несколько разрывов, участвующих в такой перестройке, могут распола­гаться далеко друг от друга и быть вызваны разными ударами и таким образом

приводят к тому, что мы называем крупными структурны­ми изменениями. Эти изменения бывают разного типа в зависимости от того, где именно произошли разрывы и какие именно образовавшиеся концы соединились друг с другом. Несмотря на то, что индивидуальные «удары» обладают в общем весьма локальным действием, не так уж редко в близлежащих точках происходят два разрыва, что равносильно одному локальному изменению (или по крайней мере одной локальной группе изменений), влияние которого распространяется на определенное рас­стояние в обе стороны. Воссоединение в новом порядке разорванных кон­цов, возникших в результате таких соседних разрывов, приводит к мелким изменениям последовательности генов. Как правило, маленькие участки, расположенные между двумя разрывами, теряются («нехватка»), но иногда они меняют ориентацию («инверсия») или даже попадают в совершенно другую область хромосомы, ставшую доступной в результа­те образования в ней независимого разрыва.

И ранние и последующие работы с сотрудниками (Оливер, Хансон и др.) четко показали, что частота генных мутаций прямо пропорциональна дозе облучения, независима от длины волны, от вида облучения, будь то рентгеновы, g- или даже b-лучи, и от времени облучения. С тех пор эти факты были подтверждены с большой точностью, особенно в работах Тимофеева-Ресовского с сотрудниками. В нашей сравнительно недавней работе с Райхаудхьюри эти принципы были распространены для g-лучей на столь малые дозы, как 400 рентген и столь малую интенсивность облучения, как 0,01 рентген в минуту. Эти данные, как мы думаем, неизбежно приводят к заключению, что пороговой дозы не существует и что индиви­дуальная мутация происходит в результате индивидуального «удара», вызывающего генетический эффект в непосредственной близи от него. Пока не решено, являются ли эти так называемые «удары» отдельными ионизациями или возбуждениями на более низких энергетических уровнях или напротив для них требуется скопление ионизации, которые встре­чаются на концах электронных треков и на их боковых ветвях (на эту возможность указали Ли и Фано). Но в любом случае они являются даже при микроскопическом рассмотрении тем, что мы называем «точечными мутациями», поскольку при них происходят изменения лишь на ультра­микроскопическом уровне. Возникновение или невозникновение этих мута­ций в определенной точке является вероятностным процессом, причем этот термин употребляется в том же значении, что и в математической статистике.