В начале 1981 г. процесс выделения генов и получения из них различных цепей был автоматизирован. Генная инженерия в сочетании с микроэлектроникой предвещает чудо XXI в., когда человек, вероятно, научится управлять живой материей так же, как сегодня он управляет неживой. Дорогу к этому прокладывают современные опыты по молекулярной рекомбинации ДНК, которые позволяют получать невиданные гибриды и самые неожиданные сочетания генов.

Важные уточнения, касающиеся строения генома, были сделаны американским генетиком Барбарой Макклинток, которая с 1942 г. работает в известной лаборатории Колд Спринг Хабор.

Вся научная деятельность этой исследовательницы связана с генетикой кукурузы. (Следует заметить, что для генетиков это растение является таким же классическим объектом исследования, как и дрозофила.) Барбара Макклинток пыталась выяснить, чем объясняется различный цвет зерен кукурузного початка. После сложных генетических анализов она пришла к выводу, что геном кукурузы содержит подвижный ген — когда он «прыгает» на другое место, подавленный ген, регулирующий окраску, проявляет свое действие, и зерно окрашивается.

Сообщение о том, что в геноме организма имеются элементы с непостоянным местом, вызвало определенный интерес в научных кругах, но в целом специалисты не обратили на него особого внимания. Однако в середине 70-х годов транспозоны были заново открыты — теперь уже методами молекулярной генетики — советским ученым Г.П. Георгиевым[30]. Вскоре экспериментаторы научились выделять подвижные гены «ин витро». Можно сказать, что генетики действительно находятся на пути к «конструированию» живых существ. И начало этой новой области науки было положено более чем 30 лет тому назад на опытном поле Барбары Макклинток, где она выращивала кукурузу. За открытие подвижных элементов генома Б. Макклинток была удостоена в 1983 г. Нобелевской премии по медицине и физиологии.

XIII. ФИЗИОЛОГИЯ

В первые годы после основания Нобелевского фонда одно имя часто называлось в списках кандидатов в лауреаты, подготавливаемых Каролинским институтом, — Иван Петрович Павлов, профессор Института экспериментальной медицины в Петербурге. Выдающийся русский ученый приобрел широкую известность благодаря своим новаторским исследованиям в физиологии.

Считается, что работы Павлова открыли новую эру в развитии этой науки. Его основным методом был так называемый хронический эксперимент. Цель его опытов — путем минимального вмешательства в деятельность организма высших животных исследовать функции различных органов и систем. Павлов разработал и усовершенствовал методы хирургических операций, посредством которых производилось наложение фистул на пищеварительные железы. Подопытные животные после операции долго сохраняли свою жизнеспособность, что позволяло всесторонне исследовать физиологию их пищеварительной системы. Это было исключительно важно, так как до работ Павлова было мало что известно о процессах пищеварения.

Разнообразные методы исследования, применяемые сотрудниками Павлова, способствовали быстрому получению данных относительно работы органов пищеварения. Искусственные отводы от слюнных желез, желудка и других органов системы пищеварения дали возможность исследовать секрецию желудочного сока и проводить его химический анализ. Наряду с этим были изучены моторные функции и нервная регуляция пищеварительной системы. Это было новое слово в физиологии, поскольку прежде большинство ученых и не предполагали, что нервная система играет какую-то роль в процессах пищеварения. Развивая в дальнейшем это направление, Павлов сделал крупный вклад в нейрофизиологию.

Располагая столь надежным и испытанным методом, Павлов и его сотрудники собрали огромное количество данных о зависимости процесса пищеварения от действия органов чувств и состояния нервной системы животных, от качества пищи и многих других факторов. Сотрудники Института экспериментальной медицины публиковали многочисленные научные сообщения и статьи, которые, несмотря на языковый барьер, становились известными во всем мире. Сам Павлов, направлявший работу всех своих сотрудников, редко фигурировал как соавтор в их публикациях. Это побудило Каролинский институт направить профессора Карла Тигерстеда в Петербург, чтобы выяснить, кто возглавляет столь плодотворную научную деятельность целого коллектива. Это позволило оценить роль И.П. Павлова, и в 1904 г. он был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине за работы по физиологии пищеварения.

Ученому исполнилось в ту пору 55 лет, и он был в расцвете творческих сил. Свою плодотворную работу Павлов продолжал еще три десятилетия, сосредоточив теперь основное внимание на физиологии высшей нервной деятельности. Им была создана целая научная школа, и его институт в окрестностях Ленинграда стал одним из крупнейших в мире центров исследований в области физиологии. За большие успехи в нейрофизиологии Павлова в 20-е годы вновь выдвигали на Нобелевскую премию, и, хотя его кандидатура на сей раз не прошла, сам этот факт свидетельствует о его высоком авторитете как ученого.

В начале нынешнего столетия датский физиолог Август Крог из Копенгагенского университета занялся изучением процессов газообмена в тканях. Эта область была чрезвычайно трудна для исследования, так как возможности прямых измерений здесь весьма ограниченны. Крог разработал косвенные методы исследования диффузии кислорода и получил совершенно неожиданный результат: даже при очень тяжелой физической нагрузке содержание газа в мышцах оказалось почти таким же, как в капиллярах. Это было удивительным, поскольку предполагалось, что содержание кислорода в мышцах в данном случае должно уменьшаться, чтобы возрастала скорость диффузии. Датский ученый показал, что это достигается с помощью другого механизма.

Крог решил исследовать непосредственно капилляры, воспользовавшись для этого микроскопом. Он обнаружил, что при сокращении мышцы и действии различных раздражителей число капилляров растет, между ними возникают новые связи, сеть капилляров становится гуще. Это приводит к увеличению площади диффузии и расширяет возможности для проникновения кислорода в клетки. Подобную картину наблюдали и другие исследователи, однако до Крога никому не приходило в голову объяснить подобным образом пульсацию капилляров. Такой подход позволил Крогу объяснить количественные данные по газообмену в организме. Увеличение числа капилляров приводит, не ускоряя движения крови, к увеличению количества циркулирующей в организме крови, которая переносит кислород и питательные вещества. Увеличение скорости кровотока повлекло бы за собой сокращение времени диффузии, и тогда кровь не выполняла бы своих функций.

За исследования физиологии капиллярного кровообращения Август Крог был удостоен в 1920 г. Нобелевской премии по физиологии и медицине.

Одним из интереснейших изобретений известного французского физика Габриеля Липмана был капиллярный электрометр. В 1887 г. Август Уоллер с помощью такого прибора записал первую электрокардиограмму. Эти исследования привлекли внимание голландского физиолога Виллема Эйнтховена из Лейденского университета. Он начал эксперименты с капиллярным электрометром и вскоре выявил его недостатки и ограниченные возможности. Оказалось, что аппарат имеет значительную инерцию, и снятая им электрокардиограмма не дает подлинной картины импульсов, возникающих в проводящих пучках сосудов сердца. Эйнтховен разработал математические методы коррекции результатов, применил метод фоторегистрации, развил теорию электрокардиографии и таким образом в 90-е годы добился получения электрокардиограмм высокого качества. В 1895 г. он расчленил регистрируемые сигналы на составные части, связав их с различными моментами в деятельности сердца. Эта номенклатура сохранилась до настоящего времени.

Однако, несмотря на все усовершенствования, метод оставался очень сложным. Тогда Эйнтховен предложил в 1903 г. радикальное решение — струнный гальванометр, с помощью которого можно было регистрировать малые и быстрые изменения электрических потенциалов. Этот прибор — дальнейшее усовершенствование аналогичной конструкции, созданной Жаком Арсеном Д’Арсонвалем. Со струнного гальванометра начинается современная электрокардиография.