Бесполое размножение организмов. 
Клонирование

Бесполое размножение происходит у всех одноклеточных водорослей, грибов (например дрожжей), простейших животных. Это обычное деление клеток, чередующееся с половым размножением и служащее более широкому расселению видов. Бесполое размножение широко распространено также у высших растений, что известно любому дачнику. В практике используется размножение черенками (смородина), усами (земляника), клубнями (картофель) и другими фрагментами. Поскольку новые растения вырастают из вегетативных (не половых) органов, этот механизм называют также вегетативным размножением. Встречается бесполое размножение и у многоклеточных животных, например путем почкования. Легко почкуются гидры и медузы. Плоские черви планарии восстанавливаются из фрагментов тела. Морские звезды вырастают со всеми органами из отдельных оторванных лучей. Однако с повышением уровня организации эта способность снижается, а у высших животных и человека она совсем утрачивается. Если разрезать пополам насекомое, например муху, или позвоночное животное — рыбу, лягушку, не говоря уже о птицах и млекопитающих, то из этого ничего хорошего не выйдет.

Общим правилом бесполого размножения является участие одного «родителя». Важно и то, что дочерние особи образуются из обычных соматических (не половых) клеток, которые остаются диплоидными, так как делятся митотическим путем. Поскольку перед каждым митозом ДНК реплицируется с большой точностью, все поколения имеют в клетках один и тот же набор генов с их изначальными мутациями, один и тот же генотип — от одного родителя. Фактически это генотип тех прародителей (бабушек и дедушек, прабабушек и прадедушек или еще более древних поколений), которые когда-то были получены половым путем. Поэтому земляника, разводимая усами, или картофель при посадке клубнями будут сохранять из поколения в поколение одни и те же сортовые качества. С годами они заражаются бактериями и вирусами, приобретают мутации и стареют, как стареет отдельный организм. Поэтому время от времени посадочный материал приходится обновлять. Для этого используют новое, молодое поколение, полученное из семян при половом размножении.

Близким по сути является клонирование растений и животных. Теория и практика клонирования уже давно не новые, хотя заговорили об этом в последнее десятилетие, после того как в 1997 году в Шотландии удалось вырастить знаменитую овечку Долли. Что же такое клонирование?

Клон — это совокупность генетически однородных особей, полученных путем простого митотического размножения клеток без полового процесса, без хромосомного рекомбинирования. Клонированные организмы генетически идентичны, как однояйцевые братья или сестры. Этим клон отличается от потомков, полученных половым путем, у которых в каждом поколении возникают новые комбинации генов от двух родителей. Потомство одного растения или животного, полученное черенкованием или почкованием, это, по сути, тоже клон. Но в последнее время клонирование особей ведут из отдельных клеток. Это повышает генетическую чистоту клона и имеет ряд других преимуществ.

Схема клонирования растений.

Схема клонирования растений приведена на рис. 5. Берут какую-нибудь ткань, например кусочек корнеплода моркови, помещают в колбу или пробирку с плотной питательной средой, добавляют гормоны роста. Вскоре клетки приступают к размножению. В это время их можно рассадить по одной штуке во множество колб или пробирок, и процесс пойдет с прежним темпом в каждой из них. Образуется клеточная масса (каллус), в которой далее идет дифференцировка клеток с образованием разных тканей, формируются органы: корень, стебель, листья. Растение в пробирке готово, оно может достичь половозрелости и дать семена. Ценность метода клонирования растений заключается в том, что таким образом удается вырастить стерильный, не пораженный вирусами или бактериями, посадочный материал. Если это к тому же элитный сорт, урожай после пересаживания в открытый грунт будет превосходный. Естественно, делается это в специальных лабораториях, стерильно, с применением искусственных сред и стимуляторов роста.

Клонирование животных началось гораздо раньше, чем принято думать.

Уже в 1928 г. была показана возможность развития личинок тритона из отдельных клеток 16-клеточного зародыша. В 1950;е годы был получен головастик лягушки из зиготы, в которой ее собственное ядро было удалено и заменено ядром из клетки раннего зародыша. Позднее, с усовершенствованием методик удаления и пересадки ядер, удавалось выращивать взрослых лягушек из икринок, которым трансплантировали ядра из мышечных или кишечных клеток головастика. В наше время осуществлено клонирование сельскохозяйственных животных.

Главный резон этой технологии — сохранение и рациональное использование генотипов элитных, особо ценных и редких производителей. Для клонирования берут ядро какой-либо соматической клетки от животного требуемой породы и пересаживают его в яйцеклетку той же или другой особи. Полученную искусственную зиготу возвращают матери, которая и вынашивает потомство (рис. 6).

Схема клонирования овечки Долли Так, для выращивания овечки Долли были взяты клетки молочной железы взрослой овцы. Клетки размножили в культуре и получили «посадочный» материал в виде генетически однородного клеточного клона. Каждая клетка содержала ядро, а в ядре диплоидный набор хромосом. Яйцеклетку достали из яйцевода другой овцы и удалили из нее гаплоидное ядро. Далее одно из выращенных диплоидных ядер молочной железы пересадили в безъядерную яйцеклетку и получили аналог зиготы, образуемой при обычном оплодотворении. Теперь искусственную зиготу перенесли в матку взрослой самки для эмбрионального развития. Успех подобных манипуляций пока далеко не стопроцентный. Чтобы получить овечку Долли, потребовалось более 400 попыток.

Проблема клонирования принципиально решена в биологическом плане. Однако в ней следует видеть два аспекта: клонирование клеток и клонирование организмов. Ранний зародыш удобно использовать как источник молодых стволовых клеток, способных к размножению и формированию различных тканей. Такие клетки можно выделить, размножить, т. е. клонировать, и консервировать на многие годы, а при необходимости использовать в медицинских целях — в травматической, ожоговой или иной заместительной тканевой терапии.

Работы по клонированию стволовых клеток сегодня выдвинуты в разряд приоритетных направлений биотехнологии. Однако клонирование клеток из эмбриона считается аморальным (фактически это убийство) и, как правило, запрещается. Поэтому наряду с эмбриональными стволовыми клетками широко используют гемопоэтические (кроветворные) стволовые клетки красного костного мозга, пуповинной крови или аналогичные клетки других тканей. Хотя клетки из этих источников способны давать не все типы тканевой специализации.

Сложнее обстоит дело с клонированием целых животных организмов. Помимо того, что эта технология пока далека от совершенства (велик риск получения уродливых организмов), встают чисто гуманитарные вопросы о допустимости клонирования человека. Шотландский ученый Ян Вильмут, который со своими сотрудниками и проделал опыты по выращиванию Долли, высказался против клонирования людей. В ряде стран, в том числе в России, такие эксперименты запрещены законодательно. Но история науки и техники знает, как трудно удержать в стенах лаборатории выдающиеся открытия. Так было с расщеплением радиоактивных материалов, которое не только породило атомную энергетику, но и вылилось в производство ядерных вооружений. Так же, вероятно, будет и с клонированием человека. Последствия пока трудно предвидеть, но это вопрос не биологический. Это поле деятельности политиков, юристов, правозащитников, церкви — всей мировой общественности.