Представление о том, что и у микроорганизмов возможны скачко­образные изменения наследственных признаков-мутации,-утвержда­лось лишь с трудом. До разработки метода чистой культуры многие ученые (Нэгели, Цопф) думали, что у бактерий морфология и физиоло­гические свойства чрезвычайно изменчивы. Считалось, что большое чис­ло бактерий, встречающихся в природе, представляют собой разные стадии жизненного цикла небольшого количества видов (плеоморфизм). Возражая против этого на основании результатов, полученных с по­мощью усовершенствованных методов и чистых культур, другие ученые выступили в пользу теории мономорфизма, согласно которой бактерии можно различать и классифицировать, исходя из постоянства их морфо­логических и физиологических признаков. Необходимо было научиться различать и у бактерий генотип и фенотип. Генотипом называют сово­купность наследственных задатков клетки; ему противопоставляют фе­нотип-совокупность наблюдаемых признаков. Фенотипическое проявле­ние одного и того же генотипа может быть различным в зависимости от условий среды.

Термин мутация введен Де Фризом, изучавшим изменчивость и наследственность у растений и определившим мутацию как «скачкообраз­ное изменение наследственного признака». Это понятие Бейеринк позд­нее распространил и на бактерии.

У бактерий наибольшее внимание привлекали варианты, возникаю­щие под действием ядов. Долгое время считали эти резистентные к ядам клетки результатом адаптации. Отличить фенотипическую адаптацию к измененным условиям среды от генотипического изменения оказалось нелегкой задачей, хотя критерий различия достаточно прост. Фенотипи-ческая адаптация проявляется у всех клеток данной культуры, тогда как изменение генотипа затрагивает лишь немногие клетки; благодаря своей лучшей приспособленности к среде клетки, ставшие наследственно устойчивыми, например, к яду, растут быстрее, чем клетки исходного штамма, и в конце концов вытесняют их.

Возник еще один вопрос: не вызывается ли изменение генотипа са­мим селективным фактором, оказывающим направленное воздействие на гены? Или же мутации происходят независимо от среды и носят не­направленный характер? Теория Ламарка о наследовании приобре­тенных адаптивных признаков в отношении высших организмов оказа­лась несостоятельной. Получила признание теория Дарвина, согласно которой новые типы и виды возникают в результате мутаций, не зави­сящих от среды, с последующим отбором наиболее приспособленных форм. У высших организмов передающиеся потомкам мутации проис­ходят в половых клетках, в значительной мере защищенных от воздей­ствия среды. В отличие от этого бактериальные клетки легко подвер­жены внешним влияниям. Поэтому можно было представить себе, что воздействие яда, приводящее к появлению в бактериальной популяции устойчивых мутантов, не сводится только к отбору, а определяет также и направленность мутаций. Вопрос о зависимости мутаций от среды и об их направленном характере оставался кардинальной проблемой биологии, и его предстояло решать на бактериях.

В результате ряда экспериментов, привлекших к себе большое вни­мание, были получены доказательства того, что и у бактерий мутации носят спонтанный и ненаправленный характер. Здесь мы рассмотрим лишь один из этих классических экспериментов; он легко доступен для понимания и демонстрирует широко применяемую сейчас методику пересева с помощью штампа (метод реплик).

Непрямой отбор мутантов методом реплик (отпечатков). Этот безу­пречный метод, получивший в настоящее время широкое распростране­ние, был предложен Ледербергами в 1952 г. Он состоит в следующем. Обтянутый бархатом штамп несколько меньшего диаметра, чем чашка Петри, прижимают к агару, на котором растут колонии бактерий. При этом часть клеток пристает к ворсинкам бархата. Если теперь прижать этот штамп к незасеянному агару в другой чашке, то на ней будет вос­произведена вся картина колоний исходной чашки.

Из чашки I с плотным газоном фагочувствительных бактерий (рис. 15.2) при помощи штампа был произведен пересев на обычный

15.2

агар (II) и на агар, предварительно засеянный фагом (III). После инкуба­ции появились отдельные фагоустойчивые колонии. Затем из чашки с обычным агаром (II) произвели пересев с участка, соответствовавшего ареалу фагоустойчивых колоний в чашке с фагом. Размножившиеся клетки распределили по агару в новой чашке и после инкубации пере­несли с помощью бархатного штампа в две чашки (с обычным агаром и с агаром, засеянным фагом). Такую процедуру повторили много раз, и в конце концов была получена суспензия фагоустойчивых мутантов, никогда не имевших контакта с фагом. Этот эксперимент дает четкое доказательство спонтанного возникновения фагоустойчивых мутантов без всякого контакта с селективным агентом.