Страница 10 из 67
Итак, классическая генетика, развивавшаяся бурными темпами с начала XX столетия, заложила прочный фундамент изучения одного из трех «китов» эволюции по Дарвину — наследственности. Параллельно шло интенсивное исследование антитезы наследственности — изменчивости.
Ген изменяется
Изменение не наследственное для нас не существенно.
С первых лет нашего века, в пору возникновения классической генетики, исследователей интересовали вопросы: насколько стабильны гены? Какими факторами можно их изменять и можно ли это делать направленно? Иными словами, речь шла о разгадке тайны изменчивости — второго фактора эволюции из указанных Дарвином.
Остановимся на крайней точке зрения, впервые высказанной еще А. Вейсманом и вслед за ним Дж. Лотси. Согласно этой концепции, изменчивость определяется в основном генетическими рекомбинациями — перетасовками весьма стабильных, практически неизменяемых наследственных задатков.
Сторонников этой концепции у нас порой огулом зачисляли в идеалисты и реакционеры, причем обвинения были скорее эмоциональными, чем убедительными; никто из них не считал ген сверхстабильным образованием, наподобие кусочка платины (ведь тогда уже было известно о распаде самих атомов!). Дело в другом: первые генетики часто полагали, что условия, при которых ген изменяется, настолько жесткие, что не могут быть совместимы с жизнью. Поэтому эволюция использует старые гены в новых комбинациях, а астрономические цифры возможных комбинаций позволяют надеяться, что в ближайшие миллиард миллиардов лет процесс эволюции не кончится.
Парадоксально, но сторонники стабильности гена были не так уж неправы, хотя ген оказался изменяющимся.
Да, Вейсман прав: эволюция гораздо чаще использует старые гены, чем создает новые. Исключение составляют лишь микроорганизмы с гаплоидным, то есть одинарным, набором генов. И все-таки новые аллели возникают непрерывно. Стабильность гена отнюдь не абсолютна.
В этом можно убедиться, наблюдая возникновение форм с наследственно измененными признаками. Такие изменения издавна называли мутациями.
Сейчас уже трудно установить, кто был автором этого термина, возникшего в XVII–XVIII веках. То ли гейдельбергский аптекарь Шпренгер, описавший появление странного растения чистотела с разрезными листьями, то ли французский садовод Дюшен, нашедший землянику с простыми, а не тройчатыми листьями, то ли ботаник М. Адансон, описавший ряд изменений у льнянки, ячменя, пролески. Впрочем, латынь тогда была у ученых в большой чести (ботаники и по сие время дают описания — диагнозы новых видов на языке Вергилия и Цицерона). А мутация (mutation) по-латыни и будет просто — изменение, так что первые ученые, употреблявшие это слово, по-видимому, и не собирались придумывать новый термин, а лишь констатировали факт появления новых признаков. Воскресил слово «мутация» и наполнил его новым содержанием голландский ученый Гуго Де Фриз, один из переоткрывателей менделизма.
Началось с того, что Де Фриз задался целью проверить Дарвина — воспроизвести процесс видообразования в эксперименте. Сначала он высевал семена, собранные с растений больных, уродливых, выросших в неблагоприятных условиях существования, но не добился успеха. Лишь в 1886 году он открыл объект, позволивший сделать важные выводы.
Есть такое растение — ламаркова энотера, или ослинник. Это близкий родственник всем известного иван-чая из семейства кипрейных, завезенный из Америки сорняк (хотя окультуренную крупноцветную форму его иногда разводят в палисадниках). Я не видел энотеры до недавнего времени, но встретив ее в одичавшем парке под Киевом, мгновенно узнал по многочисленным изображениям. Еще бы — трудно найти растение, из-за которого в научных спорах было бы сломано больше копий! Ведь из-за него пытались опровергать дарвинизм.
Энотера (она же ночная свечка и ослинник) — самое знаменитое растение в генетике.
Проходя мимо заросшего энотерой картофельного поля близ деревни Гилверсум, Де Фриз заметил, что в массу обычных растений вкраплены резко отличающиеся от них экземпляры. Собрав семена, он посеял их в опытном саду и делал это на протяжении семнадцати лет, исследовав более пятнадцати тысяч растений! Вначале были обнаружены три резко отличающиеся формы; потом Де Фриз стал описывать их десятками. Многие из них были весьма стабильными. Мутация изменяла не один признак, а все растение и стойко наследовалась без расщепления: комплекс признаков переходил по наследству как единое целое.
К каким же выводам пришел Де Фриз? Прежде всего, он заключил, что Дарвин неправ. Видообразование — не постепенный процесс приспособления к условиям внешней среды, а скачкообразное порождение одним видом другого. Иными словами, в процессе эволюции скачком изменяются не гены, а сами виды. Новый вид является из недр другого, как Афина-Паллада из головы Зевса, вооруженный против всех превратностей внешней среды. Роль естественного отбора при этом сводится к уничтожению неудачных мутантов.
Де Фриз не знал, что до него сходные идеи развивал талантливый русский ботаник и убежденный антидарвинист С. И. Коржинский. Собрав много фактов спонтанной (внезапной, скачкообразной) изменчивости, Коржинский построил теорию гетерогенезиса (рождения разнообразия), во всех деталях аналогичную мутационной теории Де Фриза. Разумеется, оба — и Де Фриз и Коржинский — были неправы. Нет таких мутаций, которые бы сразу порождали вид, а отрицание роли отбора в возникновении целесообразности сразу отбрасывает нас к Ламарку и Фоме Аквинскому. И все же основные положения Де Фриза оказались совершенно правильными:
1. Мутации возникают скачкообразно, без переходов.
2. Раз возникшая мутация устойчива, в отличие от фенотипических изменений.
3. Мутации возникают ненаправленно; одна и та же мутация может возникать повторно.
Эти выводы Де Фриза положили начало исследованиям изменчивости генотипов; ошибки же были исправлены временем. Сам термин «мутация» оказался чересчур широким, описывающим целую группу явлений. Теперь генетики различают в наследственной изменчивости следующие категории:
1. Геномные мутации, когда изменяется число хромосом в наборе.
2. Хромосомные перестройки, в процессе которых или изменяется последовательность генов внутри одной хромосомы, или негомологичные хромосомы обмениваются частями. В ту же категорию относят случаи, когда кусок хромосомы удваивается или, наоборот, теряется.
3. Точковые, или генные, мутации, изменяющие структуру отдельных генов и невидимые в микроскоп.
О каждой из этих категорий и роли их в эволюции следует поговорить подробнее.
Итак, в настоящее время мутациями называют изменения свойств и признаков организма, вызванные изменением структуры генома — совокупности хромосом клетки. Эти изменения иногда можно наблюдать в клетке в оптический микроскоп. В первую очередь наблюдаются так называемые геномные мутации, при которых умножается набор хромосом, свойственный виду. Такое явление называют автополиплоидией.
Число хромосом, на которые разделяется генный материал ядра при делении клеток, весьма варьирует у разных видов — от 2 хромосом у лошадиной аскариды до 1260 у тропического папоротника ужовника из Индии. Есть данные, что у одноклеточных организмов — радиолярий число хромосом достигает 1600. Дальнейшее умножение генного материала приводит к потере митоза и возникновению амитоза — простого деления ядра без скрупулезно точного механизма расхождения хромосом.
Наиболее широко полиплоидия представлена у растений. Она встречается у низших растений — водорослей, у грибов. Хорошо изучен процесс полиплоидизации у высших, цветковых растений. Многие роды и виды растений представляют полиплоидные ряды с числом хромосом n[7], 2n, 3n, 4n — до 308n у некоторых форм шелковицы и 265n — у мятлика.
7
Буквой n обозначают число хромосом в половой клетке (гаплоидный набор).