Борис Медников - Дарвинизм в XX веке

Этого мало: ведь даже для того, чтобы описанный процесс произошел, нужно, чтобы оба родителя оказались одинаковыми полиплоидами. Вероятность такого события — величина чудовищно маленькая. Скрещивание же, например, тетраплоида с обычной, диплоидной, особью другого пола приводит к образованию триплоидов, генетически стерильных. Полиплоид, как и вообще любой организм с достаточно существенной хромосомной перестройкой, оказывается в положении библейского Каина. Если верить библии, у первых людей на Земле — Адама и Евы, было два сына — Каин и Авель. Каин убил Авеля, чем поставил под угрозу дальнейшее существование рода человеческого, но взял себе в жены «женщину из страны Нод», предки которой остались неизвестными, и род человеческий продолжился. Парадокс Каина неизбежно встает на пути всех теоретиков, которые, не удовлетворяясь дарвиновской теорией, ищут материал для эволюции в крупных, революционных перестройках генома. На ком женился Каин? Где найдет пару полиплоид?

Разумеется, хромосомный механизм определения пола может существенно отличаться в деталях от описанного нами. Половая хромосома может быть лишь одна (тогда самки имеют набор хх, а самцы хо); у птиц и ряда насекомых одинаковые половые хромосомы присущи самцам, а не самкам; наконец, половые хромосомы могут быть не самостоятельными, а прикрепляться к аутосомам. Однако во всех этих случаях объяснение редкости полиплоидии у животных, данное выдающимся американским генетиком Германом Меллером, остается в силе.

Наиболее убедительное его доказательство — это то, что у гермафродитных животных (например, дождевых червей) и у тех видов и рас двуполых животных, которые размножаются партеногенетически, без оплодотворения яйцеклетки, существуют полиплоидные ряды (n, 2n, Зn и т. д.), во всем аналогичные полиплоидным рядам растений.

Небольшой рачок артемия, обитающий в водах соленых озер, часто теряет способность к двуполому размножению, и у него отмечены партеногенетические полиплоидные расы. Такие же расы обнаружены у многих насекомых — жуков-долгоносиков, бабочек, прямокрылых, тлей.

Еще более интересны случаи так называемого гиногенеза — оригинальной модификации партеногенеза. Уже давно было подмечено, что в популяциях серебряного карася во многих наших прудах самцы встречаются крайне редко, а то и совсем отсутствуют. Оказалось, что икра карасей из таких однополых популяций развивается партеногенетически, без оплодотворения, но развитие икринки должно быть активировано спермием самца другого вида (вьюна, карпа). Спермий, дав толчок развитию, рассасывается в цитоплазме икринки. В потомстве, естественно, возникают одни самки. Однополая форма карася оказалась триплоидной, с тремя наборами хромосом (у двуполой формы 2n = 94, у однополой 141).

Караси-амазонки, исследованные советскими генетиками К. А. Головинской, Д. Д. Ромашовым и Н. Б. Черфас, не представляют собой исключения. Такой механизм известен у живородящей рыбки молинезии из мелких водоемов Центральной Америки. Гиногенетичными оказались многие насекомые, некоторые черви и амфибии. Часть описанных случаев отличается поразительной сложностью.

Один из видов американской саламандры — амбистома латерале (близкий вид — тигровая хорошо известен любителям живой природы под названием аксолотля) в одних и тех же водоемах может быть представлен диплоидной и триплоидной расой. Триплоидные амазонки, более крупные и сильные, чем обычная диплоидная форма, могли бы ее вытеснить и вымереть вслед за ней сами, так как их икринки стимулируются к развитию диплоидными самцами. Однако баланс между формами поддерживается тем, что у триплоидов плодовитость значительно меньше, да и развитие икринки затягивается на более длительный срок.

В последнее время снова возник спор о роли полиплоидизации в эволюции животных, особенно тех, у которых пол не однозначно определяется хромосомным набором, а зависит от соотношения в организме женских и мужских половых гормонов. Особенно стремятся доказать ее широкую распространенность в природе сторонники так называемого «мгновенного видообразования», когда в течение одного поколения возникает новый вид, не смешивающийся с материнской формой. Но на пути подобных построений неизбежно встает парадокс Каина. Растения обходят его, так как способны к самоопылению и вегетативному размножению. Но как быть с животными?

И все же есть факты, свидетельствующие о возможном удвоении генома у двуполых животных. Рыжий таракан-пруссак имеет 24 хромосомы, а крупный черный — 48. У карпа 104 хромосомы, а у большинства других карповых — 52. Лососевые рыбы, как это установлено достаточно твердо, — тетраплоиды. Однако многие подобные случаи оказались проявлением так называемой ложной полиплоидии, обусловленной расщеплением и слиянием хромосом и рядом других факторов. В опыте полиплоидия животных возможна. Непрямым путем — через партеногенез и межвидовую гибридизацию Б. Л. Астаурову и его сотрудникам удалось сконструировать аллотетраплоид — гибрид домашнего и дикого тутового шелкопряда. Я умышленно говорю — сконструировать, потому что, когда читаешь описание этого замечательного опыта, именно это слово приходит на ум. Аллотетраплоид Астаурова, как и рафанобрассика Карпеченко — форма, генетически изолированная от обоих родительских видов. Для того чтобы ее получить, потребовалось:

1) научиться получать партеногенетическое потомство с диплоидным набором хромосом (здесь индуктором развития яйцеклетки выступает не сперма другого вида, а нагрев до 48 °C в течение 18 минут);

2) получить тетраплоидных самок, размножающихся партеногенетически (число хромосом 4n = 112);

3) скрещиванием тетраплоидных самок с обычными диплоидными самцами получить триплоидные формы шелкопряда;

4) из триплоидных форм получить гексаплоидные, с шестью хромосомными наборами;

5) гексаплоидных самок домашнего шелкопряда скрестить с диплоидными самцами дикого. Потомство будет иметь соответственно — три набора хромосом от домашнего и один — от дикого шелкопряда, то есть будет аллотетраплоидным;

6) путем отбора из поколения в поколение повысить плодовитость гибридов.

Значение подобных опытов трудно переоценить, ибо они закладывают фундамент новой отрасли селекции и генетики — получению плодовитых гибридов между разными видами животных. Однако вряд ли виды часто возникали в природе подобным путем, так как арсенал средств природы несравненно беднее, чем у современного экспериментатора. У природы другой козырь — время, в течение которого самые радикальные перестройки генома могут стать в принципе не невозможными…

Теперь остановимся коротко на менее решительных перестройках генома — частичном удвоении числа хромосом, соединении двух хромосом в одну или, наоборот, разделении их. Такие случаи встречаются гораздо чаще, чем авто- и аллополиплоидия.

Долгое время среди генетиков бытовало убеждение, что число хромосом — абсолютно стабильный видовой показатель. Однако оно оказалось не совсем верным. Описаны случаи, когда число хромосом изменяется или путем распада одной хромосомы на две, или путем слияния двух негомологичных (не образующих пары при мейозе) в одну. Возможна и полисомия — удвоение не всего хромосомного набора, а лишь части хромосом. Такие межхромосомные перестройки весьма важны для эволюционного процесса. Увеличение числа хромосом приводит к резкому увеличению комбинаторной изменчивости. Наоборот, слияние их снижает изменчивость, следствием чего является замедление образования форм, стабилизация вида.

В последние годы широко распространено мнение, что первичные, примитивные виды имеют геном, состоящий из многих мелких хромосом, а эволюционный процесс идет путем слияния их в крупные. Возможно, во многих случаях это так — и все-таки мне кажется, что здесь уместно вспомнить гетевское — «теория мертва, лишь древо жизни вечно зеленеет». Эволюцию нельзя загонять в узкие рамки одной тенденции. Есть прямые свидетельства того, что изменения генома шли в разных направлениях, многократно комбинируясь. Примером могут служить олени. До наших дней сохранились мелкие примитивные тропические оленьки — мунтжаки; в той же группе есть и значительно эволюционно подвинутые виды. Оказывается, у большинства видов оленей 50–70 хромосом, у примитивного оленя Давида, как у лани и благородного оленя, 2n = 62, у одного из видов мунтжаков (мунтжак Ривса) — 46, а у другого — только 6, как у комара, наименьшее известное для млекопитающих хромосомное число! Комментарии, как говорится, излишни.

Менее заметны при цитологическом анализе, но довольно часто встречаются такие хромосомные перестройки, как инверсии и транслокации. В случае инверсии участок хромосомы перевертывается на 180°; такая перестройка затрагивает только одну хромосому. При транслокации происходит обмен участками между двумя негомологичными хромосомами (отличие от кроссинговера!).