За дело берутся генетики

Где-нибудь в поле, на берегу, на лесной опушке вы наверняка встречали крупные растения - до метра высотой - с большими желтыми цветами, раскрывающимися на ночь. Это растение с неблагозвучным названием "ослинник" принадлежит к семейству кипрейных и является близким родственником широко известного иван-чая. В садах можно встретить другой, "культурный" вид ослинника, разводимый под гораздо более импозантным названием "годеция". А ученым ослинник больше известен под непонятным именем "энотера". Это латинское, научное название растения. Но часто и по-русски мы говорим: энотера. Признаюсь, я лишь недавно узнал, что энотера, сыгравшая такую роль в развитии генетики, и вульгарный ослинник - одно и то же растение.

Но еще больше я удивился, когда узнал, что ослинник, растущий на полях во всей европейской России, - иностранец. Родина его - Северная Америка. Каким-то образом заморская энотера была завезена в Европу и, удивительно быстро расселившись, дошла до России и превратилась в ослинник. Научные названия растений и животных состоят со времен Линнея из двух слов - названия рода и названия вида. Тот ослинник, что растет на наших полях, именуется Энотера биеннис (Ослинник двулетний). В очень близком родстве с ним находится Энотера Ламаркиана (Ослинник Ламарка), названный в честь того самого Ламарка, о котором мы недавно говорили. Много хлопот доставил этот самый Ослинник Ламарка генетикам!

У каждого биолога-экспериментатора есть свой любимец. Таким "любимчиком" для Менделя оказался горох, для Моргана - плодовая мушка дрозофила. А у профессора Гуго Де Фриза, одного из трех переоткрывателей законов Менделя, таким "любимчиком" стал ослинник. Но, будучи голландцем и к тому же профессором ботаники, Де Фриз, конечно, не называл его ослинником. Он даже не говорил, как я, энотера. Первую букву он произносил немножко в нос, так что получалось нечто среднее между "э" и "ё". Именно этого и требует правильное латинское произношение.

Он заинтересовался энотерой еще в 1880 году. Сначала наблюдал ее в природных условиях, а затем отвел ей в своем саду несколько делянок, где не только разводил, но и скрещивал своих любимцев. Наблюдая энотеру, Де Фриз обнаружил любопытное явление. Очень редко, но как будто вполне закономерно, среди совершенно одинаковых растений возникли новые формы. Некоторые настолько отличались от своих родителей, что ботаник, встретивший их в природе, признал бы за новые виды. Впрочем, эти новые формы оказывались наследственными. Де Фриз назвал их "мутациями". На них, в частности, и были переоткрыты законы Менделя.

Интересно, что не все виды энотеры (а Де Фриз работал с разными видами) давали мутации. Особенно часто мутировала Энотера Ламаркиана. Де Фриз был удивлен и восхищен: еще бы, ведь он присутствует при рождении новых видов! В его уме стала складываться мутационная теория, которую он создавал в течение многих лет, а потом в течение многих лет защищал.

Почему, однако, явление, которое закономерно наблюдается у Энотеры Ламаркиана, не удается обнаружить у других растений? Очевидно, потому, думает Де Фриз, что у других групп растений процесс видообразования в наши дни не идет, а Энотера Ламаркиана как раз находится в мутационном периоде.

Казалось бы, все хорошо. Наконец найден путь, по которому возникают новые наследственные изменения. Но слишком хорошо получается все у Де Фриза. Новые виды у него появляются сразу. Они зарождаются в недрах старого вида и выходят из него готовенькие, подобно тому, как по античной легенде Афина из головы громовержца Зевса: даже в доспехах и в полном боевом вооружении. Но раз виды возникают сразу, зачем же тогда естественный отбор? Новые виды образуются без его участия. В лучшем случае отбор может уничтожить менее приспособленные виды.

Де Фриз развивает свою теорию. Он считает, что в истории каждого вида имеются премутационные периоды, когда он готовится к предстоящим изменениям, сменяющиеся мутационным периодом, во время которого сразу, скачком, образуются новые виды. Как связаны эти периоды с внешней средой? Очевидно, что никак. Получается, что эволюция обусловлена лишь какими-то внутренними причинами.

Почему такое малое число видов находится в мутационном периоде? Де Фриз начинает думать, что мутационный процесс идет не всегда с одинаковой скоростью. Раньше мутации происходили чаще, теперь реже. Ученый говорит о постепенном затухании эволюционного процесса.

Злую шутку сыграл ослинник с профессором Де Фризом. Через много лет выяснилось, что наследование признаков у некоторых видов этого рода (в том числе и у Энотеры Ламаркиана) происходит ненормально. Хромосомы у них сильно изменены и образуют во время деления большие комплексы, соединяясь друг с другом в цепочки или кольца. Так, не разлучаясь, эти комплексы и переходят из поколения в поколение. Некоторые природные виды сильно гетерозиготны, но из-за этой особенности никакого расщепления у них не происходит: они ведут себя как чистые виды. Только изредка в результате кроссинговера происходит перераспределение комплексов и получается то, что Де Фриз называл мутациями.

Генетики и теперь говорят о мутациях. Это наследственные изменения отдельных генов. Те измененные признаки, которые Морган и его сотрудники наблюдали у дрозофилы (измененный цвет глаз, окраска тела, жилкование крыльев, расположение щетинок...), как раз и есть мутации. Скоро мы убедимся, что мутации действительно являются элементарным материалом для эволюционного процесса. Здесь Де Фриз был прав. Известный русский ботаник Сергей Иванович Коржинский в те годы, что и Де Фриз, тоже пришел в своей теории гетерогенеза к выводу о значении скачкообразных наследственных изменений для эволюции.

Но мутации Де Фриза, с одной стороны, не были новыми изменениями. Просто в силу цитогенетических особенностей энотеры они долго могли находиться в скрытом состоянии. С другой стороны, они не были элементарными изменениями (как настоящие мутации), а представляли собой целый комплекс изменений, были действительно отдельными видами, но не новыми. Такой необычный характер мутаций энотеры и привел Де Фриза к неправильным представлениям об эволюционном процессе в целом. Произошла несчастливая случайность, подобная той, когда Грегор Мендель под влиянием Нэгели начал работать с ястребинками, совершенно непригодными для опытов по скрещиванию.

С Де Фризом спорили. Одним из его оппонентов был профессор И. П. Лотси, соотечественник Де Фриза. Лотси исследовал межвидовые гибриды некоторых декоративных растений - львиного зева и гвоздики. Это были не те гибриды, которые изучал осторожный и точный Мендель, скрещивавший сорта, различавшиеся лишь одной-двумя парами признаков. Скрещивание видов, отличающихся большим числом признаков, дает в потомстве такое разнообразие, в котором совершенно невозможно разобраться. Такими скрещиваниями занимались Гертнер, Нодэн и другие предшественники Менделя. Мендель, перейдя на внутривидовые скрещивания, сделал шаг вперед. А Лотси вернулся назад.

Разнообразие форм в потомстве межвидовых гибридов произвело на Лотси такое впечатление, что он стал видеть в скрещивании единственную причину эволюции. Еще бы, ведь он своими глазами видел в потомстве своих львиных зевов эти "новые виды".

Лотси знал, что приобретенные признаки, так называемые модификации, не наследуются, значит, они не могут служить материалом для эволюции. Что еще? Мутации Де Фриза? Лотси категорически отказывался признать их за новые наследственные изменения. Поклонник значения скрещиваний в видообразовании, Лотси и мутации Де Фриза считал результатом скрещивания.

А раз так, то единственный механизм эволюции - скрещивания. Но поскольку, как он полагал, виды наследственно однородны, то скрещивания могут привести только к перекомбинации того, что уже существует и всегда существовало. Он развивает "эволюцию при постоянстве вида". А раз вид постоянен, то невозможна и эволюция в результате отбора мелких наследственных изменений. Значит, Дарвин не прав. Именно к этому выводу и пришел Лотси.

Из всех видов наследственных изменений Лотси признавал только разрушение генов. Значит, история развития видов - это лишь перекомбинация существующих "генофондов", сопровождающаяся постепенным регрессом в связи с выпадениями генов.

Откуда же возникло наблюдаемое разнообразие органических форм? Чтобы объяснить его, Лотси отказывается от представления, что все живые организмы произошли от одного корня. Наоборот, он считает, что с самого начала независимо друг от друга возникло большое число форм. Лотси пытается проводить аналогию между живой и неживой природой: гены он уподобляет химическим элементам, а процесс видообразования их - всевозможным сочетаниям. Так, начав с дарвинизма, Лотси пришел к крайнему антидарвинизму.

Изучением роли отбора в формообразовании специально и очень подробно занимался известный датский генетик Вилем Иогансен. Его опыты - образец точности и убедительности. Так же как Мендель, он очень придирчиво отнесся к выбору объекта исследования и, так же как он, остановился на самоопылителях. Он ставил опыты на фасоли сорта "Принцесса".

Скучную работу затеял Иогансен. Он сеял фасоль, собирал урожай и измерял величину семян. Делал он это очень аккуратно: с каждого растения собирал семена отдельно и отдельно измерял. А потом рисовал кривые: как распределены фасолины по величине среди всего урожая и среди потомства отдельных растений. Семена сильно варьировали по величине. Они отличались не только от растения к растению. Среди урожая, собранного с одного растения, тоже были и крупные и мелкие.

А затем Иогансен стал производить отбор среди своих питомцев. Причем производил его двояко. С одной стороны, делал так, как и все до него. Брал общий урожай, отбирал из него наиболее крупные и наиболее мелкие семена, высевал, то же повторял с их потомством и так далее. И, так же как у всех, отбор дал вполне ощутимые результаты. Средняя величина семян в одном случае увеличилась, в другом уменьшилась. Но Иогансен этим не ограничился.

Кроме этого, он производил отбор в чистых линиях, то есть среди потомков одного и того же растения. Вот поэтому-то и важно было взять для опытов самоопылитель - все потомки его генетически однородны. Получился удивительный результат. Хотя в пределах чистой линии величина семян варьировала довольно сильно, отбор не оказывал на нее никакого влияния. Средняя величина семян, сколько бы времени ни продолжался отбор, не изменялась. Степень изменчивости тоже оставалась прежней.

Отбор в чистых линиях бессилен! К такому выводу пришел на основании точных экспериментов Иогансен. Вывод этот был чрезвычайно важен. С одной стороны, становилось окончательно ясно, что модификации - вариации, происходящие внутри чистых линий в течение индивидуального развития особей, - не могут служить материалом для эволюции. С другой - опыты Иогансена показали, что отбор эффективен только в наследственно неоднородных сообществах живых организмов.

Когда Иогансен начинал свои работы, мутации были почти неизвестны. Поэтому он, вероятно, и не сделал тогда же следующего шага: вывода о значении новых наследственных изменений для эволюции. Вначале он даже склонен был к недооценке значения генетики в развитии эволюционного учения. Но через некоторое время стал одним из тех генетиков, которые наиболее активно и плодотворно разрабатывали эволюционно-генетические проблемы.

Раз уж мы заговорили об Иогансене, нельзя не упомянуть, что именно он ввел в научный обиход слово "ген". Он является "крестным отцом" и гена и генетики.

И мутационная теория Де Фриза, и эволюция при постоянстве вида Лотси, и опыты с чистыми линиями Иогансена относятся к самому началу нашего века, к тем временам, когда законы Менделя были уже переоткрыты, а хромосомная теория наследственности только создавалась, когда не было еще замечательных работ школы Моргана на дрозофиле, поднявших генетику на более высокую ступень. Ахиллесовой пятой ранних эволюционно-генетических теорий было отсутствие ясных представлений о возможности возникновения новых наследственных признаков. Де Фриз увидел их там, где их не было, Лотси отрицал их возможность.

Однако вскоре после того, как "четыре разбойника" из Колумбийского университета начали работать с дрозофилой, стало ясно, что новые наследственные изменения возникают. Трудолюбивые исследователи получили у дрозофилы сотни мутаций - новых наследственных изменений. Вот он, казалось бы, элементарный материал для эволюционного процесса.

Однако все было не так просто, как нам кажется теперь. С тем, что мутации действительно возникают, смешно было спорить. Но как смотреть на их природу, какую роль отводить им в эволюционном процессе - это уже другой вопрос.

В Англии жил, например, крупный зоолог и генетик Уильям Бэтсон. Нам приходилось упоминать его имя. Он много сделал для очистки дарвинизма от ламаркистских представлений, для развития менделизма. Словом, Бэтсон был знаменитым генетиком. Он долго размышлял над природой мутаций, и ему пришла в голову остроумная (хотя и не совсем новая) мысль. Ведь все наследственные изменения можно свести к тому, что какой-то признак либо присутствует, либо отсутствует. А это можно объяснить тем, что в клетках организма присутствует или отсутствует ген, ответственный за формирование этого признака. И Бэтсон стал объяснять все случаи наследственной изменчивости присутствием или отсутствием определенных генов. Его теорию так и называли: "теория присутствия - отсутствия". Зерно истины в ней было. Теперь мы точно знаем, что наследственные признаки иногда связаны с отсутствием генов. Но Бэтсон утверждал, что это имеет место всегда.

За дело берутся генетики

Бэтсон начал усиленно, пропагандировать свою теорию. А поскольку к тому времени он стал уже знаменитостью и авторитет его был велик, то многие ему поверили. Теория Бэтсона не была новой: о том, что новые наследственные признаки представляют собой выпадение генов, говорил Лотси, пришедший к антидарвинизму. Совершенно естественно, что к сходным выводам пришел и Бэтсон. На склоне лет (умер Бэтсон в 1926 году) он стал говорить, что наука не имеет доказательств эволюционного процесса. Он верил, что на Земле возникали новые виды, но подчеркивал, что это только вера. "Мы можем быть, - писал он, - свидетелями разнородных изменений, но не свидетелями происхождения видов".

Дарвинизм зашел в тупик? Нет. Были дарвинисты, занимавшиеся своим делом и неодобрительно смотревшие на попытки применения достижений молодой генетики к эволюционному учению. Генетики тоже занимались своим делом - создавали хромосомную теорию наследственности. А немногочисленные попытки "флирта" генетиков с дарвинизмом, о которых мы рассказали, были неудачными. "Сватовство" долго не могло состояться.