ому растению, или негибридному представителю вида.
Под разновидностью в биологии принято понимать некую внутривидовую группу особей, которые, полностью соответствуя общим характеристикам вида, имеют некоторые незначительные особенности – окраску, форму, размер.
Шарль Ноден, наблюдения которого играли далеко не последнюю роль в развитии «протогенетики» XIX в., был сотрудником Музея естественной истории в Париже и много времени проводил в оранжереях Ботанического сада, ставя бесчисленное множество опытов. В своих ранних исследованиях Ноден обращал внимание на то, что при скрещивании растений гибриды первого поколения обнаруживают большее сходство либо с отцовским, либо с материнским растением. А в последующих поколениях уже проявляется значительное многообразие (о «расщеплении» и его закономерностях напишет позднее Грегор Мендель). Далее ботаник задает вопрос: от чего же зависит сходство гибридов первого поколения с изначальными образцами? В последующих опытах Ноден констатирует важнейший факт. Скрещивая разные виды дурмана, он замечает, что внешние признаки одного родителя преобладают в гибридах всегда, независимо от того, использовался этот вид как материнское или как отцовское растение. Такие виды Ноден именует «более деятельными» – как видим, до формулирования понятия «доминантный признак» оставалось совсем немного. (Используя понятие «признак» применительно к исследованиям «доменделевской» эпохи, мы имеем в виду отдельные характеристики исходного организма или гибрида. В то время еще не рассматривались такие термины, как «ген», «хромосома» и другие, неразрывно связанные с понятием «признака» в современной генетике.) Более того, исследователь ведет статистику скрещивания растений с разными внешними признаками – сохранились его записи, сделанные входе опытов по гибридизации примулы. Но… словно оборвав ход собственных размышлений, Шарль Ноден пишет, что, вероятнее всего, единого закона наследования тех или иных признаков не существует, а процесс варьируется, протекая у каждого вида растений по-своему. Следовательно, цифры и подсчеты особого смысла не имеют. Он допускает фактор случайности, признавая существование некоей «беспорядочной изменчивости» и предполагая, что у гибридов второго и последующих поколений происходит нечто вроде разрыва связей между различными признаками – следовательно, выводить правила и законы бесполезно.
Несмотря на некоторую незавершенность и большое количество допущений и предположений, работы Нодена были высоко оценены Академией наук и во второй половине XIX в. считались практически непререкаемым авторитетом.
1.8. Чарлз Дарвин. Гипотеза о «частицах наследственности»
Свой вклад в изучение механизмов наследственности внес автор теории эволюции Чарлз Дарвин (1809–1882 гг.).
Ключевым понятием в его разработках был «естественный отбор». Дарвин считал, что если при разведении культурных садовых растений и домашних животных на первое место ставится искусственный отбор (он же селекция), проводимый человеком, то в природных условиях роль селекционера играет отбор естественный, организованный самой природой. Выживают особи, наиболее приспособленные к природным условиям, обладающие наиболее совершенным набором признаков. Например, если у белой медведицы родились два медвежонка с густой пушистой шерстью и один – по какой-то причине обладающий редким и слабым шерстным покровом, то последний, скорее всего, не выживет в суровых условиях. А его более приспособленные братья передадут следующим поколениям признаки, необходимые для проживания в холодном климате. Причем если природные условия будут изменяться – в соответствии с ними будут меняться и характеристики растений и животных. Конечно, какое-то количество особей постоянно будет «отбраковываться». Ведь любые организмы производят на свет значительно больше детенышей (отпрысков, семян и т. д.), чем необходимо для поддержания природного равновесия. Поэтому между всеми организмами существует жесткая конкуренция, в ходе которой погибают особи, не обладающие полным набором необходимых характеристик.
Чарлз Дарвин (фото 1869 г.)
Какой вывод из этого следует? Организмы, наиболее приспособленные к жизни в окружающем мире, передают свои ценные признаки потомству – в то время как слабые в большинстве случаев не успевают этого сделать. Таким образом, благодаря внешним условиям с течением времени представители вида могут значительно измениться – как внешне, так и внутренне! Именно естественный отбор, по мнению Дарвина, является одной из главнейших причин эволюции. А эволюционный процесс складывается из адаптации организмов к внешнему миру, появления новых видов и угасания старых, а также – в итоге – изменения целых природных систем. Конечно, к числу причин эволюции относятся и другие факторы, например, мутации, но Дарвин этим термином еще не оперировал. Мы же к понятию «мутация» обязательно обратимся чуть позже.
Предположения Дарвина вызвали живой интерес в научном сообществе и породили ожесточенные споры, ведь в то время доминировала версия, что существующие виды созданы высшей силой и в основе своей неизменны.
В 1859 г. был опубликован труд Чарлза Дарвина «Происхождение видов» (полное название «Происхождение видов путем естественного отбора, или Сохранение благоприятных рас в борьбе за жизнь»). Представленные в ней данные отчасти основывались на результатах исследований, которые британский натуралист провел в ходе длительного путешествия на корабле «Бигль» к берегам Австралии и Южной Америки. Интересно, что собственно понятие «вид» Дарвин считал искусственным и по большому счету ничего не значащим, ведь он был уверен, что виды непрерывно изменяются, порождая все новые и новые варианты. С его точки зрения, процесс изменения вида в ходе эволюции приводит сначала к появлению разновидностей – натуралист назвал их зарождающимися видами.
Надо сказать, что во времена Чарлза Дарвина снова начали пересматривать и уточнять систему родов и видов, заложенную Карлом Линнеем, но не только дарвиновские труды послужили тому причиной. Развитие техники и транспорта сделало доступными для ученых отдаленные уголки земного шара. Были обнаружены новые виды и подвиды животных и растений. Соответственно, многое в системе знаний об окружающем мире подлежало пересмотру.
Вполне логично, что Дарвина интересовали проблемы появления гибридов и закономерности, которые можно выявить в этой области. Он тщательно изучил работы своих предшественников и современников (о большинстве из них мы говорили в предыдущих разделах), а также самостоятельно провел множество опытов, связанных со скрещиванием и селекцией. Тот факт, что гибриды начинают проявлять признаки, характерные для того или иного родителя или еще более отдаленного пращура, Дарвин объяснил так называемой реверсией – возвратом к предшествующим поколениям. В его глазах это было еще одним доказательством эволюционного процесса, в частности, вероятного происхождения разных видов от общего предка.
Но как передаются от поколения к поколению разнообразные признаки? По мнению Чарлза Дарвина, существуют некие «частицы наследственности», которые он называл геммулами. Дословно это понятие переводится с латыни как маленькая почка. Геммулы содержатся во всех без исключения тканях любых организмов, откуда при помощи кровотока переносятся в половые клетки, обеспечивая таким образом передачу будущим поколениям общей информации о признаках организма. Эта теория, представленная в книге «Изменение животных и растений в домашнем состоянии» (1 868 г.; книга также издавалась под названием «Прирученные животные и возделанные растения»), получила название пангенеза. Но дальше предположений о существовании геммул Дарвин не продвинулся, и точный механизм наследственности им так и не был рассмотрен. Интересно, что Чарлз Дарвин был современником «отца генетики» Грегора Менделя, но, судя по всему, был не в курсе его исследований и открытий – правда, как будет сказано далее, теория Менделя не была оценена при его жизни.
1.9. Август Вейсман и другие: «черновик» хромосомной теории наследственности
Дарвиновская теория была значительно доработана немецким зоологом Августом Вейсманом (1834–1914 гг.). Первоначально он был горячим сторонником дарвинизма и много сил положил на популяризацию и защиту этого учения; естественный отбор как основа эволюции не вызывал у Августа Вейсмана сомнений. Но с течением времени он стал обнаруживать в теории Чарлза Дарвина слабые места и занялся экспериментами, желая опытным путем либо подтвердить, либо опровергнуть то, что его смущало. Вначале Вейсман заинтересовался возможностью наследования приобретенных признаков. Опыт, поставленный им, вошел в учебники по генетике: немецкий ученый хирургическим путем удалял хвосты у мышей из нескольких поколений одной семьи и выяснил, что в любом случае у бесхвостых родителей всегда рождаются мышата с обычными длинными хвостами!
Получается, что в вопросах наследственности роль первой скрипки играет не окружающая среда, а некие внутренние процессы. Значит, делает вывод Вейсман, механические повреждения, даже повторяющиеся постоянно, на потомство никак не повлияют. Следовательно, половые клетки, которые впоследствии дадут жизнь зародышу, не получают информацию о том, что, например, та или иная конечность больше не используется или какая-либо мышца развивается более активно, чем все прочие. В результате Вейсман отверг рассуждения Дарвина о геммулах, которые являются связующим звеном между тканями и половыми клетками. Но как же тогда в организме человека, животного или в тканях растения происходит передача информации? Ведь опыты с мышами не отменяли факта существования наследственности!
Деятельность Вейсмана не ограничивалась опытами над грызунами. Для того чтобы рассмотреть и оценить его вклад в теорию наследственности, нам нужно ознакомиться с открытиями, которые были сделаны биологами к тому времени (самые значимые свои исследования немецкий ученый проводил в 1880-е – 1890-е гг).