Борис Медников - Дарвинизм в XX веке

Однако фенотип полиплоидов нередко изменяется. Полиплоиды — часто крупные, а то и гигантские формы с увеличенными ядрами и клетками. Жизнеспособность и продуктивность их может быть гораздо выше, чем у обычных диплоидов, что нередко используется в селекции культурных растений. Известны высокопродуктивные полиплоиды картофеля и хлопчатника, льна и гречихи, пшеницы и овса, земляники и сахарного тростника — список этот можно многократно увеличить. Главный поставщик натурального каучука — гевея у себя на родине, в Бразилии, имела 36 хромосом (здесь и далее без оговорок приводятся числа для диплоидных наборов — 2n). В юго-восточной Азии культивируются 72-хромосомные формы гевеи.

Даже не образующие семян триплоиды высоко ценятся в хозяйстве — упомянем только гигантскую триплоидную осину, культурный бессемянный банан и ряд других форм, размножающихся вегетативно.

Было бы, однако, ошибкой утверждать, что полиплоидия всегда связана с увеличением мощности растения. По-видимому, есть некий оптимальный уровень полиплоидности, разный у разных видов, за которым начинается как бы разлад взаимоотношений ядра и цитоплазмы и, как следствие этого, — карликовость, снижение жизнеспособности и продуктивности.

В эволюции растений полиплоидия проявляется двояко — как тормоз и как стимулятор прогресса. Многие древние растения (такие как древовидные папоротники, магнолия, гигантская секвойя или необычайный ботанический монстр из пустыни Калахари — вельвичия удивительная) — полиплоиды. В данном случае избыточность генетической информации в полиплоидном наборе тормозит эволюцию. В других случаях полиплоиды более изменчивы, легче приспосабливаются к новым условиям, нередко заселяют места на границе ареала с крайними условиями существования. Больше всего полиплоидов в Арктике, в высокогорных районах и пустынях (на Шпицбергене, например, 80 % видов — полиплоиды).

Не менее широко распространена у растений аллополиплоидия— удвоение генного материала у межвидовых или межродовых гибридов. Обычно такие гибриды бесплодны, так как хромосомы одного вида не находят себе парных хромосом-гомологов при мейозе. Иное дело, если хромосомный набор гибрида удваивается (возникает амфидиплоид). Здесь нельзя не вспомнить пионерские работы замечательного советского генетика Г. Д. Карпеченко, получившего впервые межродовой гибрид капусты и редьки. Такие гибриды обычно не давали потомства, потому что образовывали гаметы с нарушенным числом хромосом. Полученный Карпеченко гибридный тетраплоид был вполне плодовитым и не скрещивался ни с кем из родителей — ни с редькой, ни с капустой. Формально он заслуживал выделения в новый род — редькокапуста — рафанобрассика.

По проложенному Карпеченко пути устремилось немало исследователей. При этом не только создавались новые виды (вернее, гибриды, могущие стать новыми видами после «пришлифовки» отбором к условиям внешней среды), но и ресинтезировались старые. Из скрещивания алычи с терном удалось, например, заново сконструировать сливу. Таким же путем был ресинтезирован табак и рапс, пикульник и разные виды пшениц.

Возникают ли в настоящее время подобные гибридные формы в природе?

Такие случаи были описаны. На юге Якутии, по опушкам хвойных лесов на протяжении более 300 км обнаружена популяция оригинального кустарника — рябинокизильника, возникшего в результате естественного скрещивания сибирской рябины с кизильником. Это уже, пожалуй, настоящий гибридный вид, захвативший немалую территорию и успешно отвоевывающий себе место под солнцем. Сходным путем в США возник гибридный вид из двух видов диких подсолнечников.

А встречается ли авто- и аллоплоидия в царстве животных, и если да, то какое значение она имеет для их эволюции? На этот вопрос ответить нелегко.

Возникновение полиплоидов у раздельнополых животных (как и двудомных растений) затрудняется существованием хромосомного механизма определения пола.

Вспомним, что, например, у человека 46 хромосом. Из них 22 пары (их называют аутосомами) одинаковы у обоих полов. Но, помимо 44 аутосом, женщины имеют 2 одинаковые х-хромосомы, а мужчины — 1х и 1у хромосому. В половых клетках число хромосом уменьшается вдвое. Нетрудно сообразить, что яйцеклетки всегда будут иметь, помимо 22 аутосом, одну х-хромосому, а спермии — или х- или (y-хромосому. Спермий, несущий х-хромосому, сливаясь с яйцеклеткой, всегда дает зиготу женского пола (восстанавливается набор хх). Спермий с у-хромосомой, напротив, обусловит мужской пол (набор ху). Представим теперь полиплоид с набором ххуу. Такой набор приводит к возникновению гамет: 25 % хх, 50 % ху и 25 % уу. Зиготы же будут иметь набор 25 % хххх, 50 % ххху и 25 % ххуу. Половина потомства, таким образом, окажется аномальной в половом отношении, почти наверняка бесплодной. Возникновение таких организмов приведет к снижению плодовитости полиплоида и вытеснению его с жизненной арены.

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.