Николай Воронцов - Развитие эволюционных идей в биологии

Какова роль подобных макромутаций в эволюции? Шансы на выживание таких монстров, безусловно, крайне малы, но, быть может, они могут дать начало новой линии развития? Еще в начале нашего века обсуждался, например, вопрос о том, что личиночное размножение, или педогенез, т. е. кардинальная перестройка индивидуального развития, может стать основой для возникновения новых групп (теория Гарстанга) [556] Garstang W. The theory of recapitulation. A critical restatement of the biogenetic law // J. Linnean Soc. London,Zoology, vol. 35, p.81-101. .

Рис. 250. Пример гольдшмидговской системной макромутации tetraptera у Drosophila melanogaster, при которой мухи теряют основной признак отряда Diptera — двукрылость.

Из В. Astaurov (1929).

Вновь привлек внимание к эволюционному значению макромугации крупнейший немецкий генетик Рихард Гольдшмидт (1878—1958, рис. 251). Когда становление СТЭ уже завершалось, Гольдшмидт [557] Goldschmidt R. The Material Basis of Evolution. New Haven, Yale Univ. Press, 1940,436 p. выступил с ее критикой. В цикле лекций, прочитанных им в Йельском университете (1939), и в изданной на основе этих лекций книге он говорил о существовании принципиальной разницы между процессами микро- и макроэволюции и предложил гипотезу о роли макромутаций и системных мутаций (мутаций, изменяющих ход индивидуального развития — онтогенеза) в процессе возникновения высших таксонов.

По мнению Гольдшмидта, продуктом микроэволюции являются географические расы, обеспечивающие приспособленность вида как целого к разнообразным условиям внутри видового ареала. Виды и высшие таксономические категории происходят в результате единичных макроэволюционных изменений, обеспечивающих формирование совершенно новых генетических систем. Эти новые системы могут обладать новыми возможностями для адаптации, продуцируемыми системными мутациями. Опираясь на данные экспериментальной эмбриологии, Гольдшмидт показал, сколь большие потенции открывают изменения механизма онтогенеза за счет единичных макромутаций.

Начав с описания давно известного явления неотении (личиночного размножения) у аксолотля, который может под влиянием гормона щитовидной железы испытать метаморфоз и превратиться во взрослую форму — амблистому (Ambystoma mexicanum ), Гольдшмидт предположил, что такая группа амфибий, как Perennibranchia, куда относится известный житель подземных озер Далмации протей (Proteus vulgaris ), могла возникнуть полностью за счет неотении. Гольдшмидт обсуждает результаты парадоксальных опытов Хармса с рыбкой мангровых зарослей Periophtalmus, у которой два нижних глаза приспособлены для зрения в водной среде, а два верхних — в воздушной. Инъекции тироксина — гормона щитовидной железы личинки Periophtalmus — вызывают ускоренное развитие верхних глаз и образование настоящих «рук» из грудных плавников.

Рис. 251. Рихард Гольдшмидт в берлинский период его деятельности.

Фото из архива Общества Макса Планка.

Много позднее по отливкам мозга было показано, что гигантизм у нелетающих птиц-моа Новой Зеландии и эпиорнисов Мадагаскара связан с гиперфункцией гипофиза. Единичная мутация вызывает гигантизм и способствует занятию особых экологических ниш.

Анализируя эту проблему, я обратился к случаям фиксации макромутаций у млекопитающих [558] Voroncov N. N. Macromutations and macroevolution // Towards a New Synthesis in Evolutionary Biology. Proc. Int. Symp., Praga, 1987, p.217-219; Воронцов Н. Н. Макромутации и эволюция: фиксация гольдшмидтовских макромутаций как видовых и родовых признаков. Мутации безволосости у млекопитающих Н Генетика, 1988, т. 26, №6, с. 1081-1087. . Мутации безволосости (hairless, nude ) известны для многих лабораторных грызунов — мышей, крыс, хомячков Peromyscus, домашних кошек, собак, эфиопских овец. Среди 1037 родов современных млекопитающих для 53 родов безволосость является таксономическим признаком. Если исключить из этого числа всех китообразных, чья безволосость может быть объяснена как с позиций градуализма, так и макромутационно, остается пять родов млекопитающих, где макромутационное происхождение безволосости представляется несомненным. Это один род летучих мышей Cheiromeles из семейства Molossidae, африканский роющий грызун — голый землекоп Heterocephalus из семейства Bathyergidae (остальные роды семейства имеют волосяной покров), целебесская свинья бабирусса (Babyroussa, семейство Suidae) и морж (Odobaenus rosmarus ) — единственный представитель ластоногих без волосяного покрова.

Второй случай фиксации макромутаций как видового признака относится к мутации мопсовидности, хорошо известной для человека, собак, домашних кошек и свиней. При этой мутации редуцируются межчелюстные кости, резко сокращаются размеры лицевой части черепа. Среди диких млекопитающих эта мутация фиксирована у Centurio senex — представителя листоносых летучих мышей (Phyllostomidae), тогда как лицевая часть черепа у представителей всех других родов данного семейства имеет форму, типичную для всех летучих мышей.

Третий случай — фиксация макромутаций, вызывающих онкогенный эффект у многих грызунов, — особенно интересен. Мутация, следствием которой является заболевание мышей, полевок, леммингов папилломатозом, приводит к разрастанию роговой выстилки эпителия желудка, где появляются многочисленные ворсинки — папиллы. Такие животные в конце концов гибнут, однако обычно успевают дать несколько пометов и передать этот ген потомству. У африканского хомяка Mystromys (подсемейство Cricetinae), азиатских роющих грызунов — цокоров Муоspalax (Myospalacinae, Cricetidae), африканских роющих грызунов Tachyoryctes (Tachyoryctinae, Cricetidae) и представителей совсем другого подотряда грызунов — африканских землекопов Cryptomys (Bathyergidae) я обнаружил существование ворсинчатого эпителия в желудке, полностью копирующего злокачественные новообразования при папилломатозе [559] Воронцов Н. Н. Эволюция пищеварительной системы грызунов. Новосибирск: Наука, 1967, 232 с.; Он же. Низшие хомякообразные мировой фауны. Ч. I. Морфология и экология // Фауна СССР. Новая серия. №125. Л.: Наука, 1982, 449 с. . Такие ворсинки способствуют развитию в желудке симбиотических микроорганизмов, участвующих в расщеплении клетчатки до моносахаридов. Таким образом, мутация папилломатоза, при которой формирование ворсинок сдвинулось на ранние этапы онтогенеза, смогла зафиксироваться у неродственных видов грызунов, обеспечив морфологическую основу для симбиоза с микроорганизмами, что способствовало биологическому прогрессу данных групп.

Почему же взгляды Гольдшмидта не были восприняты современниками? Почему лекции пожилого немецкого профессора в Йельском университете, читавшиеся на неважном английском языке, были не поняты или отвергнуты его американскими слушателями? Ведь Гольдшмидт, как и Кольцов, принадлежал к первому поколению генетиков, характеризовавшемуся уникальной широтой общебиологического образования, к поколению, которое легко переходило с одного объекта на другой, которое владело широчайшим экспериментальным арсеналом.