Рудольф Рэфф - Эмбрионы, гены и эволюция

• Название: Эмбрионы, гены и эволюция
• Автор: Рудольф Рэфф
• Издательство: Мир
• Жанр: Педагогика
• Год: 1986

В книге американских авторов излагаются факты и идеи о связи генетики, эмбриологии и эволюции. Основное внимание уделено представлению о том, что эволюция идет по преимуществу путем отбора значительных перестроек морфологии, обусловленных мутациями регуляторных генов.

Для специалистов по молекулярной биологии, эмбриологов, генетиков, эволюционистов, для студентов и преподавателей биологических факультетов.

---

От наследственности и рекапитуляции, занимавших центральное место в умах эмбриологов, внимание переключалось на процесс, посредством которого происходит индивидуальное развитие организма. Это новое отношение к проблеме удачно резюмировал Уитмэн (С. О. Whitman) - один из основателей американской эмбриологии и первый директор Лаборатории биологии моря в Вудс-Холе; в 1895 г. он писал:

«...нам больше не нужна филогенетическая Ahnengallerie (портретная галерея предков)... Нам ничего не дает понимание того, что глаза у нас есть, потому что они имелись у наших предков. Если наши глаза похожи на их глаза, то это объясняется не генеалогическими связями, а тем, что развитие молекулярной основы зачатков этих глаз происходило в сходных условиях».

Триумф механики развития вызвал внезапный и полный разрыв между эмбриологией и эволюцией, и, как мы увидим, в нем уже содержались семена еще и второго разрыва - между эмбриологией и генетикой. Любопытно, что эмбриологи не доказали ошибочности биогенетического закона, и в период расцвета механики развития они, в сущности, и не пытались этого сделать: эмбриологи были увлечены новыми проблемами, не связанными с биогенетическим законом. Лишь по прошествии целого поколения Гарстанг (Garstang) и де Бер (de Beer) вернулись к геккелевской рекапитуляции и доказали на эмбриологической основе ее непригодность в качестве универсального механизма эволюции. Механика развития не отрицала основу биогенетического закона. В сущности, некоторые аспекты рекапитуляции нетрудно было бы объяснить в механистической манере в полном согласии с новым подходом. Наилучшим примером этого служит высказанная Клайненбергом (Kleinenberg, 1886) мысль, что такие, казалось бы, лишенные функции эмбриональные структуры, как хорда или трубчатая закладка сердца у позвоночных, считавшиеся простыми примерами рекапитуляции, возможно, имеют жизненно важное значение для развития зародыша, принимая участие в формировании более поздних структур. Он писал:

«С этой точки зрения многие рудиментарные органы предстают в ином свете. Их упорное появление вновь и вновь на протяжении длинных филогенетических рядов было бы трудно понять, будь они в самом деле всего лишь напоминаниями об ушедших в прошлое и забытых стадиях. Их значение в процессе индивидуального развития может в действительности оказаться гораздо большим, чем принято считать... Под влиянием этих органов, ныне ставших рудиментарными, или с их помощью возникают и развиваются постоянные части зародыша; когда эти части достигают определенной самостоятельности, промежуточный орган, выполнивший свою миссию, может уйти в отставку».

Мысль Клайненберга по существу своему верна. Такие процессы действительно существуют; они были подвергнуты экспериментальному изучению и позволили объяснить большую часть тех возникающих в ходе развития признаков, которые кажутся рекапитуляционными.

В конечном счете роковые слабости биогенетического закона заключались в его зависимости от ламарковской теории наследственности и в его непременном условии, что новая эволюционная ступень может быть достигнута только как добавление к взрослой стадии непосредственного предка. Вторичное открытие и развитие менделевской генетики на рубеже двух столетий покажет, что в сущности биогенетический закон - это всего лишь иллюзия.

Мендель проводил свои общеизвестные эксперименты по скрещиванию на горохе Pisum sativum и опубликовал их результаты в 1865 г. Научная среда того времени, однако, еще не была готова к тому, чтобы признать его теорию наследственности, и его работа не привлекла внимания. К началу 90-х годов широкое использование микроскопа и его применение для исследования строения клеток и их компонентов, а в особенности ядра и хромосом (W. S. Sutton, Nettie Stevens, Ε. Β. Wilson), подготовило почву для революции в биологии. Первым шагом этой революции было упомянутое выше вторичное открытие законов Менделя Гуго де Фризом (Н. de Vries), K. Корренсом (С. Correns) и Э. фон Чермаком (Е. von Tschermak), произошедшее в 1900 г. Все они провели эксперименты по скрещиванию, сходные с экспериментами Менделя, и полученные ими результаты соответствовали тем, о которых Мендель сообщил на 35 лет раньше. Используя разные виды растений, де Фриз, Корренс и Чермак подчеркнули правильность законов Менделя и их всеобщую применимость. Было установлено, что гены дискретны и, судя по их поведению, имеют корпускулярную природу. Они передаются из поколения в поколение вполне предсказуемым и повторяющимся образом, и, что самое главное, слияния признаков не происходит. Гены встречаются в доминантной и рецессивной формах и определяют различные и контрастирующие признаки, или фенотипы. На эти свойства генов, по-видимому, не оказывают влияния ни условия среды, ни объединение различных генов в гибридных индивидуумах. Скрытый рецессивный признак может вновь проявиться спустя несколько поколений у определенной доли потомков в совершенно таком же виде, в каком он существовал до гибридизации.

Вторым шагом в биологической революции были работы Саттона (W. S. Sutton) и Бовери (Т. Boveri), которые в 1903 г. независимо друг от друга опубликовали данные, указывающие на сходство в поведении генов и хромосом. Эта «хромосомная теория наследственности» нашла поборника в лице Моргана (Morgan), который сначала был ее противником, а затем стал ее самым влиятельным сторонником и основателем американской школы современной генетики. Морган, специализировавшийся в области экспериментальной эмбриологии, перенес присущий этой области механистический и экспериментальный подход на изучение наследственности. Кульминационной точки его исследования достигли в 1915 г., когда он опубликовал вместе со своими учениками книгу «Механизмы менделевской наследственности». Общее признание взглядов Менделя на наследственность было, конечно, несовместимо с ламаркизмом, а следовательно, серьезно противоречило биогенетическому закону.

Последовало еще одно событие, способствовавшее утрате веры в рекапитуляцию. В 1893 г. Август Вейсман (August Weismann) опубликовал свою «Теорию зародышевой плазмы». Он обратил внимание, что у зародышей многих животных на ранних стадиях развития обособляется группа клеток, которые у взрослого организма дают начало репродуктивным тканям. Эти репродуктивные, или зародышевые, клетки отделены поэтому от остального организма, или сомы, и именно одни лишь эти клетки передают следующему поколению детерминанты (гены). Поэтому, для того чтобы зародышевые клетки могли в соответствии со схемой получить признаки для передачи следующим поколениям, они должны каким-то образом общаться с сомой. В 1909 г. Кастл и Филлипс (W. Е. Castle и J. С. Phillips) поставили эксперимент с целью проверки такой возможности. Они скрещивали две линии морских свинок белую и черную. Это были чистые линии и при скрещивании давали потомков в соотношениях, соответствующих законам Менделя. Скрещивания показали также, что черная окраска доминирует над белой. Затем Кастл и Филлипс пересадили яичники от черных самок белым, а от белых - черным. По достижении зрелости этих самок скрещивали с чистопородными белыми самцами. Полученное потомство соответствовало типу яичников, имевшихся у самок: если яичники происходили от белой самки, то все потомки были белыми, несмотря на то что яичник находился в теле черной самки. Точно так же, если яичник был трансплантирован от черного донора, то все потомки были черными. Такая автономия клеток зародышевой линии в сочетании с чистотой и постоянством гена, определяющего данный признак, конечно, противоречит представлению о наследовании приобретенных признаков.

Последний удар биогенетическому закону был нанесен тогда, когда стало ясно, что морфология и морфологические адаптации имеют важное значение не только для взрослого организма, но и для всех стадий его онтогенеза. Работы де Бера (de Beer), Гарстанга (Garstang) и Гексли, проведенные в первой половине XX в., сыграли решающую роль в становлении этой идеи. Если морфология развивающегося организма имеет такое же важное, а может быть, и еще более важное значение, как его морфология во взрослом состоянии, то это трудно согласовать с геккелевской моделью эволюции. В совокупности менделевская генетика, обособленность клеток зародышевой линии и важность морфологических признаков на всем протяжении развития положили конец рекапитуляции sensu stricto.

В то время как экспериментальная эмбриология перестала заниматься эволюционными проблемами, генетика, напротив, оказалась в самой гуще распрей по проблемам эволюции. С развитием менделевской генетики появилась надежда дать новое объяснение дарвиновских принципов. Экспериментальная парадигма школы Моргана была привлечена к изучению эволюционных проблем, и начался расцвет основанной Фишером, Холдейном и Райтом (R. A. Fisher, J. В. S. Haldane и S. Wright) школы популяционной генетики. Эти ученые видели в законах и соотношениях, установленных Менделем, количественный и математический подход к эволюции. Новая научная школа оперировала группами или популяциями организмов в общем так же, как школа Моргана оперировала отдельными особями.