Ольга Троицкая

«Происхождение видов путем естественного отбора» Чарльза Дарвина является бессмертным творением, которое легло в основу современной теории эволюции. Книга была написана в 1859 году, но мысли, которые Дарвин поведал миру, все еще являются актуальными, и ученые всего мира делают свои открытия, опираясь на его теорию происхождения видов.

Наука не стоит на месте, со времени написания этой книги прошло более 150 лет, и, конечно, Чарльз Дарвин не знал всего того, что известно сейчас в научном мире. Тем не менее, он сделал множество предположений, которые сейчас подтверждаются современными методами и исследованиями. Мне хочется рассказать о том, как выглядит теория Дарвина в свете современной науки. Конечно, разумнее всего начать с первой главы этого величайшего труда: «Вариации при доместикации».

В этой главе показаны основные закономерности изменчивости растений и животных при одомашнивании на основе наблюдений Дарвина, а также на основе исследований других ученых. Дарвин рассуждает о том, что культурные растения и животные внутри вида гораздо сильнее различаются между собой, чем особи одного вида в естественных условиях. Выделяются 2 типа влияний на потомство: определенные и неопределенные. Определенные влияния – это воздействие внешней среды, в результате которого все потомство изменяется одинаковым образом. А неопределенные влияния вызывают внешние изменения – уродства – у отдельных особей вне зависимости от внешних условий. В наше время это называется модификационной и мутационной изменчивостью.

Во времена Дарвина натуралисты знали, что внезапные изменения могут быть «связаны с актом полового размножения», но генетические и молекулярные стороны этого процесса были им неизвестны. Ведь только в 1869 году Фридрих Мишер открыл ДНК как главную составную часть ядер, названную им нуклеином. Позже было показано, что информация о строении организма закодирована в нуклеиновых кислотах, то есть в ДНК. В 1909 датский ученый Йогансен ввел термин наследственной единицы: «ген» - участок молекулы ДНК, в котором зашифрована информация о синтезе одной полипептидной цепочки с определенной аминокислотной последовательностью. А в 1953 году Фрэнсис Крик и Джеймс Уотсон раскрыли величайший из секретов жизни – они поняли структуру ДНК и создали модель двойной спирали. Теперь мы знаем, что мутации – это внезапно возникшие стойкие изменения структуры наследственного материала (генотипа) на различных уровнях его организации, приводящие к изменению признаков организма.

В своей книге Дарвин также упоминает «скачкообразно уклоняющиеся растения», то есть когда на дереве появляется единственная почка с новыми свойствами. Эти изменения можно размножать прививкой, отводками, а иногда и семенами. Такие изменения он называет «спортами». В настоящее время это объясняется соматическими мутациями, которые могут возникать как по каким-то внутренним (ошибка при репликации в митозе, соматический кроссинговер, встраивание мобильных элементов и др.) либо по внешним (влияние химических веществ, радиации, температур и др.) причинам. Соматические мутации более характерны для растений, хотя могут встречаться и у других организмов (люди с глазами разного цвета).

В следующей части этой главы речь идет об упражнении и неупражнении органов. Ламарк в свое время полагал, что у всякого животного употребление ка¬кого-нибудь органа укрепляет этот орган, развивает и увеличивает его, напротив, постоянное неупотребление органа постепенно ослабляет его и, в конце концов, вызывает его исчез¬новение. Дарвин в первой главе тоже делает такие предположения, например, что кости крыла домашней утки весят меньше, чем у дикой, а это отличие он приписывал тому, что домашняя утка намного меньше летает и больше ходит, чем ее дикие собратья. Но он показал, что это не исключает, а, наоборот, предполагает действие искусственного отбора, как главного фактора, действующего при получении одомашненных пород. В настоящее время мы знаем, что человек отбирает и разводит особей с необходимыми ему признаками.

Дарвин приводил множество примеров «коррелятивных изменений», но не имел представления об их истинной причине. Сейчас такая особенность как, например, что белые коты с голубыми глазами являются глухими, объясняется плейотропным действием гена. В этом случае один ген влияет на несколько фенотипических признаков организма. Для человека можно привести пример гена рыжих волос, который обусловливает светлую окраску кожи и появление веснушек, либо доминантной мутации, которая вызывает арахнодактилию и проявляется одновременно в вывихах, в деформации пальцев рук и ног, изменениях хрусталика глаза и врождённых пороках сердца. Также это может быть обусловлено сцепленным наследованием.

В своем труде Дарвин задавался различными вопросами о наследственности. Но в 1859 году, когда вышла книга «О происхождении видов», науки генетики как таковой не существовало. Только в 1865г Грегор Мендель сформулировал свои законы передачи наследственных признаков от поколения к поколению. Эта статья была напечатана в малоизвестном журнале Брюннского естественноисторического общества и осталась неизвестной Дарвину. Конечно, если бы Дарвин знал об этом замечательном открытии, теория происхождения видов была бы гораздо совершеннее и развивалась быстрее. Он рассуждал о наследовании различных признаков, «возврате к некоторым признакам деда, бабки или еще более отдаленных предков», проявлении признаков у самцов и самок, получении промежуточных признаков. Сейчас все эти процессы детально изучены, известны их механизмы и методы. Мы знаем, что в вопросах наследственности очень важную роль играет кроссинговер и случайное расхождение хромосом в мейозе. Все признаки несут по 2 аллеля: доминантный и рецессивный. В зависимости от их сочетания будет зависеть, какой признак проявится. При полном доминировании в гетерозиготе рецессивный аллель не проявляется, однако если провести скрещивание с гомозиготой или гетерозитотой, то может появиться особь с рецессивным признаком. Также широко распространено неполное доминирование, когда доминантный ген подавляет рецессивный аллель не до конца. При этом возникают промежуточные признаки, поэтому признак у гомозиготных особей будет отличаться от такового у гетерозиготных. Сейчас известны такие взаимодействия генов как сверхдоминирование и кодоминирование. Также возможно взаимодействие неаллельных генов, при этом либо один ген обусловливает развитие нескольких признаков, либо, наоборот, один признак может проявляться под действием совокупности нескольких генов. Это зависит от взаимодействия контролируемых этими генами продуктов. Существует 3 формы таких явлений: комплементарность, эпистаз, полимерия.

Если говорить о различном проявлении признаков у самцов и самок, то необходимо сказать о наследовании, сцепленном с полом. В ядре есть определенный набор хромосом, среди которых есть половые X- и Y- хромосомы, о существовании которых Дарвин не знал. У человека признаки, наследуемые через Y-хромосому, проявляются только у особей мужского пола, а наследуемые через X-хромосому - у обоих полов. Особь женского пола имеет две Х-хромосомы и может быть как гомозиготной, так и гетерозиготной по генам, локализованным в X-хромосоме. У лиц женского пола проявление признака также зависит от того какая хромосома инактивируется в тельце Бара еще до рождения. Рецессивные аллели генов здесь проявляются только в гомозиготном состоянии. У особей мужского пола только одна X-хромосома, поэтому все гены, находящиеся в ней, даже рецессивные, сразу же проявляются в фенотипе.

И все-таки, основной мыслью этой главы была идея о происхождении домашних видов, об их отборе и изменчивости, поэтому вернемся к этой теме. Дарвин много рассуждал о происхождении современных собак, овец, лисиц, пшеницы, гороха и голубей. Ставится вопрос: произошли ли современные домашние виды от одного вида или от нескольких, ведь, например, среди пород собак или голубей могут быть очень большие различия. Дарвин был очень увлечен исследованием происхождения современных голубей, и сделал предположение, что все породы произошли от скалистого голубя Columba livia. Для собак он пришел к выводу, что все породы берут начало от нескольких диких видов Canidae. Ученый был совершенно не согласен с мнением многих авторов, что каждая порода имеет своего «дикого прототипа», что совершенно верно.

Современники Дарвина могли определять видовую принадлежность особи только путем скрещивания. В наши дни мы используем множество современных методов для определения родства различных видов. Например, в 2013 году в журнале Science вышла статья «Полный митохондриальный геном древних волчьих предполагает европейское происхождение домашних собак», написанная нашими соотечественниками из Новосибирского Института Молекулярной и Клеточной Биологии. Был найден череп древней собаки, которой более 34 тысяч лет, несмотря на это, удалось выделить ДНК. Затем она была секвенирована и сравнена с ДНК более чем 150 пород волков и собак, в том числе 18 древних. Оказалось, что эта древняя собака является родственницей по материнской линии вымершим древним волкам Европы и двум современным породам лаек из Скандинавии.

Как было сказано ранее, искусственный отбор является главным фактором при выведении одомашненных пород. Дарвин выделяет отдельные закономерности бессознательного и сознательного (методического) искусственного отбора. Бессознательным называется отбор, направленный на улучшение породы или сорта, когда не ставится задача вывести абсолютно новую породу или сорт, а идет накопление лучших признаков. Дарвин приводит пример выведения сорта крыжовника, показывая, что современные размеры его плодов – результат долгого постепенного отбора и разведения самых лучших и самых ценных растений. Сознательный отбор – это отбор, который требует предварительной научной разработки всей селекционной работы. В данном случае селекционер подобно скульптору может создавать новые формы, используя заранее продуманный план. В Советском Союзе было много талантливых селекционеров, эта наука получила широкое развитие после Великой Октябрьской революции. Методом отбора из гибридов, полученных от скрещивания мягкой озимой пшеницы с твердой яровой советский селекционер Кириченко вывел несколько сортов озимой твердой пшеницы, ранее никогда не встречавшейся в природе, то есть была выведена новая зерновая культура. Другими интересными примерами могут служить получение подсолнечников, устойчивых к подсолнечной моли и ложной мучнистой росе, а также имеющих высокое содержание растительного масла. С конца ХХ века одним из самых новых и успешно развивающихся методов получения новых сортов и пород является генетическая инженерия. Методами биотехнологии стало возможно все то, чего нельзя было добиться методами классической селекции. При помощи современных методов возможно искусственно создавать новые сочетания генов, не встречающихся в природе. Например, можно придавать сельскохозяйственным растениям и животным большую продуктивность или устойчивость к инфекциям или паразитам.

Как бы ни был развит сегодняшний мир, как бы много различных методов мы не использовали, сколько бы новых видов не открывали, основные идеи, которые были предложены Чарльзом Дарвином в 1859 году все еще являются актуальными и лежат в основе всей эволюционной теории. Ну и, конечно же, нужно помнить великую фразу Феодосия Григорьевича Добржанского: «Ничто в биологии не имеет смысла, кроме как в свете эволюции».