Айзек Азимов - Краткая история биологии. От алхимии до генетики
К сожалению, чем больше собиралось информации о механизме наследования, тем менее уверены были биологи в успехе улучшения расы путем селективного скрещивания (так сказать, искусственно направленной эволюции). Выяснялось, что это крайне сложная материя. В то время как евгеника остается одной из ветвей биологии наследственности, так называемые евгенисты, которые взяли на вооружение ненаучную, расистскую часть теории, время от времени размахивают знаменем превосходящей расы.
Глава 7 Основы генетики
Причина ошибочного использования эволюционной теории — природа механизма наследования, который и до сих пор до конца не изучен и тем более не был понят в XIX в. Спенсер ожидал быстрых изменений в человеческом поведении, а Гэлтон воображал, что расу можно улучшить программой селективного наследования из-за частичного биологического невежества.
Непонимание природы механизма наследования было наиболее уязвимым местом дарвиновской теории. Дарвин предполагал, что существуют случайные вариации признаков у наследников любых видов животных и что некоторые вариации, ввиду лучшего приспособления к окружающей среде, в большей степени закрепятся у одних, чем у других. К примеру, юный жираф, родившийся с самой длинной шеей, лучше приспособлен к условиям и первый кандидат на выживание.
Но каким образом закрепится этот признак? Жираф с самой длинной шеей не обязательно найдет партнера со столь же длинной шеей; вполне возможно, что унаследуется короткая шея. Все эксперименты по скрещиванию животных укрепили ученых во мнении, что наследуемые признаки смешиваются в последующих поколениях; поэтому жираф с длинной шеей, скрещенный с жирафом с короткой шеей, даст поколение с шеей средней длины.
Другими словами, все полезные и хорошо подходящие к условиям характеристики усредняются; они сведутся к невыдающемуся среднему уровню в результате случайного скрещивания; естественному отбору не останется поля деятельности — соответственно, эволюционных изменений не произойдет.
Некоторые биологи приводили такие доводы, но без особого успеха. Швейцарский ботаник Карл Вильгельм фон Нагели (1817 — 1891), поборник дарвинизма, предположил, что, для того чтобы эволюция пошла в каком-либо определенном направлении, должен произойти некий внутренний толчок.
Например, лошадь, как показали раскопки, произошла от небольшого существа ростом с собаку и с четырьмя пальцами на каждой конечности. Прошли века, и лошадь выросла в холке, окреп ее скелет, она один за другим теряла пальцы, пока не превратилась в непарнокопытное. Нагели предположил, что какая-то сила толкала лошадь поэтому пути эволюции: она увеличивалась в размерах и шла к однопальцевой конечности, пока не стала бы слишком большой для выживания. Она уже не смогла бы прятаться от врагов и была обречена на вымирание. Эта теория получила название ортогенез, однако не была признана современными биологами.
Горошек менделяРешение проблемы связано с именем австрийского монаха и ботаника-любителя Грегора Иоганна Менделя (1822 — 1884). Мендель увлекался как математикой, так и биологией; соединив оба своих увлечения, он в течение восьми лет, начиная с 1857 г., скрещивал декоративный горошек разных цветов.
Он искусственно опылял растения таким образом, чтобы в случае наследования характеристик они наследовались бы только от одного родителя. Он собирал и хранил семена, произведенные от самоопыленного сорта, затем высевал их отдельно и изучал распределение характеристик в новом поколении.
Он обнаружил, что, если посеять семена от карликового сорта, вырастали только карликовые растения. Семена, произошедшие от этого второго поколения, также давали только карликовые растения. Карликовые растения горошка являлись в1 данном случае прямыми потомками.
Семена от высокорослых растений не всегда вели себя аналогичным образом. Некоторые высокорослые растения (составлявшие около трети произраставших в его саду) показали себя прямыми потомками, дающими одно за другим высокорослые поколения. Остальные давали разброс характеристик. Некоторые семена от этих высокорослых растений давали высокие растения, а другие — карликовые. Всегда разброс был таковым, что высокорослых было вдвое больше, чем карликовых. Очевидно, что существовало два вида высокорослых растений: прямые потомки и непрямые потомки.
Мендель приближался к истине шаг за шагом. Он скрестил карликовые растения с высокорослыми растениями (истинными потомками) и обнаружил, что каждый полученный в результате гибрид давал высокорослое растение. Итак, признак карликовости исчез.
Затем Мендель добился самоопыления каждого гибридного растения и изучил полученные семена. Все гибридные растения оказались непрямыми потомками. Около одной четверти семян, полученных от них, дали карликовые растения, одна четверть — «прямые» высокие растения, а оставшаяся часть (половина) дала «непрямые» высокие растения.
Мендель объяснил этот разброс тем, что каждое растение несет в своем генотипе два фактора, влияющих на рост как генный признак. Мужская часть генотипа несет один фактор, женская часть — второй. При скрещивании два фактора объединялись и новое поколение давало пару (по одному от каждого родителя, если они получены от скрещивания этих двух родителей).
Схема распределения признаков наследственности в высоких и карликовых растениях:
1 - результат скрещивания истинных высоких растений с карликовыми, дающий гибриды либо неистинные высокие растения;
2 -- распределение признаков между истинными высокими, карликовыми, гибридно-высокими потомками в пропорции 1:1:2.
В - высокие; к - карликовые; Вк - гибридно-высокие
Карликовые растения несут только признак карликовости, и, комбинируя этот признак путем само- или искусственного опыления, можно получить только карликовые растения. «Прямые» (истинные) высокие растения несут только признак высокорослости, и комбинация дает только высокие растения.
Если «истинное высокое» растение скрещивать с карликовым растением, «высокий» фактор комбинируется с признаком карликовости, и следующее поколение станет гибридным. Все растения в этом поколении будут высокими, поскольку признак высокого роста — доминирующий, подавляющий карликовость. Однако фактор карликовости не исчезает.
Если такие гибриды либо перекрестноопыляемы, либо самоопыляемы, они неистинные потомки, поскольку несут в генотипе оба фактора, которые могут комбинироваться в широком разнообразии способов (что диктуется только случаем). «Высокий» фактор может комбинироваться с другим «высоким» фактором, производя истинно высокорослое растение. Это и происходит в одной четверти случаев. «Карликовый» признак может скомбинироваться с другим таким же, и получится карликовое растение. Это также случается в одной четверти случаев. В оставшейся части комбинаций «высокий» признак комбинируется с «карликовым» либо «карликовый» — с «высоким», производя неистинные (непрямые) высокорослые растения.
Мендель пошел дальше, чтобы показать, что аналогичное распределение признаков характерно и для других показателей, а не только роста. Он доказал, что каждый экстремум характеристик удерживал в дальнейшем свою идентичность. Если в каком-либо поколении этот признак исчезал, то появлялся в последующем поколении.
Это был ключик к теории эволюции (хотя Мендель никогда и не думал о приложении своих выводов к этой теории), поскольку сделанные им выводы означали, что случайные вариации видов в течение времени не усреднялись, а то появлялись, то исчезали как наследственные признаки, пока естественный отбор не давал полное их использование.
Ответ на вопрос, отчего же эти признаки казались усредненными в последующих поколениях, был таков: при случайном скрещивании наследуемые характеристики на самом деле были комбинацией генных характеристик. Разные компоненты их могут наследоваться независимо, и, пока каждый признак наследуется в манере «да» или «нет», общий результат некоторых «да» и некоторых «нет» — эффект усредненности.
Выводы Менделя также повлияли на евгенику. Выходило, что «вытравить» нежелательные характеристики не так уж просто: они не проявятся в одном последующем поколении, однако проявятся в другом. Искусственный отбор — дело более тонкое и более длительное, чем предполагал Гэлтон.
Гендель педантично описал результаты своих опытов, но, понимая свое положение малоизвестного ботаника-любителя, счел более мудрым заручиться поддержкой авторитетного ученого. Поэтому в 1860 г. он отослал свои результаты на суд Нагели. Тот отнесся к творчеству Менделя весьма холодно. Ему показалось малоинтересным подсчитывать расщепление признаков у какого-то горошка: гораздо более его влек мрачный мистицизм вселенских теорий вроде ортогенеза.
