Генетика за 1 час

А что же растения? Согласитесь, что процесс их размножения и внешние признаки наследственности не так очевидны, как у человека или животных.

В древнейших государствах, например, в Вавилонии, практиковали искусственное опыление растений для повышения урожайности: сохранились изображения подобного процесса.

Судя по всему, земледельцы знали, что получение обильного урожая каким-то образом связано с наличием насекомых, перелетающих с цветка на цветок. Но суть процесса опыления тогда не была исследована. Четкого представления о мужских и женских цветах или о мужских и женских растениях не существовало, хотя отдельные ученые обращали внимание на разную форму цветков и на то, что не все они превращаются впоследствии в плоды или ягоды. Поэтому мы и говорим об интуитивной генетике древнего мира, признавая, что никакой научной базой селекционеры того времени попросту не обладали.

Уже во времена Аристотеля греческие ученые выяснили, что для разных видов растений предпочтительнее разные способы размножения: семенами, черенками, делением клубня. Семена во многих древних источниках названы «зачатками», то есть в общих чертах жизненный цикл большинства растений был понятен человечеству. Но при этом на протяжении еще многих столетий – не только в эпоху Древнего мира – существовало представление о том, что некоторые виды (причем не только растений, но и насекомых, и животных) могут самозарождаться – в земле, навозе, кучах мусора…

Эпоха Средневековья с ее отторжением языческих представлений, в том числе и наук Древней Греции и Древнего Востока, также не внесла большого вклада в систему знаний о наследственности в среде растений и животных.

Лишь на рубеже XVII–XVIII вв. было доказано: растения обладают подобием половых органов, а процесс опыления – не что иное, как аналог зачатия у животных и человека. В 1694 г. была издана книга De Sexu Plantarum Epistola («О поле у растений»), написанная немецким врачом и ботаником Рудольфом Камерариусом (1665–1721 гг.). Исследуя размножение растений, он изолировал в период цветения женские растения от мужских, а у тех, которые обладали «разнополыми» цветками, удалял мужские. В итоге плоды и семена не развивались. Именно Камерариус обозначил пестики цветков как мужские половые органы, а тычинки – как женские и во главу угла в вопросе размножения растений поставил опыление. Правда, он не особо продвинулся в изучении взаимного опыления как в рамках одного вида, так и межвидового. Развивать идеи немецкого биолога было суждено другим исследователям.

Многие открытия Нового времени в области наследственности были бы невозможны, если бы англичанин Роберт Гук в 1665 г. не ввел понятие «клетка» (именно он первым рассмотрел в микроскоп клетки пробкового дерева), а голландец Антоний ван Левенгук в 1674 г. не заявил о существовании одноклеточных микроорганизмов, а также не описал половые клетки – сперматозоиды. Интуитивная селекция доживала последние дни.

1.3. Зародыш – готовый организм или сгусток тканей? Борьба гипотез в XVII–XVIII веках

Достаточно ли признать наличие половых клеток у разнообразных организмов для того, чтобы раскрыть все тайны воспроизведения и наследственности? Конечно, нет. В любой сфере науки существует множество пересекающихся вопросов и проблем, и далеко не всегда решение одного из них способствует раскрытию всех остальных…

В XVII–XVIII вв. параллельно с изучением гибридизации и наследственности разгорался очередной спор о том, как, собственно, происходит развитие нового организма – не только у гибридов, но и при размножении в рамках одного вида или породы. На «поле боя» сошлись две теории – эпигенетическая и преформистская.

Термин «эпигенез» (от греч. epi – после, genesis – развитие, возникновение) появился благодаря англичанину Уильяму Гарвею (1578–1657 гг.), который известен, прежде всего, как автор исследований о работе сердца и движении крови. Гарвей является также основоположником эмбриологии. Согласно его теории, изложенной в труде Exercitationes de generatione animalium («Исследование о зарождении животных», 1651 г.), зародыш претерпевает ряд последовательных изменений, в ходе которых формируется новый организм – возникает из некоей «первоосновы» путем многих трансформаций.

Антоний ван Левенгук (художник Ян Верколье, ок. 1680 г.)

В отличие от эпигенетической, теория преформизма (от лат. ргае – перед, до; forma – вид; то есть заранее образованное, заранее сформированное) утверждает, что все структуры, характерные для полностью развитого организма, имеются в зародыше. То есть любое живое существо на всех стадиях развития обладает полным набором органов, характерных для взрослой сформированной особи. И процесс развития зародыша – человеческого, животного, растительного – это всего лишь увеличение его размеров. Не правда ли, можно сделать вывод, что отчасти идеи, схожие с теорией преформизма, имели место еще в античности? Вспомним хотя бы рассуждения Анаксагора.

С легкой руки Антония ван Левенгука, предположившего, что головка сперматозоида представляет собой уменьшенную копию исходного организма, спермин человека и животных в трудах того времени часто изображали в виде крошечных свернувшихся калачиком собачек, лошадок, человечков. Но не все ученые считали сперматозоид «местом преформирования» зародыша. Например, Ренье де Грааф (1641–1673 гг.), изучавший строение женских яичников, и Марчелло Мальпиги (1628–1694 гг.), основывавший свои выводы на препарировании куриных яиц, считали таковым женскую половую клетку.

Преформисты, правда, не могли объяснить, почему гибрид зачастую имеет сходство и с отцовским, и с материнским организмом, а также почему иногда на свет появляются слабые, нежизнеспособные или уродливые особи. Ведь если внешний вид и внутреннее строение предопределены заранее, чем объяснить подобные капризы природы? Наиболее популярным объяснением появления уродств тогда было травмирующее воздействие: например, повреждение растения во время формирования плодов или травма, перенесенная беременной женщиной.

Иногда все объясняли простой случайностью и, конечно же, происками нечистой силы!

Исследователей также сбивал с толку тот факт, что какой-либо признак, унаследованный потомством от одного из родителей, может в последующих поколениях то угасать, то проявляться более явно – закономерности таких явлений все еще оставались тайной.

Сложность заключалась и в том, что вплоть до 30-х гг. XVIII в., когда вышла в свет книга Линнея «Система природы», не существовало четкого разграничения понятий «род» и «вид», не были сформулированы основные их признаки и определения. Именно Карл Линней систематизировал доступные ему на тот момент знания о разнообразии животного и растительного мира, объединив сходные виды в роды, роды – в отряды, отряды – в классы и так далее. Но окончательно понятие «вид» сложилось лишь через два с лишним столетия.

Линней очень интересовался вопросами гибридизации. Проведя ряд опытов по скрещиванию растений и пронаблюдав за появлением гибридного потомства у животных, он пришел к выводу, что сочетание отцовских и материнских признаков подчиняется довольно простому правилу: внутреннее строение «помеси» наследуется от матери, а наружное – покровы, внешний вид, качество и цвет шерсти у животных – от отца. Конечно, такой взгляд сейчас представляется крайне упрощенным.

К концу XVII в. преобладало учение о преформации. Новые и, как тогда казалось, бесспорные подтверждения, оно получило после подробного изучения и описания живых существ, которым для размножения не требовался половой контакт между двумя особями, например, гидры или некоторых видов червей.