Чтобы уяснить себе эту систему, обратимся к таблице мировых пшениц.
Пшеница распадается на восемь линнеевских видов: твердую, мягкую, английскую и т. д. В каждом из восьми видов бывают формы озимые и яровые, красноколосые и белоколосые, остистые и безостые. Все эти разновидности и образуют гомологические ряды.
Рожь со своими формами в таком же порядке повторяет пшеницу. Ячмень и овес повторяют друг друга, а также рожь и пшеницу.
В телеграмме, отправленной в Совнарком, съезд подчеркивал, что теория Вавилова представляет собой крупнейшее событие в мировой биологической науке и соответствует открытиям Менделеева в химии. Действительно, подобно менделеевской таблице, закон Вавилова позволял предсказывать существование, строение и свойства еще неизвестных или почти не изученных видов растений. К слову сказать, некоторые из предсказанных форм растений Вавилов и его соратники открыли в экспедициях по малоизученным местам земного шара.
Закон Вавилова оказался применим и для животного мира.
Успехи молекулярной биологии последних лет помогли понять механизм гомологичной (сходной) изменчивости у организмов. Закон гомологических рядов обогатился новым содержанием.
Раньше мы могли предсказывать особенности строения неоткрытых видов статистическим путем. Теперь мы начинаем понимать, почему будущие виды сходны со старыми.
Если мы заглянем в классический труд Н. И. Вавилова «Пшеница», то сразу же обратим внимание на его классификацию этого злака. Пшеница разделена им на три больших отряда: 14-, 28-, 42-хромосомную. Разница в числе хромосом, несомненно, определяет и разницу в особенностях каждого класса пшениц.
Если клетки организма содержат в своих ядрах полный набор хромосом, они называются диплоидами. Исчезни по каким-то причинам та или иная хромосома — и нормальная деятельность клетки и организма становится невозможной. Если в одной клетке соединятся полные наборы хромосом, получится новый организм.
В генетике под полиплоидией принято понимать более высокую степень повторения хромосомных наборов.
Внешне полиплоиды отличаются от растений того же класса, но имеющих меньший набор хромосом. Злаки диплоид имеют типичный остроконечный лист. У полиплоидов лист оканчивается тремя зубчиками. Полиплоиды медленнее растут. Среди них чаще попадаются растения-гиганты.
Иное внутреннее строение определяет иные свойства полиплоидов. Как правило, это более ценные сорта.
Интересные данные получил Леве, проанализировав, как чувствуют себя полиплоиды в плохую погоду. В 1939–1942 годах зимы в Швеции были на редкость суровыми. Анализ показал, что морозы перенесли только 5 процентов диплоидов, 90 — тетраплоидов и все 100 процентов гексаплоидов.
Неудача, ставшая открытием
Пионером экспериментальной полиплоидии был ученик Вавилова ленинградский генетик Г. Д. Карпеченко. Он провел смелый эксперимент. Карпеченко решил осуществить очень отдаленную гибридизацию — редьки с капустой. Разве не заманчиво получить растение, у которого будут капустные вершки, а корешки, как у редьки? И кочан и корнеплод сразу.
И у капусты и у редьки по 18 хромосом. Гибрид унаследовал по 9 хромосом от каждого родителя. Он оказался «растительным мулом» — потомства от него получить не удалось.
Карпеченко тщательно осмотрел половые клетки всех гибридных образцов. У нескольких из них хромосомы родителей сохранились полностью — по 18 от каждого предка. Тридцатишестихромосомный гибрид дал потомство. Он отлично размножался, но зато категорически отказался от своего прежнего родства. Он не скрещивался больше ни с капустой, ни с редькой. Возник совершенно новый вид растения, не существовавший в природе. Редько-капуста, или, как назвал его автор, рафанобрассика (по-латыни).
В 1927 году Карпеченко опубликовал теоретические обоснования синтеза новых видов с неограниченной плодовитостью.
Большая группа генетиков — советских и зарубежных — развернула поиски в этом направлении.
И хотя конкретная цель, которую ставил перед собой ученый, не была достигнута, — работы его показали путь к преодолению бесплодия отдаленных гибридов.
Полиплоидия коренным образом меняет природу растения. У него появляются совершенно новые свойства. Клетки полиплоидов крупнее, цветы и плоды их тоже увеличиваются. Физиологические процессы протекают активнее. Организм скорее приспосабливается к изменениям условий жизни.
Как получить полиплоидные клетки?
Лабораторная техника этого дела разработана за последние десятилетия довольно основательно. Клетку охлаждают приблизительно до 3 градусов. Это делается в тот момент, когда она готова к делению, то есть к размножению. Именно в этот момент легче всего вмешаться в процесс размножения.
Но каким инструментом осуществить эту операцию?
Русский биолог Н. К. Кольцов еще в 1917 году предложил применить для вторжения в эволюцию рентгеновы лучи и предсказал, что могут найтись и другие способы воздействия на хромосомы.
1925 год. Советские генетики Г. А. Надсон и Г. А. Филиппов, обстреляв кормовые дрожжи Р-лучами, получают новые формы этого микроорганизма.
Последовала целая лавина открытий в области экспериментальной полиплоидии. Работы Меллера и Дубинина, Астаурова и Жебрака, Цицина и Сахарова, Сапегина и Делоне, шведского генетика Мюнтцига и болгарского биолога Костова привели к созданию новых видов растений и животных.
В 1936 году было установлено, что алкалоид колхицин стимулирует образование полиплоидных клеток. Это сделали Блексли и его сотрудники (США). Правда, у них были предшественники — еще сам Дарвин пытался воздействовать на растения колхицином, но работы американцев охватывали такой широкий круг растений, а механизм действия колхицина ими так тщательно изучен, что их труды можно считать началом нового направления в генетике и селекции. Американские ученые дали обоснованную методику воздействия колхицина на определенных этапах развития растений.
Уже через два года благодаря этой методике биологи имели 40 видов искусственно полученных полиплоидов. А еще через несколько лет число полиплоидных растений увеличилось в 10 раз.
Увлечение полиплоидией подогревалось первыми успехами. Конечно, большую роль играл определенный азарт. В результате искусственно вызванных мутаций получались организмы с новыми признаками. Новизна — это уже хорошо. Но ведь важно получить ценные свойства. У полиплоидной гречихи Сахарова были крупнее зерна. Шведские генетики получили ячмень с прочной, неполегающей соломиной. Японские исследователи вывели тетраплоидный табак, содержавший на четверть больше никотина.
В полиплоидных растениях было больше витамина С (в томатах), больше рутина (в гречихе).
Но главного на первых порах не достигали. Все ждали от полиплоидов не только новизны, но и практической пользы. Надеялись немедленно получить новые, высокоурожайные сорта.
Из лабораторий выходили виды растений с крупными плодами или зернами. Но урожайность их практически оказывалась такой же.
Восемь лет — с сорокового по сорок восьмой — бились шведские генетики над получением полиплоидного сорта ржи. Он давал очень крупные зерна. Однако весил колос полиплоида столько же, сколько у обычного растения. Ни урожайностью, ни зимостойкостью, ни иммунностью новая рожь не отличалась. Правда, хлебопекарные качества ее и содержание белка в хлебе были повыше. Но стоило ли из-за такого малого эффекта тратить столько времени и трудов?
Увлеченные созданием новых форм растений — с большими плодами, с большим содержанием ценных веществ, — биологи воспринимали их как уже готовые сорта. Как годные для сиюминутного внедрения в практику. А практика иной раз подводила.
Авторы многих полиплоидов, охваченные вначале нетерпением увидеть свои сорта на полях, впали в пессимизм, увидев, что их труды не приносят ощутимой практической пользы.
Меллер и Фишер долго бились над тем, чтобы получить из растения «датура страмониум» тетраплоид с повышенным содержанием алкалоидов. Отступились. Сделали вывод, что эти попытки безуспешны.
Джексон и Роусон были более настойчивы. Из растений того же вида они получили тетраплоид, в котором процент алкалоида был в 3 раза выше.
Полиплоидия, наблюдаемая в природе, не давала поводов для пессимизма. Полиплоиды растительного мира — победители в борьбе за существование. Они составляют половину всех растений. Но природа, создавая полиплоиды, одновременно производила отбор их. Она работала на поприще селекции сотни тысяч лет. Почему же мы должны забывать об этой стороне работы?
Вывод очевиден: полиплоидия должна сопровождаться отбором.
