 |
О чем рассказывают мухи
|
|
|
|
Два совершенно неожиданных явления были обнаружены при просмотре мух и регистрации мутаций. Все мутации совершенно условно можно подразделить на сверхредкие, редкие, частые и сверхчастые. Сверхредкие встречаются в популяции с частотой одна на десятки тысяч, редкие – не более пяти на тысячу, вероятность встретить частую 2 раза на 100 мух, сверхчастую – еще больше.
Оба неожиданных явления, которые мы обнаружили, считая мух, заключались в переходе мутаций из одной категории в другую буквально у нас на глазах. Не следует, конечно, забывать, что с некоторыми перерывами наш взгляд был направлен на мух на протяжении тридцати трех лет – срока, сближающего нас с пушкинским рыбаком. Где ты, моя золотая рыбка? Даже золотисто‑ желтых мух не увидишь теперь, пусть хоть сто тысяч окажется перед глазами. Не то было в старые добрые времена. Об этом и пойдет речь.
Первое удивительное явление – переход сверхредких мутаций в категорию редких и обратно. В 1937 году – это было в Умани – на каждую тысячу самцов попадалось два‑ три желтых. Эти самцы несли мутацию, меняющую золотисто‑ серый цвет мухи на золотисто‑ желтый. Мутация «желтая» претерпела головокружительный взлет и падение. Я имею в виду ее численность в популяции. Н. П. Дубинин и его сотрудники, изучая южные популяции дрозофил, выловили в течение пяти лет – последний из них был 1936 год – 128 тысяч мух, около 64 тысяч самцов. Один из них был желтый. Начиная с 1937 по 1940 год я изловила 28 тысяч самцов, 50 из них были желтыми. Это был взлет. Из сверхредких мутация желтая перешла в категорию редких. Причина перехода предельно ясна. Повысилась частота ее возникновения. Желтые самцы попадались еще и в 1946 году. Но видно было, что взлету пришел конец. Частота возникновения мутации понизилась: с 1946 по 1966 год среди 586 тысяч самцов найдено 16 желтых – по два с половиной на каждую сотню тысяч. Из популяций желтые мухи исчезли. Это было падение. Мутация желтая вернулась в свою прежнюю категорию сверхредких. Это очень удивительное явление, но отнюдь не самое удивительное из того, что раскрыл анализ популяций.
|
|
|
События, описанные здесь, совершались одновременно в популяциях, отстоящих друг от друга на тысячи километров, – на Украине, в Крыму, в Закавказье и в Подмосковье. Очевидно, причина повышения мутабильности была общеземная. Интенсивность действия какого‑ то фактора, способного вызывать мутации, сперва возросла, затем уменьшилась. Фактор действовал на весь генотип, заставляя меняться многие гены, но на фоне общего изменения судьба отдельных мутаций отличалась самобытностью. Взлет и падения претерпела вместе с мутацией «желтой» другая мутация – «вильчатые щетинки». Мутация «миниатюрные крылья» не поддалась общему веянию. Пик ее численности не совпадал с пиком других мутаций. Ее время наступило в 1958 году. Начиная с этого года по 1963‑ й во всех изученных тогда популяциях были найдены мухи с миниатюрными крыльями. Потом время «миниатюрных крыльев» прошло. В 1961 и 1962 годах в Алма‑ Ате, в Дилижане, в Тирасполе были обнаружены мухи с вырезками на самом кончике крыла. Затем миновало и их время.
Много раз мне доводилось докладывать собраниям ученых об этих удивительных результатах. Всякий раз меня спрашивают – что это за таинственный фактор? Космические лучи, корпускулярные излучения Солнца, усиливающиеся, когда возрастает солнечная активность?
Да, отвечаю я, общеземной характер наводит на мысль о лучевой природе причины. Солнечная активность исключается. Столетний пик солнечной активности зарегистрирован в 1956 и 1957 годах. Он не совпал с пиком наибольшей частоты возникновения мутаций. За одиннадцать лет Солнце проделывает цикл – высокая частота держалась десять лет, через одиннадцать лет после спада она не была обнаружена вновь. Космические лучи? Но изменение их интенсивности составляют доли процента от фона. А по моим наблюдениям частота возникновения мутаций изменилась в среднем по всем генам в 5–10 раз. Космические ливни? Быть может.
|
|
|
Какова бы ни была природа фактора, ответственного за повышение, он не мог действовать прямо на мушиные гены. Чтобы повысить частоту возникновения мутаций у мух хотя бы вдвое, нужно повысить естественный фон радиации в сотни раз. Известно, что только одна из 700 мутаций у дрозофилы обязана своим возникновением излучениям. Но если в сотни раз повысится фон радиации, мухи останутся жить, а мы с вами погибнем от лучевой болезни, и не только мы, а все млекопитающие и птицы и множество других незащищенных наружными скелетами тварей. Мы живы, и того повышения интенсивности радиации, которое могло бы удвоить частоту возникновения мутаций у мух, заведомо не было.
Долгие годы накапливался материал, все четче обрисовывалось явление, которому, казалось, нет объяснения и нет надежды когда‑ либо найти его. Время, когда мутации возникали часто, уходило все дальше в прошлое. И вопрос о причине того, что давно миновало, повисал в воздухе, звучание вопрошающего голоса принимало все более трагический оттенок.
Где солнце, которое погасло,
Где ветер, который затих? [37]
Казалось, никогда не предоставится возможность согласовать наблюдения с современным миропониманием. Открытия в совсем другой области генетики в самые последние годы позволили построить разумную гипотезу. Выяснилось, что микроорганизмы способны внедряться в клетки других организмов и вызывать у них наследственные изменения.
Мысль настойчиво возвращается к лучевому воздействию. Не сработал ли в биосфере – в геологической оболочке Земли, включающей жизнь, в этой большой системе – усилитель? Очень маленькое повышение интенсивности коротковолновых излучений могло повысить частоту возникновения мутаций у микроорганизмов. А дальше включился усилитель‑ отбор. Он подхватил мутантные формы микроорганизмов, и они усилили свои атаки на многоклеточные существа. Они получили преимущество. Они внедрялись в клетки других организмов и вызывали в них мутации. Какая бы то ни было пропорциональность между дозой лучевого воздействия и частотой возникновения мутаций у мух нарушилась. Мутационный процесс у микроорганизмов вклинился между космосом и мухами, и малая доза облучения стала сильным мутагенным фактором. Гипотеза, которую можно подвергнуть экспериментальной проверке, есть. Теперь легче.
|
|
|
И еще одно обстоятельство. Люди, которые родились в те ушедшие годы, живы, и на них можно проверить, была ли дрозофила единственным существом, подпавшим под воздействие лучей и микробов. И эта проверка сделана… Но здесь речь пока только о мухах.
В 1968 году было обнаружено второе неожиданное явление. На арену жизненной борьбы вышла мутация «ненормальное брюшко». В 1967 году она относилась к категории редких, встречалась не чаще, чем один раз на тысячу. В 1968 году в тех же популяциях она стала попадаться один‑ два раза на сотню мух и превратилась в частую. В 1969 году она стала сверхчастой. У каждого седьмого самца и каждой четвертой самки брюшко было ненормальным. Сотни скрещиваний показали, как передается по наследству уродство.
Событие произошло в географически разобщенных популяциях – во Фрунзе, Ереване, Дилижане, в Крыму на заводе «Магарач». И на этот раз сходные мутации возникли в разных концах света. Это было дело мутационного процесса. Но не он вызвал переход мутации «ненормальное брюшко» из категории редких в категорию сверхчастых. В дело вступил отбор.
Отношение отбора, выражаясь фигурально, к «желтым», «вильчатым», «вырезанным», «миниатюрным» мухам не менялось. Приспособительное или, вернее, неприспособительное значение мутаций, носителями которых они были, оставалось неизменным. Отбор с неизменным упорством выметал их из популяций. Численность всецело определялась частотой возникновения и строго следовала за ее изменениями.
|
|
|
К «ненормальному брюшку» отношение отбора было иным. Уроды стали избранниками. Ничего удивительного. Попал же в число привилегированных перед лицом отбора вредоносный ген серповидно‑ клеточной анемии, повышающий сопротивляемость человека к малярии. Раз болезнь может дать защиту против атак микромира человеку, она может дать ее и мухам.
У мух возникла настоящая «наследственная эпидемия». Она вспыхнула в разобщенных поселениях мух. Болезнь мух не заразна. От братьев к сестрам она не передается. Но родители передают ее своим детям, а те – своим.
Что за жалкое зрелище – эти мутанты. Брюшко у них ненормальное, куски хитинового покрова как будто выгрызены кем‑ то, брюшко бывает уменьшено, искривлено. Проявление мутации сильно меняется, но сама она для популяции в целом стала нормой.
Может, не будь таких мутаций – и вид перестал бы существовать. Есть нечто весьма парадоксальное и тем самым привлекательное в утверждении, что генератор новшеств – мутационный процесс – необходим не только для преобразования вида, но и для поддержания его устойчивости в системе высшего порядка – в биоценозе. Не получается ли порой так, что, меняя организм в каких‑ то частностях и тем самым отвечая на воздействие внешней среды, мутации тем самым сохраняют общую стабильность организма: стабильность более высокого порядка, чем частные перемены?
Не спасла ли мутация «ненормальное брюшко» популяции дрозофил от гибели?
Мухи завода «Магарач», расположенного между Ялтой и Никитским ботаническим садом, на Южном берегу Крыма, с 1965 по 1967 год массами гибли от какого‑ то грибкового заболевания. Начиная с 1968 года среди них начала распространяться мутация «ненормальное брюшко».
В 1969 году численность популяции резко сократилась, но и эпидемия прекратилась. Кажется вероятным, что именно «наследственная эпидемия» справилась с эпидемией обычного типа. Если бы мы ничего не знали о мутации «ненормальное брюшко», а наблюдали, как мухи сперва во множестве гибли от какого‑ то заболевания, а потом перестали, мы сказали бы, что эпидемия прекратилась сама собой. Повышение численности мутантов с ненормальным брюшком наводит на мысль, что продуцентом лекарства оказался ген вредоносный в другом отношении.
Не мухой единой…
Предположим, вы – селекционер, создатель новых сортов пород, штаммов, или работаете на поприще защиты растений. Не забывайте, что законы эволюции одни и те же для всего органического мира.
Если мутационный процесс и отбор способны с такой грандиозной скоростью перестраивать генотип популяции дрозофилы, нужно с этим считаться, с каким бы видом живых существ вы ни работали.
|
|
|
Вы создаете сорт растений, несъедобных для вредителя, устойчивый к инфекции. Вы ведете отбор в условиях заражения. Вы достигли успеха. Самые неприхотливые возбудители болезни отказываются от вашего питомца. Не обольщайтесь. Возбудители болезни не оставляют надежду на победу. Их оружие – мутационный процесс и отбор. Среди множества возникающих мутантов рано или поздно окажутся такие, для которых ваше подзащитное растение будет столь же съедобным, как и исходная форма. Часть возбудителей болезни или просто пожирателей умрет с голоду. Выживут те, кому яд, выработанный растением в качестве защиты, будет сладок и приятен. Они размножатся, и ваших успехов – как не бывало. Не слагайте оружия. Заставьте растение заранее вырабатывать иммунитет не только к нормальным представителям вражеских сил, но и к мутантам. Действуйте целенаправленно. Введите предвидимое будущее в программу эксперимента. Предвидимое будущее это многообразие форм, создаваемое мутационным процессом и отбором у вида возбудителя болезни. Создайте его сами. Вы заражаете растения, чтобы отобрать среди них тех, кто устоял, не поддался. Заражайте их облученными микробами. Выживут растения, способные отражать удары, наносимые обладателями и старого и нового оружия. А это как раз то, к чему вы стремитесь.
Но есть ситуации, в которых радиационный мутагенез не применим.
Вы уничтожаете вредное насекомое новейшим из новейших способов. Вы блокируете его размножение, заставляя самок скрещиваться с самцами, которых вы вывели в производственных условиях, затем с помощью коротковолнового облучения сделали бесплодными и выпустили искать подруг. Вы делаете ставку на высокую мораль самок и на бурный темперамент самцов. Это верный расчет. Самки многих видов насекомых после спаривания остаются верны своему партнеру навеки. Если объект первой любви оказался бесплодным, он обрекает на бездетность свою избранницу. Известно, что этим способом на одном из островов Тихого океана в течение трех лет удалось полностью уничтожить мясную муху. Вид пал жертвой исключительной нравственности своих самок.
Будьте бдительны и на этот раз. Бойтесь врожденного легкомыслия. Среди множества нравственных найдутся безнравственные – они восстановят численность своего поселения, и тем вернее, чем успешнее были ваши действия по искоренению зла. Вы сами устранили целомудренных конкурентов и стали на сторону порочных в борьбе за жизнь. Справиться с аморальными тем методом, который так успешно действовал против моральных, вам уже не удастся. Их нашествие потребует других – старых – методов борьбы. Размножаясь беспрепятственно, они пользуются теми силами, которым мы обязаны всем пленительным разнообразием органического мира, – мутационным процессом и отбором.
Но шутки в сторону. Порой может оказаться бессильным и радиационный мутагенез – могучее средство в создании иммунных форм полезных человеку животных и растений и в преодолении иммунитета у вредных. Что же делать?
Соблюдайте правило, которое необходимо соблюдать при любом методе борьбы с вредителем. Тех, кто подлежит уничтожению, старайтесь уничтожить полностью и по возможности с первого раза.
Не менее важные следствия проистекают из мушиных «наследственных эпидемий».
Независимое возникновение мутаций в разных поселениях и возрастание их числа под действием отбора произошло у мух. Но какое нам дело до этих мушиных наследственных болезней? Пусть мухи болеют.
Но представим себе на миг, что возрастание числа мутаций произошло не у мухи, а у патогенного микроорганизма – у вируса, возбудителя гриппа, или полиомиелита, или у холерного вибриона – и что мутации эти дали их носителям преимущество в борьбе за жизнь. Тогда становится ясным, что на мухах удалось наблюдать явление, имеющее непосредственное отношение к человеку. Не является ли внезапное возникновение сходных друг с другом форм в географически разобщенных популяциях плодовых мух моделью тех внезапных эпидемий у человека, когда, казалось бы, исчезнувший возбудитель болезни внезапно повышает свою вирулентность, а заболевание возобновляется через многие десятки лет и эпидемия вспыхивает одновременно в разных местах земного шара? Не удастся ли со временем прогнозировать на основе опытов с плодовыми мушками такие вспышки эпидемий у человека? Сейчас уже есть первые наблюдения, отмечающие параллели в появлении определенных мутаций у дрозофилы и некоторых тяжелых наследственных поражений у человека. Быть может, «наследственные эпидемии» мух послужат предвестниками вспышек мутаций у бактерий и вирусов. Это явление нужно изучать.
Назрела необходимость наладить регулярные исследования частоты возникновения мутаций у человека и микроорганизмов. Объектом наблюдений должна служить и дрозофила. Необходимо организовать Службу мутабильности. Страна, которая сделает это, окажет всему человечеству неоценимую услугу.
Спросит меня золотая рыбка: «Чего тебе надобно, старче? » – «Службу мутабильности», – скажу я.
|
|
|
