Очерки адаптации и биологии и технике - Лабутин В.К.
Скачать (прямая ссылка):
В естественных условиях система кодирования наследственных признаков в хромосомах настолько надежна, что мутации могут быть следствием лишь довольно редких случайных причин, например результатом воздействия элементарной частицы высокой энергии радиоактивного или космического происхождения. Частота, с которой происходят мутации, крайне низка и составляет единицу на 105—-109 клеточных делений. Кроме того большинство мутаций оказывается вредным н приводит к появлению неполноценных клеток, не способных к последующему развитию и делению. Все же неко_шрие мутации могут быть полезными и. придавая какое-либо новое свойство развивающемуся из зиготы организму, способны приводить к появлению новых, бо: лее приспособленных, разновидностей животных или растений.
С первого взгляда кажется, что природа весьма несовершенна и расточительна в этом механизме эволюции, подобном методу случайных проб и ошибок. Переходя на язык техники, мутациоя-ный механизм эволюции в-хамых грубых чертах можно изобразить схемой, показанной на рис. 1. Здесь линии со стрелками, выходящие из прямоугольника В, («вид 1»), обозначают акты рождения особей данного вида. Большинство особей следующего поколения, обеспечивающих продолжение вида Вь на схеме не
показано, изображены только дочерние организмы, получившие мутации — мутанты Мь М2, ..., Мп. Каждый мутант в процессе своего развития проходит проверку на жизнеспособность, и лишь способный противостоять естественному отбору дает устойчивое продолжение рода. На схеме таким мутантом является М,, дающий начало новой разновидности, В,. Вероятность появления этой разновидности определяется сочетанием двух редких случайных событий и, следовательно, равна произведению двух малых
Рис. 1. Схема мутационного механизма.
величин: вероятности мутации рк и вероятности устойчивости мутанта ру. Если вероятность мутации в наследстве одной особи данного вида составляет pi, а общая численность размножающихся особей — N, то pM=Np\, и в первом приближении вероятность появления новой разновидности В, за отрезок времени t
РI = ~~ NpiPy, (1)
где Т — средняя продолжительность цикла размножения.
Из формулы (1) следует, что вероятность появления новой разновидности пропорциональна численности вида N и обратно пропорциональна продолжительности цикла размножения Т. Уже этими причинами можно объяснить относительно высокую изменчивость простейших микроорганизмов, для которых значения N достигают миллиардов, а Т зачастую измеряется минутами, и малую изменчивость высокоорганизованных животных, для которых, помимо дополнительных барьеров, не учитываемых этой примитивной моделью, значения Т велики, а N весьма ограниченны.
Однако более детальное изучение механизмов наследственной изменчивости обнаруживает в них наличие достаточно эф-
фективных закономерностей, не свойственных методу случайных проб и ошибок.
Начнем с того, что в ^генетике для каждого организма различают два набора п ри зна ков ГЦфен о ти п — совокупность признаков, свойственных данной особи, и генотип — набор генов, характеризующих наследственные задатки этой особи. Примечательно, что в фенотипе реализуются не все возможности, или задатки, генотипа, причем на формирование фенотипа (отбор реализуемых задатков генотипа) существенное влияние оказывает внешняя среда, условия развития организма. Но, хотя некоторые наследственные задатки не проявляются в фенотипе, они в скрытом (цетер.озиготном) состоянии продолжают передаваться по наследству в следуюЩйТ поколения и при определенных условиях могут выявях&?я в фенотипе, вызывая соответствующее изменение признаков животного или растения.
Благодаря этим особенностям генетического механизма, мутации в процессе филогенеза в большом числе накапливаются в ге-_ терозиготном состоянии, давая широкое разнообразие генотипов в виде материала, на основе которого естественный отбор, в особенности при изменении условий существования, может приводить к достаточно быстрому появлению и распространению новых, более приспособленных организмов.
Нечто похожее произошло при изменении окраски бабочек «Бистон бетулария». В сложившемся к прошлому веку наборе генов этой бабочки присутствовали гены, ответственные как за светлую, так и за темную окраску (вспомните 1 % темных бабочек в первой половине XIX века), т. е. был налицо полиморфизм. Однако естественный отбор поддерживал низкое проявление генов, обусловливающих темную окраску. Как только внешние условия изменились, темные особи оказались более живучими и все больший процент потомства из поколения в поколение получал набор генов, содействующий проявлению темной окраски. Произошел направленный отбор, приведший к новому балансу частот генотипов темной и светлой окраски.
Согласно современным данным один ген контролирует много признаков фенотипа, а отдельные признаки фенотипа могут зависеть от большого числа генов. Поэтому всякая мутация (при условии, что она не приводит к гибели организма), придавая потомку качественное отличие от родителей, не может в то же время привести к появлению животного или растения, радикально отличающегося от своих родителей. Таким образом, филогенез в целом выступает в виде медленного эволюционного процесса с постепенным накоплением новых качеств, лишь с течением длительного времени приводящих к появлению новых видов животных и растений.
