III. Главное научное открытие – «вспышки» мутаций 

III.1. О генах-мутаторах

Мой долг ученого описать печальную участь моего истолкования причин синхронных взлетов частоты возникновения мутаций в географически разобщенных популяциях дрозофил, судьбу моей космической гипотезы.

Тридцать семь лет прошло с момента открытия первого взлета мутабильности в полностью изолированных друг от друга более чем на тысячу километров популяций плодовой мушки, дрозофилы Украины и Крыма, до того момента, когда, по политическим причинам, я навеки лишилась возможности изучать дальнейшую судьбу мутабильности моих популяций.

Из этих тридцати семи лет (1937–1974) я имела возможность, опять же по политическим причинам (война, лысенковщина), только 26 лет отдавать все время, все силы измерению мутабильности в популяциях плодовых мушек, обитателей фруктовых садов и винных заводов восьми Республик Советского Союза, куда снаряжались мои экспедиции.

Я обнаружила два взлета, разобщенные друг от друга тридцатилетним отрезком времени, когда частота возникновения мутаций была повсюду низкой. Первый взлет длился с 1937 года по 1945, второй наступил в 1967 году. Когда он кончился, и кончился ли он вообще, я не знаю. В 1974 году исследование оборвалось.

Всюдность взлетов мутабильности в течение всего времени пока длился взлет, главный признак сходства между двумя пиками. Повсеместность взлетов – фундамент космической гипотезы.

Раз изолированные друг от друга популяции, обитающие в разных климатических зонах, на разной высоте над уровнем моря, отличающиеся друг от друга по множеству признаков, а я выбирала именно такие, претерпевают синхронные изменения, одновременно вступают в период высокой мутабильности и одновременно выходят из него, значит причина сдвигов – внешняя, лежит за пределами планеты. Вспышки космических излучений казались возможной причиной вспышек мутабильности.

Гипотеза, связывающая изменение мутабильности с изменением интенсивности космического излучения, натолкнулась на множество преград. Как бы ни менялась доза облучений, она, даже в максимуме, не могла вызвать обнаруженное повышение мутабильности. Но дело не только в количественном несоответствии. Будь космические лучи причиной вспышки мутабильности, все без исключения гены подпали бы под мутагенное действие. Мои наблюдения показали, что таинственная причина действовала на гены избирательно. Мутабильность одних генов претерпевала грандиозное, подчас стократное, изменение, в то время как другие гены сохраняли свою исконную низкую мутабильность. Набор генов, поддавшихся мутагенному воздействию, был один и тот же во всех популяциях как во время первой, так и во время второй вспышки. Набор податливых генов первой вспышки был другой, чем набор мутабильных генов второй вспышки. Мутагенное действие вирусов во время вирусной пандемии могло бы вызвать повсеместный взлет частоты возникновения мутаций и объяснить избирательный характер мутагенного воздействия.

Преградой космической гипотезе послужила избирательность действия агента, ответственного за взлет мутабильности. Всюдность взлета мутабильности – непреодолимый барьер для вирусной гипотезы. Пандемия невозможна, если популяции атакуемого возбудителем болезни вида абсолютно изолированы друг от друга. Не только активная миграция мушек из любой изученной мною популяции в любую другую, но и пассивная миграция при пересылке фруктов исключена. Объяснить синхронность повсеместных вспышек мутабильности казалось возможным, приписав повышение мутагенной активности вирусов изменениям уровня космической радиации. Мутагенное действие вирусов предстало в новой космически-вирусной гипотезе, как усилитель перепадов интенсивности космического излучения, как фактор, способный атаковать одни гены, оставляя вне сферы своего действия другие.

Когда я писала книгу воспоминаний, я и не подозревала, что вспышки мутабильности в географически разобщенных популяциях дрозофилы и человека получат совсем другое истолкование.

На Западе я возобновила исследование естественных популяций дрозофил. Глобальная вспышка мутабильности настойчиво требовала от генов сицилийских, французских и  североамериканских дрозофил, попавших в поле моего зрения, мутировать по тем же законам, что и гены дрозофил тех восьми Республик Советского Союза, которые я изучала полжизни. На Западе я застала глобальную вспышку мутабильности на исходе. Мутабильность не была высокой, но возникающие мутации были изменениями тех же генов, что и на Востоке.

В преддверии своей гибели вирусно-космическая гипотеза получила новое обоснование. Ее столп – всюдность – не был поколеблен. Мой доклад на Европейской Конференции Дрозофилистов в 1976 году, в Лувен-ля-Неве, в Бельгии, где я излагала результаты историко-географических исследований мутационного процесса в естественных поселениях дрозофил и интерпретировала их с позиций вирусно-космической гипотезы, привлек внимание замечательной француженки, доктора Надин Плюс, специалиста по вирусным болезням насекомых, дочери украинского социал-революционера, чудом спасшегося от большевистского террора.

Надин Плюс предложила выяснить, играют ли вирусы роль, приписанную им моей гипотезой. Если вирусы ответственны за возникновение мутаций, значит мутации – индикаторы вспышки мутабильности – возникают у мух, зараженных вирусами, а мухи старых лабораторных линий, не затронутые, как показали мои исследования, пертурбациями в космосе, свободны от вирусов. Я изучала мутабильность линий, Надин выявляла наличие или отсутствие вирусов.

Ни малейшей связи мутабильности с вирусной инфекцией не оказалось. Из популяции дрозофил – обитателей фруктовых садов СентКристоля-лез-Алеса на юге Франции, где жила Надин, и где в Институте защиты растений она проводила исследования, она выделила линию мух свободных от вирусов. Мутабильность мух этой линии ничем не отличалась от мутабильности мух, зараженных вирусами. Мутации – индикаторы вспышки – возникали в ней с той же частотой, что и в зараженных вирусами отводках. Вирусно-космическая гипотеза оказалась ошибкой. Всюдность и одновременность повышений и спадов частоты возникновения одних и тех же мутаций требовали нового истолкования.

Совместно с Надин Плюс мы нашли разгадку. Лидировала Надин. Она предложила выяснить, не отличаются ли мухи природных популяций от своих лабораторных коллег сопротивляемостью по отношению к инсектицидам. Врожденный иммунитет мог быть одним из мутантных признаков – индикаторов вспышки мутабильности. Надин травила диких мутабильных мух и стабильных мух лабораторных линий инсектицидами и регистрировала смертность.

Врожденный иммунитет был обнаружен. Мутация, делавшая мух резистентными, входила в комплекс тех самых наследственных недугов, которые служили индикаторами вспышки мутабильности. Дрозофилы обитатели фруктовых садов Сент-Кристоля-лез-Алеса были резистентны, их стабильные коллеги, обитатели пробирок гибли поголовно.

Исследуя зараженность вирусами мух, выходцев из популяций, отличающихся друг от друга по частоте возникновения мутаций, Надин опровергла вирусную часть моей вирусно-космической гипотезы. Изучая способность мух тех же популяций противостоять губительному воздействию, она не только подтвердила космическую часть гипотезы, но и вскрыла источник космического воздействия. Им оказалось применение инсектицидов, одно из бесчисленных воздействий человека на среду своего обитания. В нашем веке воздействие это приняло, далеко за пределами борьбы с насекомыми, глобальный характер, и я имела все основания спутать его с космической силой.

Оставалось разгадать связь между отбором резистентных мутантов и повышением частоты возникновения того комплекса мутаций, в который, как оказалось, включен врожденный иммунитет. К превеликой моей радости, к превеликой досаде способность отбора повышать и снижать частоту возникновения мутаций, присущую популяции, была предугадана мной и экспериментально обоснована за тридцать пять лет до обнаружения Надин резистентности французских мух. Я радовалась открывшейся возможности привлечь результаты моих давних исследований и размышлений к построению новой селекционно-генетической гипотезы; я негодовала, что не воспользовалась ими раньше.

В 1946 году на Кафедре дарвинизма Московского Университета мы с Мариной Померанцевой, моей ученицей и участницей экспедиций, сравнивали частоту возникновения мутаций у мух мутантов с мутабильностью их нормальных собратий. И те, и другие были выловлены на винных заводах Умани (Украина) и Тирасполя (Молдавия) и привезены в Москву. Мутабильность мутантов была выше мутабильности нормальных мух. У всех без исключения нормальных самцов мутации возникали редко. Высокая частота возникновения мутаций была присуща большинству мутантов. Иные из них не отличались по частоте возникновения мутаций от нормальных самцов.

Контраст был разительным. Чем он был обусловлен? Ответ на этот вопрос гласил: наличием генов, принуждающих другие гены мутировать, генов-мутаторов у мутабильных самцов и их отсутствием у стабильных самцов-мутантов. Уровень мутабильности оказался наследственным признаком популяции. Взаимоотношения между отбором и мутационным процессом в естественных популяциях дрозофил лежали у нас на ладони. Статья под заголовком «О взаимоотношении мутационного процесса и отбора в естественных популяциях дрозофилы» успела проскочить в последний выпуск Журнала Общей Биологии (том 9, номер 4, страницы 299–315) в роковом для генетики 1948 году, перед тем как генетика была изгнана со страниц научных публикаций, казалось, навеки. Досягаемость частоты возникновения мутаций для отбора легла в основу селекционно-генетической гипотезы. Повышение под влиянием отбора числа генов-мутаторов в популяции любого вида: дрозофилы, человека ведет к повышению частоты возникновения мутаций. Наступает катастрофа: пандемия косит людей, инсектициды травят дрозофил. На помощь виду приходит мутагенная активность генов-мутаторов. Каждый из них ведает мутабильностью набора генов. Если мутации хоть одного гена, из набора мишеней мутатора, обеспечивают сопротивляемость по отношению к губительному воздействию измененной среды, катастрофа завершится возникновением популяции, состоящей из одних мутантов. Большинство из этих счастливцев несли в своем генотипе гены-мутаторы * Гены-мутаторы были выделены Р. Л. Берг из популяций, локализованы, механизм осуществления их мутагенного действия изучен и раскрыт. Показано, что их действие не ограничено вызыванием мутаций в половых клетках дрозофилы, но простирается и на соматические клетки. Однако большинство из этих исследований остались неопубликованными. (Примеч. ред.) .

Катастрофическое воздействие среды, неся гибель нерезистентным, пополняло популяцию выживших генами-мутаторами, генераторами защитного средства против него самого. Когда все представители популяции обладают наследственным иммунитетом, численность генов-мутаторов начинает падать, естественный отбор, выметая из популяции мутантов, возникающих в результате мутагенного действия мутаторов, выметает и их самих. Падение численности мутаторов ведет к снижению мутабильности до прежнего уровня.

Всплеск частоты возникновения одних и тех же мутаций у представителей популяций, отгороженных друг от друга тысячами километров пространства, морями и океанами, пустынями и горными цепями, всплеск этот был следствием глобальной катастрофы, результатом повсеместного применения новых инсектицидов.

Многие исследователи, сперва в Австралии, а затем во Франции и в США, показали, что обитатели фруктовых садов их стран, дрозофилы того же вида, который был объектом моих исследований, дрозофилы, подвергавшиеся действию инсектицидов, и мухи лабораторных линий являются представителями разных видов. Потомство дикого самца и самки, взятой из лабораторной линии, интродуцированной в лабораторию более полувека тому назад, было почти полностью стерильно. Значит изменения частоты возникновения мутаций, которые я наблюдала, сопровождались превращением вида Drosophila melanogaster в новый вид.

Изменчивость частоты возникновения мутаций во времени была обнаружена мной у человека. Причина повышенной рождаемости больных, отягощенных наследственными недугами, в конце тридцатых годов, могли быть пандемия испанки, инфлюэнцы, как тогда называли грипп, скосившей несчетное число людей, и эпидемия сыпного тифа, свирепствовавшая в годы мировой и гражданской войны в России.

«Каждое облако имеет серебряную кайму» – гласит английская поговорка. Нет худа без добра: не обязаны ли эпоха возрождения, золотой век и серебряный век русской литературы своим существованием эпидемиям? Из схватки человека с маленькой мушкой победителем вышла мушка. Способности человека выступать в качестве космической силы дрозофила противопоставила способность продуцировать на всем протяжении ареала своего распространения приспособительные изменения, наследственные новшества, врожденный иммунитет. В схватке человека с микромиром, грозящей человеку истреблением, человек выходит победителем. Вернемся, однако, к селекционно-генетической гипотезе взлетов мутабильности в популяциях дрозофилы.

В 1946 году, сами того не подозревая, мы с Мариной Померанцевой создали модель глобального взлета мутабильности. Мы вылавливали на винных заводах удаленных друг от друга городов мутантов с одинаковыми мутантными признаками и предоставляли им возможность производить потомство. Мы обнаружили повышенную частоту возникновения мутаций у этих мутантов. Искусственный отбор мутантов и обнаруженная у них повышенная мутабильность и были моделью естественного отбора резистентных мутантов, повышающего мутабильность на космической арене.

В Москве, на Долгоруковской, где прошли первые пять лет моей жизни, в кабинете моего отца Льва Семеновича Берга, над его письменным столом висел портрет Дарвина. Под портретом великого основателя теории естественного отбора, силы, преобразующей органический мир, самый крупный, по свидетельству зарубежной прессы, антидарвинист мира писал свою книгу жизни «Номогенез или эволюция на основе закономерностей» 1. Дарвин считал редкие наследственные изменения, случайно оказавшиеся полезными, материалом естественного отбора, крошечными шажками по пути к образованию нового вида. Берг решительно отказывался признать случай участником эволюции. Массовое появление признаков нового вида на огромной территории, заселенной видом, доказанное трудами ботаников-путешественников, он выдвигал как самое веское доказательство закономерного хода эволюции. Прерывистый взрывной характер видообразования, обусловленный этими периодическими взлетами изменчивости, сводит к минимуму роль отбора в видообразовании. Отбор имеет дело с существующей помимо него тенденцией.

Мне посчастливилось обосновать с генетических позиций утверждение Берга о периодичности вспышек видообразования, но моя *    Берг Л. С. Номогенез или эволюция на основе закономерностей. Труды Географического Института. Т. 1. Петербург: Государственное издательство, 1922. Переиздано в сборнике: Берг Л. С. Труды по теории эволюции. Ленинград: Наука. Ленинградское отделение, 1977. С. 95–311. Berg Leo S. Nomogenesis or Evolution Determined by Law. Introduction by D’Arcy Wentworth Thompson. London: Constable and Co, Ltd, 1996. Переиздано The M. I. I. Press. Massachusetts Institute of Technology. USA, Cambridgе, Massа chussets; London, England, 1969. селекционно-генетическая гипотеза трактует чередование взлетов и падений уровня мутабильности с дарвинистских позиций. Выполнять свою функцию защиты популяции от катастрофических изменений среды ее обитания защитный механизм, состоящий из мутатора и из набора подвластных его действию генов, может только через отбор. Мутатор так же не способен целесообразно реагировать на воздействие изменившейся среды, как всякий другой ген. И как всякий другой ген, мутатор не ведает, что творит. Катастрофа не имеет никакого влияния на характер возникающих мутаций. Мутатор штампует мутантные гены. Случай решает, есть ли среди его мишеней хоть один ген, способный меняться в нужном в данный момент направлении. Если есть, в распоряжение вида поступает мутант-объект положительного отбора, счастливец, способный выжить и воспроизводить жизнеспособное потомство в катастрофически измененной среде. Не имея в своем распоряжении ничего, кроме случайно возникших различий по плодовитости, отбор участвует, вместе с мутационным процессом, в создании и усовершенствовании особого механизма, назовем его генетическим контролем эволюции.

Механизм генетического контроля эволюции состоит из гена (ов) мутатора (ов) и набора генов, подвластных его (их) мутагенному действию. Механизм этот, пройдя через горнило отбора, способен обеспечить сохранение вида в порой катастрофически меняющихся условиях существования, но и победу в межвидовом соревновании за овладение жизненными ресурсами в относительно неизменной среде. Встроить, а затем усовершенствовать механизм генетического контроля эволюции отбор может, только используя обратную связь между жизнеспособностью мутантов, произведенных мутатором, и ценностью перед лицом отбора самого мутатора.

Зависимость судьбы производителя от качества его продукции основа самоусовершенствования систем с вероятностным программированием будущего. Система генетического контроля эволюции органического мира и рыночная экономика многих государств относятся к этому типу систем. Чем больше жизнестойкость и плодовитость мутантов, тем больше вероятность сохраниться в нисходящем ряду поколений гена, ответственного за их появление. Мутант может не унаследовать ген-мутатор от своего родителя, обладателя генератора новшеств, но вероятность иметь в своем генотипе мутатор у мутанта выше, чем у других представителей той же популяции. Прямой положительный отбор мутантов – это косвенный положительный отбор представителей вида – носителей в своем генотипе, кроме мутантного гена, еще и гена-мутатора. Взлеты мутабильности тридцатых и шестидесятых-семидесятых годов у дрозофил Советского Союза результат успешного применения инсектицидов. Выжили одни мутанты, обладатели врожденного иммунитета. Большинство из них несли в своем генотипе гены-мутаторы и я зарегистрировала взлет мутабильности.

Не только взлет мутабильности, но и падение частоты возникновения мутаций результат деятельности отбора. Если мутация, возникшая в результате активности мутатора, спасла популяцию от неминуемой гибели, и все выжившие представители популяции мутанты, дальнейшая мутагенная активность гена, спасшего популяцию, оборачивается против него самого: отрицательный отбор мутантов, бракующий теперь его продукцию, ведет к снижению числа носителей генов-мутаторов в популяции.

Низкая мутабильность была обнаружена мной в 1945 и в 1946 годах в популяциях, отличавшихся в прежние годы высокой частотой возникновения мутаций, а затем во всех популяциях, изученных до наступления вспышки в конце шестидесятых годов. В свете селекционно-генетической гипотезы я трактую повсеместные взлеты мутабильности как результат всюдности применения нового инсектицида, когда прежний перестал истреблять моих дрозофил. В катастрофически измененной среде грандиозно возросла ценность перед лицом отбора (selective value) определенной категории мутантов, а значит и ценность мутаторов, ответственных за возникновение именно этой категории мутантов. Всюдность появления одних и тех же мутаций, обеспечивающих выживание, была делом отбора. Дрозофилы, обладатели врожденного иммунитета, не имеют видимых отличий от своих собратий по популяции. До того, как была обнаружена повышенная мутабильность мух, обладателей врожденного иммунитета, я регистрировала вспышки мутабильности по изменению частоты возникновения мутаций, имеющих видимый эффект, мутаций, снижающих жизнеспособность их обладателей.

В поле моего зрения были мишени мутатора, гены, не способные в данный момент мутировать в нужном для вида направлении. Мутанты, обладатели врожденного иммунитета, не могли попасться мне на глаза, когда, разглядывая под бинокуляром дрозофил, я выискивала мутантов. Чтобы разгадать роль отбора в создании и усовершенствовании генетического контроля эволюции, нужно было задаться вопросом: как поведет себя отбор, если в поле его действия окажется мутатор, производящий полезные мутации, не будет ли отбор включать в генотип популяции вместе с мутантами еще и мутатор? Загипнотизированная своей вирусно-космической гипотезой, я не ставила этого вопроса. Без Надин Плюс я не раскрыла бы роль отбора в создании и усовершенствовании генетического контроля эволюции.

Массовый характер появления по всему ареалу распространения вида обладателей одних и тех же новых признаков Л. С. Берг считал наиболее убедительным свидетельством закономерного хода эволюции, идущего независимо от отбора. Иные приспособления, утверждает Берг, не могли возникнуть иначе, чем путем изначального массового появления приспособительного уклонения. Удлинение хоботка медоносной пчелы, обнаруженное у одной из географических рас, тому пример. Мне посчастливилось показать, что отбор отодвигал на задний план редкое возникновение мутаций, ставил под надзор генотипа частоту возникновения мутаций, превращал эволюцию в Номогенез, представал не только как преобразователь живых существ, но и как творец законов эволюции.

 



Страница 21 из 23 Все страницы

< Предыдущая Следующая >