Перспективы отбора - Елена Наймарк

Сначала ученые провели эксперименты с двумя генно-модифицированными линиями табака Nicotiana tabacum. Одна линия несет ген устойчивости к антибиотику канамицину, другая — к гигромицину. Оба гена находятся в ядерном геноме. Верхушку одного растения прививали на основание другого. Затем из зоны срастания брали делящиеся клетки и выращивали их на среде, содержащей оба антибиотика. В таких условиях могли выжить только клетки, содержащие оба гена устойчивости. Опыт удался: из 13 привитых растений было получено 29 колоний устойчивых клеток. Из этих колоний были выращены полноценные растения, в геноме которых содержались оба гена устойчивости. Значит, горизонтальный перенос ядерных генов действительно произошел.

Теперь нужно было выяснить, имела ли место передача отдельных генов или целых геномов. Гибридные растения оказались фертильными (способными дать потомство): от них были получены жизнеспособные семена, из которых выросло следующее поколение гибридов. Число хромосом в их клетках слегка варьировало, что указывает на нестабильный характер расхождения хромосом во время клеточных делений (такое часто бывает при полиплоидизации). Однако у многих гибридных растений оказалось ровно 96 хромосом. У табака 48 хромосом в диплоидном наборе. Стало быть, полученные гибриды являются тетраплоидами, возникшими в результате переноса полного ядерного генома из клетки в клетку. Этот вывод был подтвержден несколькими независимыми методами.

Исследователи не остановились на достигнутом и перешли к экспериментам по межвидовой гибридизации. Они сращивали обыкновенный табак (N. tabacum), снабженный геном устойчивости к гигромицину, с табачным деревом (N. glauca), в геном которого был внедрен ген устойчивости к канамицину. Эти два вида могут скрещиваться обычным путем, но гибриды получаются бесплодные.

Действуя по той же методике, ученые получили из 12 пар сросшихся растений 45 линий клеток, устойчивых к обоим антибиотикам. Из них удалось вырастить полноценные растения — аллотетраплоиды, несущие в ядре каждой клетки полные диплоидные геномы обоих родителей (у табака 48 хромосом, у табачного дерева — 24, у гибридов — 72). По большинству признаков гибриды оказались промежуточными между N. tabacum и N. glauca (илл. X, см. цветную вклейку). В лаборатории они росли быстрее обоих родительских видов. Это значит, что в определенных условиях они способны конкурировать с предковыми растениями.

Гибриды оказались фертильными, их потомство — тоже. Способны ли они скрещиваться с родительскими видами, в статье не сказано. По идее, если такие скрещивания возможны, они должны приводить к появлению бесплодных триплоидов. Так или иначе, исследователи решили, что гибридные растения удовлетворяют всем критериям нового вида. И даже присвоили ему латинское название: Nicotiana tabauca.

Этот результат важен как для теории, так и для практики. С одной стороны, открыт перспективный метод получения новых культурных растений. С другой — продемонстрирован возможный способ естественного видообразования. Растения разных видов в природе нередко срастаются. Из зоны срастания, если очень повезет, может вырасти побег с почками, состоящий из аллотетраплоидных клеток. Правда, обычно в подобной ситуации получаются в лучшем случае химеры, то есть растения, составленные из смеси клеток с разными геномами. Потомство таких химер немедленно распадается обратно на два родительских вида. Но раз в сто тысяч лет, наверное, может получиться и аллотетраплоидное потомство (к слову, в опытах лысенковцев это едва ли произошло хоть однажды). Важно, что срастаться могут в том числе и виды, дивергировавшие слишком сильно, чтобы скрещиваться обычным путем.

Таким образом, вегетативная гибридизация все-таки возможна — но происходит она не вопреки законам генетики и хромосомной теории наследственности, как утверждали лысенковцы, а в полном соответствии с ними.

Разнообразие видов и взаимная согласованность их существования поражают воображение. Рост разнообразия создает новые вакансии для жизни, тем самым наращивая разнообразие еще больше, а конкуренция между близкими формами подстегивает расхождение признаков. Один из механизмов видообразования, когда отбор срабатывает наиболее мощно, связан с антагонистической коэволюцией (эволюционной гонкой вооружений), в частности — паразитов и их хозяев. Паразиты под действием отбора вырабатывают все более надежные и бесперебойные способы доступа к хозяевам, а хозяева изо всех сил пытаются обезопасить себя от паразитов. И те и другие непрестанно меняют и совершенствуют свои средства заражения и защиты, подстегивая тем самым эволюцию соперников. Очень яркий и отчасти даже гротескный пример далеко зашедшей гонки вооружений описали американские биологи, изучив всего один небольшой участок амазонского леса. На этом участке встречаются два вида растений рода Gurania, а в их цветках обитает сверхразнообразное сообщество насекомых. Оно включает 14 видов мух Blepharoneura, личинки которых развиваются в чашелистиках гураний, и 18 видов паразитических наездников, чьи личинки развиваются в личинках мух. Столь высокое разнообразие поддерживается благодаря сложным взаимоотношениям между паразитами и хозяевами. Личинки большинства наездников успешно развиваются только в одном виде мух, а попытка заразить другие виды обычно заканчивается гибелью паразита. Большинство видов мух, со своей стороны, уязвимы только для одного вида наездников и защищены от остальных. По-видимому, постоянные попытки спастись от паразитов стимулируют видообразование у мух, что, в свою очередь, подстегивает видообразование у наездников.

Колоссальное разнообразие жизни в тропических лесах — одна из интригующих научных загадок. Однако уровень видового разнообразия в сообществе, обнаруженном американскими биологами в перуанской Амазонии, не лезет ни в какие ворота даже по меркам тропических лесов (Condon et al., 2014).

На одном небольшом участке (вдоль края взлетно-посадочной полосы длиной в 1 км) исследователи собрали 3636 цветков двух видов вьющихся растений семейства тыквенных: Gurania acuminata и G. spinulosa. Цветки гураний делятся на мужские и женские. Всего, таким образом, в коллекцию попали цветки четырех сортов — четыре пищевые ниши с точки зрения растительноядных насекомых. В сросшихся мясистых чашелистиках гураний развиваются личинки мух рода Blepharoneura, а на них паразитируют наездники, бóльшая часть которых относится к роду Bellopius. Наездник откладывает яйцо в личинку или яйцо мухи. Зараженная личинка мухи погибает не сразу: она питается, растет и, наконец, окукливается. Только после этого личинка наездника убивает ее, выедает изнутри и сама окукливается внутри мушиного кокона. Но личинка мухи не беззащитна: иногда ее иммунной системе удается убить паразита. Так что в итоге из кокона вылетает либо муха, либо наездник.