Изучение изолированного действия отдельных факторов внешней среды на наследственную изменчивость раскрывает лишь некоторые стороны их влияния на мутационный процесс.
Исследования взаимодействия различных агентов создают возможность для более полного и всестороннего выяснения механизма возникновения мутаций.
Взаимодействие факторов и их влияние на частоту и качество индуцируемых мутаций изучаются путем комбинации различных агентов при одновременном или разновременном их действии, например облучение организмов в разных температурах, в средах с различной концентрацией кислорода и т. д. Можно также комбинировать и химические агенты. Комбинированное воздействие агентов применяют и разновременно, например, объект выдерживают при высокой температуре до или после облучения.
Внешние факторы, изменяющие действие рентгеновых лучей на возникновение мутаций
Данные таблицы свидетельствуют о том, что повышение и понижение концентрации кислорода при облучении дают противоположный мутационный эффект и что существуют агенты, одни из которых могут повышать, а другие снижать этот эффект.
Подбирая различные агенты, действие которых на биохимические процессы в клетке известно или изучено более полно, можно проанализировать механизм возникновения мутаций. Ярким примером может служить ранее рассмотренный нами кислородный эффект. Применение разных дополнительных агентов до и после Облучения с целью изучения частоты разных типов мутаций также служит важным источником познания механизма возникновения мутаций.
Так, К. В. Ватти и М. М. Тихомирова, изучая действие облучения и высокой температуры (37° С) на частоту возникновения сцепленных с полом летальных мутаций в сперматогониях дрозофилы установили, что если через 1 ч после облучения в дозе 100 р на личинок подействовать температурой 37° в течение 8 ч, то частота летальных мутаций в половых клетках увеличивается почти в 3 раза. Применение высокой температуры через 4, 12, 24 ч неэффективно. Как видно, высокая температура сама по себе вызывает мало мутаций, являясь слабым мутагеном, но, примененная после облучения и именно через 1 ч, она значительно увеличивает их частоту. При действии температуры на облученные сперматозоиды увеличения мутаций не наблюдается.
Изучение комбинированного действия ионизирующих излучений и химических веществ раскрывает пути к созданию средств защиты от повреждающего действия малых доз радиации на человека.
В теоретическом отношении эта проблема представляет большой интерес для познания причин наследственной изменчивости. Следует отметить, что сравнительное изучение эффективности мутагенов по суммарному выходу различных мутаций оправдано лишь в отдельных случаях. Указанные исследования желательно вести на отдельных хорошо изученных генах. Вероятно, общей причиной наследственной изменчивости, которая в свою очередь служит источником эволюции, направляемой естественным или искусственным отбором, является любое нарушение равновесия организма с комплексом факторов внешней среды.
Общепринято считать, что индуцированные мутации возникают случайно во всех возможных для данного генотипа направлениях. Это, по-видимому, не совсем верно. Они возникают случайно в отношении факторов среды, которые определяют направление и темп естественного отбора, но они не случайны в отношении агентов, их вызывающих. Разные агенты различными путями достигают генов, каждый ген может реагировать определенным изменением своего состояния на отдельный агент. Разные агенты различным образом влияют на разрывы хромосом. Поэтому некоторые авторы предполагают, что реакция на мутагены специфична. При допущении такой гипотезы открывается возможность управления мутационным процессом.
Физиологические механизмы организма как системы, обеспечивающие его гомеостазис, контролируют действие мутагенов: проницаемость, резистентность, оборонительные (защитные) рефлексы, порог денатурации нуклеопротеидов и т. д. А эти реакции формируются под контролем отбора, и поэтому должна возникать прямая связь между направлением и темпом отбора, с одной стороны, и действием мутагенов, обеспечивающих уровень необходимой изменчивости, — с другой.
Итак, изучение влияния внешних факторов на наследственную изменчивость показало сложность мутационного процесса.
При изучении частоты возникновения индуцированных мутаций, а также для характеристики действия мутагена и его эффективности необходимо учитывать:
1) направление мутаций — прямые и обратные мутации, причем последние могут быть как за счет истинно прямых мутаций, так и за счет влияния генов-супрессоров, т. е. мутаций в других локусах, восстанавливающих мутантный фенотип к дикому типу;
2) тип мутаций — генные, хромосомные перестройки, нерасхождения отдельных хромосом;
3) точность метода учета всех типов мутаций;
4) количество мутаций в идентичных и неидентичных локусах;
5) размноженные (пучковые) мутации вследствие многократного деления клетки с возникшей в ней мутацией; в данном случае все эти мутации должны приниматься за одну. Единичные независимо возникающие мутации соответствуют количеству учтенных;
6) долю спонтанных мутаций среди числа индуцированных.
Мутационная изменчивость обусловлена как воздействием факторов внешней среды на организм, так и его физиологическим состоянием. Частота возникновения мутаций и их тип зависят от 1) генотипа организма, 2) фазы онтогенеза, 3) пола, 4) стадии гаметогенеза, 5) митотического и мейотического циклов хромосом, 6) химического строения отдельных участков хромосом и многих других факторов.