Объектом одного из характерных споров оказались зеленые лягушки. Их все знают, и студенты-медики, биологи и физиологи истязают сотнями тысяч. Буквально несколько лет назад выяснилось, что те виды, которые европейцам известны давным-давно, оказались совсем «не те».
В Европе признавалось до сих пор два или три вида этих лягушек. На нашей территории живут озерная и так называемая прудовая лягушки. В Западной Европе есть еще одна лягушка, которую до сих пор выделяли либо в отдельный вид, либо в подвид. Однако в конкретных случаях часто возникали сложности, и даже опытные специалисты не всегда могли определить пойманный экземпляр.
Этому казусу было посвящено немало работ. И вот совсем недавно польский исследователь Берге обнаружил, что если получить гибридное потомство от озерной лягушки и той, которую мы здесь, чтобы не переходить на латынь, «обзовем» западноевропейской, то оно поразительно похоже на прудовых лягушек. Берге предположил, что прудовая лягушка не отдельный вид, а большая гибридная популяция — продукт скрещивания двух разных видов.
Проблема заинтересовала многих ученых во всем мире. Один из известных американских биологов профессор Аззел специально приехал в Польшу, и в результате его совместной работы с Берге появилась новая точка зрения: прудовые лягушки должны быть разделены на популяции, относящиеся к другим видам. И это виды гибридного происхождения, состоящие к тому же только из самок. И размножаются они гиногенетически. Это значит, что при размножении прудовых лягушек развитие их яйцеклеток только стимулируется самцами озерной лягушки, по оплодотворения не происходит.
Такое открытие родило новую проблему, над которой зоологи принялись ломать копья: виды или не виды — популяции прудовой лягушки. Ведь в теорию вида подобный случай никак не укладывается.
Еще «хуже» пришлось советскому исследователю Г. X. Шапошникову с «незаконными детишками» тли из рода Dysaphis.
Энтомолог проводил под Майкопом опыт с несколькими видами тлей. В нем он хотел выяснить, как же приспосабливаются крошечные насекомые к новым жизненным условиям.
Тли — существа беззащитные. Это маленькие комочки жизни, чьим единственным оружием в борьбе за место под солнцем служит плодовитость. Зато уж по этой части у них все устроено на высшем уровне. Новорожденная тля становится взрослой всего за десять дней, а как только она становится взрослой, ничто не помешает ей дать новое потомство: летом тли размножаются без спаривания — то есть партеногенетически. От весны до осени вы среди них не отыщете самцов. Поколение за поколением рождаются лишь «амазонки».
Весной из перезимовавших яиц вылупляются самки — основательницы будущего рода, точнее, клона — так в науке именуют многочисленное потомство одной партеногенетической самки.
Многие виды тлей из рода Dysaphis начинают ежелетний ритуал смены поколений на яблоне. Ритуал этот чрезвычайно сложен. Природа записала в генетической программе тлей специальную задачу едва ли не каждому из поколений.
Первое из них вырастает, питаясь весенними соками яблони. Пробивая хоботками молодые листочки, тли вводят в них ферменты — «пускают слюни», и лист начинает расти не по-прежнему, а по навязанным ему тлями «указаниям», вырабатывая нужный им ассортимент «товаров».
Ближе к лету яблоневые соки тлей уже не устраивают, к тому же их хоботки с трудом пробивают огрубевшие листья. Поиски нового дома — задача следующего поколения, посему оно рождается крылатым и при этом появляется на свет уже почти «в готовом виде» — никаких яиц не кладется: время дорого, за лето нужно «обернуться» полутора десятками поколений.
Крылатые дочери основательниц перелетают с деревьев на травянистые растения, здесь тли обосновываются до осени. Виды, у которых заведено такое правило, называются двудомными. Обычай смены дома — итог долгих стараний природы получше приспособить насекомых к сезонным перипетиям.
Новый дом, как и старый, — вовсе не что попадется. Каждый вид имеет «свое» растение. Оказывается, по большей части эти паразиты разборчивы в пище. Они в буквальном смысле скорее умрут, чем станут есть что-нибудь непривычное. Иначе говоря, они одноядные; лишь немногие виды тлей всеядны.
Два вида, выбранных Шапошниковым для эксперимента, перелетают с яблони на зонтичные под названием купырь и бутень. По-латыни, без которой все-таки никак не обойтись, купырь называется Anthriscus, а бутень два вида: Chaerophyllum bulbosum и Chaerophyllum maculatum.
Прилетевшее поколение рождает вновь бескрылое потомство: перелетать больше никуда не надо, единственная задача — выжить. Теперь до осени образ жизни и внешние приметы представительниц рода Dysaphis остаются неизменными, но осенью они опять получают сигнал. Им служит похолодание и укорочение дня. Очередные мамы родят крылатых дочерей, те возвращаются на яблоню и там воспроизводят наконец амфигонных самок, то есть таких, которые сами по себе уже не родят никого. К нужному сроку на вторичном хозяине родятся и крылатые самцы, что перелетают на яблоню для спаривания. Последние из мамаш откладывают в коре дерева оплодотворенные яички, которым предстоит зимовать. Вот такая картина.
Задача исследователя была проста: узнать, как же адаптируются эти привереды к новой пище, если их лишить привычной. Ведь адаптировались же они как-то к новым растениям в прошлом. И 100 миллионов лет назад, когда приспосабливались к завладевшим сушей покрытосемянным растениям, и сравнительно недавно, когда осваивали новых хозяев, переселяясь на них с яблони. Надо было узнать, что происходит с тлями при этом.
В этом «что происходит» и состоял, собственно, конечный замысел опыта. Потому что тли не едят ничего неприн вычного не из склонности к консерватизму, а потому что у них так уж устроены соответствующие органы. Морфологически — по своему устройству — и биохимически тли строго нацелены только на определенный сорт пищи. Следовательно, если они выживут на чужом растении, с ними неизбежно что-то случится, они должны стать иными. А какими?
Результат превзошел все ожидания.
Было проведено много предварительных опытов и, наконец, заложен основной. Его главным участником был тот вид, вторым домом которого служит купырь. (У него длинное латинское название, в которое входит слово «майкопика», для упрощения мы и будем его так называть.) На яблоне для самки-основательницы устроили персональный родильный дом, куда посторонним вход был строго запрещен. Всех ее многочисленных крылатых дочерей разделили на три группы. Первой группе повезло: она попала в свой собственный дом — на купырь, где и прожила 50 поколений без всякий хлопот. Эти тли служили контролем. Второй группе тлей их новая квартира бутень — Chaerophyllum maculatum стала кладбищем: все тли перемерли.
Трудная судьба досталась и третьей группе тлей, поселенных на бутень, — Chaerophyllum bulbosum. Трудная и, как это часто бывает, счастливая.
Переселенцы на bulbosum, хотя ряды их и сильно поредели, не вымерли до конца. Часть даже произвела на свет потомство. Вот это потомство и вызвало особый интерес исследователя.
Работа шла предельно скрупулезно. В скрупулезности был залог и того, что тли выживут, и чистоты опыта, и его статистической достоверности.
Приняв очередные «роды», Г. X. Шапошников несколько особей из каждого поколения от выживших к этому времени подопытных переселял на их исконного хозяина — купырь. Здесь три первых «бульбозных» поколения чувствовали себя как дома, а последующие — все хуже и хуже. Другую часть бульбозных тлей каждого поколения он пересаживал на Chaerophyllum maculatum, но здесь они вплоть до восьмого поколения гибли. Часть же тлей оставалась на Chaerophyllum bulbosum — их-то и ждала необычная судьба.
Было сделано множество интересных попутных наблюдений, но главный итог подвели в следующем году, когда окончился опыт. «Вещественное доказательство» его успешности было бывшей майкопикой, которая теперь больше походила на аборигенов бутеня, херофиллин, чем на кровных родственников.
…Уже в восьмом поколении они полностью потеряли наследственную «память». На фамильном antriskus с восьмого — одиннадцатого поколения выживать не смогли, зато смогли примириться с новым переселением с bulbosum на maculatum, где ужились и стали давать потомство.
Очень интересно было, утверждает Георгий Христофорович, наблюдать за диалектикой этого процесса. Сначала, в первых пересаженных поколениях, увеличилась изменчивость, шел усиленный естественный отбор, потом наступил второй этап, когда накопившиеся изменения составили новое качество.
В чем же оно оказалось новым? Очень во многом. Отнюдь не только в том, что образовавшаяся форма не могла больше кормиться на прежнем хозяине, куда ее подсаживали для контроля. Кстати, почему не могла?
А потому, что у нее был теперь иной хоботок! Иными стали, вероятно, пищеварительные ферменты и другие адаптивные (приспособительные) и даже некоторые неадаптивные признаки. Не стоит их перечислять, это мельчайшие детали: трубочки, волоски, бугорки, пятна на спинке. Стоит, однако, подчеркнуть вывод Г. X. Шапошникова о том, что по совокупности примет, как и по образу жизни, то есть по признакам и морфологическим, и экологическим, новички в значительной мере уподобились виду херофиллина, живущего искони на maculatum. Поскольку параллельно с майкопикой воспитывалась и херофиллина, можно точно указать, в каких поколениях и какие именно признаки настолько сблизились (конвергировали), что перестали статистически достоверно различаться.
Новая форма на Chaerophyllum maculatum прожила вплоть до 47-го поколения, когда опыт был прекращен, и размножалась так же успешно, как и херофиллина, испокон веку живущая на этом растении.
Но этого мало. Осенью, когда родились самцы, выяснилось, что новая форма практически полностью потеряла способность производить детей со своими родными предками майкопиками. Зато опадала гибридное потомство с херофиллинами, с которыми майкопика не скрещивается. Гибриды благополучно прожили шесть поколений и, размножаясь партеногенетически, могли бы, конечно, жить сколь угодно долго. Казалось бы, все в порядке. Но выяснилось нечто неожиданное: гибриды по одному из признаков, что называется, ни в мать, ни в отца. И даже не в соседей. Они стали отличаться от всех близких видов рода Dysaphis. Есть основания полагать, что осенью они не смогли бы дать полноценных самцов или самок, как это наблюдалось в опытах с другими гибридами тлей.
Все это говорит о серьезнейшей перестройке, о совершившейся генетической революции. Тли, одолевшие новые условия, от майкопик ушли и к херофиллинам не пришли, что свидетельствует о необратимости процесса эволюции. Они превратились в новую форму видового ранга. Ведь новая форма как раз не в состоянии скрещиваться со своей предковой формой — майкопикой, а с херофиллиной дает не вполне нормальных гибридов. Вместе с тем, чтобы заслужить звание вида, как не раз подчеркивал Шапошников, «незаконным деткам» нужно было бы еще завоевать свое место в природе. А это зависит не только от способностей тлей, но и от стечения многих других благоприятных условий.
Пока остается неясным генетический механизм столь быстрых преобразований.
Не исключено, что приспособление к новой пище вызвало глубокие изменения внутренней биохимической среды, в частности в Половых путях самок. Отсюда нескрещиваемость новой формы с майкопикой и способность давать гибриды с херофиллиной.
Опыты позволили Г. X. Шапошникову сделать три главных вывода.
Первый: попав в новые условия, резко отличные от прежних, благодаря усиленной изменчивости и естественному отбору, «представители» вида могут резко эволюционировать, и тогда за короткий срок образуется новая форма, не скрещивающаяся с исходной.
Второй: приспособление к новым условиям может привести и к уподоблению ранее различавшихся форм. При этом утрата нескрещиваемости и сходный образ жизни открывают путь к слиянию изолированных популяций.
Третий: эволюционные преобразования, причем очень быстрые, возможны внутри клона, то есть в потомстве одной особи, размножающейся без участия самцов.
Опыты с тлями заставили Г. X. Шапошникова более внимательно и придирчиво отнестись к распространенным концепциям вида и эволюции.
Критерий скрещиваемости оказался во всяком случае слишком узким для толкования генетического древа рода Dysaphis,
Кстати, раз уж было упомянуто о партеногенезе: не совсем решено еще в систематике, как быть с партеногенетическими видами, размножающимися вовсе без участия «пап». До недавних пор считалось: партеногенез бывает лишь у беспозвоночных. Это явление у рептилий было открыто в 50-х годах доктором биологических наук И. С. Даревским. Оказалось, что водятся ящерицы, у которых нет самцов. Ученый обнаружил на Кавказе четыре вида таких ящериц. Их изучали всяческими способами, и оказалось, что они когда-то произошли от обычных форм путем гибридизации. Но потом эти гибридные группировки оторвались от родителей, потеряли самцов и стали существовать как отдельная форма. Зачем понадобилось такое природе?
Даревский полагает, что это явление имеет важный биологический смысл. Партеногенетические формы живут в горах, в условиях более суровых, чем их двуполые родственники, на территориях, на которых обоеполые виды не выживают.
Изменчивость внутри вида при партеногенезе, естественно, много меньше, чем у обычных видов. И вот в суровых условиях меньшая изменчивость оказалась выгодной. Кроме того, в такой популяции все сто процентов ее членов с абсолютной надежностью обзаводятся потомством, что тоже немаловажно, если жизнь висит на волоске.
По всем этим соображениям Даревский и считает партеногенетических ящериц полноценными видами. Однако его точку зрения разделяют не все. В целом вся эта проблема лишь разрабатывается, а волнует она не только систематиков, но и генетиков и эволюционистов.
И все-таки в животном царстве наблюдается относительный порядок. Ведь мы сознательно сосредоточиваемся на трудных случаях, чтобы читатель проникся максимальным уважением к коварству природы. Но она все-таки не злонамеренна, — в чем убедился и великий Эйнштейн, — которому приписывается фраза, давшая название этой главе. И чаще всего природа старается «играть» по правилам, только не все из этих правил к нынешнему дню разгаданы, в том и трудности. Однако большая часть видов животных, в особенности из крупных высокоразвитых групп, так или иначе рассортирована.
С растениями вышло сложнее, хотя казалось как раз, что с ними работать проще. Растительный организм в целом примитивнее животного, поэтому легче поддается «учету» и «контролю». Правда, поскольку растения всю жизнь «сидят» на месте и не могут с него сдвинуться и «убежать» туда, где условия получше, они гораздо больше животных подвержены внутривидовой изменчивости. По корням, стеблю и листьям обычно растение определять рискованно: легко ошибиться. Щуплые листики у какого-нибудь кустика, выросшего в пустыне, могут оказаться совсем непохожими на пышную крону такого же кустика, растущего в лесу. Всем известно, сколь различны стволы сосен, выросших на поляне и в густой чаще.
Зато у растений чрезвычайно консервативны репродуктивные органы — главные элементы цветка (если это цветковые растения), семя и прочее. По ним-то и определяют обычно представителей растительного царства, и кажется даже, что в ботанической систематике еще не кончилась «типологическая эра»; сохраняется вроде бы принцип: признак — тип — вид.
Признаки четкие, почти неизменные, по ним легко решать. Поэтому и казалось, что здесь все проще. Но вот выяснилось, что у растений виды принципиально ничем не отличаются от родов и семейств. Потому что единственный объективный критерий скрещиваемости в этом царстве часто недействителен. У растений изредка скрещиваются разные роды, еще реже — разные семейства (и даже есть теория, правда, оспариваемая пока, что вообще едва ли не все ныне существующие высшие растения — гибриды). Способность к межвидовому и межродовому скрещиванию выявилась у растений недавно. Раньше никто и не подозревал, что эволюционная судьба их столь отлична от судьбы животных.
А началось с того, что советским ученым академиком Академии наук Молдавской ССР В. А. Рыбиным, учеником Н. И. Вавилова, была ресинтезирована культурная слива, то есть было воссоздано ее происхождение. Оказалось, что ни дикий терн, ни алыча порознь не способны породить культурного потомка. Лишь путем их гибридизации с предварительным удвоением числа хромосом каждого вида можно получить сливу. Что и было с блеском сделано.
Таким же образом было ресинтезировано множество культурных растений, и выяснилось, что большинство из них гибридогенного происхождения. Мало того, та же родословная оказалась и у целого ряда диких растений!
Замечательной была историческая работа другого ученика Вавилова — Г. Д. Карпеченко, который впервые синтезировал новый вид и даже новый род растений: знаменитую рафанобрасику — капустно-редечный гибрид. Заслуга Карпеченко в том, что он нашел способ преодолеть межродовую нескрещиваемость. Работа Карпеченко показала возможность отдаленной гибридизации, в том числе и форм, используемых в хозяйственной деятельности.
Кроме того, американский генетик Д. Стеббинс в 40—50-х годах открыл и доказал существование так называемых полиплоидных комплексов: видов, имеющих минимум четыре предка. Полиплоидные виды были не только получены экспериментально, но и найдены в природе.
Выходит, что в царстве растений надежны только вещественные доказательства, будь то внешние, легко устанавливаемые, будь то тончайшие различия в белках и хромосомах. А поскольку растения ведут себя пассивно, не поют, не имеют брачных ритуалов, то тем более круг признаков, пригодных для классификации их, очень узок.
Еще труднее приходится бактериологам. Систематика бактерий вообще исследована очень слабо. И не случайно: здесь ведь не обойдешься без электронных микроскопов и центрифуг. Для того, чтобы выделить виды у бактерий иногда, например, проверяют их на «съедаемость» бактериофагами. Оказалась съеденной таким-то фагом — один вид, несъедобна — другой. А ведь и фагов надо еще определить. И вся битва идет в окуляре микроскопа. Другие способы бывают здесь столь же экзотичны.
Зато в мире бактерий замечательно разобралась как раз геносистематика. И не удивительно. В конце концов различия по величине между бактерией и ее ДНК не столь велики, и в этом случае сращивать ДНК двух микробов, проверяя, насколько она родственна, не труднее, чем оценивать отличия в неприметной оболочке микроскопического существа или считать его жгутики.
Кроме того, здесь нет никаких излишков и непонятностей, как у наследственных нитей высших животных, и результаты гибридизации прямо говорят о сходстве генетических текстов. Точность здесь очень велика. Именно поэтому микробы — один из любимых объектов геносистематиков, и именно в микробиологии на сегодня вклад геносистематики особенно весом.
Но здесь мы уже, кажется, вышли за пределы вида, так как геносистематика рассортировала мир микробов чуть ли не весь заново.