Еволюція - це процес, в результаті якого нові форми життя виникають з раніше існуючих: квіткові рослини - з папоротей і мохів, птахи та ссавці - з плазунів, людина - з мавпоподібних предків.
Еволюція триває і в даний час, але з точки зору еволюційних масштабів часу людське життя являє собою настільки коротку мить, що людині лише зрідка вдається безпосередньо спостерігати еволюцію. Так, наприклад, ми є свідками перетворення нешкідливих бактерій в вірулентні або витіснення темнозабарвленими метеликами більш світлих різновидів в індустріальних районах.
Пристосування кожного виду організму до своєї специфічної середовищі і способу життя завжди викликало подив і захоплення натуралістів. Для досягнення такої дивної пристосованості природа діє приблизно так само, як людина при виведенні витривалих порід овець для гірських районів або сортів картоплі, стійких до хвороб. Тваринник і рослинник відбирають особин, добре пристосованих до тих умов, в яких ці рослини або тварини повинні будуть жити. Менш пристосованих вони бракують. Часто вони створюють нові різновиди шляхом схрещування існуючих ліній і відбору з їх потомства таких особин, які поєднують у собі корисні ознаки обох ліній, як, наприклад, високу врожайність одного сорту пшениці і морозостійкість інший або сріблясту забарвлення кролика шиншила з м'яким хутром породи річці.
Еволюція теж діє шляхом схрещування і відбору. Її матеріалом є мутував гени, присутні у всіх видів. При кожному акті статевого розмноження виникають нові комбінації генів. Особи, що несуть різні комбінації генів, змагаються між собою в боротьбі за існування. Більш пристосовані залишають більше потомства, і в кінцевому підсумку кращі комбінації витісняють гірші. Навіть відносно незначна кількість мутованих генів забезпечує величезний запас потенційної генетичної мінливості. Якби людство в цілому несло тільки 1000 мутованих генів, а це, безумовно, сильно применшення цифра, число можливих комбінацій цих генів значно перевищило б число всіх людей, що живуть на землі. Не існує двох людей, за винятком однояйцевих близнюків (див. Статтю про те як мутації впливають на організм), які були б абсолютно ідентичні по своїй генетичній конституції.
Незважаючи на те, що для своїх безпосередніх цілей еволюція використовує вже існуючі гени, первинним сировиною служать мутації, в результаті яких нові гени з'являються. Мутації, таким чином, являють собою одну з найбільших рушійних сил еволюції, а оскільки еволюційний процес не припиняється, мутації як і раніше необхідні для збереження і прогресу життя на Землі.
Проте більшість нових мутацій є шкідливими або навіть летальними. Чим це пояснюється? Причина полягає в тому, що кожен існуючий організм являє собою результат тривалої еволюції, протягом якої він так тонко пристосувався до вимог свого способу життя, що будь-яка зміна його організації швидше виявляється зміною до гіршого, ніж на краще. Уявімо собі: людина зламала якусь коліщатко в своєму годиннику і годинникар, якого він відніс годинник, вибирає нове коліщатко навмання з цілої купи деталей всіх розмірів і сортів. Дуже ймовірно, що після цього годинник будуть погано ходити, а може бути, і зовсім зіпсуються. Найскладніші годинник значно простіше самого примітивного організму. Десятки пов'язаних між собою коліщаток необхідні для того, щоб годинник йшли; тисячі взаємопов'язаних фізіологічних процесів необхідні для того, щоб організм розвивався і вижив. Мутація, замінюючи один ген на інший, змінює один з цих процесів в порядку випадковості. Тож не дивно, що більшість мутацій порушують гармонійність організму, а багато призводять навіть до смерті.
Якою мірою певна мутація виявиться шкідливою, буде залежати від способу життя і навколишнього організм середовища. Для зеленого рослини, існування якого залежить від хімічної активності міститься в ньому хлорофілу, мутація, що викликає альбінізм, виявиться летальної. Тварини, що живуть в печерах, можуть обходитися без пігменту, і тому серед них мутація, яка призводить до альбінізм, зможе поширитися. В арктичних умовах відбір сприяє білим мутантів.
Приклад ролі мутантів в еволюції
Коли змінюються умови середовища, мутанти, що були у старих умовах невдахами, виступають вперед і можуть навіть витіснити своїх немутіровавшіх предків. Маленька водяна блоха Daphnia є звичайним мешканцем наших ставків і різних водойм. Вона добре розвивається при температурі 20 ° С і гине, якщо температура підвищується приблизно до 27 ° С. У лабораторних умовах виник мутант, який для свого існування потребує температурі від 25 до 30 ° С. При сучасних кліматичних умовах Англії мутантні особини не могли б існувати. Уявімо собі, однак, що температура підвищилася на 7-8 ° С. У такому випадку мутанти виявилися б єдиними особинами, здатними вижити, і вони заклали б основу нової лінії, що складається цілком з мутантів.
Точно так же мутантні особини набувають цінності при заселенні видом нових територій або зміні способу життя. По ходу еволюції життя безперервно освоювала нові території: моря, сушу, прісні води, повітря, проникала всередину інших організмів - рослин і тварин. Коли людина заселяє нові землі, йому потрібні чоловіки і жінки, які можуть змінити друкарську машинку на лопату і газову плиту на піч, викладену з каменів. Коли життя поширюється на нові території, їй необхідні види, які в силу наявності у них великого запасу мутованих генів все ще досить мінливі для того, щоб виділити в нові умови поселенців. Якби на наших землях знову почався льодовиковий період, білі птахи, які іноді зустрічаються серед наших диких видів, були б, ймовірно, першими щасливими мешканцями покритих снігом районів.
Таким чином, з точки зору виду мутації настільки ж шкідливі, як і необхідні. Мутації шкідливі доти, поки умови існування залишаються незмінними, так як живі організми в результаті своєї еволюції пристосовуються до свого середовища і способу життя і мутації швидше можуть послабити або зруйнувати, ніж поліпшити цю вікову пристосованість. Мутації необхідні, так як умови існування ніколи не залишаються незмінними протягом тривалого періоду часу. Поступово з роками і століттями змінюється клімат; ріки змінюють своє русло; гори згладжуються; виснажуються одні джерела їжі і з'являються нові; хижі тварини пересуваються з одного району в інший, і людина в незаселених раніше куточках Землі безперервно створює нові умови існування для рослин і тварин. У підсумку виживуть тільки види, які зможуть зустріти кожну зміну середовища новим пристосуванням, а це будуть ті види, які мають у своєму розпорядженні достатній запас, мутантних генів. Таким чином, кожен вид повинен підтримувати рівновагу між вимогою збереження низької частоти мутацій, які диктуються умовами сьогоднішнього дня, і вимогою значного накопичення мутацій, які диктуються перспективами майбутнього. Вид, у якого мутації виникають занадто часто, вимре, тому що багато його особини будуть слабкими, недовговічними або безплідними. Види, у яких мутації виникають занадто рідко, можуть успішно існувати протягом деякого часу, але вони не виживуть, коли змінилися умови зажадають від них пристосувань, для яких у них не виявиться необхідних генів.
Так звана спонтанна частота мутацій. т. е. середня частота, з якою мутують гени даного виду, є усталене в результаті рівновагу між цими суперечливими вимогами. Частота спонтанного мутірованія вивчена тільки у небагатьох видів. Вона коливається від однієї мутації для даного гена на 100 тисяч статевих клітин до однієї мутації на 10 мільйонів клітин. Відомі, однак, як більш висока, так і більш низька частоти мутації. Деякі ненормальності у людини обумовлені генами з досить високою частотою мутації. Так, приблизно 3 з 100000 Х-хромосом людини несуть нову мутацію гемофілії. Якщо в Англії щороку народиться 800000 дітей, з яких половина хлопчиків, і ці діти несуть 1 200 000 Х-хромосом (кожен хлопчик одну і кожна дівчинка дві), то виявиться, що кожен рік в Англії народиться 36 дітей, які несуть один новий ген гемофілії. Всі хлопчики будуть гемофіліків, всі дівчатка - зовні нормальними «носіями».
Деякі інші гени людини мутують, мабуть, з ще більшою частотою, але є підстави вважати, що більшість генів людини характеризується більш низькою частотою мутації, що дорівнює, ймовірно, 1 на 100 000 гамет і навіть менше.
Як виникає спонтанна мутація? Це, мабуть, одна з найбільш важливих проблем генетики, але вона поки дозволена лише частково. Ми знаємо, що іонізуюче випромінювання викликають мутації і що випромінювання є як в атмосфері, так і в грунті. Немає сумніву в тому, що ці зустрічаються в природі випромінювання викликають спонтанні мутації, але було обчислено, що їх кількість занадто мало і може бути причиною лише якоїсь частки від загального числа всіх мутацій, які спостерігаються в природі. За допомогою ряду хімічних речовин вдалося отримати мутації в лабораторних умовах. Деякі з них, наприклад гірчичний газ, так само ефективні, як іонізуючі випромінювання. Інші, що володіють меншою генетичної ефективністю, зустрічаються в природі або близькі до деяких природним з'єднанням. Таким чином, дуже ймовірно, що мутагенні хімічні речовини частково відповідальні за виникнення спонтанних мутацій. Нам відомо також, що спонтанні мутації частіше виникають при високих, ніж при низьких температурах. Фізика вчить нас, що при високих температурах молекули, що входять до складу матерії, рухаються швидше, ніж при низьких температурах. Це уможливлює припущення, що виключно швидкий рух молекул по сусідству з геном може викликати в ньому мутацію. Дуже ймовірно також, що мутація може виникнути в той період, коли ген при підготовці до поділу утворює біля себе абсолютно подібний собі ген. Це дуже складний процес, який можна порівняти зі складанням з кубиків точної копії малюнка, зображеного на кришці коробки. Якщо хоча б одного кубика буде бракувати або два кубика поміняти місцями, копія буде неточною. Ген також може не мати в своєму розпорядженні всіх частин, необхідних для створення свого двійника, або він може «помилитися» при виборі і поєднанні різних частин. Якщо одного разу була створена неточна копія, вона буде служити надалі взірцем для створення подальших копій, і, таким чином, новий мутований ген буде розмножений.
Численні дослідження присвячені впливу різних мутагенів. Надалі ми розглянемо більш детально тільки один мутаген, а саме іонізуюче випромінювання, оскільки це джерело мутабільності придбав першорядне значення в атомному столітті. Поряд з цим не можна не враховувати того, що все більше число хімічних речовин застосовується в якості ліків, косметики, добавок до харчових продуктів, а також у виробничих процесах. Цілком можливо, що деякі з них можуть викликати мутації і, таким чином, подібно до іонізуючої радіації, становити небезпеку.
Широко обговорюються плани перевірки генетичного ефекту ліків та інших хімічних речовин, і, ймовірно, в найближчому майбутньому ці плани здійсняться. Однак нелегко робити певні висновки на підставі таких дослідів. Якщо ми можемо бути впевнені в тому, що глибоко проникає іонізуючарадіація буде викликати мутації у всіх організмів, то з хімічними речовинами інша справа: вони можуть надавати різну дію на різні організми. Наприклад, кофеїн викликає мутації у бактерій, але абсолютно неефективний в дослідах на мишах. Миші значно ближче до людини, ніж бактерії, тому ми могли б вважати ці результати втішними і зробити висновок: вживання великої кількості чаю і кави не може принести шкоди нашому потомству незалежно від того, як це буде впливати на наше власне здоров'я. Хоча такий висновок здається досить обгрунтованим, повної впевненості в цьому бути не може. Застереженням може служити той факт, що додавання невеликих кількостей формальдегіду до їжі личинок дрозофіли викликає мутації у самців, але не у самок. Саме це відсутність одноманітності в дії хімічних речовин робить настільки скрутними висновки щодо людини на підставі лабораторних досліджень мутацій. Деякі висновки все ж слід зробити, якщо ми хочемо уникнути обтяження людства небажаними мутаціями, індукованими хімічними речовинами.
Ми не будемо більше торкатися цього питання і обмежимо наше обговорення мутагенну дію рентгенівських променів. Різні види іонізуючих випромінювань діють неідентичні, але ці відмінності незначні і становлять інтерес більше для генетиків теоретиків, ніж для негенетіков, які хочуть скласти собі уявлення щодо тієї генетичної небезпеки, з якою людству доведеться зіткнутися в майбутньому.
Поділіться посиланням з друзями