загрузка...

Клональные позвоночные

  • 16.06.2010 / Просмотров: 6389
    //Тэги: Гордон   животные   жизнь   эволюция  

    Могут ли самки позвоночных размножаться без участия самцов? В чем отличие клонирования высших видов млекопитающих от схемы возникновения естественных клонов низших позвоночных? Что такое сетчатая эволюция? В чем основа видообразования у бисексуальных особей? О естественных клональных формах в природе - биологи Екатерина и Виктор Васильевы.

загрузка...







загрузка...

Для хранения и проигрывания видео используется сторонний видеохостинг, в основном rutube.ru. Поэтому администрация сайта не может контролировать скорость его работы и рекламу в видео. Если у вас тормозит онлайн-видео, нажмите паузу, дождитесь, пока серая полоска загрузки содержимого уедет на некоторое расстояние вправо, после чего нажмите "старт". У вас начнётся проигрывание уже скачанного куска видео. Подробнее

Если вам пишется, что видео заблокировано, кликните по ролику - вы попадёте на сайт видеохостинга, где сможете посмотреть этот же ролик. Если вам пишется что ролик удалён, напишите нам в комментариях об этом.


Расшифровка передачи


Виктор Васильев. Клональные виды позвоночных
– тема достаточно многогранная, поэтому обо всём по-
говорить, я думаю, мы сегодня не успеем, но, тем не
менее, основные какие-то аспекты этой темы мы смо-
жем осветить. Впервые однополое размножение бы-
ло обнаружено у рыб в 30-е годы теперь уже прошло-
го века. Речь идёт о двух видах рыб. Это – «пеци-
лия формоза», которая встречается в Северной Аме-
рике, и серебряный карась, ареал которого Дальний
Восток и Европа. Было замечено, что «пецилия фор-
моза», представленная одними самками, обитает все-
гда с самцами близкородственных видов и, по-видимо-
му, как-то использует этих самцов для своего размно-
жения. С другой стороны, было замечено, что и сере-
бряный карась представлен исключительно самками в
европейской части своего ареала на Дальнем Востоке
встречается и двуполая форма, которая представлена
самками и самцами, а в европейской части в то вре-
мя, в 30-40-е годы, это были почти исключительно по-
пуляции, состоящие из одних самок. Было предложе-
но несколько гипотез относительно их размножения, но
только в середине 40-х годов было показано, что эти
виды размножаются с помощью особого механизма,
который получил название «гиногенез». Дословно «ги-
ногенез» – это «женское развитие». Эксперименталь-
но было показано, что размножение происходит сле-
дующим образом. Если зрелые яйцеклетки этих видов
осеменить спермой близкородственных видов, то из
осемененной икры развиваются взрослые особи, мор-
фологически неотличимые от матери, но никак не про-
являющие какие-либо отцовские признаки.
Александр Гордон. То есть хромосомный набор
только от матери поступает.
Виктор Васильев. Да, хромосомный набор поступает только от
матери. Было сделано предположение, что при этом
каким-то образом инактивируется ядро спермия, но
спермий всё-таки необходим для того, чтобы стиму-
лировать развитие яйцеклетки. Но ещё более удиви-
тельным открытием оказалось открытие партеногене-
за дословно «девственное развитие», – который широ-
ко распространён и ранее был известен у многих бес-
позвоночных. Но что касалось позвоночных, это пред-
ставлялось практически невероятным. Партеногенез
был впервые обнаружен нашим учёным Даревским у
кавказских скальных ящериц.
Александр Гордон. Каков механизм?
Виктор Васильев. Механизм состоит в том, что самки откладыва-
ют яйца, которые безо всякого участия спермия разви-
ваются во взрослых особей и от них не отличаются. За
то, что это было достаточно необычным для позвоноч-
ных, говорит хотя бы тот факт, что в своё время Да-
ревский с большим трудом опубликовал эту работу, по-
скольку, в общем, в это никто не верил. После открытия
партеногенеза у кавказских скальных ящериц, парте-
ногенез был открыт у североамериканских ящериц-бе-
гунов. Это другое семейство, семейство «Теиды». За-
тем количество видов, которые размножаются путём
партеногенеза – у пресмыкающихся – и видов, которые
размножаются путём гиногенеза – это уже не только
рыбы, но и амфибии, – стало быстро увеличиваться.
Буквально в 60-е годы таких видов было известно уже
несколько десятков.
Естественно, возник вопрос: каковы цитогенетиче-
ские механизмы такого развития? Дело в том, что в
норме при половом размножении – а это всё-таки по-
ловое, а не бесполое размножение – самки продуциру-
ют гаплоидные гаметы, которые нормально развивать-
ся не могут, а развиваются до определённой стадии,
а потом погибают. Оказалось, что самки при гиноге-
незе и партеногенезе продуцируют нередуцированные
яйцеклетки. Что значит нередуцированные? В норме
при созревании половых клеток в мейозе происходит
редукция числа хромосом. Если в норме организм ди-
плоидный, то после мейоза число хромосом умень-
шается в два раза и, таким образом, клетка становит-
ся гаплоидной. Соответственно, спермий тоже гапло-
идный и при оплодотворении диплоидность восстана-
вливается. В данном случае у позвоночных, которые
размножаются таким путём, яйцеклетка нередуциро-
вана. Происходит это следующим образом. В процес-
се созревания яйцеклеток перед мейозом происходит
так называемая эндоредупликация, которая состоит в
том, что хромосомы, которые в момент деления состо-
ят из двух хроматид, разделяются, а клетка не делится.
Таким образом, число хромосом увеличивается в два
раза. Если, скажем, партеногенетическая или гиноге-
нетическая форма была триплоидной, то получается
шесть наборов хромосом. Затем, когда клетка присту-
пает к мейотическим делениям, то происходит редук-
ция числа хромосом. Но это приводит просто к восста-
новлению того же числа хромосом, которые есть в со-
матических тканях. Таким образом, клетка оказывает-
ся нередуцированной. Есть ещё один механизм одно-
полого размножения, который получил название «ги-
бридогенез». При гибридогенезе происходит истинное
оплодотворение. Но в мейозе происходит избиратель-
ная элиминация отцовского набора хромосом. Если в
норме происходит рекомбинация наборов хромосом,
которые получены от матери и от отца, то при гибридо-
генезе отцовский набор хромосом элиминируется и в
яйцеклетку поступает только женский набор хромосом.
Александр Гордон. То есть в прямом смысле слова гибридом это
назвать нельзя, поскольку…
Виктор Васильев. Нет, это гибрид, но гибридные самки продуци-
руют яйцеклетки, в которых гаплоидный набор хромо-
сом только самок. Только самок. Ситуация такова, что
самки как бы берут хромосомный набор самцов взай-
мы только на одно поколение. Потом это элиминиру-
ется, происходит опять оплодотворение уже спермой
от других самцов, опять восстанавливается гибридная
конституция зиготы, и взрослый организм оказывается
диплоидным и гибридным. Вот такое размножение по-
лучило название полуклонального. И если при гиноге-
незе и партеногенезе наследование клональное, то вот
такое наследование получило название полуклональ-
ного.
Александр Гордон. То есть получается абсолютный клон матери в
первых двух случаях размножения.
Виктор Васильев. Нет, не материнский клон, потому что такая га-
плоидная яйцеклетка генетически не идентична орга-
низму матери, потому что организм матери ведь ги-
бридный. Но, тем не менее, это называется полукло-
нальным наследованием, поскольку клонально насле-
дуется только материнский набор хромосом.
Екатерина Васильева. Клональные формы – это
партеногенетические и гиногенетические.
Александр Гордон. Там абсолютно идентичные…
Екатерина Васильева. Там абсолютно идентичные матери. Но вот
если первые находки клональных и полуклональных
видов были довольно редки и казались невероятным
событием, то к настоящему времени известны уже око-
ло 120 таких видов или форм. И эти виды и формы из-
вестны среди рептилий – около 60-ти видов клональ-
ных рептилий, они встречены уже в ряде семейств.
Я хотела бы показать первую картинку, которая де-
монстрирует вклад наших отечественных учёных. Как
уже говорил Виктор Павлович, Илья Сергеевич Дарев-
ский был первым открывателем партеногенетических
ящериц. Это вот те находки, которые сделали наши
учёные, это их материалы. Описано несколько парте-
ногенетических видов скальных ящериц, обитающих у
нас на Кавказе. Кроме того, среди рептилий клональ-
ные формы известны среди теид, ящериц-бегунов, о
которых говорил Виктор Павлович там как раз больше
всего видов обнаружено, около 17 клональных видов.
Потом обнаружены такие же клональные формы среди
гекконов, среди игуановых ящериц. Клональные фор-
мы обнаружены среди рыб. Среди рыб – это семейство
карповых: наш карась, о чём уже говорил Виктор Па-
влович, – клональная форма, триплоидная форма се-
ребряного карася, род «фоксинусов» (гольянов); и ещё
один такой экзотический род обитает в Испании, это
– «тропидофоксинеллюс», это Испания и Португалия,
своеобразные такие карповые рыбки, тоже мелкие. И
ещё более интересны – мы на этом дальше остано-
вимся – вьюновые рыбы-щиповки, мы о них потом по-
говорим немножко побольше. Кроме того, клональные
формы обнаружены среди амфибий, это «рана» – ля-
гушки, и также хвостатые амбистомы. Причём интерес-
но, что, видите, в каких разных группах у позвоночных
встречены эти однополые формы, в разных системати-
ческих группах. Если мы будем брать географический
аспект, то к настоящему времени клональные формы
не обнаружены пока только в Африке, потому что там
исследования не проводились достаточно широко, а
во всех остальных местах клональные формы обнару-
жены.
Виктор Васильев. В Южной Америке ещё.
Екатерина Васильева. Да, и в Южной Америке, где тоже фауна изуче-
на плохо, в общем-то. Это говорит о том, что данное
явление достаточно всё-таки нередкое, это достаточ-
но универсальное явление. И, по-видимому, существу-
ют какие-то единые механизмы для образования этих
клональных форм. И здесь следует сказать, что фор-
мы, они немножко разные по происхождению, Виктор
Павлович об этом не сказал.
Если в норме бисексуальные виды образуют га-
плоидные сперматозоиды и гаплоидные яйцеклетки,
то, соответственно, формы получают это количество
хромосом от отца и матери, и тогда бисексуальные
организмы – они все диплоидные. А среди клональ-
ных форм встречаются диплоидные формы, трипло-
идные и тетраплоидные. Вот триплоидных форм, по-
жалуй, там больше всего, немножко меньше диплоид-
ных форм, а вот тетраплоидные формы – это самое
редкое явление: они обнаружены в настоящее время
только у амбистом и у рыб рода кобитис. Постоянные
формы, то есть не единичные особи, потому что иногда
могут возникать единичные особи в результате гибри-
дизации. А постоянные клональные формы – это кото-
рые существуют длительный период времени. И когда
начали исследовать эти формы, то оказалось, что все
клональные формы имеют гибридное происхождение,
вот что было очень интересно и что является основой
того, что называется «сетчатое видообразование». Вот
я хочу, чтобы Виктор Павлович немножко подробнее
об этом рассказал.
Виктор Васильев. Я немножко дополню: тетраплоидные формы
ещё обнаружены в Японии у серебряного карася. Но в
данном случае серебряный карась для нас большого
интереса не представляет по той простой причине, что
это, пожалуй, единственная ситуация, в которой непо-
нятно, каким образом образовалась триплоидная фор-
ма, ну и, соответственно, непонятно, каким образом
образовалась тетраплоидная форма, если проследить
весь процесс от начала до конца. То есть, конечный
этап понятно, как образовался: тетраплоидная форма
возникла как гибрид с триплоидной формой, а вот что
было до этого, непонятно.
А вот что касается других видов, то здесь практи-
чески во всех случаях мы имеем данные об их проис-
хождении. Оказалось, что все однополые формы име-
ют гибридное происхождение. Как правило, это гибри-
ды, и если речь идёт о диплоидной клональной форме
или однополой форме, это гибрид между двумя близ-
кородственными видами. Как уже говорилось, в боль-
шинстве случаев это – триплоидная форма. Так вот,
триплоидные формы образовались в результате ги-
бридизации диплоидных однополых форм с исходны-
ми бисексуальными. То есть, таким образом, они со-
держат три набора хромосом, причём ситуации могут
быть разные, в зависимости от того, как гибридизиро-
вала диплоидная клональная форма. У триплоидной
формы могут быть два генома от одного родителя и
один геном от второго родителя, или наоборот, один ге-
ном от одного родителя и два генома от другого роди-
теля. Но есть редкие случаи, когда форма имеет триги-
бридное происхождение. То есть гибридизация дипло-
идной клональной формы происходила не с исходным
видом, который уже принимал участие в гибридизации,
а с каким-то ещё третьим видом. Но это случаи тоже
довольно редкие. В первом случае говорят, что это ди-
гибридное происхождение, во втором случае говорят –
тригибридное происхождение.
Первоначально, когда клональные формы толь-
ко-только стали открывать, и когда многие вещи ещё
были непонятны, в отношении к ним не было ничего,
кроме удивления. Тут вопрос связан с методическим
прогрессом, поскольку появились методы сравнитель-
ной генетики, когда можно было анализировать про-
исхождение этих форм, доказывать гибридизацию, по-
скольку ранее существовавшие методы, большей ча-
стью морфологические, давали подозрение на гибри-
дизацию (такие предположения были основаны на ме-
тодах морфологии), но всё-таки строго доказать с по-
мощью этих методов, что такие формы имеют имен-
но гибридное происхождение, довольно тяжело. Так
вот, вместе с методическим прогрессом и с развити-
ем этих исследований появилось целое направлении
в изучении видообразования позвоночных. Оказалось,
что клональные формы связаны с особым способом
видообразования. Традиционные модели видообразо-
вания, – они очень разнообразны, но все обладают од-
ним свойством: они являются моделями дивергентного
видообразования, или дарвинского видообразования.
То есть из одного вида каким-то способом – как раз су-
ществующие модели объясняют эти способы – образу-
ются два вида или, может быть, больше видов. Если
изобразить это на плоскости, то вы получите обычное
древо, дивергентную картинку.
А сетчатое видообразование принципиально иное.
Если его изобразить на плоскости, вы получите сетча-
тую картину. Поскольку происходит гибридизация, про-
исходит слияние линий, или, как говорят биологи-эво-
люционисты, слияние филумов, то получаются сети.
Мы потом картинку покажем.
Так вот, сетчатое видообразование состоит из не-
скольких этапов. Первый этап – это образование ди-
плоидных однополых форм. Второй этап – это образо-
вание триплоидных однополых форм, как я уже гово-
рил, путём последовательной гибридизации. И до не-
давнего времени предполагалось, что таким образом
возникают тетраплоидные формы, причём у этих те-
траплоидных форм, поскольку достигается опять чёт-
но-полиплоидный уровень, может быть восстановлен
нормальный мейоз. Если восстановлен нормальный
мейоз, то тетраплоидные формы могут перейти опять
к бисексуальному размножению. Получается вот такая
красивая картинка. Полный цикл сетчатого видообра-
зования: от бисексуальных диплоидных видов, обыч-
ных диплоидных видов, через однополое размноже-
ние или клональное размножение и полиплоидию, к
полиплоидным, чётно-полиплоидным бисексуальным
видам.
Александр Гордон. Которые в свою очередь могут принимать уча-
стие в дальнейшей гибридизации, если они находятся
в том же самом водоёме.
Виктор Васильев. Вы правы. Между прочим, есть ситуации, кото-
рые только так и можно объяснить, об этом немножко
попозже поговорим.
Что нужно было для того, чтобы доказать реаль-
ность полного цикла сетчатого видообразования, а в
данном случае реальность последнего этапа сетчато-
го видообразования? Ну, совсем немножко. Хорошо бы
было, скажем, найти такой комплекс, который вклю-
чал, кроме обычных диплоидных бисексуальных ви-
дов, триплоидную форму (клональную триплоидную
форму) и тетраплоидную форму. Причём тетраплоид-
ная форма должна была бы быть представлена, как
самками, так и самцами. В данном случае нам повез-
ло: такой комплекс мы обнаружили здесь, рядом, в Мо-
сква-реке, под Звенигородом. Это было в 81-м году. И
мы показали, что последний этап сетчатого видообра-
зования реален и таким образом могут возникать уже
полиплоидные бисексуальные виды.
Александр Гордон. На каком объекте вы это смотрели?
Виктор Васильев. Я Кате сейчас передам слово, она об этом рас-
скажет.
Екатерина Васильева. Вот видите, вот эта маленькая рыбка. Это очень
маленькие рыбки, они длиной где-то 10-12 сантиме-
тров, всего-навсего. Они ловятся у дна, в ил прячут-
ся, закапываются в песок. И вот эти мелкие рыбки, –
они обычно не представляют интереса для рыболовов,
понятно, разве только как наживка. Они очень широ-
ко распространены в Евразии и немного в Африке, на
севере Африки. Они представлены многочисленными
видами. У этих рыб-щиповок есть много народных на-
званий, потому что у них есть такие колючки под гла-
зом, они колются. Поэтому их называют иногда колюч-
ками, и щиповка тоже от этого, потому что они колются,
когда их ловят, как бы щиплются.
Этот комплекс мы обнаружили в Москва-реке, со-
всем недалеко, под Звенигородом. Там рядом наша
биостанция биофака, где начинались работы, там и
был обнаружен комплекс, который включает два ди-
плоидных бисексуальных вида. Один вид – это обыкно-
венная щиповка – «кобитис тения», распространённая
в Европе и не заходящая в Сибирь дальше. И вторая
– сибирская щиповка, которая очень широко распро-
странена и в бассейне Волги, и в Казахстане, и вплоть
до Дальнего Востока, и в Японии, и в Корее.
Александр Гордон. А морфологические различия большие?
Екатерина Васильева. Морфологические различия нам тогда и уда-
лось найти, потому что сначала считалось, что вооб-
ще существует один вид щиповок – «кобитис тения», и
больше других видов не существует.
Виктор Васильев. Несмотря на то, что там проходит практика сту-
дентов, и студентов-биологов водят по этим местам,
они ловят рыбок, но считалось, что это один вид.
Екатерина Васильева. Да, и считалось очень долго.
Виктор Васильев. Десятилетиями считалось.
Екатерина Васильева. Да, десятилетиями. Почти сто лет, наверное, с
тех пор как Линней их описал, так и считалась, что су-
ществует одна «кобитис тения».
И вот когда мы начали эти исследования наши, то-
гда мы обнаружили, что, во-первых, они различаются
очень хорошо. Если смотреть очень внимательно на
этих рыб, у самцов есть очень специфический орган
Канестрини, это вторичный половой признак, такая не-
большая пластиночка у основания грудного плавника.
И вот по форме этой пластиночки, эти виды «кобитис
тения» и «кобитис меланолеука», так называемая си-
бирская щиповка, они очень хорошо отличаются. Есть
и другие признаки, которые позволяют их дифферен-
цировать. Помимо этих двух диплоидных бисексуаль-
ных видов в том комплексе, который мы нашли в Мо-
сква-реке, присутствует также триплоидная форма щи-
повки и две тетраплоидные формы. Я уже говорила,
что тетраплоидные формы – это явление достаточно
редкое. Мы проводили исследования всех этих форм,
плоидность, соответственно, определялась на основе
кариотипа. Кроме того, используется ещё и такой по-
казатель: поскольку у полиплоидных форм клетки не-
сколько крупнее (и вообще, рыбы полиплоидной фор-
мы, они несколько крупнее, чем диплоидные виды), то
их ещё можно дифференцировать на основе разме-
ров ядер эритроцитов. Это тоже хорошие различия, ко-
торые позволяют дифференцировать формы с разной
плоидностью.
Покажите, пожалуйста, следующую картинку. Как по-
казали наши исследования – кариологические, элек-
трофоретические, – триплоидная форма, которая оби-
тает в этом комплексе, включает гаплоидные наборы
хромосом: два гаплоидных набора от «кобитис тения»,
которая обитает здесь же в реке, и один гаплоидный
набор хромосом от неизвестного нам вида, которого
мы пока ещё в природе не обнаружили, потому что
различия кариологические достаточно чёткие, и тако-
го вида пока ещё не было. Возможно, этот вид в на-
стоящее время уже вообще не существует. Вот на этой
схеме как раз это показано. Вначале показано, как от
слияния гаплоидных наборов хромосом неизвестного
вида – он обозначен как nx – и гаплоидного набора
хромосом «кобитис тения», образуется гибридная ди-
плоидная форма, но это гипотетическая форма. В на-
стоящее время в комплексе такой формы нет. В отли-
чие от ящериц «лацерта», которых мы вам показыва-
ли, скальных ящериц, у которых существуют как раз
диплоидные гибридные формы. В нашем комплексе
диплоидной формы нет. По-видимому, это свидетель-
ствует о том, что триплоидная форма произошла всё-
таки достаточно давно. А эта схема показывает, как
уже в дальнейшем, после слияния нередуцированной
яйцеклетки уже диплоидной формы (которая как бы не
существовала) со спермием «кобитис тения», образу-
ется триплоидная форма. Теперь покажите нам, пожа-
луйста, следующую картинку.
Александр Гордон. Как же долго может в популяции находиться этот
набор, если вид уже исчез давно?
Екатерина Васильева. Триплоидная форма, значит, возникла уже
очень давно, и он, тем не менее, сохраняется.
Виктор Васильев. Это вообще парадоксальная ситуация. Может
быть, вида нет, того вида, который принимал участие
в гибридизации, если гибридизация давно имела ме-
сто. Он, может быть, вообще исчез, его нет как таково-
го в настоящий момент времени, а геном его есть, он
сохранился в рамках триплоидной однополой формы,
или, может быть, диплоидной однополой формы.
Екатерина Васильева. Это опять же специфика однополового размно-
жения, потому что рекомбинации нет.
Виктор Васильев. Я здесь ещё одну вещь добавлю. Видите, в
одном комплексе – диплоидные бисексуальные виды,
диплоидные клональные виды, триплоидные клональ-
ные виды и ещё две тетраплоидные формы. Так вот,
по-видимому, все они очень близки, занимают сходные
биотопы, занимают сходные экологические ниши. По-
видимому, такое разнообразие не может поместиться
в рамках одного биотопа или сходного биотопа. Сей-
час, после нас уже, обнаружили диплоидно-полипло-
идные комплексы, или клонально-бисексуальные ком-
плексы этих же рыб рода «кобитис» в Европе. Причём
оказалось, что они очень широко распространены в
Германии, в Польше, Чехии – это бассейн Дуная, бас-
сейны рек северных морей. И там в некоторых местах
есть и диплоидные клональные формы, которые име-
ют гибридное происхождение.
Екатерина Васильева. Но это единичные случаи.
Виктор Васильев. Но тогда тетраплоидных почти нет. Получается
так, что вместить весь комплекс в одно место не полу-
чается.
Александр Гордон. Не получается из-за давления отбора или здесь
какие-то другие механизмы?
Екатерина Васильева. Ресурсов не хватает.
Виктор Васильев. Ресурсов не хватает, но об этом немножко поз-
же поговорим.
Екатерина Васильева. Мы начали и не закончили нашу цепь, которая
здесь, в этом комплексе представлена, – здесь две
тетраплоидные формы, как мы уже говорили. Эти те-
траплоидные формы, согласно данным кариологии и
электрофоретического анализа, возникли следующим
образом. Они возникли при гибридизации триплоид-
ной формы, которая даёт нередуцированную трипло-
идную яйцеклетку. Одна форма возникла при гибри-
дизации этой триплоидной формы с видом сибирская
щиповка «кобитис меланолеука», и эта форма пред-
ставлена только самками. И вторая форма возникла в
результате гибридизации триплоидной формы с сам-
цами «кобитис тения». И вот эта форма представлена
уже и самцами, и самками. То есть мы уже имеем два
пола. Здесь это редкий случай, когда мы имеем два по-
ла. И при этом самцов тут достаточно много. Если в За-
падной Европе иногда встречаются единичные особи,
то здесь соотношение полов примерно один к одному.
Когда мы начали проводить эксперименты, нас ин-
тересовало, естественно, каким способом размножа-
ются наши клональные формы. Мы ставили опыты по
скрещиваниям, и оказалось, что триплоидые формы
размножаются с помощью гиногенеза, а самцы тетра-
плоидной формы способны тоже стимулировать гино-
генетическое развитие. Хотя их спермий, он, конечно,
несколько ниже качеством. Когда визуально оценива-
ется качество спермы, способна ли она к какому-то
оплодотворению, то внешне в световом микроскопе
сперматозоиды выглядят совершенно неподвижными.
То есть там единичное количество нормальных спер-
матозоидов.
И когда мы делали анализ электронной и сканиру-
ющей микроскопии, то нормальных, типичных клеток
со жгутиками тоже не было обнаружено. Поэтому, ка-
залось бы, вот вроде бы и всё – и так, и так они не
годятся. Но, тем не менее, при скрещивании идёт ги-
ногенетическое развитие. И что самое интересное, в
прошлом году мы проводили разные эксперименталь-
ные скрещивания и получили удивительное потомство
– мы получили потомство от сибирской щиповки, кото-
рая не размножается с помощью гиногенеза. Поэтому у
неё гиногенеза быть не может. Но мы получили потом-
ство от самки сибирской щиповки и от самца тетрапло-
идной формы. То есть выходит, что мы получили ис-
тинное оплодотворение. Эти маленькие личинки у нас
до сих пор плавают в аквариуме, просто мы были так
заняты, что не смогли провести кариологический ана-
лиз до конца.
Виктор Васильев. То есть тетраплоидные самцы могут продуци-
ровать генетически полноценную сперму.
Екатерина Васильева. Цепь замкнулась – по сути дела, мы уже сейчас
на подходе к тому, что, в принципе, их можно считать
бисексуальными видами, эту тетраплоидную форму.
Александр Гордон. То, что у вас плавает сейчас в аквариуме, это
новый вид или нет?
Екатерина Васильева. Это будет просто гибридная полиплоидная
форма. Видом это нельзя назвать, это просто случай-
ный момент скрещивания.
Александр Гордон. А каковы должны быть всё-таки условия для ви-
дообразования, с тем, чтобы вид выделился в бисексу-
альную форму и продолжал своё существование уже
без вмешательства самцов, скажем так?
Екатерина Васильева. Он для начала должен быть репродуктивно изо-
лирован от всех остальных, которые там плавают. Если
наши клональные формы действительно соответству-
ют требованиям вида: они репродуктивно изолирова-
ны от своих родительских форм, потому что те только
стимулируют гиногенетическое развитие…
Александр Гордон. Но не участвуют…
Екатерина Васильева. Да, но они не участвуют. Поэтому эти клоны мо-
гут существовать. И если достаточно долго существу-
ет клон, вот как у нас триплоидная форма, тогда мы
можем говорить о том, что это действительно клональ-
ный вид. И, собственно говоря, партеногенетические
ящерицы, они очень многие и были описаны как виды.
«Пецилия формоза», клональная форма, была описа-
на как вид, настолько были выражены уже и морфоло-
гические различия.
Виктор Васильев. Кстати, не только будучи пространственно изо-
лированными. Дело в том, что, как показали наши
наблюдения, тетраплоидные самки и тетраплоидные
самцы созревают немножко позже, чем диплоидные.
Они могут быть изолированы во времени, в конце кон-
цов. Вот такие ситуации могут быть.
Екатерина Васильева. Вот эта сеточка, видите. Когда все этапы соби-
раются вместе, здесь и получается такая сетка. Поче-
му это видообразование и называется сетчатым.
Виктор Васильев. Совместив все этапы, получается сеть. Теперь
можно немножечко поговорить вот о чём. Дело в том,
что оказалось, что среди рыб и амфибий встречается
достаточно много бисексуальных видов, которые, од-
нако, имеют полиплоидное происхождение. Среди рыб
всем известные лососёвые имеют тетраплоидное про-
исхождение; предположительно все они ведут своё на-
чало от одного тетраплоидного предка. Некоторые ви-
ды карповых – целое семейство, так называемые че-
кучановые, близкие к карповым, – тоже имеют тетра-
плоидное происхождение.
Полиплоидное происхождение имеют осетровые.
Среди осетровых встречаются две группы по числу
хромосом. У одних видов около 120-ти хромосом: это
стерлядь, белуга, севрюга, ещё ряд видов. И другая
группа видов, у которых число хромосом приблизи-
тельно в два раза больше – 240 хромосом. Есть раз-
ные мнения: одни учёные предполагают, что 120-хро-
мосомные – это диплоидные, а 240-хромосомные –
это тетраплоидные. По другому мнению, 120-хромо-
сомные уже имеют тетраплоидное происхождение, и
тогда 240-хромосомные являются октоплоидами.
Это в своё время практически использовали, но я на
этом не буду подробно останавливаться. Дело в том,
что встал вопрос о возможности получения потомства,
которое заведомо было бы стерильным. Ещё в совет-
ские времена, когда не хотели экспортировать поса-
дочный материал – молодь осетровых для выращи-
вания в прудах – в какие-то зарубежные страны, боя-
лись, что мы потеряем монополию. Сейчас ситуация в
этом смысле изменилась. И я предложил: в чём про-
блема, давайте скрестим многохромосомных и мало-
хромосомных, получим заведомо триплоидных и заве-
домо стерильных. И быстренько за год разработали
методику, инструкцию написали, и одно время выдава-
ли лицензию только на этих триплоидных по происхо-
ждению гибридов.
Существует несколько, я бы даже сказал множество
предположений о том, каким образом могли возник-
нуть полиплоидные формы рыб и амфибий. Но из всех
реальных способов единственным способом, который
подтверждается фактически, и можно сказать, являет-
ся доказанным, является способ, связанный с сетча-
тым видообразованием. Я в своё время даже статью
по этому поводу написал, объясняя ситуацию с осетро-
выми, с их эволюцией.
Там две хромосомные группы, 120 и 240, как я го-
ворил, но по количеству ДНК на клетку большой раз-
брос. Так вот, если использовать сетчатое видообра-
зование для объяснения такой ситуации, то это объ-
ясняет, почему есть две дискретные группы по числу
хромосом и непрерывный ряд, непрерывный разброс
по количеству ДНК на клетку. Хотя, казалось бы, если
просто происходит полиплоидизация, скажем, автопо-
липлоидизация (то есть полиплоидия самого на себя),
и если две группы по числу хромосом – то и две группы
по количеству ДНК на клетку. В два раза увеличилось
число хромосом – в два раза увеличится количество
ДНК. На самом деле там не так.
Александр Гордон. У меня вопрос, может быть, диковатый, но вы с
этого начали, что раньше никто не предполагал у по-
звоночных подобного вида размножения. Биологи ин-
тересовались птицами, скажем, в этом смысле?
Виктор Васильев. Тут немножко другая ситуация. Мы говорим о
естественных клональных видах, партеногенетических
и гиногенетических. Есть эксперимент на птицах, у ко-
торых был искусственно получен партеногенез – у ин-
дюшек. Причём эксперимент так проводился. Сидели
индюшки в клетках, и выпускали вдоль клеток выгу-
ливаться такого представительного индюка. И, веро-
ятно, как-то зрительно, гормонально стимулировалась
откладка партеногенетических яиц. А в норме этого
нет. У млекопитающих и у птиц в норме этого нет. А вот
такие случаи есть.
Екатерина Васильева. И, более того, дело в том, что при клональном
разножении, вы же видите, репродуцируются самки,
там идёт развитие за счёт одного генома самки. У мле-
копитающих за счёт генома либо матери, либо отца
(только одного из них) развитие не происходит – до
10-ти дней идёт развитие, а дальше всё прекращает-
ся. Поэтому у млекопитающих ни партеногенетические
формы не известны, ни, соответственно, все эти…
Александр Гордон. То есть существует механизм, который преры-
вает развитие.
Екатерина Васильева. У высокоорганизованных животных очень силь-
на дифференциация хромосом.
Виктор Васильев. Я думаю, что ещё надо поговорить вот о чём.
Дело в том, что те механизмы, которые наблюдаются
в природе – механизмы клональности, схема сетчато-
го видообразования, – были использованы в практике
для разных целей. И одна из целей была не практиче-
ская, а, скажем так, теоретическая, но при этом были
получены очень важные практические результаты. Та-
ких работ сейчас довольно много, это касается искус-
ственной гибридизации.
И оказалось, что многие искусственные гибриды
продуцируют нередуцированные яйцеклетки. Если эти
яйцеклетки оплодотворяются спермой исходного ви-
да, то получаются триплоиды. Но это только фрагмен-
тарные работы. А есть одно исследование, в котором
сделана попытка воспроизвести всю схему сетчатого
видообразования в эксперименте. Такая попытка бы-
ла сделана в нашем Институте прудово-рыбного хо-
зяйства под руководством Нины Борисовны Черфас,
там участвовало несколько человек, в этом исследо-
вании. И вот что оказалось. Исследование проводи-
лось на карпе и карасе. Получали гибриды между кар-
пом и серебряным карасём. Понятно, использовалась
не та клональная форма карася, о которой мы говори-
ли, а нормальная диплоидная бисексуальная. Так вот,
диплоидные карасе-карповые гибриды первого поко-
ления, как их называют, продуцировали нередуциро-
ванные яйцеклетки. Но таких яйцеклеток было очень
мало, приблизительно 10 процентов, остальные яйце-
клетки были генетически не сбалансированы, они бы-
ли анеуплоидные. То есть содержали набор хромосом,
некратный гаплоидному. Но 10 процентов были нере-
дуцированные.
Далее. Авторы исследований, как они обозначили
этот процесс, производили восстановление репродук-
тивной функции. Каким образом? Нередуцированные
яйцеклетки осеменяли спермой, но с убитым ядром.
Это достигается довольно просто, через облучение
ультрафиолетовым излучением, в течение нескольких
десятков секунд, это 300 джоулей приблизительно на
квадратный метр. Такие спермии способны стимули-
ровать развитие яйцеклетки, но ядро убито и истин-
ного оплодотворения нет. Эти яйцеклетки под воздей-
ствием таких спермиев развивались, получалось сле-
дующее, уже второе поколение. Во втором поколении
самки продуцировали уже больший процент нереду-
цированных яйцеклеток. И в третьем поколении сам-
ки продуцировали практически сто процентов нереду-
цированных яйцеклеток. Все яйцеклетки были генети-
чески соответственно сбалансированы, и их было сто
процентов. Это промежуточный результат данной ра-
боты по воспроизведению полной схемы сетчатого ви-
дообразования. Но что такое восстановление репро-
дуктивной функции таким способом? Это клонирова-
ние, причём массовое клонирование, поскольку полу-
чаемое потомство генетически идентично матери.
Александр Гордон. Ну вот видите, здесь же не возникает проблемы
с клонами, как в случае с овечкой Долли и с другими, –
потомство развивается нормально.
Виктор Васильев. Там принципиально иной метод.
Екатерина Васильева. Здесь же естественный процесс дублируется.
Виктор Васильев. Там берут клетку донора, а поскольку эта клет-
ка прошла через онтогенез, это дифференцирован-
ная клетка, то там могут накапливаться мутации и так
далее. Ну, а потом это манипуляции, процент успе-
ха на самом деле маленький. А здесь практически
путём клонирования они восстановили репродуктив-
ную функцию до ста процентов. Затем этих диплои-
дов они скрещивали опять с самцами карася или карпа
и получали триплоидную форму. Триплоидная форма
продуцировала нередуцированных клеток всего лишь
около двух процентов. Далее они поступили таким же
образом, осеменяя эти триплоидные нередуцирован-
ные яйцеклетки спермием с убитым ядром. Пропусти-
ли опять через три поколения, опять клонировали и на
третьем поколении получили результат – 50 процен-
тов. Триплоиды продуцировали не 2 процента, как пер-
воначально, а уже 50 процентов нередуцированных
яйцеклеток. Далее, скрещивая этих самок опять-таки
с одним из исходных видов, получили тетраплоидов.
То есть весь процесс сетчатого видообразования был
воспроизведён в эксперименте, при этом ещё полу-
чены важные промежуточные результаты. Во-первых,
они клонировали, причём это было массовое клониро-
вание, и, во-вторых, это был путь экспериментального
получения триплоидов.
Александр Гордон. Фантастика.
Виктор Васильев. Мы на экологии, наверное, не будем останавли-
ваться, мало времени осталось. Но помимо того, что
так можно получать полиплоидов, это – один из спосо-
бов массового клонирования. Где это ещё может при-
меняться? Например, в аквакультуре, когда речь идёт
о выращивании трансгенных рыб. Ведь с трансгенны-
ми рыбами большая проблема. Дело в том, что мно-
гие общественные организации, научные организации,
учёные выступают против, аргументируя это тем, что
рано или поздно из искусственных водоёмов эти орга-
низмы попадут во внешнюю среду с непредсказуемы-
ми последствиями. Но, используя, скажем, метод мас-
сового клонирования, вы можете управлять, что на-
зывается, размножением, вы можете получать искус-
ственных индуцированных триплоидов, но получать
немножко по-другому, не так, как в эксперименте, о ко-
тором я говорил, а немножко по-другому, но сейчас нет
времени для того, чтобы об этом подробнее расска-
зать. А ведь можно управлять полом, скажем, получать
однополое женское потомство, которое если оно попа-
дает во внешнюю среду и если объект разводится вне
рамок своего естественного ареала, то размножаться
не будет и через какое-то время исчезнет.
Александр Гордон. Да, самцов-то нет…
Виктор Васильев. Самцов нет, да. В общем, эта проблема с помо-
щью такого массового клонирования и управления по-
лом может быть решена.
Александр Гордон. Ещё один вопрос у меня. Возможно ли опять-
таки экспериментальным путём (очень меня заинтри-
говал тот исчезнувший вид, который вы пометили Х)
восстановить вид, который сам давным-давно исчез,
но геном которого сохраняется в популяции?
Виктор Васильев. Я думаю, что можно это сделать эксперимен-
тально, на картинках мы это делали. Скажем, хромо-
сомный набор триплоидной формы – мы знаем, что од-
на из родительских форм – «кобитис тения». Мы берём
триплоидный набор, потом по подобию вычленяем из
триплоидного набора хромосомы гаплоидного набора
«кобитис тения» и получаем на картинке набор хромо-
сом…
Александр Гордон. Исходного вида, который не сохранился.
Виктор Васильев. Да, да, у нас на картинке есть кариотип того ви-
да, которого нет.
Екатерина Васильева. Но выборочно извлекать отдельные хромосо-
мы, как вы понимаете…
Виктор Васильев. Да, выборочно извлекать хромосомы, это про-
блема.
Екатерина Васильева. Потому что все манипуляции проводятся с
ядром целиком, а отдельные хромосомы извлечь – это
довольно сложная работа, потому что, например, ту же
овечку Долли, когда получали, там было более 200 ре-
конструированных яйцеклеток, а выход – одна овечка,
это 0,36 процента. Все остальные яйцеклетки погибли.
Хотя там идёт манипуляция именно ядрами целиком.
Сейчас разрабатываются методы, которые позволяют
довольно аккуратно, не повреждая яйцеклетку, извле-
кать это ядро, на млекопитающих это делается.
Виктор Васильев. Вообще, история манипулирования с половы-
ми продуктами позвоночных животных довольно длин-
ная. Насколько мне литература попадалась на глаза,
первые эксперименты были сделаны на амфибиях, это
пересадка ядер в конце 30-х годов. А, скажем, уже в
70-х годах были большие обзоры. А вот в 80-х годах
у нас Слепцовым методом манипулирования вообще
получены клональные рыбы…

Обзор темы


Проблема видообразования до сих пор является ключевой в теории биологической эволюции. Различают два основных способа видообразования: филетическое, или превращение видов, при котором общее число видов остается прежним, и дивергентное, ведущее к увеличению видового разнообразия. Именно последний способ рассматривается как истинное видообразование. Считается общепринятым, и это, несомненно, так, что подавляющее большинство видов животных исходно образовалось в процессе дивергентной эволюции, в соответствии с классической схемой Ч. Дарвина. На протяжении долгого периода и, в значительной степени, в настоящее время многочисленные дискуссии о механизмах и способах видообразования сами по себе также находились и находятся в рамках дивергентной эволюции. В результате для бисексуальных организмов разработана система гипотез (подчеркнем — именно гипотез, поскольку сейчас уже стало очевидно, что ни одна из них не объясняет исчерпывающе всего разнообразия существующих биологических видов) о моделях видообразования, принимаемых большинством эволюционных биологов. Поскольку, согласно биологической концепции вида, виды — это, прежде всего, изолированные друг от друга группы популяций, то вопрос о том, как образуются новые виды, сводится к вопросу о способах возникновения репродуктивной изоляции. Исследования в этом направлении стали особенно интенсивными и более предметными с возникновением и развитием в 30-е годы концепции «изолирующих механизмов». Отметим, что практически во всех работах возникновение и совершенствование изолирующих механизмов у бисексуальных животных прямо или косвенно рассматривается как результат дивергентной эволюции.
Наиболее часто обсуждаемые и общепринятые способы видообразования у бисексуальных животных сводятся к двум основным формам.
1. Постепенное видообразование, включающее три основных модели:
• географическое (аллопатрическое),
• симпатрическое (остается спорной проблемой),
• парапатрическое.
2. Квантовое видообразование, в основе которого лежит быстрое формирование изолирующих механизмов, главным образом благодаря хромосомным перестройкам или, если это касается растений, полиплоидии.
Необходимо особо отметить, что роль полиплоидии в видообразовании бисексуальных животных, тем более позвоночных, до недавнего времени отрицалась практически всеми известными эволюционными биологами. Об этом свидетельствует и само содержание монографий и учебников по теории эволюции, в том числе и многих современных.
В рамках дивергентной эволюции роль гибридизации у бисексуальных животных обычно рассматривается в двух аспектах: интрогрессия генов и усиление посткопуляционных изолирующих механизмов при вторичном контакте ранее изолированных популяций. Часто последнее рассматривают как вторую, но не всегда обязательную стадию видообразования. В данном случае, однако, речь идет о видах in statu nascendi, поэтому говорить о межвидовой гибридизации можно с известными допущениями. Во всяком случае, межвидовая гибридизация при дивергентном видообразовании не играет решающей или даже существенной роли.
Вместе с тем, современная наука располагает точными данными, свидетельствующими о том, что видообразование может протекать и принципиально другим путем — не только в результате ветвления, а, напротив, слияния филетических линий. Схематически этот процесс представляет собой сеть филумов, в связи с чем и появился термин «сетчатая» или «ретикулярная» эволюция. Последняя широко распространена в мире растений.
Доказательство реальности сетчатой эволюции у позвоночных, исследование механизмов этого процесса стало значительным вкладом последних 20–30 лет в познание эволюции. В основе процесса сетчатой эволюции лежат три взаимосвязанных явления: гибридизация, однополое размножение и полиплоидия.
Однако значение этих исследований не ограничивается открытием новых необычных для позвоночных способов видообразования. Большое самостоятельное значение имеет открытие клональных видов позвоночных и исследование механизмов, обеспечивающих клональное наследование. Есть все основания полагать, что исследования в этом направлении приведут (по меньшей мере, для рыб) к разработке новых методов клонирования, когда можно будет получать не отдельные клонированные экземпляры, а формы, способные в норме размножаться клонально.
Первые факты, связанные с сетчатой эволюцией у позвоночных, относятся к открытию однополого размножения: гиногенеза, партеногенеза и гибридогенеза. Гиногенез — особый способ полового размножения, при котором осеменение необходимо, но ядерный аппарат проникшего в яйцеклетку спермия инактивируется в плазме яйца и развитие эмбриона происходит под контролем только материнской наследственности. Партеногенез — половое размножение, при котором яйцеклетка развивается без осеменения и, соответственно, без оплодотворения. Таким образом, группы особей, размножающиеся путем гиногенеза, так же как и при партеногенезе, представляют собой клоны. И, таким образом, клоны есть своего рода форма размножения, уже известная в природе, а вовсе не открытая современной наукой. Формы, размножающиеся с помощью гибридогенеза существуют в природе как постоянные гибриды двух близкородственных диплоидных бисексуальных видов. На первых этапах созревания половых клеток у самок гибридогенных форм избирательно элиминируются все мужские по происхождению хромосомы, и в гаметах остается и затем клонально наследуется только материнский геном. В каждом новом поколении при скрещивании гибридогенных самок с самцами родственных бисексуальных видов восстанавливается гибридная конституция. Такой тип наследования получил название полуклонального.
Долгое время считалось, что однополое размножение с помощью гибридогенеза встречаются только у простейших особой. Однако наблюдения биологов показали, что это не так. Однополое размножение среди позвоночных животных впервые было обнаружено еще в 1932 г. у центрально-американской рыбки из семейства карпозубых — Poecilia formosa. Позднее было доказано, что эта форма размножается путем гиногенеза. Практически одновременно с работами биологов Хэббсов были проведены исследования, показавшие, что однополая форма серебряного карася Carassius auratus gibelio, обнаруженная российскими рыбоводами в конце 30-х годов, также размножается путем гиногенеза.
Следующим, еще более удивительным фактом однополого размножения у позвоночных было открытие И. С. Даревским в 1957 г. партеногенеза у кавказских скальных ящериц р. Lacerta. После этого было обнаружено несколько десятков партеногенетических видов рептилий. Здесь необходимо отметить, что долгие годы феномену однополого размножения у позвоночных не придавали серьезного эволюционного значения. Многие исследователи рассматривали это явление скорее как курьез природы, но не лишенный адаптивного смысла. Весьма характерно в этом отношении мнение авторитетного ихтиолога и эволюциониста Л. С. Берга (1947), который, рассматривая однополое размножение у серебряного карася и Poecilia formosa, писал следующее: «Таковы новые весьма удивительные факты относительно размножения рыб. Какое приспособительное значение имеет отмеченная у серебряного карася возможность размножения без своего отца (т.е. при посредстве самца чужого вида), мы пока не знаем. Но нельзя сомневаться, что вид этот какую-то пользу должен получать. Хотя, по словам Платона в „Тимее“, рыбы это существа „невежественнейшие и бестолковейшие“, но думается, что рыбы организованы не хуже других своих водных собратий».
Взгляды на возможную роль однополого размножения в эволюции позвоночных стали меняться в 60-е годы. В это время быстро стало быстро возрастать число обнаруживаемых однополых видов рептилий и рыб, а затем и амфибий. Однако главное заключалось в другом: оказалось, что многие из однополых видов являются триплоидами, и все они, во всяком случае, там, где удалось провести соответствующие исследования, имеют гибридное происхождение. Здесь необходимо особо остановиться на полиплоидии у позвоночных. Долгое время было общепринятым положение, согласно которому полиплоидия не играет какой-либо роли в эволюции позвоночных, более того в этой группе она невозможна. Это положение основывалось прежде всего на догме Меллера, который считал, что полиплоидия у животных, в отличие от растений, невозможна в связи с нарушением баланса факторов, определяющих пол. Известный зоолог и эволюционист Э. Майр, рассматривая роль полиплоидии в видообразовании и основываясь на мнении Меллера и ряда других исследователей, а также на известных к этому времени фактах, практически исключает полиплоидию как один из возможных механизмов видообразования у позвоночных. В целом можно сказать, что исследования фактов и механизмов, осмысление которых привело к идее сетчатого видообразования у позвоночных, в значительной степени шло через преодоление существовавших долгое время неверных положений и догм.
Впервые триплоидия у позвоночных была доказана для гибридов партеногенетических и бисексуальных видов рода Lacerta и затем для гиногенетических представителей рыб — серебряного карася и Poecilia formosa, партеногенетических рептилий из семейства Teidae и двух видов американских саламандр рода Ambistoma. Дальнейшие исследования показали, что не только эти, но и многие другие известные и вновь обнаруживаемые однополые виды являются триплоидами. Другая, несколько меньшая часть однополых видов оказалась диплоидной, и единичные виды были тетраплоидными.
В конце 60-х — начале 70-х годов исследования происхождения однополых форм показали, что во всех изученных случаях имела место межвидовая гибридизация: диплоидные однополые виды возникли в результате гибридизации диплоидных бисексуальных, как правило, близкородственных видов, а триплоидные однополые виды — при гибридизации диплоидных однополых видов с самцами бисексуальных диплоидных видов. Наиболее невероятным итогом всех этих исследований было заключение о сходных, если не идентичных, способах возникновения однополых видов, несмотря на их большое таксономическое разнообразие (рыбы, амфибии, рептилии). Таким образом, только к концу 60-х — началу 70-х годов исследования происхождения однополых форм привели к пониманию того, что мы имеем дело с совершенно новым и необычным для позвоночных способом видообразования, в основе которого лежат механизмы, отличные от таковых в традиционных моделях видообразования!
Вместе с тем стало очевидным, что три явления — гибридизация, однополое размножение и полиплоидия — в эволюции позвоночных могут быть тесно связаны и взаимозависимы. В то же время в результате этих исследований возникло множество других проблем, в том числе и непосредственно связанных с сетчатым видообразованием.
Главная из них следующая. До недавнего времени фактические данные были таковы, что позволяли судить о механизмах образования именно однополых видов, диплоидных и триплоидных. Совершенно естественно возникал вопрос: каковы эволюционные потенции этих видов? Могут ли они дать начало новым бисексуальным видам? Некоторые исследователи полагали, что однополые виды в эволюционном отношении представляют собой тупиковые линии, что на первый взгляд кажется логичным. Другие, однако, придерживались гипотезы, часто называемой основной гипотезой сетчатого видообразования, согласно которой при гибридизации триплоидных однополых видов с диплоидными бисексуальными видами могут возникать тетраплоидные виды с восстановленной бисексуальностью.
Здесь необходимо отметить следующее. Гиногенетические и гибридогенетические виды и формы рыб и амфибий, в отличие от партеногенетических видов рептилий, могут существовать только совместно с бисексуальными видами, самцов которых они используют для своего размножения. Поэтому такие однополые виды совместно с бисексуальными видами образуют комплексы, которые называют однополо-двуполыми, диплоидно-полиплоидными или клонально-бисексуальными. К настоящему времени известно более 20 таких комплексов, причем число вновь открываемых продолжает увеличиваться.
До недавнего времени были известны только диплоидно-диплоидные или диплоидно-триплоидные комплексы, в связи с чем получить прямые доказательства основной гипотезы сетчатого видообразования было практически невозможно. Однако, в 1981 г. был открыт диплоидно-триплоидно-тетраплоидный комплекс у рыб рода Cobitis (Cobitidae), более того, одна из тетраплоидных форм комплекса была представлена не только самками, но и самцами. Исследование этого комплекса позволило впервые проследить возникновение четно-полиплоидных форм и восстановление бисексуальности, но уже на другом, более высоком уровне плоидности. Последнее имеет большое значение не только в связи с доказательством возможности полного цикла сетчатого видообразования, но и по ряду других причин, важнейшая из которых в эволюционном отношении следующая. Среди рыб и амфибий найдено достаточно большое число бисексуальных видов, имеющих полиплоидное происхождение (осетровые, лососевые, многие виды карповых и вьюновых и др.). Существуют различные гипотезы относительно механизмов возникновения таких видов. Однако, только результаты исследования сетчатого видообразования конкретно указывают на механизмы, с помощью которых могут возникать полиплоидные бисексуальные виды.
Как видно из изложенного выше, полный цикл сетчатого видообразования включает несколько этапов:
1) межвидовая гибридизация диплоидных бисексуальных видов и возникновение новых клональных (гиногенетических у рыб и амфибий или партеногенетических у рептилий) или полуклональных (гибридогенетических у рыб и амфибий) видов;
2) возвратная гибридизация клональных или полуклональных видов с одним из исходных или с третьим диплоидным бисексуальным видом, в результате чего возникают триплоидные клональные виды;
3) гибридизация триплоидных клональных видов с одним из исходных бисексуальных видов и образование тетраплоидных клональных и/или, что более важно, восстановление бисексуальности и возникновение тетраплоидных бисексуальных видов.
Кратко полный цикл сетчатого видообразования можно сформулировать следующим образом: от диплоидных бисексуальных видов с помощью гибридизации, клонального размножения и полиплоидии — к тетраплоидным бисексуальным видам.
Межвидовая гибридизация и клонирование. Цитогенетические механизмы, обеспечивающие клональное наследование однополых форм позвоночных заключаются в следующем. В процессе оогенеза (созревание яйцеклеток) клетки претерпевают энодомитоз, т. е. после митотического деления хромосом клетка не делится и, таким образом, происходит удвоение числа хромосом. В результате этого каждая хромосома представлена не только двумя гомологами, но и сестринскими (генетически идентичными) по отношению к гомологам хромосомами. В первом делении мейоза, когда в норме происходит уменьшение числа хромосом в два раза и клетка становится гаплоидной, у естественных клональных видов происходит восстановление после эндомитоза числа хромосом — диплоидного у диплоидных и триплоидного у триплоидных клональных видов. В настоящее время хорошо известно, что межвидовые гибриды многих рыб, полученные в экспериментах, могут продуцировать нередуцированные яйцеклетки, причем механизм здесь тот же, что и у естественных клональных видов. При скрещивании таких гибридов с самцами исходных видов возникают триплоиды. Если ядро спермиев инактивировать (например, с помощью ультрафиолетового излучения), то нередуцированная яйцеклетка развивается в нормальный организм генетически идентичный матери.
Необходимо отметить еще один способ размножения у рыб, который получил название сетчатого. При сетчатом размножении одновременно реализуются механизмы, которые наблюдаются при гиногенезе, гибридогенезе и двуполом размножении. В этом случае возникают особые комплексы, которые при широком варьировании внутренних свойств, рано или поздно приобретают равновесное состояное, т. е. являются самодостаточными.
Экологические аспекты существования естественных клональных форм. Здесь можно выделить два основных аспекта. Во-первых, эволюционный потенциал клональных форм. Клональные формы, не обладая рекомбинационной изменчивостью и не имея возможности элиминировать вредные мутации посредством гомозиготного состояния, очевидно хуже приспособлены к изменяющимся условиям среды, чем бисексуальные. Однако клональные формы обладают рядом очевидных преимуществ:
1) поскольку они представлены только самками, то их популяционная плодовитость в два раза выше, чем плодовитость бисексуальных видов (не всегда выполняется),
2) для них характерна высокая и фиксированная гетерозиготность (в данном случае можно сказать гибридная сила), поскольку они являются гибридными клонами,
3) достаточно высокая модификационная изменчивость, сравнимая с таковой у бисексуальных форм и 4) более широкая норма реакции для полиплоидных клональных форм.
Все эти преимущества позволяют клональным формам успешно конкурировать с бисексуальными, но при относительно стабильных условиях среды.
В изменяющихся условиях среды, когда для выживания необходим большой запас изменчивости, некоторые из этих преимуществ превращаются в недостатки. Источниками изменчивости клональных форм служат только мутации, множественное происхождение (происхождение в результате многочисленных актов гибридизации) и, в результате, множественная клональная структура и конъюгация после эндомитоза несестринских, а гомологичных хромосом (что бывает крайне редко). В то же время независимо от перечисленных преимуществ и недостатков клональные формы по сравнению с бисексуальнами, по-видимому, имеют более ограниченное время существования. Происходит это благодаря эффекту, который получил название «храповик Меллера». Согласно этому эффекту клональные формы непрерывно накапливают вредные мутации, вследствие чего, как показывают расчеты, продолжительность их существования ограничивается приблизительно 105 поколений.
Вторая проблема сосуществования клональных и бисексуальных форм заключается в следующем. При гиногенезе для размножения клональных форм необходимы самцы близкородственных (обычно исходных) видов, поэтому гиногенетические формы (в отличие от партеногенетических) образуют с бисексуальными единые комплексы. В то же время, поскольку клональные формы возникли от бисексуальных и имеют сходную с ними генетическую структуру, то они занимают сходные экологические ниши. При этом если клональные формы существуют достаточно давно, то их приспособленность к данным конкретным условиям выше, чем бисексуальных форм (иначе они были бы вытеснены на ранних стадиях возникновения). Тем не менее, гиногенетические клональные формы не могут вытеснить бисексуальные, т. к. для их существования необходимы самцы. Таким образом, возникает следующая задача: имеет ли подобная система равновесное состояние, и при каких экологических параметрах это состояние реализуется. Математическое моделирование показало, что подобные системы могут иметь равновесное состояние в рамках реальных экологически параметров, т. е. самодостаточны и могут существовать неопределенно долго в пределах одной экологической ниши.
Положение клональных форм среди других видов позвоночных животных. Общие вопросы таксономии клональных однополых форм позвоночных животных представляют не только теоретический интерес, но и являются важной практической проблемой современной систематики. Если обратиться к исторической практике, то легко видеть, что многие однополые формы были описаны в качестве самостоятельных видов еще до доказательства их однополости и происхождения в результате гибридизации обычных бисексуальных видов. К числу таких однополых видов относятся Poecilia formosa (= Mollienesia formosa Girard), Rana esculenta L. и др. В настоящее время обнаруживаемые новые однополые формы часто также описывают как самостоятельные виды. Однако между однополыми клональными формами и бисексуальными видами позвоночных животных имеются определенные различия, кажущиеся весьма существенными и, вследствие этого, приводящие к существенным противоречиям во взглядах на таксономию однополых форм.
Прежде всего, необходимо отметить, что современное биологическое определение вида основано на критерии репродуктивной изоляции, т. е. фактической или потенциальной способности к скрещиванию естественных популяций. Это определение в качестве непременного условия предполагает существование в популяции обоих полов и, следовательно, изначально неприложимо к клональным формам, представленным одними самками. Однако, однополые формы позвоночных животных, благодаря клональному (партеногенез, гиногенез) размножению, не в меньшей степени репродуктивно изолированы от близких бисексуальных видов, чем последние между собой. Эти формы генетически независимы и стабильны во времени и, следовательно, представляют собой такие же эволюционные единицы, как и бисексуальные виды. В то же время, если бисексуальные виды представляют собой генетическое единство, обладающее общим генофондом, и состоят из скрещивающихся естественных популяций, то для однополых форм показано, что некоторые из них при наличии почти полной морфологической однородности бывают генетически гетерогенны, представляя собой совокупность нескольких, в том числе и разноплоидных клонов, возникновение которых связано с мутациями, гибридизацией и полиплоидией. Клональное наследование позволяет однополым формам сохранять множество гибридных линий, которые неизбежно элиминировались бы при бисексуальном размножении. В результате популяции однополых форм слагаются из множества отдельных клонов, несущих многочисленные комбинации признаков исходных бисексуальных родительских форм. Это явление ярко выражено, например, у домовых гекконов рода Lepidodactylus, у которых отдельные клоны могут быть репродуктивно изолированы друг от друга, и их можно расценивать в качестве самостоятельных таксонов — микровидов, по терминологии ботаников.
Проблема таксономии клональных форм рассматривалось рядом авторов. Применительно к партеногенетическим ящерицам наиболее приемлемой представляется точка зрения, высказанная Коулом, согласно которой морфологически различающиеся гибридогенные однополые формы, образующие генетически и исторически уникальные самоподдерживающиеся и самостоятельно эволюционирующие единицы, должны рассматриваться как отдельные клональные виды, а партеногенетические формы с различной степенью плоидности, возникшие в результате гибридизации разных родительских форм, должны считаться различными видами независимо от степени выраженности их морфологических различий. Например, диплоидные и триплоидные расы, описанные у Cnemidophorus tessellatus, C. lemniscatus и Heteronotia binoei, согласно точке зрения Коула, представляют собой таксоны видового ранга. Если же разные партеноформы имеют идентичное происхождение и одинаковую плоидность, Коул рекомендует рассматривать их в качестве отдельных клонов внутри одного вида.
По мнению некоторых авторов трактовка однополых исторических групп в качестве эволюционных единиц не противоречит намерениям систематиков и положениям линнеевской номенклатуры. Ранг однополых форм должен определяться соответственно их родственным (филогенетическим) взаимоотношениям и происхождению, и, следовательно, каждое новое образование партеноформы через гибридизацию или иным путем означает возникновение нового вида. В соответствии с этой точкой зрения Фростом и Райтом предложены отдельные видовые названия для каждого диплоидного и триплоидного клона у представителей рода Cnemidophorus. Однако здесь необходимо иметь в виду, что разные клоны внутри одного партеновида могли образоваться в разное время и независимо друг от друга от одних и тех же родительских форм в различных частях их перекрывающихся ареалов. В таких случаях выделение каждого клона в качестве самостоятельного вида едва ли можно считать оправданным.
Своеобразная точка зрения по поводу обозначения гиногенетических форм была высказана Дьюбоисом и Гюнтером в 1982 г. По их мнению, гиногенетические формы, несомненно, следует считать самостоятельными видами, но для их обозначения необходимо ввести особую номенклатуру. Например, Poecilia klepton formosa или Rana klepton esculenta, где «klepton» означает использование спермы чужих видов для своего размножения. Другая система названий однополых форм, предложенная Шультцем еще в 1969 г., подчеркивает самостоятельный таксономический статус таких форм и одновременно указывает на их происхождение и плоидность. Например, название Poeciliopsis 2 monacha-lucida отражает триплоидность этой формы и ее гибридное происхождение: (P. monacha x P. lucida) x P. monacha. Эта система обозначений частично принята в современной литературе по однополым видам и сетчатому видообразованию, однако, как и система, предложенная Дьюбоисом и Гюнтером, она не соответствует принципу биноминальной номенклатуры.
При исследовании таксономии однополых видов позвоночных необходимо помнить, что их возникновению предшествуют многочисленные акты гибридизации, и только удачные комбинации дают начало клональным видам. Более того, не исключено, что для становления однополых видов необходимо определенное время для стабилизации их репродуктивных функций под действием естественного отбора. В связи с этим, процесс возникновения однополых форм характеризуется определенным спектром: от единичных или массовых «попыток», которые мы наблюдаем, например, в роде Lacerta, когда при гибридизации партеногенетических видов с самцами диплоидных бисексуальных видов возникают отдельные триплоидные стерильные особи, до образования стабильных триплоидных клонов. К промежуточной ситуации относятся те случаи, когда, наряду со стабильными триплоидными клонами, постоянно возникают новые триплоидные особи с одинаковыми исходными наборами хромосом. И, наконец, существуют триплоидные и тетраплоидные клональные виды, возраст которых можно датировать, по-видимому, миллионами лет. К таковым, например, относятся некоторые рептилии из семейств Gekkonidae и Uromastycidae, прудовая лягушка Rana «esculenta» и обнаруженная Васильевыми триплоидная форма щиповок рода Cobitis.
Исследование механизмов возникновения естественных клональных форм и видов создает предпосылки для искусственного воспроизводства этого процесса и получения аналогичных однополых клонов рыб, представленных только самками, что представляет несомненные рыбохозяйственные преимущества. Помимо этого у рыб в последние годы успешно ведутся исследования и для разработки другого способа однополого размножения — андрогенеза, когда организм развивается лишь за счет отцовского генома. В этом случае инактивируется собственное ядро яйцеклетки и замещается геномом отцовского вида. Впервые среди позвоночных животных жизнеспособные ядерно-цитоплазматические гибриды были получены у осетровых рыб, благодаря индукции диспермного андрогенеза при использовании в качестве материнского вида севрюги, а в качестве отцовского — белуги, аналогичные гибриды были получены также между персидским и русским осетрами. Этот способ однополого размножения представляет несомненный интерес для восстановления исчезающих или полностью исчезнувших видов животных, поскольку, как хорошо известно, спермии сохраняют свои качества в замороженном состоянии гораздо дольше, чем яйцеклетки.
Однако, как уже хорошо известно, в настоящее время, помимо возникновения естественных однополых организмов и возможности создания на той же основе (т.е. с применением гибридизации) искусственных клонов однополых животных, известных только для низших позвоночных (рыб, амфибий, рептилий), с помощью клонирования пытаются получать также и заведомо двуполых высших позвоночных — млекопитающих и даже человека. Используемая в данном случае методика принципиально отлична от схемы возникновения естественных клонов низших позвоночных. Это связано с тем, что у млекопитающих однополое размножение не известно, и, как было показано, зародыш с геномом только одного из родителей (самца или самки) до конца не развивается. Суть метода клонирования млекопитающих сводится к удалению собственного ядра яйцеклетки и замене его на ядро клонируемого донора. Первые эксперименты в этом направлении были начаты еще в 50-е годы. Большинство из удачных результатов по клонированию получено при клонировании не соматических клеток взрослых организмов, а при клонировании эмбрионов. Поскольку главным препятствием для клонирования взрослых позвоночных животных является потеря клетками животных тотипотентных свойств (способности развиваться в любой тип клеток) при дифференциации. При использовании для клонирования ядер соматических клеток взрослых организмов эти клетки предварительно длительное время культивируют, получая в культуре мало дифференцированные клетки с более высокой способностью развития в разные типы клеток развивающегося зародыша. Известное клональное животное — овечка Долли — была получена при использовании донорского ядра клетки из культуры клеток молочной железы. При этом из 277 яйцеклеток с реконструированным геномом только в одном случае был получен живой ягненок. Помимо утраты тотипотентности клеток взрослого организма к числу «технических» проблем клонирования млекопитающих можно отнести и проблемы, связанные с недостаточной изученностью взаимодействия ядра и цитоплазмы в процессе развития организма. В этой связи представляют несомненный интерес недавно полученные данные по матроклинии у андрогенетических ядерно-цитоплазматических гибридов осетров на ранних стадиях постэмбрионального развития.

Библиография


Боркин Л. Я., Даревский И. С. Сетчатое (гибридогенное) видообразование у позвоночных//Журн. общей биол. 1980.Т. 41. № 4
Васильев В. П., Васильева Е. Д. Новый диплоидно-полиплоидный комплекс у рыб//Доклады АН СССР. 1982. Т. 266. № 1
Васильев В. П., Васильева Е. Д., Осинов А. Г. Первое свидетельство в пользу основной гипотезы сетчатого видообразования у позвоночных//Доклады АН СССР. 1983. Т. 271. № 4 Васильев В. П. Эволюционная кариология рыб. М., 1985
Васильев В. П., Васильева Е. Д., Осинов А. Г. К проблеме сетчатого видообразования у позвоночных: диплоидно-триплоидно-тетраплоидный комплекс в роде Cobitis (Cobitidae). IV. Тетраплоидные формы//Вопр. ихтиологии. 1990. Т. 30. Вып. 6
Васильев В. П., Осинов А. Г., Васильева Е. Д. К проблеме сетчатого видообразования у позвоночных: диплоидно-триплоидно-тетраплоидный комплекс в роде Cobitis (Cobitidae)//Вопр. ихтиологии. 1991. Т. 31. Вып. 2
Даревский И. С. Естественный партеногенез у некоторых подвидов скальных ящериц Lacerta saxicola Eversmann//Доклады АН СССР. 1958. Т. 122
Даревский И. С., Куликова В. Н. Естественная триплоидия в полиморфной группе кавказских скальных ящериц как следствие гибридизации между партеногенетическими и обоеполыми формами вида Lacerta saxicola//Доклады АН СССР. 1964. Т. 158
Даревский И. С. Эпистандартная эволюция и гибридогенное видообразование у пресмыкающихся//Журн. общ. биол. 1995. Т. 56. № 3
Осинов А. Г., Васильева Е. Д., Васильев В. П. Гибридное происхождение однополой триплоидной формы рода Cobitis (Cobitidae, Pisces)//Доклады АН СССР. 1983. Т. 272. № 3 Черфас Н. Б. Естественная триплоидия у самок однополой формы серебряного карася (Carassius auratus gibelio Bloch)//Генетика. 1966. Т. 1. № 5
Evolution and Ecology of Unisexual Vertebrates/Ed. by R. M. Dawley, J. P. Bogart. N.Y, 1989
Vasil’ev V. P. Polyploidization by reticular speciation in Acipenseriform evolution: a working hypothesis//J. Appl. Ichthyol. 1999. № 15 Тема № 240(17)

  • ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ РАЗДЕЛА:
  • РЕДАКЦИЯ РЕКОМЕНДУЕТ:
  • ОСТАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ:
    Имя
    Сообщение
    Введите текст с картинки:

Интеллект-видео. 2010.
RSS
X