А теперь поговорим о точковых, или генных, мутациях, изменяющих каким-то образом структуру одного гена. Они не видны в световой микроскоп (подавляющая часть их неразличима пока даже в электронном микроскопе). Однако они, пожалуй, играют важнейшую роль в эволюции, поставляя для нее львиную долю материала. Все рассмотренные нами до них крупные, революционные перестройки генома на деле оказываются «реакционными». Удвоение хромосомного набора, транслокация, довольно крупная инверсия — все они ограничивают скрещиваемость, ограждая изменившийся организм от других членов популяции «китайской стеной», практически во многих случаях непреодолимой (парадокс Каина!). Даже безобидная инверсия резко ограничивает рекомбинацию, запирая кроссинговер. Точковые мутации не препятствуют рекомбинации, поэтому они легко перераспределяются, тасуясь, как карты.
Механизм генных мутаций до развития молекулярной биологии оставался неизвестным. Говорили, что при них ген изменяет структуру, что в общем-то было тавтологией (напомним, что мутация и означает изменение). Однако незнание механизма отнюдь не мешало постижению этого фактора изменчивости.
Удалось установить, что влияние точковой мутации на развитие фенотипа может быть разным — от едва заметного до смертельного, летального. Организм, гомозиготный по летальному гену, погибает на какой-нибудь из стадий развития. Известно также, что разные гены (локусы гомологичных хромосом) различаются по изменчивости. Одни из них мутируют чаще, другие реже. Возникновение многих мутантов дрозофил и других форм животных и растений наблюдали многократно. Возможны и обратные мутации, когда мутантный ген возвращается к прежнему состоянию, а фенотип — к дикому типу. Это явление называют реверсией. Если реверсии не наблюдается, то скорее всего произошла потеря гена — та же делеция, но в масштабе, недоступном световому микроскопу.
Иногда реверсия бывает ложной. Она имитируется в фенотипе прямой мутацией другого гена (так называемые супрессорные мутации). Любопытно, что порознь обе такие мутации могут быть летальными или же резко снижать жизнеспособность гомозиготного по ним организма. Собравшись в геноме вместе, они не проявляются в фенотипе — восстанавливается дикий тип. Минус на минус дает плюс. Это напоминает двух героев народной сказки, один из которых лишился ног, а другой зрения. Объединив усилия, они разыскали источник живой воды, исцелили свои увечья и восторжествовали над врагами. Эта сказочная ситуация часто реализуется в природе.
Еще более любопытен другой факт. До сих пор мы говорили о генах, представленных не более чем двумя формами — аллелями (например, желтый и зеленый цвет горошин в опытах Менделя). Аллель — слово мужского рода, хотя часто сбиваются и употребляют его в женском. Если вы окажетесь в таком затруднении, вспомните сходное имя (пастушок Лель из «Снегурочки» Островского). Так вот, один и тот же ген может иметь не два, а больше — до нескольких десятков и даже сотен аллельных состояний, изменяясь по-разному. Это явление называется множественным аллелизмом. Все вы, вероятно, видели кроликов различной окраски — черных, белых с черными ушами и лапами и полностью белых с красными глазами (альбиносов). Это все — аллели одного гена.
Другой, более серьезный пример — мутантные аллели гена, отвечающего у человека за одну из реакций с гипоксантином и гуанином. Практически все аллели приводят в гомозиготном состоянии к накоплению в организме мочевой кислоты, но уровень развития болезни разный. Один аллель вызывает лишь подагру, другой — почечнокаменную болезнь. В полной форме еще в детском возрасте возникает тяжелейшее нервное заболевание с параличами и характерными припадками, во время которых больной кусает сам себя (синдром Леша-Нихана). Более известный пример, также из генетики человека, — это так называемые группы крови. Они обусловлены множественными аллелями, из которых шире всего распространены три (так называемая система АВ0, читается А-Б-ноль).
Как мы уже упоминали, стабильность гена хотя и не абсолютна (как думал Вейсман), но весьма высока. У человека в среднем частота мутирования отдельных генов 1:100 000; впрочем, разные авторы называют разные цифры. Но число генов в ядрах клеток настолько велико, что не менее 10 % яйцеклеток и спермиев несет какую-либо вновь возникшую мутацию. Каждый из нас — носитель доброй тысячи мутаций. Почему же изменчивость в природе все же ограничена? Ведь все виды достаточно стабильны и сохраняют, как часто говорят, «дикий тип». Все дело в гетерозиготности: большинство мутантных аллелей рецессивно (вспомните эволюцию доминантности!). Не проявляясь в фенотипе, мутировавший ген может переходить сотни поколений от предков к потомкам, и, лишь встретившись с таким же геном в гомологичной хромосоме, будет обнаружен. Эти процессы имеют важнейшее значение для эволюции, и о них мы будем еще много говорить.
У читателя может сложиться впечатление, что если «запасы изменчивости», накопленные в генофондах и непрерывно пополняемые мутационным процессом, столь велики, то в принципе возможно получение организмов с любым набором признаков.
Однако это далеко не так. Цветоводы с незапамятных времен выводили розы с цветами самой невероятной окраски. Тем не менее, никто не видел синюю розу. Нормальный цвет глаз плодовой мушки — дрозофилы — красновато-коричневый, но генетики вывели мутантные линии с глазами белыми, киноварными, ярко-красными и бурыми. А вот дрозофилу с голубыми или зелеными глазами никто не смог получить — и вряд ли это вообще возможно. Есть признаки для того или иного вида как бы запретные.
И наоборот, уже давно было подмечено, что если какой-либо признак встречается у одной из форм вида, весьма вероятно, что он обнаружится у вида близкородственного. Фигурально выражаясь, ген нельзя уподобить бильярдному шару, который случайно может обратиться к вам любой точкой своей поверхности. Скорее, это монета, которая падает или орлом, или решкой, а в случае множественного аллелизма — игральная кость, выпадающая лишь какой-либо из своих шести граней.
Такие случаи знал уже Дарвин: «…одинаковые признаки время от времени проявляются у некоторых разновидностей или рас, ведущих начало от одного и того же вида и, реже, в потомстве отдаленных видов». В подтверждение этого он ссылался на французского ботаника Ш. Нодэна, обнаружившего параллельную изменчивость у тыквенных, и английского энтомолога Б. Уолша. Впоследствии много подобных фактов обнаружили ботаники (М. Дюваль-Жув и уже известный нам Де Фриз) и палеонтологи (Э. Коп и Г. Осборн). Однако не хватало исследователя с синтетическим складом ума, способного охватить умственным взором (как писал М. В. Ломоносов — «умными очами») все это громадное скопище разрозненных фактов и построить общую теорию.
А теперь перенесемся в 1920 год. Казалось бы, до науки ли тут — но в Саратове собирается III Всероссийский селекционный съезд. После доклада молодого, но уже пользующегося заслуженной известностью генетика Н. И. Вавилова аудитория разражается громом рукоплесканий. И на вопрос — что происходит? — посторонний свидетель слышит ответ — «это биологи приветствуют своего Менделеева».
Сравнение весьма лестное, образное, но обязывающее. Что же сделал Вавилов? Можно ли его труд сравнить с периодической системой Д. И. Менделеева? Попробуем проследить ход мыслей Вавилова, путь, по которому он прошел, когда делал свое открытие.
В начале XX века систематика растений (да и животных) чудовищно осложнилась по сравнению с той, что дал отец систематики Карл Линней в XVIII веке. Линней знал одну пшеницу, одну рожь, один рис. Но линнеевские виды — линнеоны — оказались отнюдь не однородными единицами. Их удалось разделить на сотни и тысячи наследственных форм, причем процесс дробления представлялся явно бесконечным. Дикие, неокультуренные человеком виды не являлись исключением. А. Жордан, например, обыкновенную невзрачную травку — крупку разбил более чем на 200 видов! Такие мини-виды стали в отличие от линнеонов называть жорданонами. Систематики уже захлебывались в океане видов, которые описывали сами.