Казалось бы, инверсии гораздо безобиднее для организма, ибо генетическая информация при них не теряется, а лишь меняется ее расположение (делецию можно сравнить со случаем, когда рассеянный киномеханик забывает показать одну из частей фильма, а инверсию — когда он их перепутывает). Однако из собственного опыта вы знаете, что зрители кричат «сапожники» в обоих случаях. Так и с инверсиями. Они часто в гомозиготном состоянии летальны, то есть, будучи унаследованными от отца и матери, приводят к смерти организма. Такие инверсии обнаруживаются только у гетерозигот, где хотя бы одна хромосома из пары не инвертирована.
Даже сравнительно безобидные инверсии ограничивают комбинаторную изменчивость. Как говорят генетики, они «запирают кроссинговер». Это и понятно: ведь кроссинговер — обмен гомологичными частями хромосом. Если геном не гомозиготен по инверсии, хромосомы обменяются негомологичными частями, и у половых клеток будет двойной набор одних генов и нехватка других, а потому они окажутся нежизнеспособными.
Эволюционная роль инверсий, как и прочих хромосомных перестроек, именно в ограничении рекомбинаций. В результате удачная комбинация генов оказывается изолированной и размноженной. Исследуя наборы хромосом разных видов, цитогенетики могут порой установить, каким путем возникла генетическая изоляция, нескрещиваемость, — путем слияний хромосом или же в результате одной или нескольких инверсий.
Второй тип хромосомных перестроек — транслокации, при которых негомологичные хромосомы обмениваются частями, имеет меньшее значение для эволюции, на что обратил внимание еще Серебровский. Причина ясна: даже если транслокация в гомозиготном состоянии вполне жизнеспособна, гетерозиготы образуют нежизнеспособные гаметы с нехватками генного материала. Размножаемость особей, гетерозиготных по этой мутации, резко падает (до 50 %), и естественный отбор отметает такие формы. А так как вероятность встречи двух животных с одинаковой транслокацией ничтожна, то и случаи «использования» подобных мутаций в эволюционном процессе можно буквально сосчитать по пальцам. Лишь у растений с их способностью к самоопылению и вегетативному размножению транслокация может закрепиться в популяции и дать начало форме, не скрещивающейся с родительской. Такие формы описаны, например, у энотеры, пиона, дурмана. Их гибриды с другими формами стерильны. Некоторые из этих форм-транслокантов энотеры и сбили с толку Де Фриза, решившего, что он наблюдает воочию процесс видообразования. Оказалось, что у энотеры часто все хромосомы транслоцируются одна на другую, образуя при мейозе замкнутое кольцо. В результате возникает множество самоопыляемых рас, нерасщепляющихся и изолированных друг от друга. Формально это, конечно, виды… если признать достаточным критерием вида генетическую обособленность.
Удивительна сложность транслокаций у многих растений. Один из видов энотеры — энотера биеннис имеет два разных хромосомных кольца, получивших специальные названия — рубенс и альбиканс. При мейозе кольца расходятся, но жизнеспособна лишь пыльца с набором рубенс, а женские половые клетки — лишь с набором альбиканс. Оплодотворение восстанавливает двойной набор; естественно, 50 % мужских и женских гамет пропадает зря. Из поколения в поколение гетерозиготность восстанавливается такой сравнительно дорогой ценой; возможность возникновения гомозигот рубенс-рубенс и альбиканс-альбиканс пресечена с самого начала.
У животных дело иное — способны к размножению лишь некоторые транслоканты, у которых половая формула самки хх, а самца — хо. Если аутосома присоединится, как говорят, транслоцируется на половую хромосому, то становится ее частью и возникает нео-у-хромосома. Транслокации между аутосомами у животных, как правило, заканчиваются для потомства фатально. Лишь немногие виды, например, скорпионов смогли приобрести комплексы транслоцированных хромосом, аналогичные тем, что мы наблюдаем у пионов и энотеры.
Это и натолкнуло Серебровского на оригинальную идею нового метода борьбы с вредными насекомыми, который он назвал генетическим.
Генетический метод по-гениальному прост. Нужно вывести в культуре линию насекомых, подлежащих уничтожению, причем линию гомозиготную по транслокации. Если мы выпустим в природу массу самцов транслоцированной линии, они будут скрещиваться с дикими самками; дальнейшее размножение гетерозиготного потомства будет подавлено, так как не менее 40–50 % эмбрионов отмирают уже на ранних стадиях. Серебровский четко указал условия, повышающие эффективность метода:
1) самцов-транслокантов надо выпускать в самом начале периода размножения, когда численность популяции вредителя невелика;
2) наибольший эффект дадут линии, гомозиготные не по одной, а по нескольким транслокациям. Их легче получить для видов, геном которых состоит из многих хромосом. Если же геномы вредителей малохромосомны (как у мух и комаров), можно выпускать в природу сразу несколько транслоцированных линий.
Не ограничившись теорией, Серебровский приступил к выведению линий-транслокантов комнатной мухи и амбарного долгоносика. Нам сейчас, пожалуй, трудно оценить всю смелость подобного шага — во все времена вредителей полагалось уничтожать, а не разводить, чтобы потом выпустить в природу. Однако ни смелости, ни находчивости Серебровскому не нужно было занимать. Ведь не кто иной, как он вывез в 1927 году из Германии новую породу кроликов способом, который не пришел бы в голову самому искушенному контрабандисту. В то время высоко (до 200 марок за самку с приплодом) ценилась порода кроликов реке с «плюшевым» мехом. Желая сэкономить государству валютные средства, Серебровский привез из Германии пару метисов, имевших самый беспородный вид и ничего не стоивших. Но эти метисы были гетерозиготами — носителями рецессивной мутации реке. Уже в первом поколении выщепилось 2 рекса, в третьем эта мутация была уже размножена и пошла в производство.
К сожалению, разработка генетического метода с 1948 года была прервана; к тому же в эти годы шло повальное увлечение ДДТ и прочими инсектицидами. Химические методы борьбы казались самыми простыми и дешевыми; однако они уничтожали все живое чересчур прямолинейно, хочется сказать — по-скалозубовски («Уж коли зло пресечь…»). После того, как было установлено, что на одного вредителя, уничтоженного инсектицидами, приходится десять полезных насекомых, а ДДТ обнаружили не только в молоке кормящих матерей, но и в яйцах антарктических пингвинов, о генетическом методе вспомнили. Многих энтомологов-практиков пленила его абсолютная безопасность и четкая направленность действия. В самом деле: он касается только объекта, против которого разработан. За рубежом быстро перевели статью Серебровского, и она стала настольной для целой армии исследователей. Быстрому распространению метода помогли и новые источники мутагенного излучения — ядерные реакторы и поставляемые ими изотопы. Выращенных в лаборатории самцов-вредителей облучали дозой, вызывающей множественные хромосомные мутации в ядрах спермиев, а затем рассеивали с самолетов. Результаты были великолепными.
Таким способом в 1954 году уничтожили муху, откладывающую яички в раны домашнего скота, сначала на острове Кюрасао в Карибском море, а потом и в ряде североамериканских штатов. С тех пор список побед генетического метода многократно умножился, и сам он значительно усовершенствован. Стерильных самцов, например, обрабатывают половыми запаховыми веществами (феромонами), делающими их неотразимыми для диких самок. Другой путь — выведение в лаборатории рас, имеющих в геноме доминантные гены с летальным эффектом. Для хлопкового долгоносика получена, к примеру, раса с геном, блокирующим период зимнего покоя (диапаузу). В лаборатории она, разумеется, может разводиться бесконечно. Но гибриды ее с дикой расой в природе осенью вымерзают.
Вся история генетического метода — наглядное доказательство того, что наиболее отвлеченные, самые теоретические изыскания лучше служат практике, чем деляческий практицизм. Ведь все началось с того, что Серебровский в 1929 году задумался: почему инверсии в эволюции закрепляются неизмеримо чаще транслокаций? Одни выгоды от генетического метода борьбы с вредителями стократно окупают все расходы по изучению той же эволюции. К тому же мы попутно перестаем отравлять природу и самих себя инсектицидами, а впереди открываются еще более заманчивые перспективы направленной перестройки природы.
