Страница:
А сетчатое видообразование принципиально иное. Если его изобразить на плоскости, вы получите сетчатую картину. Поскольку происходит гибридизация, происходит слияние линий, или, как говорят биологи-эволюционисты, слияние филумов, то получаются сети. Мы потом картинку покажем.
Так вот, сетчатое видообразование состоит из нескольких этапов. Первый этап – это образование диплоидных однополых форм. Второй этап – это образование триплоидных однополых форм, как я уже говорил, путём последовательной гибридизации. И до недавнего времени предполагалось, что таким образом возникают тетраплоидные формы, причём у этих тетраплоидных форм, поскольку достигается опять чётно-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 видообразования: от бисексуальных диплоидных видов, обычных диплоидных видов, через однополое размножение или клональное размножение и полиплоидию, к полиплоидным, чётно-полиплоидным бисексуальным видам.
А.Г. Которые в свою очередь могут принимать участие в дальнейшей гибридизации, если они находятся в том же самом водоёме.
В.В. Вы правы. Между прочим, есть ситуации, которые только так и можно объяснить, об этом немножко попозже поговорим.
Что нужно было для того, чтобы доказать реальность полного цикла сетчатого видообразования, а в данном случае реальность последнего этапа сетчатого видообразования? Ну, совсем немножко. Хорошо бы было, скажем, найти такой комплекс, который включал, кроме обычных диплоидных бисексуальных видов, триплоидную форму (клональную триплоидную форму) и тетраплоидную форму. Причём тетраплоидная форма должна была бы быть представлена, как самками, так и самцами. В данном случае нам повезло: такой комплекс мы обнаружили здесь, рядом, в Москва-реке, под Звенигородом. Это было в 81-м году. И мы показали, что последний этап сетчатого видообразования реален и таким образом могут возникать уже полиплоидные бисексуальные виды.
А.Г. На каком объекте вы это смотрели?
В.В. Я Кате сейчас передам слово, она об этом расскажет.
Е.В. Вот видите, вот эта маленькая рыбка. Это очень маленькие рыбки, они длиной где-то 10-12 сантиметров, всего-навсего. Они ловятся у дна, в ил прячутся, закапываются в песок. И вот эти мелкие рыбки, – они обычно не представляют интереса для рыболовов, понятно, разве только как наживка. Они очень широко распространены в Евразии и немного в Африке, на севере Африки. Они представлены многочисленными видами. У этих рыб-щиповок есть много народных названий, потому что у них есть такие колючки под глазом, они колются. Поэтому их называют иногда колючками, и щиповка тоже от этого, потому что они колются, когда их ловят, как бы щиплются.
Этот комплекс мы обнаружили в Москва-реке, совсем недалеко, под Звенигородом. Там рядом наша биостанция биофака, где начинались работы, там и был обнаружен комплекс, который включает два диплоидных бисексуальных вида. Один вид – это обыкновенная щиповка – «кобитис тения», распространённая в Европе и не заходящая в Сибирь дальше. И вторая – сибирская щиповка, которая очень широко распространена и в бассейне Волги, и в Казахстане, и вплоть до Дальнего Востока, и в Японии, и в Корее.
А.Г. А морфологические различия большие?
Е.В. Морфологические различия нам тогда и удалось найти, потому что сначала считалось, что вообще существует один вид щиповок – «кобитис тения», и больше других видов не существует.
В.В. Несмотря на то, что там проходит практика студентов, и студентов-биологов водят по этим местам, они ловят рыбок, но считалось, что это один вид.
Е.В. Да, и считалось очень долго.
В.В. Десятилетиями считалось.
Е.В. Да, десятилетиями. Почти сто лет, наверное, с тех пор как Линней их описал, так и считалась, что существует одна «кобитис тения».
И вот когда мы начали эти исследования наши, тогда 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 небольшая пластиночка у основания грудного плавника. И вот по форме этой пластиночки, эти виды «кобитис тения» и «кобитис меланолеука», так называемая сибирская щиповка, они очень хорошо отличаются. Есть и другие признаки, которые позволяют их дифференцировать. Помимо этих двух диплоидных бисексуальных видов в том комплексе, который мы нашли в Москва-реке, присутствует также триплоидная форма щиповки 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 показатель: поскольку у полиплоидных форм клетки несколько крупнее (и вообще, рыбы полиплоидной формы, они несколько крупнее, чем диплоидные виды), то их ещё можно дифференцировать на основе размеров ядер эритроцитов. Это тоже хорошие различия, которые позволяют дифференцировать формы с разной плоидностью.
Покажите, пожалуйста, следующую картинку. Как показали наши исследования – кариологические, электрофоретические, – триплоидная форма, которая обитает 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 такого вида пока ещё не было. Возможно, этот вид в настоящее 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 диплоидная форма, но это гипотетическая форма. В настоящее время в комплексе такой формы нет. В отличие от ящериц «лацерта», которых мы вам показывали, скальных ящериц, у которых существуют как раз диплоидные гибридные формы. В нашем комплексе диплоидной формы нет. По-видимому, это свидетельствует 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», образуется триплоидная форма. Теперь покажите нам, пожалуйста, следующую картинку.
А.Г. Как же долго может в популяции находиться этот набор, если вид уже исчез давно?
Е.В. Триплоидная форма, значит, возникла уже очень давно, и он, тем не менее, сохраняется.
В.В. Это вообще парадоксальная ситуация. Может быть, вида нет, того вида, который принимал участие в гибридизации, если гибридизация давно имела место. Он, может быть, вообще исчез, его нет как такового в настоящий момент времени, а геном его есть, он сохранился в рамках триплоидной однополой формы, или, может быть, диплоидной однополой формы.
Е.В. Это опять же специфика однополового размножения, потому что рекомбинации нет.
В.В. Я здесь ещё одну вещь добавлю. Видите, в одном комплексе – диплоидные бисексуальные виды, диплоидные клональные виды, триплоидные клональные 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. Сейчас, после нас уже, обнаружили диплоидно-полиплоидные комплексы, или клонально-бисексуальные комплексы этих же рыб рода «кобитис» в Европе. Причём оказалось, что они очень широко распространены в Германии, в Польше, Чехии – это бассейн Дуная, бассейны рек северных морей. И там в некоторых местах есть и диплоидные клональные формы, которые имеют гибридное происхождение.
Е.В. Но это единичные случаи.
В.В. Но тогда тетраплоидных почти нет. Получается так, что вместить весь комплекс в одно место не получается.
А.Г. Не получается из-за давления отбора или здесь какие-то другие механизмы?
Е.В. Ресурсов не хватает.
В.В. Ресурсов не хватает, но об этом немножко позже поговорим.
Е.В. Мы начали и не закончили нашу цепь, которая здесь, в этом комплексе представлена, – здесь две тетраплоидные формы, как мы уже говорили. Эти тетраплоидные формы, согласно данным кариологии и электрофоретического анализа, возникли следующим образом. Они возникли при гибридизации триплоидной формы, которая даёт нередуцированную триплоидную яйцеклетку. Одна форма возникла при гибридизации этой триплоидной формы с видом сибирская щиповка «кобитис меланолеука», и эта форма представлена только самками. И вторая форма возникла в результате гибридизации триплоидной формы с самцами «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 пола. И при этом самцов тут достаточно много. Если в Западной Европе иногда встречаются единичные особи, то здесь соотношение полов примерно один к одному.
Когда мы начали проводить эксперименты, нас интересовало, естественно, каким способом размножаются наши клональные формы. Мы ставили опыты по скрещиваниям, и оказалось, что триплоидые формы размножаются с помощью гиногенеза, а самцы тетраплоидной формы способны тоже стимулировать гиногенетическое развитие. Хотя их спермий, он, конечно, несколько ниже качеством. Когда визуально оценивается качество спермы, способна ли она к какому-то оплодотворению, то внешне в световом микроскопе сперматозоиды выглядят совершенно неподвижными. То есть там единичное количество нормальных сперматозоидов.
И когда мы делали анализ электронной и сканирующей микроскопии, то нормальных, типичных клеток со жгутиками тоже не было обнаружено. Поэтому, казалось бы, вот вроде бы и всё – и так, и так они не годятся. Но, тем не менее, при скрещивании идёт гиногенетическое развитие. И что самое интересное, в прошлом году мы проводили разные экспериментальные скрещивания и получили удивительное потомство – мы получили потомство от сибирской щиповки, которая не размножается с помощью гиногенеза. Поэтому у неё гиногенеза быть не может. Но мы получили потомство от самки сибирской щиповки и от самца тетраплоидной формы. То есть выходит, что мы получили истинное оплодотворение. Эти маленькие личинки у нас до сих пор плавают в аквариуме, просто мы были так заняты, что не смогли провести кариологический анализ до конца.
В.В. То есть тетраплоидные самцы могут продуцировать генетически полноценную сперму.
Е.В. Цепь замкнулась – по сути дела, мы уже сейчас на подходе к тому, что, в принципе, их можно считать бисексуальными видами, эту тетраплоидную форму.
А.Г. То, что у вас плавает сейчас в аквариуме, это новый вид или нет?
Е.В. Это будет просто гибридная полиплоидная форма. Видом это нельзя назвать, это просто случайный момент скрещивания.
А.Г. А каковы должны быть всё-таки условия для видообразования, с тем, чтобы вид выделился в бисексуальную форму и продолжал своё существование уже без вмешательства самцов, скажем так?
Е.В. Он для начала должен быть репродуктивно изолирован от всех остальных, которые там плавают. Если наши клональные формы действительно соответствуют требованиям вида: они репродуктивно изолированы от своих родительских форм, потому что те только стимулируют гиногенетическое развитие…
А.Г. Но не участвуют…
Е.В. Да, но они не участвуют. Поэтому эти клоны могут существовать. И если достаточно долго существует клон, вот как у нас триплоидная форма, тогда мы можем говорить о том, что это действительно клональный вид. И, собственно говоря, партеногенетические ящерицы, они очень многие и были описаны как виды. «Пецилия формоза», клональная форма, была описана как вид, настолько были выражены уже и морфологические различия.
В.В. Кстати, не только будучи пространственно изолированными. 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 концов. Вот такие ситуации могут быть.
Е.В. Вот эта сеточка, видите. Когда все этапы собираются вместе, здесь и получается такая сетка. Почему это видообразование и называется сетчатым.
В.В. 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, однако, имеют полиплоидное происхождение. Среди рыб всем известные лососёвые имеют тетраплоидное происхождение; предположительно все они ведут своё начало от одного тетраплоидного предка. Некоторые виды карповых – целое семейство, так называемые чекучановые, близкие к карповым, – тоже имеют тетраплоидное 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 приблизительно в два раза больше – 240 хромосом. Есть разные мнения: одни учёные предполагают, что 120-хромосомные – это диплоидные, а 240-хромосомные – это тетраплоидные. По другому мнению, 120-хромосомные 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 советские времена, когда не хотели экспортировать посадочный материал – молодь осетровых для выращивания в прудах – в какие-то зарубежные страны, боялись, что мы потеряем монополию. Сейчас ситуация в этом смысле изменилась. И я предложил: в чём проблема, давайте скрестим многохромосомных и малохромосомных, получим заведомо триплоидных и заведомо стерильных. И быстренько за год разработали методику, инструкцию написали, и одно время выдавали лицензию только на этих триплоидных по происхождению гибридов.
Существует несколько, я бы даже сказал множество предположений о том, каким образом могли возникнуть полиплоидные формы рыб и амфибий. Но из всех реальных способов единственным способом, который подтверждается фактически, и можно сказать, является доказанным, является способ, связанный с сетчатым видообразованием. Я в своё время даже статью по этому поводу написал, объясняя ситуацию с осетровыми, с их эволюцией.
Там две хромосомные группы, 120 и 240, как я говорил, но по количеству ДНК на клетку большой разброс. Так вот, если использовать сетчатое видообразование для объяснения такой ситуации, то это объясняет, 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, автополиплоидизация (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.
А.Г. У меня вопрос, может быть, диковатый, но вы с этого начали, что раньше никто не предполагал у позвоночных подобного вида размножения. Биологи интересовались птицами, скажем, в этом смысле?
В.В. Тут немножко другая ситуация. Мы говорим о естественных клональных видах, партеногенетических и гиногенетических. Есть эксперимент на птицах, у которых был искусственно получен партеногенез – у индюшек. Причём эксперимент так проводился. Сидели индюшки в клетках, и выпускали вдоль клеток выгуливаться такого представительного индюка. И, вероятно, 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.
Е.В. И, более того, дело в том, что при клональном разножении, вы же видите, репродуцируются самки, там идёт развитие за счёт одного генома самки. У млекопитающих за счёт генома либо матери, либо отца (только одного из них) развитие не происходит – до 10-ти дней идёт развитие, а дальше всё прекращается. Поэтому у млекопитающих ни партеногенетические формы не известны, ни, соответственно, все эти…
А.Г. То есть существует механизм, который прерывает развитие.
Е.В. У высокоорганизованных животных очень сильна дифференциация хромосом.
В.В. Я думаю, что ещё надо поговорить вот о чём. Дело в том, что те механизмы, которые наблюдаются в природе – механизмы клональности, схема сетчатого видообразования, – были использованы в практике для разных целей. И одна из целей была не практическая, а, скажем так, теоретическая, но при этом были получены очень важные практические результаты. Таких работ сейчас довольно много, это касается искусственной гибридизации.
И оказалось, что многие искусственные гибриды продуцируют нередуцированные яйцеклетки. Если эти яйцеклетки оплодотворяются спермой исходного вида, то получаются триплоиды. Но это только фрагментарные работы. А есть одно исследование, в котором сделана попытка воспроизвести всю схему сетчатого видообразования в эксперименте. Такая попытка была сделана в нашем Институте прудово-рыбного хозяйства под руководством Нины Борисовны Черфас, там участвовало несколько человек, в этом исследовании. И вот что оказалось. Исследование проводилось на карпе и карасе. Получали гибриды между карпом и серебряным карасём. Понятно, использовалась не та клональная форма карася, о которой мы говорили, а нормальная диплоидная бисексуальная. Так вот, диплоидные карасе-карповые гибриды первого поколения, как их называют, продуцировали нередуцированные яйцеклетки. Но таких яйцеклеток было очень мало, приблизительно 10 процентов, остальные яйцеклетки были генетически не сбалансированы, они были анеуплоидные. То есть содержали набор хромосом, некратный гаплоидному. Но 10 процентов были нередуцированные.
Далее. Авторы исследований, как они обозначили этот процесс, производили восстановление репродуктивной 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 стимулировать развитие яйцеклетки, но ядро убито и истинного оплодотворения нет. Эти яйцеклетки под воздействием таких спермиев развивались, получалось следующее, уже второе поколение. Во втором поколении самки продуцировали уже больший процент нередуцированных яйцеклеток. И в третьем поколении самки продуцировали практически сто процентов нередуцированных яйцеклеток. Все яйцеклетки были генетически соответственно сбалансированы, и их было сто процентов. Это промежуточный результат данной работы по воспроизведению полной схемы сетчатого видообразования. Но что такое восстановление репродуктивной функции таким способом? Это клонирование, причём массовое клонирование, поскольку получаемое потомство генетически идентично матери.
А.Г. Ну вот видите, здесь же не возникает проблемы с клонами, как в случае с овечкой Долли и с другими, – потомство развивается нормально.
В.В. Там принципиально иной метод.
Е.В. Здесь же естественный процесс дублируется.
В.В. Там берут клетку донора, а поскольку эта клетка прошла через онтогенез, это дифференцированная клетка, то там могут накапливаться мутации и так далее. Ну, а потом это манипуляции, процент успеха на самом деле маленький. А здесь практически путём клонирования они восстановили репродуктивную функцию до ста процентов. Затем этих диплоидов 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 нередуцированные яйцеклетки спермием с убитым ядром. Пропустили опять через три поколения, опять клонировали и на третьем поколении получили результат – 50 процентов. Триплоиды продуцировали не 2 процента, как первоначально, 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 получены важные промежуточные результаты. Во-первых, они клонировали, причём это было массовое клонирование, и, во-вторых, это был путь экспериментального получения триплоидов.
А.Г. Фантастика.
В.В. Мы на экологии, наверное, не будем останавливаться, мало времени осталось. Но помимо того, что так можно получать полиплоидов, это – один из способов массового клонирования. Где это ещё может применяться? Например, в аквакультуре, когда речь идёт о выращивании трансгенных рыб. Ведь с трансгенными рыбами большая проблема. Дело в том, что многие общественные организации, научные организации, учёные выступают против, аргументируя это тем, что рано или поздно из искусственных водоёмов эти организмы попадут во внешнюю среду с непредсказуемыми последствиями. Но, используя, скажем, метод массового клонирования, вы можете управлять, что называется, размножением, вы можете получать искусственных индуцированных триплоидов, но получать немножко по-другому, не так, как в эксперименте, о котором я говорил, а немножко по-другому, но сейчас нет времени для того, чтобы об этом подробнее рассказать. А ведь можно управлять полом, скажем, получать однополое женское потомство, которое если оно попадает во внешнюю среду и если объект разводится вне рамок своего естественного ареала, то размножаться не будет и через какое-то время исчезнет.
А.Г. Да, самцов-то нет…
В.В. Самцов нет, да. В общем, эта проблема с помощью такого массового клонирования и управления полом может быть решена.
А.Г. Ещё один вопрос у меня. Возможно ли опять-таки экспериментальным путём (очень меня заинтриговал тот исчезнувший вид, который вы пометили Х) восстановить вид, который сам давным-давно исчез, но геном которого сохраняется в популяции?
В.В. Я думаю, что можно это сделать экспериментально, на картинках мы это делали. Скажем, хромосомный набор триплоидной формы – мы знаем, что одна 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 хромосом…
А.Г. Исходного вида, который не сохранился.
В.В. Да, да, у нас на картинке есть кариотип того вида, которого нет.
Е.В. Но выборочно извлекать отдельные хромосомы, как вы понимаете…
В.В. Да, выборочно извлекать хромосомы, это проблема.
Е.В. 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 реконструированных 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, извлекать это ядро, на млекопитающих это делается.
В.В. Вообще, история манипулирования с половыми продуктами позвоночных животных довольно длинная. 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…
Экономическое пространство будущего
Участники:
Артоболевский Сергей Сергеевич – доктор географических наук, профессор, заведующий отделом экономической и социальной географии Института географии РАН
Трейвиш Андрей Ильич – кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Института географии РАН
Александр Гордон: Какая Россия? Тут кто-то из моих приятелей в недавнем разговоре (мы, как водится, говорили о России) сказал: «Какая Россия? Выключи телевизор, какая Россия?» Вот я сейчас живу за городом, я выключаю телевизор и – какая Россия? Эти соседи, может быть, в мае приедут, того я просто плохо знаю, какая Россия?… А добраться до того места, которое тоже значимо и дорого, ну, это 4 часа, если есть дорога, а если нет, то и весь день, и вот вся Россия, она в этих трех точках. И это при том, что сейчас всё-таки есть железные дороги, есть самолёты у нас и они худо-бедно, но летают, есть автомобили, на которых куда-то можно пробраться. Так вот, с точки зрения этого пространства необъятного, что такое Россия вчера, сегодня, а, может быть, и завтра?
Так вот, сетчатое видообразование состоит из нескольких этапов. Первый этап – это образование диплоидных однополых форм. Второй этап – это образование триплоидных однополых форм, как я уже говорил, путём последовательной гибридизации. И до недавнего времени предполагалось, что таким образом возникают тетраплоидные формы, причём у этих тетраплоидных форм, поскольку достигается опять чётно-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 видообразования: от бисексуальных диплоидных видов, обычных диплоидных видов, через однополое размножение или клональное размножение и полиплоидию, к полиплоидным, чётно-полиплоидным бисексуальным видам.
А.Г. Которые в свою очередь могут принимать участие в дальнейшей гибридизации, если они находятся в том же самом водоёме.
В.В. Вы правы. Между прочим, есть ситуации, которые только так и можно объяснить, об этом немножко попозже поговорим.
Что нужно было для того, чтобы доказать реальность полного цикла сетчатого видообразования, а в данном случае реальность последнего этапа сетчатого видообразования? Ну, совсем немножко. Хорошо бы было, скажем, найти такой комплекс, который включал, кроме обычных диплоидных бисексуальных видов, триплоидную форму (клональную триплоидную форму) и тетраплоидную форму. Причём тетраплоидная форма должна была бы быть представлена, как самками, так и самцами. В данном случае нам повезло: такой комплекс мы обнаружили здесь, рядом, в Москва-реке, под Звенигородом. Это было в 81-м году. И мы показали, что последний этап сетчатого видообразования реален и таким образом могут возникать уже полиплоидные бисексуальные виды.
А.Г. На каком объекте вы это смотрели?
В.В. Я Кате сейчас передам слово, она об этом расскажет.
Е.В. Вот видите, вот эта маленькая рыбка. Это очень маленькие рыбки, они длиной где-то 10-12 сантиметров, всего-навсего. Они ловятся у дна, в ил прячутся, закапываются в песок. И вот эти мелкие рыбки, – они обычно не представляют интереса для рыболовов, понятно, разве только как наживка. Они очень широко распространены в Евразии и немного в Африке, на севере Африки. Они представлены многочисленными видами. У этих рыб-щиповок есть много народных названий, потому что у них есть такие колючки под глазом, они колются. Поэтому их называют иногда колючками, и щиповка тоже от этого, потому что они колются, когда их ловят, как бы щиплются.
Этот комплекс мы обнаружили в Москва-реке, совсем недалеко, под Звенигородом. Там рядом наша биостанция биофака, где начинались работы, там и был обнаружен комплекс, который включает два диплоидных бисексуальных вида. Один вид – это обыкновенная щиповка – «кобитис тения», распространённая в Европе и не заходящая в Сибирь дальше. И вторая – сибирская щиповка, которая очень широко распространена и в бассейне Волги, и в Казахстане, и вплоть до Дальнего Востока, и в Японии, и в Корее.
А.Г. А морфологические различия большие?
Е.В. Морфологические различия нам тогда и удалось найти, потому что сначала считалось, что вообще существует один вид щиповок – «кобитис тения», и больше других видов не существует.
В.В. Несмотря на то, что там проходит практика студентов, и студентов-биологов водят по этим местам, они ловят рыбок, но считалось, что это один вид.
Е.В. Да, и считалось очень долго.
В.В. Десятилетиями считалось.
Е.В. Да, десятилетиями. Почти сто лет, наверное, с тех пор как Линней их описал, так и считалась, что существует одна «кобитис тения».
И вот когда мы начали эти исследования наши, тогда 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 небольшая пластиночка у основания грудного плавника. И вот по форме этой пластиночки, эти виды «кобитис тения» и «кобитис меланолеука», так называемая сибирская щиповка, они очень хорошо отличаются. Есть и другие признаки, которые позволяют их дифференцировать. Помимо этих двух диплоидных бисексуальных видов в том комплексе, который мы нашли в Москва-реке, присутствует также триплоидная форма щиповки 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 показатель: поскольку у полиплоидных форм клетки несколько крупнее (и вообще, рыбы полиплоидной формы, они несколько крупнее, чем диплоидные виды), то их ещё можно дифференцировать на основе размеров ядер эритроцитов. Это тоже хорошие различия, которые позволяют дифференцировать формы с разной плоидностью.
Покажите, пожалуйста, следующую картинку. Как показали наши исследования – кариологические, электрофоретические, – триплоидная форма, которая обитает 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 такого вида пока ещё не было. Возможно, этот вид в настоящее 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 диплоидная форма, но это гипотетическая форма. В настоящее время в комплексе такой формы нет. В отличие от ящериц «лацерта», которых мы вам показывали, скальных ящериц, у которых существуют как раз диплоидные гибридные формы. В нашем комплексе диплоидной формы нет. По-видимому, это свидетельствует 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», образуется триплоидная форма. Теперь покажите нам, пожалуйста, следующую картинку.
А.Г. Как же долго может в популяции находиться этот набор, если вид уже исчез давно?
Е.В. Триплоидная форма, значит, возникла уже очень давно, и он, тем не менее, сохраняется.
В.В. Это вообще парадоксальная ситуация. Может быть, вида нет, того вида, который принимал участие в гибридизации, если гибридизация давно имела место. Он, может быть, вообще исчез, его нет как такового в настоящий момент времени, а геном его есть, он сохранился в рамках триплоидной однополой формы, или, может быть, диплоидной однополой формы.
Е.В. Это опять же специфика однополового размножения, потому что рекомбинации нет.
В.В. Я здесь ещё одну вещь добавлю. Видите, в одном комплексе – диплоидные бисексуальные виды, диплоидные клональные виды, триплоидные клональные 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. Сейчас, после нас уже, обнаружили диплоидно-полиплоидные комплексы, или клонально-бисексуальные комплексы этих же рыб рода «кобитис» в Европе. Причём оказалось, что они очень широко распространены в Германии, в Польше, Чехии – это бассейн Дуная, бассейны рек северных морей. И там в некоторых местах есть и диплоидные клональные формы, которые имеют гибридное происхождение.
Е.В. Но это единичные случаи.
В.В. Но тогда тетраплоидных почти нет. Получается так, что вместить весь комплекс в одно место не получается.
А.Г. Не получается из-за давления отбора или здесь какие-то другие механизмы?
Е.В. Ресурсов не хватает.
В.В. Ресурсов не хватает, но об этом немножко позже поговорим.
Е.В. Мы начали и не закончили нашу цепь, которая здесь, в этом комплексе представлена, – здесь две тетраплоидные формы, как мы уже говорили. Эти тетраплоидные формы, согласно данным кариологии и электрофоретического анализа, возникли следующим образом. Они возникли при гибридизации триплоидной формы, которая даёт нередуцированную триплоидную яйцеклетку. Одна форма возникла при гибридизации этой триплоидной формы с видом сибирская щиповка «кобитис меланолеука», и эта форма представлена только самками. И вторая форма возникла в результате гибридизации триплоидной формы с самцами «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 пола. И при этом самцов тут достаточно много. Если в Западной Европе иногда встречаются единичные особи, то здесь соотношение полов примерно один к одному.
Когда мы начали проводить эксперименты, нас интересовало, естественно, каким способом размножаются наши клональные формы. Мы ставили опыты по скрещиваниям, и оказалось, что триплоидые формы размножаются с помощью гиногенеза, а самцы тетраплоидной формы способны тоже стимулировать гиногенетическое развитие. Хотя их спермий, он, конечно, несколько ниже качеством. Когда визуально оценивается качество спермы, способна ли она к какому-то оплодотворению, то внешне в световом микроскопе сперматозоиды выглядят совершенно неподвижными. То есть там единичное количество нормальных сперматозоидов.
И когда мы делали анализ электронной и сканирующей микроскопии, то нормальных, типичных клеток со жгутиками тоже не было обнаружено. Поэтому, казалось бы, вот вроде бы и всё – и так, и так они не годятся. Но, тем не менее, при скрещивании идёт гиногенетическое развитие. И что самое интересное, в прошлом году мы проводили разные экспериментальные скрещивания и получили удивительное потомство – мы получили потомство от сибирской щиповки, которая не размножается с помощью гиногенеза. Поэтому у неё гиногенеза быть не может. Но мы получили потомство от самки сибирской щиповки и от самца тетраплоидной формы. То есть выходит, что мы получили истинное оплодотворение. Эти маленькие личинки у нас до сих пор плавают в аквариуме, просто мы были так заняты, что не смогли провести кариологический анализ до конца.
В.В. То есть тетраплоидные самцы могут продуцировать генетически полноценную сперму.
Е.В. Цепь замкнулась – по сути дела, мы уже сейчас на подходе к тому, что, в принципе, их можно считать бисексуальными видами, эту тетраплоидную форму.
А.Г. То, что у вас плавает сейчас в аквариуме, это новый вид или нет?
Е.В. Это будет просто гибридная полиплоидная форма. Видом это нельзя назвать, это просто случайный момент скрещивания.
А.Г. А каковы должны быть всё-таки условия для видообразования, с тем, чтобы вид выделился в бисексуальную форму и продолжал своё существование уже без вмешательства самцов, скажем так?
Е.В. Он для начала должен быть репродуктивно изолирован от всех остальных, которые там плавают. Если наши клональные формы действительно соответствуют требованиям вида: они репродуктивно изолированы от своих родительских форм, потому что те только стимулируют гиногенетическое развитие…
А.Г. Но не участвуют…
Е.В. Да, но они не участвуют. Поэтому эти клоны могут существовать. И если достаточно долго существует клон, вот как у нас триплоидная форма, тогда мы можем говорить о том, что это действительно клональный вид. И, собственно говоря, партеногенетические ящерицы, они очень многие и были описаны как виды. «Пецилия формоза», клональная форма, была описана как вид, настолько были выражены уже и морфологические различия.
В.В. Кстати, не только будучи пространственно изолированными. 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 концов. Вот такие ситуации могут быть.
Е.В. Вот эта сеточка, видите. Когда все этапы собираются вместе, здесь и получается такая сетка. Почему это видообразование и называется сетчатым.
В.В. 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, однако, имеют полиплоидное происхождение. Среди рыб всем известные лососёвые имеют тетраплоидное происхождение; предположительно все они ведут своё начало от одного тетраплоидного предка. Некоторые виды карповых – целое семейство, так называемые чекучановые, близкие к карповым, – тоже имеют тетраплоидное 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 приблизительно в два раза больше – 240 хромосом. Есть разные мнения: одни учёные предполагают, что 120-хромосомные – это диплоидные, а 240-хромосомные – это тетраплоидные. По другому мнению, 120-хромосомные 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 советские времена, когда не хотели экспортировать посадочный материал – молодь осетровых для выращивания в прудах – в какие-то зарубежные страны, боялись, что мы потеряем монополию. Сейчас ситуация в этом смысле изменилась. И я предложил: в чём проблема, давайте скрестим многохромосомных и малохромосомных, получим заведомо триплоидных и заведомо стерильных. И быстренько за год разработали методику, инструкцию написали, и одно время выдавали лицензию только на этих триплоидных по происхождению гибридов.
Существует несколько, я бы даже сказал множество предположений о том, каким образом могли возникнуть полиплоидные формы рыб и амфибий. Но из всех реальных способов единственным способом, который подтверждается фактически, и можно сказать, является доказанным, является способ, связанный с сетчатым видообразованием. Я в своё время даже статью по этому поводу написал, объясняя ситуацию с осетровыми, с их эволюцией.
Там две хромосомные группы, 120 и 240, как я говорил, но по количеству ДНК на клетку большой разброс. Так вот, если использовать сетчатое видообразование для объяснения такой ситуации, то это объясняет, 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, автополиплоидизация (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.
А.Г. У меня вопрос, может быть, диковатый, но вы с этого начали, что раньше никто не предполагал у позвоночных подобного вида размножения. Биологи интересовались птицами, скажем, в этом смысле?
В.В. Тут немножко другая ситуация. Мы говорим о естественных клональных видах, партеногенетических и гиногенетических. Есть эксперимент на птицах, у которых был искусственно получен партеногенез – у индюшек. Причём эксперимент так проводился. Сидели индюшки в клетках, и выпускали вдоль клеток выгуливаться такого представительного индюка. И, вероятно, 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.
Е.В. И, более того, дело в том, что при клональном разножении, вы же видите, репродуцируются самки, там идёт развитие за счёт одного генома самки. У млекопитающих за счёт генома либо матери, либо отца (только одного из них) развитие не происходит – до 10-ти дней идёт развитие, а дальше всё прекращается. Поэтому у млекопитающих ни партеногенетические формы не известны, ни, соответственно, все эти…
А.Г. То есть существует механизм, который прерывает развитие.
Е.В. У высокоорганизованных животных очень сильна дифференциация хромосом.
В.В. Я думаю, что ещё надо поговорить вот о чём. Дело в том, что те механизмы, которые наблюдаются в природе – механизмы клональности, схема сетчатого видообразования, – были использованы в практике для разных целей. И одна из целей была не практическая, а, скажем так, теоретическая, но при этом были получены очень важные практические результаты. Таких работ сейчас довольно много, это касается искусственной гибридизации.
И оказалось, что многие искусственные гибриды продуцируют нередуцированные яйцеклетки. Если эти яйцеклетки оплодотворяются спермой исходного вида, то получаются триплоиды. Но это только фрагментарные работы. А есть одно исследование, в котором сделана попытка воспроизвести всю схему сетчатого видообразования в эксперименте. Такая попытка была сделана в нашем Институте прудово-рыбного хозяйства под руководством Нины Борисовны Черфас, там участвовало несколько человек, в этом исследовании. И вот что оказалось. Исследование проводилось на карпе и карасе. Получали гибриды между карпом и серебряным карасём. Понятно, использовалась не та клональная форма карася, о которой мы говорили, а нормальная диплоидная бисексуальная. Так вот, диплоидные карасе-карповые гибриды первого поколения, как их называют, продуцировали нередуцированные яйцеклетки. Но таких яйцеклеток было очень мало, приблизительно 10 процентов, остальные яйцеклетки были генетически не сбалансированы, они были анеуплоидные. То есть содержали набор хромосом, некратный гаплоидному. Но 10 процентов были нередуцированные.
Далее. Авторы исследований, как они обозначили этот процесс, производили восстановление репродуктивной 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 стимулировать развитие яйцеклетки, но ядро убито и истинного оплодотворения нет. Эти яйцеклетки под воздействием таких спермиев развивались, получалось следующее, уже второе поколение. Во втором поколении самки продуцировали уже больший процент нередуцированных яйцеклеток. И в третьем поколении самки продуцировали практически сто процентов нередуцированных яйцеклеток. Все яйцеклетки были генетически соответственно сбалансированы, и их было сто процентов. Это промежуточный результат данной работы по воспроизведению полной схемы сетчатого видообразования. Но что такое восстановление репродуктивной функции таким способом? Это клонирование, причём массовое клонирование, поскольку получаемое потомство генетически идентично матери.
А.Г. Ну вот видите, здесь же не возникает проблемы с клонами, как в случае с овечкой Долли и с другими, – потомство развивается нормально.
В.В. Там принципиально иной метод.
Е.В. Здесь же естественный процесс дублируется.
В.В. Там берут клетку донора, а поскольку эта клетка прошла через онтогенез, это дифференцированная клетка, то там могут накапливаться мутации и так далее. Ну, а потом это манипуляции, процент успеха на самом деле маленький. А здесь практически путём клонирования они восстановили репродуктивную функцию до ста процентов. Затем этих диплоидов 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 нередуцированные яйцеклетки спермием с убитым ядром. Пропустили опять через три поколения, опять клонировали и на третьем поколении получили результат – 50 процентов. Триплоиды продуцировали не 2 процента, как первоначально, 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 получены важные промежуточные результаты. Во-первых, они клонировали, причём это было массовое клонирование, и, во-вторых, это был путь экспериментального получения триплоидов.
А.Г. Фантастика.
В.В. Мы на экологии, наверное, не будем останавливаться, мало времени осталось. Но помимо того, что так можно получать полиплоидов, это – один из способов массового клонирования. Где это ещё может применяться? Например, в аквакультуре, когда речь идёт о выращивании трансгенных рыб. Ведь с трансгенными рыбами большая проблема. Дело в том, что многие общественные организации, научные организации, учёные выступают против, аргументируя это тем, что рано или поздно из искусственных водоёмов эти организмы попадут во внешнюю среду с непредсказуемыми последствиями. Но, используя, скажем, метод массового клонирования, вы можете управлять, что называется, размножением, вы можете получать искусственных индуцированных триплоидов, но получать немножко по-другому, не так, как в эксперименте, о котором я говорил, а немножко по-другому, но сейчас нет времени для того, чтобы об этом подробнее рассказать. А ведь можно управлять полом, скажем, получать однополое женское потомство, которое если оно попадает во внешнюю среду и если объект разводится вне рамок своего естественного ареала, то размножаться не будет и через какое-то время исчезнет.
А.Г. Да, самцов-то нет…
В.В. Самцов нет, да. В общем, эта проблема с помощью такого массового клонирования и управления полом может быть решена.
А.Г. Ещё один вопрос у меня. Возможно ли опять-таки экспериментальным путём (очень меня заинтриговал тот исчезнувший вид, который вы пометили Х) восстановить вид, который сам давным-давно исчез, но геном которого сохраняется в популяции?
В.В. Я думаю, что можно это сделать экспериментально, на картинках мы это делали. Скажем, хромосомный набор триплоидной формы – мы знаем, что одна 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 хромосом…
А.Г. Исходного вида, который не сохранился.
В.В. Да, да, у нас на картинке есть кариотип того вида, которого нет.
Е.В. Но выборочно извлекать отдельные хромосомы, как вы понимаете…
В.В. Да, выборочно извлекать хромосомы, это проблема.
Е.В. 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 реконструированных 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, извлекать это ядро, на млекопитающих это делается.
В.В. Вообще, история манипулирования с половыми продуктами позвоночных животных довольно длинная. 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…
Экономическое пространство будущего
09.04.03
(хр.00:50:03)
Участники:
Артоболевский Сергей Сергеевич – доктор географических наук, профессор, заведующий отделом экономической и социальной географии Института географии РАН
Трейвиш Андрей Ильич – кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Института географии РАН
Александр Гордон: Какая Россия? Тут кто-то из моих приятелей в недавнем разговоре (мы, как водится, говорили о России) сказал: «Какая Россия? Выключи телевизор, какая Россия?» Вот я сейчас живу за городом, я выключаю телевизор и – какая Россия? Эти соседи, может быть, в мае приедут, того я просто плохо знаю, какая Россия?… А добраться до того места, которое тоже значимо и дорого, ну, это 4 часа, если есть дорога, а если нет, то и весь день, и вот вся Россия, она в этих трех точках. И это при том, что сейчас всё-таки есть железные дороги, есть самолёты у нас и они худо-бедно, но летают, есть автомобили, на которых куда-то можно пробраться. Так вот, с точки зрения этого пространства необъятного, что такое Россия вчера, сегодня, а, может быть, и завтра?