Классификация форм наследственной патологии

Содержание

Введение                                                                                                            3  1. Классификация форм наследственной патологии      

2. Геные аномалии у животных

      2.1.Роль мутаций и рекомбинаций генов в возникновении патологий у животных

        2.2. Особенности распространения генетических аномалий животных                           

       2.3. Профилактика распространения летальных и полулетальных аномалий у сельскохозяйственных животных

3. Закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости 

       3.1. Идея параллельной изменчивости 

          3.2.Изменчивость целых систематических  семейств 

            3.3. Фенотипическая и генотипическая  изменчивость 

               3.4. Формула закона гомологических рядов

                3.5. Гомологичная и аналогичная  изменчивость

4. Хромосомные  аномалии и приспособленность  популяций 

Заключение 

Список использованной литературы                                                             

                                                  ВВЕДЕНИЕ 

   Часто характеризуя особенности генетики и ее место среди других наук, говорят, что в биологии она занимает центрально место. Преувеличения в подобной оценке нет. Дело в том, что именно генетика выступает в роли своеобразного переводчика «языка» всех наук о живом. Это ответственное лидерство принадлежит ей в современном естествознании по праву, потому что благодаря своим концепциям и методам она даёт надёжные и рациональные объяснения позволяющие осмыслить и слить воедино самые разнообразные биологические явления. А поскольку к их числу относятся и болезни человека, генетика по праву становится одним из краеугольных камней фундамента современной медицины. Вряд ли стоит объяснять, как остро современное здравоохранение нуждается в эффективных методах профилактики, диагностики и лечения наследственных болезней. Речь здесь идёт о мутациях, накопившихся в популяциях человека в результате эволюции и о возникающих вновь уже в наши дни. Наследственные аномалии прослеживаются на протяжении многих поколений и даже веков. Так, в костях найденных при раскопках обнаруживают наследственные аномалии, сходные с теми, что наблюдаются у современного человека. К их числу, например, относятся сращение костей пальцев, передававшееся у потомков знаменитого полководца Джона Табольта на протяжении 14 поколений. Так как же и чем конкретно может помочь генетика, людям, страдающим наследственными заболеваниями? Очень многим: прежде всего она способна предупредить большой «груз» этих болезней. Здесь просто незаменимы и медико-генетические советы при планировании деторождения и ранняя дородовая диагностика, и хирургическая коррекция, и диетотерапия, и ещё многое, многое другое. Уже сегодня детей с врождённой патологией оперируют сразу после рождения. Разрабатываются методы внутриутробного лечения, в том числе хирургическим путём. Более того, уже предпринимаются попытки введения синтезированных генов в клетки человека. Груз мутаций в наибольшем объёме проявляется в эмбриональном периоде. Вот почему больше половины оплодотворённых яйцеклеток (50-70%) не имплантируется, то есть погибает. Большинство учёных полагает, что столь суровая «выбраковка» обусловлена главным образом мутациями. Вредные мутации вероятно в половине случаев повинны ещё и в том, что во время беременности погибает около 15% эмбрионов и плодов. Итак, даже анализируя всех эффектов груза мутаций, можно удостоверится насколько он действительно «тяжёлый». Любое увеличение его за счёт новых мутаций способно нарушить установившееся равновесие в популяциях человека. И последней «каплей», перевешивающей чашу весов в сторону нарушения равновесия, могут оказаться мутагенные факторы внешней среды. Существует более трёх десятков лекарственных препаратов, способных вызвать действие мутантного гена. Примерами таких мутаций служат разрушение эритроцитов, аллергия, гипертермические реакции. Не менее важно знать патологические реакции на атмосферные загрязнения. Это и загрязнение атмосферы выхлопными газами, многочисленными заводами и фабриками в крупных городах это серьёзная гигиеническая проблема глобального масштаба. К тому же люди усугубляют и без того достаточно драматичную ситуацию ещё и курением, а в силу профессиональной специфичности вынуждены работать в условиях повышенной запылённости (в шахтах, мукомольной, деревообрабатывающей промышленности). 
 
 
 
 
 
 
 
 

               1.Классификация форм наследственной патологии  

   В связи  со сложной природой наследственной  патологии есть несколько вариантов  ее классификации - с клинической  и генетической точек зрения. В основу генетической классификации положен этиологический принцип - тип мутации и характер взаимодействия со средой. В зависимости от уровня организации наследственного материала различают генные, хромосомные и геномные мутации, а в зависимости от клеток - гаметические и соматические. Всю наследственную патологию можно разделить на 5 групп: генные болезни, хромосомные болезни, болезни с наследственной предрасположенностью, генетические болезни соматических клеток и болезни генетической несовместимости матери и плода. Каждая из этих групп в свою очередь подразделяется в соответствии с более детальной генетической характеристикой и типом наследования. В строгом смысле слова наследственные болезни подразделяются на две большие группы: генные и хромосомные. Генные болезни вызываются генными мутациями. Хромосомные болезни определяются хромосомными и геномными мутациями. Деление наследственных болезней на эти две группы не формальное. Генные мутации передаются из поколения в поколение в соответствии с законами Менделя, в то время как хромосомные болезни, обусловленные анэуплоидиями, вообще не наследуются (летальный эффект с генетической точки зрения), а структурные перестройки (инверсии, транслокации) передаются с дополнительными перекомбинациями.                                          Болезни с наследственной предрасположенностью могут быть моногенными и полигенными. Для их реализации недостаточно только соответствующей генетической конституции индивида - нужен еще фактор или комплекс факторов среды, запускающих формирование мутантного фенотипа. Таким образом, с помощью средового фактора формируется наследственная предрасположенность. Генетические болезни соматических клеток выделены в самостоятельную группу после обнаружения в клетках при злокачественных новообразованиях специфических хромосомных перестроек, вызывающих активацию онкогенов. Эти изменения в генетическом материале клеток являются этиопатогенетическими для злокачественного роста и поэтому могут быть отнесены к категории генетической патологии. Болезни, возникающие при несовместимости матери и плода по антигенам, развиваются в результате иммунной реакции матери на антигены плода. Наиболее типичное и хорошо изученное заболевание этой группы - гемолитическая болезнь новорожденных, возникающая в результате несовместимости матери и плода по резус-антигену. Болезнь возникает в тех случаях, когда мать имеет резус-отрицательную группу крови, а плод унаследовал резус-положительный аллель от отца. В целом эта группа составляет значительную часть патологии и довольно часто встречается в медицинской практике. Клиническая классификация наследственных болезней ничем не отличается от классификации ненаследственных болезней по органному, системному признаку или по типу поражения обмена веществ, поэтому она очень условна. Поскольку наследственные болезни едины по этиологическому принципу (мутации), основу их классификации составляет, прежде всего, системный и органный принцип: нервные, нервно-мышечные, болезни опорно-двигательного аппарата, кожи и так далее. Такой подход неоднозначен. Можно найти очень немного наследственных болезней, при которых избирательно поражается одна система. Большинство генных мутаций, а тем более хромосомные и геномные, вызывают генерализованное повреждение какой-либо ткани или захватывают несколько органов. Поэтому многие наследственные болезни проявляются в виде синдромов или комплекса патологических признаков, казалось бы, не связанных между собой. Классификация наследственных болезней, проявляющихся в нарушении обмена веществ, проведена по типу повреждения первичного звена обмена. Такая биохимическая классификация объединяет генетический и клинический подход. Различают наследственные болезни обмена углеводов, липидов, аминокислот, витаминов, биосинтеза гормонов и так далее.

                              2.Геные аномалии у животных

      2.1.Роль мутаций и рекомбинаций генов в возникновении патологий у

                                                  животных

   Мутации,  представляющие собой стойкие  изменения в структуре ДНК, хромосом и количественном составе кариотипа, постоянно и с определенной частотой возникают в популяциях животных. Фенотипически мутации нередко проявляются в формах врожденных уродств (аномалий), в смертности, снижении жизнеспособности и устойчивости к болезням, нарушении воспроизводительной функции. В популяциях сельскохозяйственных животных в процессе длительного их существования накоплен определенный груз вредных рецессивных мутаций и аберраций хромосом. Для профилактики распространения вредных мутаций необходима прежде вcero организация учета всех форм патологии животных. Генетический контроль (мониторинг) вредных мутаций должен включать тщательный клинический анализ болезней и уродств, экспертизу происхождения аномальных животных, выяснение роли наследственности в их этиологии. Значение проблемы генетического мониторинга в современном животноводстве связано с рядом обстоятельств. Так, в связи с использованием искусственного осеменения постоянно сокращается число производителей; следовательно, степень влияния каждого из них на генофонд стада, распространение наследственных дефектов значительно увеличилась. Поэтому особо важное значение при организации крупномасштабной селекции приобрела оценка генотипов быков, хряков, баранов, используемых в интенсивном воспроизводстве. Контроль воспроизводительных способностей производителей общепринятыми методами по качеству потомства не дает полных сведений о возможности генетического влияния их на оплодотворяемость, эмбриональную смертность, рождение аномального и нежизнеспособного, подверженного заболеваниям плода. Ситуация осложняется тем, что большинство аномалий и уродств -- это рецессивно наследуемые генные мутации, фенотипически проявляющиеся только в гомозиготном состоянии. Наследуемые хромосомные аномалии фенотипически проявляются лишь у взрослых дочерей производителей в виде гибели эмбрионов. Для проверки производителей на носительство скрытых генетических дефектов и элиминации их из воспроизводства необходимы регистрация всех случаев уродств и аномалий, контроль состояния структуры и функции хромосом. Организация мониторинга в животноводстве позволяет контролировать уровни мутагенов в окружающей среде, их влияние на хромосомный аппарат, рост, развитие и продуктивность животных, осуществлять профилактику распространения генетической патологии. Известно, что генетический груз популяций животных представлен широким спектром не только генных мутаций, но и аберраций хромосом, которые подразделяются на количественные изменения в кариотипе -- анеуплоидию (полиплоидия, гиперплоидия, гипоплоидия) и структурные перестройки (транслокация хромосом, инверсии, делеции, нехватки, дупликации и др.). Избыток или недостаток хромосом у индивидуума, как правило, приводит к его гибели еще в эмбриональную стадию развития. Исключения составляют носители моносомии, трисомии и некоторых других вариантов анеуплоидии по половым хромосомам, которое выживают, но являются бесплодными. Живые носители структурных перестроек хромосом имеют выраженных фенотипических отклонений. Однако в гаметогенезе у них формируются половые клетки с несбалансированным набором хромосом, дающие начало нежизнеспособным эмбрионам, что является причиной снижения уровня воспроизводительной функции. Эти аберрации, являясь сбалансированной частью хромосомных мутаций, передаются по наследству.

    2.2. Особенности распространения генетических аномалий животных

     В  современных условиях разведения  животных, когда генотип производителя  за короткое время может быть  репродуцирован тысячами его  потомков, ущерб от рождения аномального приплода, снижения его плодовитости и жизнеспособности может быть больше улучшающего эффекта по продуктивности, если производитель является носителем вредных генов или аберраций хромосом. При использовании в разведении быков, содержащих в кариотипе вредные гены, их самих, а также их сыновей и внуков частота генетической аномалии быстро возрастает. Например, в костромской породе интенсивно использовали быка Бурхана 6083, в потомстве которого было зарегистрировано несколько типов уродства (укорочение нижней челюсти, мопсовидность и пучеглазие, водянка, слепота, уродства конечностей и др.). В результате, если частота этих аномалий в приплоде Бурхана составила 4,87 %, то у его внука быка Жетона 3501 уже 17,3 % потомков имели уродства головы. Анализ 14 линий костромского скота (Жигачев А. И., 1986) выявил большое число уродств в линии Ладка. Причиной такого явления обычно служит насыщение родственной группы животных (линии) рецессивными мутациями при отсутствии браковки гетерозиготных по вредным генам животных. Влияние дрейфа генов, усиление концентрации вредного аллеля возрастают при повышении нагрузки на одного производителя. Скорость протекания генетико-автоматических процессов (дрейфа) зависит от эффективной численности популяций. Для определения последней используют формулу Ne = 4Nf Nm/Nf + Nm, где Ne -- эффективная численность популяции; Nf-- количество самок; Nm -- количество самцов, участвующих в размножении. Зависимость интенсивности генетико-автоматических процессов (дрейфа) от размера популяции определяется по формуле К = ¹/₂ Ne, где К -- доля, на которую изменяется концентрация аллеля.Так, если на поголовье 1000 маток будут использоваться 5 быков, величина К составит 2,0 %, а при использовании одного быка К будет равна 10 %. Особенно резко может повыситься частота мутантного аллеля в популяции, если при разведении линии генотип гетерозиготного родоначальника будет репродуцироваться с применением инбридинга, как это имело место в линии Ладка и его продолжателя Бурхана. В пяти поколениях этой линии зарегистрировано 117 телят-уродов. 3 большинстве случаев родословные отцов и матерей замыкались на трех предков - быков Бурхана, его отца Ладка и деда Салата. В ряде случаев инбридинг был комплексным -- одновременно на указанных производителей или усиливающимся, что повышало вероятность перехода мутантных генов в гомозиготное состояние. Следует иметь в виду, что при интенсивном использовании ограниченного контингента производителей в товарных хозяйствах генетическое разнообразие популяции суживается даже при своевременной ротации линий. Такое положение может привести к сочетанию родственных по генотипам (гетерозиготных носителей вредных генов) производителей и маток. С другой стороны, интенсивное кроссирование линий в племенных хозяйствах неизбежно будет приводить к стихийному родственному спариванию в товарных хозяйствах и массовому проявлению инбредной депрессии, в том числе повышению частоты уродств и аномалий в популяциях. Инбредная депрессия может возрасти в результате миграции. Под миграцией в животноводстве понимают импорт производителей, маток или гамет (спермиев, а также яйцеклеток и эмбрионов), закупки племенных животных из других зон страны. При использовании завезенных животных в местную популяцию могут быть введены не только желательные гены, повышающие продуктивность, но и аллели, обусловливающие летальные и полулетальные аномалии. Сдвиги концентраций рецессивного аллеля q при миграциях определяются по формуле q = - т (q - qm), где т - величина обмена генами, a qm - средняя концентрация аллеля по всей системе популяций, между которыми идет обмен генами, или в тон определенной популяции, откуда поступают животные (Дубинин Н. П., 1985). Из формулы видно, что величина сдвига концентраций рецессивного аллеля зависит от частоты рецессивного аллеля в исходной популяции, откуда мигрируют особи, и частоты миграции. Случаев распространения генетических аномалий вследствие миграций известно немало. Например, в ФРГ в результате интенсивного использования на местном поголовье черно-пестрого скота отдельных быков голштинской породи, импортированных из США, резко возросла частота пупочных грыж у телят. Эту же аномалию наблюдали в потомстве двух быков голландской породы, закупленных в ЧССР из Нидерландов. Таким образом, чтобы не допустить массового распространения наследственной патологии, необходимы проверка генотипов производителей на носительство вредных генов и исключение из интенсивного использования носителей мутации.

           2.3. Профилактика распространения летальных и полулетальных                 аномалий у сельскохозяйственных животных

   Летальные  и полулетальные аномалии в  основном связаны с переходом  в гомозиготное состояние мутантных  рецессивных генов. Это означает, что родители аномальных животных  являются гетерозиготными носителями  данных мутаций. Для того чтобы вредные рецессивные мутации не распространялись в конкретном стаде или породе, необходима организация генетического контроля (мониторинга) за проявлением патологии у животных. Прежде всего в каждом стаде должна быть налажена система учета рождения уродливого и аномального приплода. На основании этого учета проводится генетический анализ для установления роли наследственности в возникновении аномалий. Такой анализ должен подкрепляться сведениями из литературы относительно этиологии данной патологии. Если в популяции животных появляется врожденная аномалия и установлено, что она контролируется аутосомным рецессивным геном, то родителей, от которых получен аномальный потомок, и других фенотипически нормальных их потомков не оставляют для воспроизводства. Это вызвано тем, что родители являются гетерозиготными носителями рецессивной мутации и половина их нормальных потомков имеет такой же ген в гетерозиготном состоянии. Особенно недопустимо использование гетерозиготных по вредным рецессивным генам производителей в племенных хозяйствах. Если аномалии возникают у высокопродуктивных родителей в племенных стадах, то мужских потомков целесообразно проверять на гетерозиготное носительство путем родственных спариваний. Для интенсивного использования производителей в последующем отбирают только тех из них, у которых при инбридинге не было аномального приплода. Проверка производителей по качеству потомства должна предусматривать учет не только продуктивности потомства, но и его жизнеспособности.

         3. Закон гомологичных рядов в наследственной изменчивости 

                     3.1. Идея параллельной изменчивости 

   Основная  идея — единства в наследственной  субстанции организмов была в  общих чертах философски развита  Гёте в его «Метаморфозе растений», а также в идее единства в многообразии Жоффруа Сент-Илера и Дрессера. Эта идея, в особенности после Дарвина и под его влиянием, пронизывает сравнительную анатомию и морфологию животных и растений. В  последние  годы  опубликован  ряд работ,  посвященных единству  явлений жизни. Отдельные факты параллельной наследственной изменчивости у близких и далеких видов известны давно. Ботаник Ноден (Naudin) отметил их отчетливо в своих классических исследованиях тыквенных в середине XIX в. Дарвин, при широте его охвата эволюционной проблемы и тщательном изучении изменчивости, не мог обойти факты параллельной изменчивости, которые, как он устанавливает, время от времени (occasionally) имеют место у растений и животных. В «Происхождении видов» в главе о компенсации и экономии в росте Дарвин подчеркивает, что «отдельные виды выявляют аналогичные изменения таким образом, что один вид приобретает признак другого родственного вида или возвращается к признакам раннего предка». Начиная   раздел   об   аналогичной  или    параллельной   изменчивости («Изменчивость животных и растений», гл. 26), Дарвин пишет: «Под этим термином я разумею, что одинаковые признаки время от времени (occasionally) проявляются у некоторых разновидностей или рас, ведущих начало от одного и того же вида, и, реже, в потомстве отдаленных видов. . . Случаи аналогичной изменчивости в отношении их происхождения могут быть подразделены на две категории: во-первых, на случаи, зависящие от неизвестных причин, действующих на одинаковые конституции, а отсюда и варьирующие одинаково, и, во-вторых, на такие случаи, которые обязаны выявлению признаков более или менее отдаленных предков». При этом Дарвин ссылается на факты, сообщаемые Ноденом для тыквенных, и на установленный энтомологом Уолшем закон уравнительной изменчивости (law of equable variability), который гласит следующее: «Если какой-либо признак изменчив в одном виде данной группы, то он будет проявлять тенденцию к изменению и в других родственных видах; и если какой-либо признак совершенно константен в одном виде данной группы, он будет стремиться быть константным у родственных видов». Во всей эволюционной концепции Дарвина эти правильности в изменчивости видов, однако, не получили дальнейшего развития. Сам Уолш (Walsh) в специальной статье, посвященной систематике сетчатокрылых (Neuroptera), дав кратко формулу закона уравнительной изменчивости и несколько примеров его приложения из энтомологии, не останавливается на развитии этого обобщения. Французский ботаник Дюваль-Жув собрал большое число фактов по изменчивости диких видов злаков, ситниковых и осок в «Variations paralleles des types congeneres». Его выводы близко подходят к нашим установлениям. Гуго Де Фриз в «Мутационной теории» и «Пангенезе» также отмечает ряды параллельной изменчивости. Эймер в учении об ортогенезисе подходит к той же теме, но с иной точки зрения. Ряд палеонтологов, как Коп (Соре) и Осборн, отметили наличие параллельной изменчивости у животных. В новейшее время Саккардо (Saccardo) и Цедербауер дали замечательные примеры параллелизма у грибов и хвойных. Вся система грибов монументального классического труда Саккардо о грибах построена на законе аналогичной изменчивости. Частые указания систематиков на закономерности и параллелизмы в изменчивости в отдельных группах растений и животных и особенно насекомых показывают широкую распространенность этого явления. Детальное исследование изменчивости многих видов, огромное количество новых фактов, собранных главным образом на культурных растениях и близких к ним диких родичах, позволили нам заново подойти к этой проблеме и свести известные факты в форму общего закона, которому подчинены все организмы и который, по нашему убеждению, должен быть положен в основу систематизации наших знаний о наследственной изменчивости видов.

          3.2.Изменчивость целых систематических семейств

     Изучение большого числа родов в пределах отдельных систематических семейств дало возможность обнаружить у них общую тенденцию в изменчивости, обязательную для всех родов данного семейства. Gramineae. Возьмем наиболее изученное семейство — Gramineae и остановимся прежде всего на основных типах деления различных родов и видов злаков на разновидности. Все злаки, если присмотреться к расовому составу, делятся по плотности соцветия. Просо, как известно, делится на развесистое, более сомкнутое, пониклое и комовое. Совершенно так же делится сорго — Andropogon. Овес делится на одногривые формы с плотным соцветием с укороченными междоузлиями и веточками и на развесистые, подразделяющиеся по степени]рыхлости (Schlafrispe, Steifrispe). Деление овсов по существу соответствует делению на сорта у проса и сорго. Так же делятся и другие виды проса, как Panicum italicum и P. frumentaceum. Колосовые злаки все делятся на рыхлоколосые, плотноколосые и с промежуточной плотностью. И у ржи, и у пшеницы, и у ячменя мы имеем ясно выраженные различия по плотности соцветия. Сорта кукурузы делятся также явственно по плотности початка. Разновидности риса также можно делить по плотности соцветия. Луговые злаки, исследованные в смысле расового состава, как Festuca pratensis, Phleum pratense, Bromus inermis, Dactylis glomerata, Agropyrum repens и др., все могут быть разделены по рыхлости соцветия. Во всем сем. Gramineae проходит деление на остистые и безостые формы. Тип сочленения колосков, свойственный ближайшим диким родичам культурного ячменя — Hordeum spontaneum, характеризующийся легким разломом, осыпанием при созревании, или аналогичный тип осыпаемости, свойственный диким родичам культурного овса — Avena fatua и А. ludoviciana с «подковкой» при основании колосков, проходит по многим родам и может быть констатирован у Secale, Triticum, Agropyrum, Oryza,. Andropogon, Alopecurus, Phleum и др. Он проявляется также у ближайшего дикого родича кукурузы теосинта, у всех видов культурного проса и нх диких родичей и т. д. Ветвистость колоса как расовый признак свойственна не только многим видам пшеницы и ржи, но и множеству других родов с колосовым соцветием или колосовидной метелкой. Она обнаружена у видов Agropyrum, Lolium, Hordeum и т. д. В целом семействе злаковых проходит деление на пленчатые и голозерные формы, т. е. на формы с зерном, плотно заключенным в цветковые или колосковые чешуи, и с зерном, легко высвобождающимся из чешуи. Такие формы известны у пшеницы, ячменя, ржи, кукурузы, проса, сорго, лисохвоста. По окраске зрелых цветочных и колосковых чешуи у злаков различают пять основных цветов: белый, желтый, красный, серый и черный или темно-коричневый. Такие формы установлены у пшеницы, ячменя, ржи, овса, риса, проса, сорго, эгилопса, пырея, лисохвоста и других родов. Нильсон-Эле нашел среди культурных овсов форму, лишенную язычка (тип eligulatum). Мы нашли такие формы у пшеницы, ржи. Эмерсон и Коллинс в Америке нашли такие же формы у кукурузы. Д. Э. Янишевский обнаружил такие же формы у Роа bulbosa. A. H. Лутков [1935] получил безлигульную мутацию ячменя. Почти все линнеоны, принадлежащие к самым различным родам злаков, могут быть разбиты по чешуям на формы опушенные и гладкие. Опушенность может быть также приурочена к стеблям, листьям. Вероятно, все линнеоны злаков могут быть поделены на формы с антоцианом и беа антоциана в стеблях, на формы с листьями и стеблями, покрытыми восковым налетом и без воскового налета. Подводя итоги рассмотренным закономерностям, мы приходим к следующим положениям.                   1. Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и линнеоны, тем полнее сходство в рядах их изменчивости.                                                                                             2. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство.

           3.3. Фенотипическая и генотипическая изменчивость 

   До сих пор мы говорили по существу о фенотипических различиях. Жорданоны, линнеоны, роды, ботанические семейства, в смысле Иоганнсена, являются фенотипами. Весьма вероятно, что до некоторой степени те же правильности применены и к генотипической изменчивости. Большинство указанных выше различий, на основе которых строится систематика, являются несомненно наследственными и проявляющимися при сходных условиях. В одинаковых условиях разные фенотипы обусловливаются различиями генотипов. Конечно, под одинаковой внешностью и в одинаковых условиях могут скрываться иногда разные генотипы, как это показано исследованиями современной генетики. Мы знаем, что красная окраска зерна у пшеницы может быть обусловлена одним, двумя и тремя генами (Нильсон-Эле), желтые семядоли у гороха бывают как доминантного, так и рецессивного типа. Остистость у пшеницы может быть как рецессивной, так и доминантной. К сожалению, генетическое исследование даже культурных растений только еще началось. Генетика отдельных растений пока дает лишь фрагментарные знания даже для наиболее изученных растительных объектов. Генетические исследования заставляют нас быть более осторожными и по внешнему виду не всегда судить о непременном сходстве генотипического порядка. Харланд показал, что разные виды хлопчатника, проявляя поразительные гомологические ряды по морфологическим и физиологическим признакам, в то же время в отношении генов, в особенности генов-модификаторов, могут быть различны. О вероятности генных различий при сходстве фенотипа отдельных признаков говорят факты полиплоидии, удвоения, учетверения хромосом, особенно частые у растений (пшеницы, овса, розы, мака). Возможно, что полиплоидия обусловливает полимерный характер признаков (в смысле Ланга и Нильсон-Эле). Таким образом, фенотипическое исследование есть первое приближение, за которым должно идти генетическое исследование. Исходя из поразительного сходства в фенотипической изменчивости видов в пределах одного и того же рода или близких родов, обусловленного единством эволюционного процесса, можно предполагать наличие у них множества общих генов наряду со спецификой видов и родов. Большое число факторов указывает на сходство основных генов у близких видов и близких родов. Мутации в близких видах и родах идут, как правило, в одном и том же направлении. Морган, Бриджес, Стэртевент, Вейнштейн и Мёллер установили это для различных видов дрозофилы, Бэбкок — для видов грецкого ореха, Де Фриз, Гейтц, Стомпс и др. — у различных видов энотеры. У разных видов грызунов установлены одинаковые гены (по крайней мере по внешнему эффекту и поведению). Генетически наиболее изучена гомология генов у Drosophila melanogaster и D. simulans. В этом случае точно доказано путем скрещивания и изучения локализации генов в хромосомах у обоих видов наличие не менее 26 гомологичных генов, одинаково расположенных в соответствующих хромосомах. Это наиболее разработанный генетический пример гомологической изменчивости у двух близких видов. Для других видов Drosophila, в силу трудности скрещивания, пока установлена гомология лишь отдельных генов. Вторым по разработанности примером, далеко уступающим предыдущему,   является  сопоставление   генотипа  дикого   льна   (Linum angustifolium)  и культурного (L.   usitatissimum),  проведенное Таммес. Сопоставление генетики признаков окраски цветков, бобов, семян и стеблей у наиболее исследованных бобовых: гороха, чечевицы, душистого горошка и других — обнаруживает явное сходство в генотипической структуре этих родов, что в особенности выявляется в определенных доминантных и рецессивных генах, а также в генах, характеризующихся плейотропным действием (см. сводку по генетике растений Мацуура {Matsuura, 1933] и данные Е. И. Барулиной). Баур в 4-м издании «Введения в экспериментальное изучение наследственности» в главе «Мутации» отмечает поразительный параллелизм мутаций у различных видов растений и животных и «замечательные гомологические ряды мутаций», по его выражению. В общем, сопоставляя мутации у родственных растений и животных, можно подметить множество сходных типов мутаций. Процесс расщепления при гибридизации разнохромосомных пшениц в разных сочетаниях видов обнаруживает множество параллелизмов, возникновение сходных форм: узколистных и широколистных, появление форм с ветвистыми колосьями, развитие остей на колосковых чешуях, появление карликов, так же как гигантов, альбиносов. Эти правильности не могут быть только случайными, параллельными. Они свидетельствуют об общей генетической природе явлений. При наших скрещиваниях голозерного овса с неокрашенными чешуями с пленчатыми формами с серыми чешуями во втором поколении, так же как и в последующих генерациях, все растения с голым зерном оказались бесцветными, выявляя явное отталкивание между генами, обусловливающими голозерность, и генами, обусловливающими окраску цветочных чешуи. То же самое наблюдается при скрещивании черных пленчатых ячменей с желтыми (неокрашенными) голозерными формами. Больше того, все формы голозерного проса, найденного нами в Афганистане и в Узбекистане, оказались белозерными, т. е. бесцветными. Тождественный ген «chlorina» установлен Корренсом у видов Mirabilis jalapa и М. longiflora. Баур нашел, применяя метод гибридизации, ряд общих генов у Antirrhinum majus и A. molle. Детлефзен путем скрещивания двух видов морских свинок (Cavia роrcellus и С. rupescens) нашел у них семь идентичных генов. Исходя из подавляющего числа фактов сходства в наследственной изменчивости у близких видов и родов, из сходства мутаций у близких родов и видов, из данных генетики, пока фрагментарных, и, наконец, исходя из общей эволюционной концепции родства и единства в развитии, нам представляется вероятной приложимость Закона гомологических рядов в основном и к генотипам. 

                  3.4. Формула закона гомологических рядов

   Вышеуказанные закономерности могут быть представлены символами следующим образом. Как мы видели, различные линнеоны и различные роды представлены огромным количеством варьирующих форм. В то же время эта изменчивость сходственна в родственных линнеонах и родах. Для краткости будем называть отдельные варьирующие признаки буквами а, b, с, d, e, f, g, h, i, k и т. д. Различные выражения этих признаков обозначим через буквы а_1, а₂, а₃, а₄. . ., b1, b2, b3, b4. . . и т. д. Так, например, окраску чешуи мы обозначаем через букву «а»; белую окраску мы будем называть а₁, желтую а₂, красную а₃, серую а₄ и т. д. Линнеоны и роды соответственно отличаются не только этими признаками, но также и их специфической комплексной морфологической, физиологической и генетической природой. Эти специфические различия мы называем радикалами. Могут быть радикалы видов, родов и целых семейств. Таким образом, для трех близких, родственных линнеонов того же самого рода мы имеем следующие выражения их особенностей морфологических и физиологических свойств:

L₁(а + b + c + d + e + f + g + h + i + k...)   L₂(a + b + c + d + e + f + g + h + i + k... )   L₃(a + b + c + d + e + f + g + h + i + k...)

L₁, L₂, L₃ — радикалы, различающие линнеоны один от другого; а, b, с. . . — различные варьирующие признаки, как окраска, форма чешуи, листьев, стеблей и т. д. Каждый из этих признаков сам по себе сложен и может быть соответственным образом разделен на большее или меньшее число морфологических и физиологических единиц: а₁, а₂, а₃ и т. д. Каждая из этих морфологических единиц может быть в свою очередь, если это понадобится и будет возможно, представлена в терминах генотипического состава. Если мы сравним, например, три линнеона пшениц — Triticum vulgare, Т. compactum, Т. spelta, то можем сказать, что радикалы у них отличаются морфологически по степени плотности колосьев. Т. spelta отличен от других видов также плотным заключением зерна в колосьях. Но варьирующие признаки разновидностей будут одинаковыми во всех этих линнеонах. Радикалы видов Т. vulgare и Т. durum отличаются прежде всего по числу хромосом (42 и 28). То же самое может быть применено и к различным родам. Возьмем рожь и мягкую пшеницу. Как мы видели выше, их сходство в направлении изменчивости чрезвычайно близко. Хотя с первого взгляда кажется, что никаких затруднений в различении ржи и пшеницы нет, тем не менее в действительности очень немногие признаки специфичны для каждого из этих родов, остальные же могут быть найдены хотя бы в редких разновидностях в другом роде, т. е., другими словами, очень немногие морфологические признаки в данном случае могут быть выведены за скобки в состав радикалов. Обозначим радикалы различных родов буквами G_l, G₂, G₃ и т. д. Если мы выразим формулой состав ржи и мягкой пшеницы, то получим следующее: G1(a + b + c + d + e + f + g...) G₂(a + b + c + d + e + f + g...) Содержание в скобках более или менее одно и то же у обоих родов, различие же в радикалах, с морфологической точки зрения, состоит в этом случае главным образом в различии колосковых и цветковых чешуи ржи и пшеницы, а также в характере зерна. Рожь имеет 14 хромосом, мягкая пшеница, с которой мы сравниваем рожь, 42 хромосомы. Другие родовые признаки менее ясны и менее стойки. Так как многие роды включают значительное число линнеонов, то более правильное представление о роде дает следующая формула: (a + b + c + d + e + f + g+h...) (L₁ + L₂ + L₃ + L₄+ L₅). Понятие «радикала» линнеонов и родов, при недостаточности современных знаний, в значительной мере является логическим выводом, абстракцией, но с каждым годом это абстрактное понятие становится все более и более материалистичным. У многих растений, например у видов пшеницы, овса, ячменя, проса, хлопчатника, табака, в понятие «радикала» должны быть введены различия видов по числу хромосом, причем они составляют кратные ряды. Виды вики (Vicia) и хлопчатника (см. Scovsted) хорошо отличимы по морфологии хромосом. Многие виды растений резко отличаются присутствием тех или других специфических химических компонентов (эфирных масел, кислот, алкалоидов). Даже будучи сравнительно абстрактным, в силу недостаточности наших знаний, понятие «радикал» удобно для систематики, ибо заставляет исследователя концентрировать внимание на субстанции родовых и видовых различий. Повторяя ряды форм, различные виды, а тем более роды, наряду с гомологией обнаруживают, как правило, некоторые специфические особенности во внешнем проявлении одного и того же признака, что связано с различиями радикалов, общего комплекса рода или вида. Сходные признаки до известной степени проявляются по-своему. Так, например, ряды форм по остистости колоса у различных разнохромосомных видов пшеницы и ячменя проявляют в целом разительный параллелизм — полный гомологический ряд. В то же время каждому виду и роду присущи некоторые специфические различия в деталях. То же самое наблюдается у репы, брюквы и редиски по окраске корнеплода. Все три вида имеют красноголовые формы, дают гомологичный ряд, но все же оттенки окраски несколько отличны. Даже при гомологичности генов проявление их во взаимодействии с разными радикалами в разной генотипической среде может выявить некоторые особенности. Подходя под этим углом зрения к распределению разнообразия растений на линнеевские виды и роды, надо отметить, что во многих случаях это разделение сделано систематиками вполне правильно, ибо в основу подразделения видов были взяты признаки, свойственные радикалам линнеонов и родов. Некоторые систематики, как Линней, Жюсье, Декандоль, Буассье, были удивительно проницательны в этом отношении; но нередко было и обратное. Альтернативные разновидностные признаки часто смешивались и смешиваются с признаками видовых радикалов. Особенно часто это бывает в тех случаях, когда виды и новые роды описываются по отдельным растениям, по одиночным образцам, собранным в одной местности. В нашем понимании систематических единиц ясно, что в основу разделения на виды и роды для филогенетических целей должны браться преимущественно признаки радикалов. Многие из «новых видов», описанных ботаниками, в сущности представляют собою только новые жорданоны. Ближайшему будущему предстоит ревизия всех этих сомнительных видов и тем самым сокращение числа видов.

                 3.5. Гомологичная и аналогичная изменчивость

   Происхождение  органов, проявляющих параллелизм  изменчивости, в случаях отдаленных  семейств, конечно, может быть  весьма различным не только  в смысле генов, но даже с  формальной морфолого-эмбриологической  точки зрения. Сходные органы  и самое сходство их в данном случае не гомологичны, а только аналогичны. Различия между гомологичными и аналогичными органами и признаками, так же как и между гомологичной и аналогичной изменчивостью, не всегда резко выражены. Некоторые авторы, весьма компетентные в различении гомологии и аналогии, как Лотси, вероятно более других занимавшийся вопросами филогении, склонны к отрицанию существенных различий между гомологичной и аналогичной изменчивостью. С морфологической точки зрения в большинстве случаев расовые и разновидностные («сортовые») признаки, о которых здесь главным образом идет речь, гомологичны. Ряд авторов после появления «Закона гомологических рядов» в 1920 г. и его расширенного издания на английском языке в 1922 г. указывали на целесообразность, по их мнению, замены термина «гомологические ряды» названием «гомоклинические ряды» (Ю. Н. Воронов); «геноидентичные» или «аналогичные мутации» (Платэ) или просто «параллельная» или «аналогичная изменчивость». Мы сохраняем принятый нами термин, ибо основное, что лежит в установлении Закона гомологических рядов, это сходство изменчивости у близких и родственных видов и родов, единство в наследственной изменчивости целых семейств. Дело не только в параллелизме, во внешнем сходстве, а в более глубокой эволюционной сущности сходства наследственной изменчивости у родственных организмов. Всеобщность этого явления определяется прежде всего генетическим единством эволюционного процесса и происхождения, родством. Наиболее полный параллелизм проходит именно в близких родах или в пределах семейств. Конечно, не во всех случаях, а еще менее у разных родов, изменение выявляется всегда одними и теми же, т. е. гомологическими генами. Одинаковые изменения фенотипического порядка могут быть вызваны и разными генами. Поскольку систематика имеет дело с признаками, поскольку при обозрении разнообразия растительного и животного мира мы имеем дело пока в основном не с генами, о которых мы знаем очень мало, а с признаками в условиях определенной среды, то более правильно говорить о гомологичных признаках. В случаях параллелизма отдаленных семейств, классов, конечно,, не может быть речи о тождественных генах даже для сходных внешне признаков. Одни и те же органы даже эмбриологически не могут отождествляться у далеко отстоящих семейств, классов. Ю. А. Филипченко предложил выделять параллелизм генотипический, который проходит у родственных видов, захватывая преимущественно признаки родственных видов и родов. Кроме того, он выделяет параллелизм анатомический, вытекающий из одинаковых возможностей развития, заложенных в органах, и наблюдающийся в более крупных систематических группах (не ниже родовых). Хорошей иллюстрацией анатомического параллелизма являются факты из исследований А. А. Заварзина, установившего на животных общность гистологической структуры аналогичных органов у различных классов животных независимо от генетических отношений. Позднее Ю. А. Филипченко [1925] предложил отличать: 1) генотипический параллелизм, обусловленный наличием у родственных видов одинаковых генов и сходных биотипов; 2) экотипический параллелизм, в котором одинаковая реакция организма на внешние условия, выявляющаяся рядом жорданонов (экотипов), может быть связана с различными и с одинаковыми генотипическими структурами; 3) морфологический параллелизм как следствие одинаковых возможностей развития определенных органов; этот последний вид параллелизма проявляется в высших систематических группах, и здесь не приходится говорить о генах и генотипической структуре. Предположение Копа, Иоганнсена и Ю. А. Филипченко о том, что эволюция родов и родовых признаков идет иным путем, чем признаков видов, и даже обусловливается особыми носителями наследственности, которые могут помещаться не в ядре, а в протоплазме, нам, как и большинству генетиков, представляется неубедительным, и данными современной генетики не подтверждается. На очередь встает новый большой вопрос о параллелизме модификаций и наследственных вариаций (см. работы Б. А. Келлера, М. А. Розановой), но этот раздел пока затронут исследованием лишь в малой мере. Он не входит адесь в нашу задачу.

             4. Хромосомные аномалии и приспособленность популяций

   Точечные мутации, как и делеции или дупликации участков хромосомы длиной в сотни нуклеотидов, под микроскопом не видны. Для выявления хромосомной аберрации с помощью дифференциального окрашивания хромосом нужно, чтобы делеция, дупликация или транслокация затронули участок ДНК длиной более 3 млн нуклеотидов. Факторы окружающей среды, вызывающие точечные мутации ( мутагены в широком смысле), действуют и как факторы, приводящие к разрывам хромосом ( кластогены ), и наоборот. Таким образом, диапазон нарушений простирается от различимых под микроскопом аберраций до мутаций, для выявления которых необходимо определить нуклеотидную последовательность. В отличие от точечных мутаций, нарушения, различимые под микроскопом, обычно оказывают более выраженное воздействие на организм. Хромосомные аберрации затрагивают как гены (часто много генов), так и участки хроматина с неизвестной функцией. Если одна из хромосом отсутствует или имеется лишняя хромосома, то говорят соответственно о моносомии или трисомии по этой хромосоме (например, трисомия по 13-й или моносомия по Х-хромосоме). Гены такой хромосомы присутствуют в одинарной (при моносомии) либо в тройной (при трисомии) дозе, а не в нормальной двойной (дисомной) дозе. Аномальное число участков хромосомы, возникшее в результате хромосомной аберрации, часто называют частичной трисомией или частичной моносомией (например, частичная трисомия по плечу 13q или частичная моносомия по плечу 4р). Однородительская дисомия возникает, если обе гомологичные хромосомы либо одна хромосома и часть ее гомолога наследуются от одного родителя. Иногда однородительская дисомия неблагоприятно влияет на развитие организма, чему способствует геномный импринтинг . В тех случаях однородительской дисомии, когда обе хромосомы идентичны, почти любой находящийся на них мутантный рецессивный аллель может вызвать заболевание вследствие гомозиготности больного по всем генам дисомной хромосомы. При этом родитель, от которого унаследованы обе хромосомы, вероятнее всего гетерозиготен по этим генам и поэтому здоров. Хромосомные аномалии вызывают нарушение общего генетического баланса , той скоординированности в работе генов и системности регуляции, которые сложились в процессе эволюции. Поэтому неудивительно, что патологические эффекты хромосомных и геномных мутаций проявляются на всех стадиях онтогенеза и, возможно, даже на уровне гамет , влияя на последующие стадии развития (особенно у мужчин).    Изучение первичных эффектов хромосомных аномалий началось в начале 60-х годов вскоре после открытия хромосомных болезней и продолжается до сих пор. Главные эффекты хромосомных аномалий проявляются в двух связанных между собой вариантах: летальности и врожденных пороках развития. Имеются убедительные свидетельства тому, что патологическая роль хромосомных аномалий начинает проявляться уже со стадии зиготы. Летальный эффект их является одним из главных факторов внутреутробной гибели , достаточно высокой у человека. Структурные хромосомные перестройки, называемые хромосомными аберрациями , наследуются или возникают вновь. Причина хромосомных аберраций неизвестна, хотя предполагают, что часть их возникает спонтанно, а часть - под влиянием факторов окружающей среды, например химических мутагенов или ионизирующего излучения на половые клетки, зиготу или эмбрион на ранней стадии развития. Большинство хромосомных аберраций возникает в хромосомах, получаемых от отца. Многие хромосомные аберрации были выявлены всего один или несколько раз. Другие периодически обнаруживают и в семьях, и у людей, не связанных родственными отношениями. Например, самая распространенная транслокация, которая может быть наследственной или новой, захватывает центромерные или прицентромерные районы одной 13-й и одной 14-й хромосом. При этой транслокации утрачивается только неактивный хроматин коротких плеч или неуникальные участки активного хроматина районы ядрышкового организатора и спутники . В еще одной сходной транслокации участвуют 14-я и 21-я хромосомы. В результате таких хромосомных аберраций (их называют робертсоновскими транслокациями ) в кариотипе оказывается 45 хромосом, а не 46, хотя общее количество активных генов практически не изменяется. Таким образом, хромосомные аномалии могут быть генетически компенсированы, и тогда они не оказывают неблагоприятного влияния на их носителей; компенсированными являются примерно две трети нарушений, выявленных при обследовании новорожденных. Если нарушения не компенсированы, то это приводит к порокам развития; обычно такие нарушения выявляют у плода после самопроизвольного аборта или у больных с многочисленными пороками развития и умственной отсталостью. Некоторые компенсированные хромосомные аберрации передаются из поколения в поколение, не вызывая заболеваний. Иногда они обусловливают возникновение декомпенсированных нарушений. Например, наследование транслокаций с участием 21-й хромосомы повышает вероятность трисомии по ней. Такие транслокации выявляют у 5% новорожденных с трисомией по 21-й хромосоме и в 20% этих случаев - у одного из родителей. Так как большинство детей с трисомией по 21-й хромосоме, обусловленной транслокацией, рождается у женщин моложе 30 лет, то при рождении больного ребенка у молодых родителей нужно обследовать их на наличие транслокации. При разных транслокациях риск появления декомпенсированных нарушений (частичных трисомии или моносомий) у детей неодинаков, и, как правило, рассчитать его теоретически невозможно. Однако можно использовать статистические данные, накопленные по распространенным транслокациям. Например, при робертсоновской транслокации (14;21) вероятность рождения ребенка с трисомией по 21-й хромосоме составляет 2%, если носитель компенсированной транслокации . отец, и более 10%, если транслокация наследуется от матери.