Гибриды растений и животных обычно не дают потомства. Почему?

Фантазия разных народов породила немало сказочных существ, соединяющих в себе черты разных видов. Кентавры и русалки, грифоны (создания с телом льва и головой и крыльями орла) и вавилонские крылатые быки… Конечно, мы понимаем, что это звери вымышленные, их невозможно встретить ни в природе, ни даже в самых продвинутых лабораториях.

РОДОСЛОВНАЯ СЛИВЫ

А между тем мы практически каждый день имеем дело с живыми организмами (точнее, с продуктами, приготовленными из них), возникшими именно в результате соединения разных видов. Правда, это соединение происходит не таким путем, что к телу одного существа приставляют голову другого. Да и исходные виды были не так далеки друг от друга, как, скажем, лев и орел. В основном такие двуединые создания принадлежат к миру растений. И чаще всего – растений культурных.

Слива были известна человечеству с незапамятных времен, уже в IV веке до нашей эры были описаны несколько сортов этого растения. Известно немало диких видов деревьев и кустарников, явно родственных культурной сливе. Но кто из них был ее предком? Загадка была разрешена только в 1930-х годах, когда селекционеры скрестили двух диких родственников сливы – терн и алычу. Получившееся растение ничем не отличалось от наиболее старой, «беспородной» разновидности культурной сливы. Почему же в дикой природе, там, где растут и алыча, и терн, такие гибриды не встречаются? Оказывается, слива – не простой гибрид. Но для того чтобы понять, в чем ее секрет, нужно немножко рассказать о том, как вообще устроен аппарат наследственности у живых организмов.

НЕМНОГО ТЕОРИИ

Как известно, все наследуемые признаки – в том числе и те, что отличают один вид от другого, – передаются от родителей потомству посредством генов. Гены – это участки огромных молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Эти молекулы представляют собой нити толщиной всего несколько атомов, но огромной (по молекулярным меркам) длины – до нескольких сантиметров. Разумеется, такие молекулы не поместились бы ни в какую клетку, а тем более – в клеточное ядро, где они и находятся. Поэтому в клетке нити ДНК всегда в той или иной степени скручены и смотаны. Особенно это заметно во время деления клеток, когда каждая такая нить смотана как можно более плотно и «мотки» можно видеть в обычный микроскоп. Эти «мотки» называют хромосомами. Число хромосом у каждого вида свое и может различаться даже у близких видов. У большинства многоклеточных организмов – как растений, так и животных – почти все клетки тела несут двойной набор хромосом. На протяжении всей жизни организма клетки делятся, и каждая образовавшаяся «половинка» достраивается до исходного состояния, то есть в ней тоже образуется двойной набор хромосом.

Немного иначе обстоит дело с половыми клетками, служащими для размножения организма. Сперва половая клетка тоже претерпевает несколько «обычных» делений. Но затем, перед очередным делением, каждая хромосома клетки сходится вплотную со своей парой, и они обмениваются кусочками самих себя – генами. После этого обмена клетка делится два раза подряд, но уже без удвоенного ДНК. В результате в каждой получившейся половой клетке хромосомы присутствуют только в одном экземпляре. Это и понятно, ведь половым клеткам предстоит слиться друг с другом, и тогда набор хромосом снова станет двойным. Процесс обмена генами, происходящий во время созревания половой клетки, очень важен – он обеспечивает перетасовку генов в каждом поколении. Но у межвидовых гибридов этот обмен обычно невозможен: ведь у родителей этого гибрида число хромосом, как правило, не совпадает. В результате в клетках гибрида каждая хромосома уникальна, у нее нет пары и ей не с кем вступать в обмен участками. А без этого половые клетки не могут созреть, и гибриды оказываются бесплодными.

ВОПРЕКИ ЗАКОНАМ

А как же слива? Оказалось, что она обошла эту трудность. В обычных клетках терна 32 хромосомы, алычи – 16. Значит, в половых клетках этих растений должно быть соответственно 16 и 8 хромосом, а после их слияния у гибрида окажется 16+8=24 хромосомы. Но в клетках культурной сливы 48 хромосом! То есть каждая хромосома родительских видов присутствует здесь в двух экземплярах, и при созревании половых клеток (у растений это клетки семяпочки и пыльцевые зернышки) без труда находит себе пару. И действительно, как мы знаем, культурная слива исправно производит плоды с семенами (ядрышками сливовых косточек), из которых можно вырастить новые растения.

Трудно сказать, как случилась такая странная гибридизация. Наверное, всё началось с того, что в результате попадания пыльцы одного вида на цветок другого возник обычный 24-хромосомный гибрид. Он был бесплоден, но мог размножаться вегетативно, давая поросль от корней. И у кого-то из его потомков от такого размножения произошло самопроизвольное удвоение генома, вернувшее ему способность к размножению семенами. Поскольку в диком виде такая слива практически не встречается, делу, скорее всего, помогли древние селекционеры, старательно размножавшие дерево с необычно крупными плодами.

ТРОЙНОЙ ГИБРИД

При внимательном рассмотрении оказалось, что и ряд других культурных растений возник именно путем межвидовой гибридизации с последующим удвоением генома. Судя по всему, именно таким путем появился обыкновенный табак, американские виды длинноволокнистого хлопчатника. Но наиболее удивительный сюрприз преподнесла ученым самая популярная в мире культура – пшеница. Точнее, мягкая пшеница (так называют один из ее сортов), из зерен которой пекут белый хлеб и разные булочки. При попытке выяснить ее происхождение оказалось, что она – потомок даже не двух, а трех видов диких злаков, причем не очень родственных друг другу, относящихся к разным родам. Одним из предков современной мягкой пшеницы стала дикая урартская пшеница, другим – один из видов рода эгилопс. Третьего «родителя» точно установить так и не удалось (он либо вымер либо сильно изменился в ходе собственной эволюции), но вероятно, это был злак из рода ситопсис. У каждого из предков было по 14 хромосом, а у мягкой пшеницы их 42. То есть межвидовая гибридизация имела место дважды – и оба раза с последующим (или наоборот – предшествующим) удвоением генома.

Как мог возникнуть такой генетический монстр ученые сказать не берутся. Известно только, что сначала слились геномы урартской пшеницы с неизвестным ситопсисом. Так появилась пшеница-двузернянка или, как еще ее называют, полба – та самая, которой согласен был питаться пушкинский Балда, и которую кое-где выращивают до сих пор. Ученые говорят, что это случилось сотни тысяч лет назад. А значит, люди не имели к этому никакого отношения – их предки в ту пору жили очень далеко от мест произрастания всех «действующих лиц» и еще не помышляли о земледелии, не говоря уж о селекции растений. Позднее, всего несколько тысяч лет назад (и, возможно, с помощью древних земледельцев) в этот генетический коктейль добавился геном эгилопса. Впрочем, больше всего генетиков интригует даже не то, каким образом мог возникнуть такой сложный гибрид а то, как три его генома сумели «договориться» друг с другом. Ведь каждый из них включает в себя свою программу развития растения, и одновременное выполнение всех трех должно было приводить к нарушениям развития. Но эту загадку ученым еще только предстоит разгадать.