Развивая идеи эволюциониста-классика

Минувший год для Уральского отделения был урожайным на высокие награды. Наши ученые удостоены Государственной премии РФ в области науки и техники, премии правительства РФ, премий и медалей Российской академии наук и Уральского отделения РАН. В нынешнем году уральцы стали лауреатами еще одной престижной научной награды — премии РАН имени И.И. Шмальгаузена. Она была присуждена академику В.Н. Большакову, директору Института экологии растений и животных и доктору биологических наук Э.А. Гилевой, сотруднице того же института, за серию работ «Хромосомная изменчивость у млекопитающих и ее взаимосвязь с эволюционными преобразованиями морфологических структур и популяционно-экологическими характеристиками». 

   Премия имени И.И. Шмальгаузена присуждается раз в несколько лет. По словам Владимира Николаевича, конкуренция среди соискателей всегда бывает очень жесткой. Например, нынче на соискание академической премии был представлен насчитывающий более тысячи страниц фундаментальный труд «Кожа млекопитающих» (изданный, кстати, под научной редакцией академика В.Н. Большакова). И все же по решению Президиума РАН лауреатами стали уральские экологи. Прежде чем рассказать об их исследованиях, посвятим несколько абзацев ученому, давшему имя награде.                

Академик Иван Иванович Шмальгаузен (1884–1963) — выдающийся российский биолог, теоретик эволюционного учения. Сын Ивана Федоровича Шмальгаузена, одного из основателей палеоботаники в России, и ученик А.Н. Северцова, И.И. Шмальгаузен заведовал кафедрой дарвинизма Московского университета (1939–1948), возглавлял Институт зоологии и биологии АН Украинской ССР в 1930– 1941 годах, в 1936–1948 был директором Института эволюционной морфологии (ныне Институт экологии и эволюции им. А.Н. Северцова).          

Академик Шмальгаузен занимался сравнительной анатомией и эмбриологией, эволюционной морфологией, изучал происхождение наземных позвоночных, процессы роста организмов, проблемы феногенетики и формообразования, исследовал закономерности эволюции. В 1920–1930 годах он сформулировал универсальный закон роста, базировавшийся на количественном анализе, и выработал методику определения константы роста, что имело прикладное значение. Шмальгаузен также обогатил дарвиновскую теорию эволюции разработкой проблемы целостности организма в индивидуальном и историческом развитии, теорией стабилизирующего отбора и исследованием механизмов эволюционного процесса и индивидуального развития в качестве авторегулируемых систем. Этим он предвосхитил ряд положений кибернетики, с позиций которой изложил эволюционную теорию.

Однако судьба Ивана Ивановича Шмальгаузена, как и многих других российских ученых XX века, была драматической. Эволюционист-классик, он был обвинен на печально известной сессии ВАСХНИЛ во всех «смертных грехах» того времени (вейсманизме-морганизме и т.д.) и смещен со всех постов. Только спустя несколько десятилетий его заслуги перед отечественной наукой были по-настоящему признаны, и в его честь была учреждена академическая награда. 

   В серию работ, удостоенных премии, вошли как многочисленные совместные труды В.Н. Большакова и Э.А. Гилевой, так и отдельные их работы. Хромосомную изменчивость млекопитающих они изучали на примере самых различных видов, обитающих на Урале, в Сибири, в Средней Азии, на высокогорьях Памира и Тянь-Шаня.
   Определенный набор хромосом — главный отличительный признак каждого вида. До недавнего времени считалось, что какие-либо различия в хромосомном наборе могут быть только у разных видов. Однако оказалось, что существуют и внутривидовые хромосомные различия, обусловленные географическими особенностями обитания того или иного вида, и различия внутри популяции.               

Пионерские результаты были получены в ходе изучения эволюции половых хромосом и генетических механизмов определения пола на примере копытного лемминга. В течение нескольких десятилетий Эмилия Абрамовна Гилева проводила лето в экспедициях на Полярном Урале, в тундре, где обитает этот грызун из семейства полевок. Копытным он называется потому, что к зиме один коготь у него сильно отрастает и превращается в «копытце». Эти лемминги интересны тем, что у них есть уникальный механизм определения пола, в основе которого лежит мутация. Мы знаем, что женский организм отличается от мужского наличием двух x-хромосом, тогда как в мужском имеются x и y-хромосомы. Благодаря мутации даже те особи, у которых изначально были заложены x и y-хромосомы, становятся самками. В результате соотношение численности самок и самцов в популяциях копытных леммингов составляет в большинстве случаев 70 к 30, а в некоторые годы достигает рекорда: 97 к 3. Так был установлен генетический механизм, позволяющий леммингам резко увеличивать численность самок, а значит — размножаться в огромных количествах.

Как показали исследования В.Н. Большакова и Э.Г. Гилевой, хромосомное разнообразие играет очень существенную роль в эволюции видов. Поэтому так важно, чтобы биоразнообразие сохранялось не только на видовом, но и на хромосомном уровне, как между животными, обитающими в географически удаленных регионах, так и внутри одной популяции.

 По словам академика В.Н. Большакова, для эволюциониста всегда очень интересно установить связь между эволюционной трансформацией хромосомных наборов и изменениями морфологических признаков, по которым можно было бы судить о хромосомных различиях. На примере целого ряда грызунов были прослежены параллели эволюционных и морфологических изменений. В результате исследований уральских ученых выяснилось, что на протяжении относительно короткого геологического времени происходят взрывы хромосомной и морфологической изменчивости, которые чередуются с более длительными периодами стабильности. Однако жесткой зависимости между хромосомными и морфологическими преобразованиями нет, они протекают скорее параллельно, независимо друг от друга.

В последние годы В.Н. Большаков и Э.А. Гилева работали в Уральском регионе, в основном на территориях, где действовал радиационный фактор, —  на Тоцком полигоне, в районах ВУРСа, НПО «Маяк». К этим исследованиям маститые ученые широко привлекали молодых сотрудников Института экологии растений и животных. Как известно, радиационное воздействие — сильный мутационный фактор. Он сказывается прежде всего на хромосомах, нарушая их строение и даже разрушая их. Меняется генетика животных — меняется вид. На примере грызунов Уральского региона была прослежена межвидовая и межпопуляционная хромосомная изменчивость. Одновременно шло изучение морфологических изменений.

Все знают обыкновенную полевку, одного из самых распространенных грызунов. Настоящим зоологическим открытием середины ХХ века стало то, что под этим названием скрываются два вида-двойника. У них разный набор хромосом, а морфологически они не отличаются. В течение долгого времени зоологи считали, что их гибридизация невозможна. Действительно, на чистых территориях этого не происходит. А вот в загрязненных местах, там, где у животных возрастает количество хромосомных мутаций, это оказалось возможным. В.Н. Большаков и Э.А. Гилева обнаружили на Урале гибридизацию двух видов обыкновенной полевки. На основе этого открытия, широко признанного в научном мире, авторами был сделан ряд обобщений относительно хромосомной и морфологической эволюции у млекопитающих.

Сравнение частоты хромосомных мутаций и морфологических изменений животных показало, что последние могут служить маркерами в ходе радиоэкологического мониторинга. Некоторые закономерности можно экстраполировать и на человека, особенно это касается исследований, проводившихся на домовых мышах, которые подвергаются такому же воздействию, как и человек. Морфологические изменения могут быть также маркерами химического загрязнения окружающей среды, что для Екатеринбурга и других уральских городов очень актуально. Так что работы наших лауреатов, представляя прежде всего фундаментальную ценность, имеют и практическую значимость.

Е. ПОНИЗОВКИНА