3. Законы изменчивости

3.1 Понятие о изменчивости и ее связь с естественным отбором

Изменчивостью называют общее свойство организмов приобретать новые признаки - различия между особями в пределах вида. Изменчивы все признаки организмов: внешнего и внутреннего строения, физиологические, поведения, повадок и др. В потомстве одной пары животных невозможно встретить совершенно одинаковых особей. В стаде овец одной породы каждое животное отличается еле уловимыми особенностями: размерами тела, длиной ног, головы, окраской, длиной и плотностью завитка шерсти, голосом, повадками. Дарвин совершенно правильно различал 2 формы изменчивости: ненаследственную и наследственную. Наследственностью называют общее свойство всех организмов сохранять и передовать признаки строения и функций от предков к потомству. Например, цыплята, выведенные в инкубаторе из яиц яйценосных кур, будут яйценоскими.

Давно было замечено, что особи данной породы, сорта или вида под влиянием определенных причин изменяются в одном направлении. Причиной служит непосредственное влияние факторов внешней среды. Эта изменчивость не затрагивает наследственную основу организма, т.е. его генотип. Но существует еще наследственная изменчивость, связанная с изменением генов или целых хромосом и их участков. Это свойство является наследственным и передается в ряду поколений. Им Дарвин придавал особенно большое значение, т.к. эта форма изменчивости дает материал для искусственного и естественного отбора.

3.2 Причины изменчивости

Акклиматизация

Говоря об акклиматизации Дарвин считает, что она обусловлена привычкой вида, т.е употреблением или неупотреблением, врожденной конституцией и действием на нее естественного отбора. Так, Дарвин считает, что акклиматизация – это качество, легко прививающееся на почве врожденной значительной гибкости конституции, что присуще большинству животных; что человек и домашние животные способны выносить самые разнообразные климаты и это все лишь вопрос привычки.

Мы вправе сделать вывод, что наши домашние животные были первоначально выбраны нецивилизованным человеком за их полезные качества и потому, что могли легко размножаться в неволе, а вовсе не потому, что впоследствии оказались способными к широкому расселению; поэтому обычная поразительная способность наших домашних животных не только выносить самые различные климаты, но и сохранять при этом свою плодовитость (гораздо более трудное испытание) может служить аргументом в пользу того положения, что значительная часть и других животных, находящихся в настоящее время в естественном состоянии, могла бы легко существовать в очень различных климатах. Но мы не должны слишком широко применять этот аргумент, помня вероятное происхождение некоторых из наших домашних животных от нескольких диких видов; так, например, в наших домашних породах, быть может, смешана кровь какого-нибудь тропического и арктического волка. Хотя мышь и крыса не могут быть названы домашними животными, тем не менее они занесены человеком в различные страны света и имеют теперь более широкое распространение, чем какой бы то ни было другой грызун; они живут в холодном климате Фарерских островов на севере и Фолклендских островов на юге, а равно и на многих островах жаркого пояса. Следовательно, адаптация к какому-нибудь специальному климату может рассматриваться как качество, легко прививающееся на почве врожденной значительной гибкости конституции, что присуще большинству животных. С этой точки зрения, следует расценить способность самого человека и его домашних животных выносить самые разнообразные климаты, а также и тот факт, что вымершие слоны и носороги выносили прежде климат ледникового периода, между тем как современные виды их по своим привычкам исключительно тропические или субтропические; эти факты следует рассматривать не как аномалии, но как примеры весьма обычной гибкости конституции, приводившейся в действие при особых обстоятельствах.

В какой мере акклиматизация вида к известному климату обусловлена только его привычкой, в какой мере естественным отбором разновидностей различной природной конституции и, наконец, в какой мере совокупностью обеих причин — все это пока еще тёмный вопрос. То, что образ жизни или привычка оказывают некоторое влияние, убедило меня как из-за аналогии, так и из-за встречающихся в агрономических сочинениях, начиная с древнейших китайских энциклопедий, постоянных советов соблюдать крайнюю осторожность при перевозке животных из одной области в другую. Так как невероятно, чтобы человек успел отобрать такое значительное число пород и подпород с конституцией, специально адаптированной к каждой из занимаемых ими областей, то этот результат, я полагаю, обусловлен привычкой. С другой стороны, естественный отбор неизбежно должен быть склонным к сохранению особей, рождавшихся с конституцией, наиболее приспособленной к тем странам, в которых они жили. В специальных сочинениях, посвященных тому или другому культурному растению, упоминается, что некоторые разновидности легче выдерживают определенный климат, чем другие; это особенно разительно обнаруживается в издаваемых в Соединенных Штатах трудах по плодоводству, где обыкновенно одни разновидности рекомендуются для северных, а другие для южных штатов; а так как большая часть этих разновидностей — новейшего происхождения, то, очевидно, своими различиями в конституции они не могут быть обязаны привычке. Иерусалимская груша, которая никогда не разводилась в Англии семенами и, следовательно. не образовывала новых разновидностей, приводилась в доказательство невозможности самого факта акклиматизации, так как растение это и теперь так же чувствительно, как и всегда было! С той же целью и с большим основанием часто приводился и пример турецких бобов; но до тех пор нельзя утверждать, что опыт был проведен, пока кто-нибудь не попробует высевать свои бобы в течение по крайней мере 20 поколений так рано, чтобы большая часть их погибла от мороза, не соберет затем семян с выживших экземпляров, тщательно избегая при этом случайных скрещиваний, и не получит вторично семян от этих сеянцев, соблюдая те же предосторожности. И не следует думать, что никогда не появлялись какие-либо различия в конституции у сеянцев турецких бобов; указания н» то, как различна бывает выносливость разных проростков этого растения, встречаются в печати, и я сам наблюдал разительные примеры этого факта.

В общем мы можем прийти к заключению, что привычка или употребление и неупотребление в некоторых случаях играли значительную роль в модификации конституции и строения, но их последствия широко сочетались с естественным отбором врожденных вариаций, а иногда оказывались всецело ему подчиненными.

Корреляция

Казалось бы, в различных исследованиях виды должны четко различаться по приспособительным признакам. Однако очень часто этого не обнаруживается. В таком случае становится неясным, каким образом возникают не явно приспособительные признаки различий между видами. Ведь они, казалось бы, не могли быть накоплены отбором, так как отбор накапливает полезные, приспособительные признаки. Дарвин для объяснения этого кажущегося противоречия привлек понятие о коррелятивной вариации . Под ним он понимал влияние изменений функций или структуры какой-либо части организма на другие части. При этом Дарвин считал, что наследственность здесь ни при чем.

Я не знаю примера, более удобного для пояснения важности законов корреляции и изменчивости независимо от полезности и, следовательно, от естественного отбора, как различие между внутренними и наружными цветками соцветий сложноцветных и зонтичных растений. Каждому знакомо различие между лучевыми и срединными цветками, например у маргаритки, и это различие нередко сопровождается частичным или полным недоразвитием органов воспроизведения. Но у некоторых из этих растений семена также представляют различия в форме и строении поверхности. Эти различия иногда приписывались давлению листочков обвертки на цветки или их взаимному давлению, и форма семян в лучевых цветках некоторых сложноцветных оправдывает это объяснение; но у зонтичных, как сообщает мне д-р Хукер, далеко не те виды, которые обладают наиболее скученными соцветиями, отличаются наибольшим различием между наружными и внутренними цветками. Можно бы подумать, что развитие лучевых лепестков, отвлекая питательные вещества от органов воспроизведения, вызывает их недоразвитие; но это едва ли единственная причина, так как у многих сложноцветных семена наружных и внутренних цветков различаются между собой, несмотря на отсутствие различия в венчиках. Может быть, эти различия находятся в связи с различием в притоке питательных веществ к срединным и краевым цветкам: мы знаем, по крайней мере, что у растений с несимметричными цветками цветки, находящиеся ближе к оси, более подвержены пелоризации, т. е. становятся ненормально симметричными. Я могу прибавить, как пример такого рода поразительной корреляции, что у многих пеларгоний два верхних лепестка у срединного цветка в соцветии нередко теряют свои тёмные пятна, и в этих случаях прилежащий нектарник остается совершенно недоразвитым; таким образом, срединный цветок становится пелорическим, или правильным. Когда же темное пятно отсутствует только у одного из двух верхних лепестков, то и нектарник не полностью недоразвивается, а лишь значительно укорачивается.

По отношению к развитию венчика весьма вероятно предположение Шпренгеля (Sprengel), что лучевые цветки служат для привлечения насекомых, деятельность которых крайне выгодна или даже необходима для оплодотворения этих растений; а если так, то естественный отбор мог проявить здесь свое действие. Но по отношению к семенам представляется невозможным, чтобы различия в их форме, не всегда находящиеся в соотношении с какими-нибудь различиями в венчиках, могли быть каким-нибудь образом полезны; и, однако, у зонтичных эти различия, очевидно, весьма важны: семена иногда являются ортоспермными (orthospermeal) в краевых цветках и целоспермными (coelospermeal) в центральных цветках, а, как известно, старший Декандоль положил эти признаки в основу своего деления всего порядка. Отсюда модификации в строении, признаваемые систематиками за весьма важные, могут зависеть исключительно от законов вариации и корреляции, не представляя, насколько мы можем о том судить, ни малейшей пользы для вида.

Мы можем нередко ошибочно приписать коррелятивной вариации такие черты строения, общие целым группам видов, которые в действительности просто зависят от наследственности: отдаленный предок мог приобрести посредством естественного отбора какую-нибудь одну модификацию в своем строении, а затем через тысячи поколений — какую-либо другую, независимую от первой; и эти две модификации, будучи переданы целой группе потомков с различным образом жизни, естественно, представлялись бы нам как бы находящимися в необходимой корреляции. Некоторые другие корреляции, по-видимому, могут происходить исключительно благодаря деятельности естественного отбора. Так, например, Альфонс Декандоль показал, что семена, снабженные летучками, никогда не встречаются в нерастрескивающихся плодах; я бы объяснил это правило исходя из того, что естественный отбор не мог бы вызвать постепенного образования семян с летучками без того, чтобы коробочки раскрывались; только в этом случае семена, которые были лучше адаптированы к переносу ветром, могли бы получить преимущество над другими, менее приспособленными к широкому рассеиванию.

Влияние усиленных упражнений или неупражнение органов

По-видимому, должно признать за правило, как это заметил Исидор Жоффруа Сент-Илер: когда часть или орган как у видов, так и у разновидностей многократно повторяется у одной и той же особи (например, позвонки у змей, тычинки в полиандрических цветках), — число их вариабельно; если та же часть или орган встречается в меньшем числе, она постоянна. Тот же ученый и некоторые ботаники далее заметили, что многократно повторяющиеся части до крайности вариабельны и в своем строении. Так как «вегетативное повторение», — если воспользоваться здесь этим выражением проф. Оуэна, — представляется признаком низкой организации, то высказанные только что положения соответствуют более широко распространенному мнению натуралистов, а именно: существа, стоящие на низших ступенях лестницы природы, более изменчивы, чем вышеорганизованные существа. Низкая организация здесь, как известно, означает, что некоторые ее части слабо специализированы в выполнении особых функций; а пока одна и та же часть выполняет разнообразную работу, нам, пожалуй, понятно, почему она должна оставаться изменчивой, т. е. почему естественный отбор не предупреждал или не устранял малейшие уклонения в форме с такой тщательностью, как это наблюдается в том случае, когда известная часть служит для какого-нибудь специального назначения. Точно так же нож, которым режут всевозможные предметы, может быть почти любой формы, тогда как инструмент для особого назначения должен иметь и особую форму. Естественный отбор — этого никогда не следует забывать — действует только на пользу данного существа и через посредство этой пользы.

Части рудиментарные, по всеобщему признанию, крайне изменчивы. К этому вопросу нам еще придется вернуться; здесь я только замечу, что их изменчивость, по-видимому, является результатом их бесполезности, вследствие чего естественный отбор не в состоянии препятствовать появлению уклонений в их строении.

Дарвин пришел к выводу, что часть, чрезмерно или исключительным образом развитая у какого-нибудь вида по сравнению с этой же частью у близких видов, обнаруживает наклонность к сильной изменчивости. езнадежно пытаться убедить кого-нибудь в несомненности этого положения, не приведя длинных рядов фактов, которые мною собраны и которые, конечно, не могут быть здесь приведены. Я могу только высказать здесь свое убеждение в том, что эта — всеобщее правило. Мне известны различные источники возможных ошибок, но я принял их, надеюсь, во внимание. Необходимо отметить, что это правило ни в коем случае не относится к части, как бы необычайно она ни была развита, если она не оказывается необычайно развитой у одного или нескольких видов по сравнению с той же частью у многих других близкородственных видов. Таким образом, крыло летучей мыши — орган крайне ненормальный в классе млекопитающих, но к нему правило это не может быть применено, так как вся группа летучих мышей обладает крыльями; оно было бы применимо только в том случае, если бы один какой-нибудь вид имел крылья, удивительным образом развитые по сравнению с другими видами того же рода. Правило особенно строго применимо ко вторичным половым признакам, когда они выглядят в каком-нибудь отношении необыкновенными. Термин «вторичные половые признаки» Хантер (Hunter) относит к тем признакам, которые свойственны одному полу, но не связаны непосредственно с актом воспроизведения. Правило применимо к самцам и к самкам, но к последним в меньшей степени, так как они реже отличаются заметными вторичными половыми признаками. Применимость этого правила с такой очевидностью ко вторичным половым признакам, быть может, зависит от сильно выраженной изменчивости этих признаков, независимо от того, действительно ли они представляются в чем-то необычными; в этом факте, я полагаю, едва ли можно сомневаться. Но ясно видно, на примере гермафродитных усоногих, что наше правило не ограничивается только вторичными половыми признаками; изучая этот отряд, я специально имел в виду это замечание м-ра Уотерхауса и вполне убежден, что правило это почти всегда оправдывается. В другой работе я приведу список наиболее замечательных случаев, а здесь ограничусь одним примером, поясняющим правило в его самом широком применении. Створки крышечки (operculum) сидячих усоногих (морских желудей) относятся к структурам крайне важным, в полном смысле этого слова, и они очень мало различаются даже у различных родов; но у некоторых видов рода Pyrgoma эти створки представляют изумительное разнообразие; гомологичные створки у различных видов оказываются иногда совершенно непохожими по своей форме и степень различия у особей одного и того же вида так велика, что, не впадая в преувеличение, можно сказать, что разновидности одного вида различаются по признакам этих важных органов более, чем виды, принадлежащие к другим различным родам.

Так как у птиц особи одного вида, живущие в одной и той же стране, различаются весьма мало, то я обратил на них особое внимание, и правило, конечно, оправдывается в применении и к этому классу. Я не мог убедиться, применимо ли это правило к растениям, и это, конечно, значительно поколебало бы мою веру в его истинность, если бы только большая изменчивость вообще у растений не делала особенно затруднительной сравнение относительных степеней их изменчивости.

Когда мы видим, что какой-нибудь орган (или часть) развит у известного вида удивительным образом или в необычайной степени, справедливо предположить, что он имеет важное значение для вида; и тем не менее именно в этих случаях он особенно подвержен изменчивости. Но почему это так? Я не вижу объяснения этому, если исходить из той точки зрения, что каждый вид со всеми его частями в современном состоянии создан независимо от других. Но на основании того, что группы видов происходят от некоторых других видов и были модифицированы путем естественного отбора, мне кажется, можно пролить некоторый свет на этот вопрос. Прежде всего позвольте мне сделать несколько предварительных замечаний. Если у наших домашних животных одна какая-нибудь часть или всё животное будут находиться в пренебрежении и отбор не будет к ним применяться, то эта часть (как, например, гребень у доркингских кур) ила вся порода утратят свой однородный характер; порода, можно сказать, начнет вырождаться. В рудиментарных органах и тех, которые слабо специализировались для какого-нибудь особого назначения, а возможно, и в группах полиморфных, мы видим почти параллельный этому случай, так как здесь естественный отбор либо не мог вступить, либо просто не вступил в полное действие, и, таким образом, организация осталась в неустойчивом состоянии. Но нас здесь особенно интересует, что экстерьер наших домашних животных, подвергающихся в настоящее время быстрому преобразованию путем продолжительного отбора, также чрезвычайно склонен к изменению. Взгляните на особей одной и той же породы голубей, и вы обнаружите удивительную глубину различий в клювах турманов, в клювах и сережках почтового, в общем облике и хвосте трубастого голубя и т. д.; и это как раз те черты строения, на которые преимущественно обращено внимание английских любителей. Даже в пределах одной подпороды, как например у короткоклювого турмана, крайне трудно разводить птиц, близких к совершенству, так как многие уклоняются от стандарта в весьма широкой степени. Поистине можно сказать, что происходит непрерывная борьба между наклонностью возвращаться к менее совершенному состоянию, равно как и врожденной наклонностью к новым вариациям, — с одной стороны, и силой неукоснительного отбора, поддерживающего чистоту породы, — с другой. В конце концов, одолевает отбор, и мы никогда не опасаемся потерпеть настолько неудачу, чтобы от хорошего короткоклювого турмана получилась такая грубая птица, как турман обыкновенный. Но на протяжении всего времени пока успешно действует отбор, можно всегда ожидать значительную степень изменчивости в тех частях, которые подвергаются модификации.

А теперь вернемся к природе. Когда какая-нибудь часть организации развивалась исключительным образом у одного вида сравнительно с другими видами того же рода, мы можем заключить, что эта часть подверглась экстраординарной величине модификации уже после того, как различные виды ответвились от общего предка всего рода. Этот период редко бывает очень отдаленным, так как лишь немногие виды сохраняются долее одного геологического периода. Необычайный размер модификации предполагает также длительную изменчивость, непрерывно кумулируемую естественным отбором на пользу вида. Но так как изменчивость чрезмерно развитой части или органа была так велика и так продолжительна не в очень отдаленном периоде, можно, как общее правило, ожидать, что подобным частям свойственна изменчивость в большей мере, чем остальным частям организации, остававшимся в течение более длительного периода почти константными. Я убежден в справедливости этого. Я не вижу оснований сомневаться в том, что борьба между естественным отбором, с одной стороны, и наклонностью к реверсии и изменчивости — с другой, со временем прекратится, а также, что наиболее ненормально развитые органы могут сделаться постоянными. Отсюда, если орган, как бы ненормален он ни Рыл, передан приблизительно в одном и том же состоянии многим модифицированным потомкам, как это было с крыльями летучей мыши, он должен был, согласно нашей теории, просуществовать в течение громадных периодов времени почти в том же состоянии, и, таким образом, он сделался не более изменчивым, чем всякое другое образование. Только в тех случаях, когда модификация была сравнительно недавней и очень значительной, можно ожидать, что все еще наблюдается в высокой степени выраженная генеративная изменчивость, как мы могли бы ее назвать. В этом случае изменчивость до сих пор редко фиксировалась в определенном направлении продолжительным отбором особей, изменяющихся в требуемых направлении и размере, и продолжительным устранением особей, склонных возвратиться к прежнему менее модифицированному состоянию.

3.3 Краткий обзор

Наше незнание законов вариации глубоко. Ни в одном из 100 случаев мы не можем определить причину, почему тот или другой орган изменился. Но во всех случаях, где мы обладаем средствами для сравнения, оказывается, что образование меньших различий между разновидностями одного вида вызывается действием тех же законов, что и больших различий между видами одного рода. Перемены в условиях обычно вызывают только колеблющуюся вариабельность, но иногда ведут к прямым и определенным результатам; и эти результаты с течением времени могут сделаться более сильно выраженными, хотя в пользу этого еще не имеется достаточного доказательства. Привычка — в образовании конституциональных особенностей, употребление — в усилении органа и неупотребление — в их ослаблении и уменьшении во многих случаях кажутся мощными в своем действии. Части гомологичные склонны варьировать одинаковым образом, а равно и связываться друг с другом. Модификация твердых и наружных частей действует на части мягкие и внутренние. Когда одна какая-нибудь часть сильно развивается, она, возможно, отвлекает питательные вещества от с нею смежных частей, и всякая часть организации, которая может быть устранена без ущерба, будет устранена. Изменения в строении в раннем возрасте могут воздействовать на части, развивающиеся позднее; несомненно, встречаются многочисленные случаи коррелятивной вариации, природу которой мы не способны понять. Части, многократно повторяющиеся, изменчивы как в своем числе, так и в строении, и это, вероятно, проистекает из отсутствия строгой специализации таких частей для какой-либо особой функции, так что их модификациям не препятствовал естественный отбор. Последствием этой же причины» быть может, является факт, что органические существа, стоящие на низших ступенях органической лестницы, более изменчивы, чем вышестоящие, вся организация которых более специализирована. Органы рудиментарные, будучи бесполезными, не подпадают под действие естественного отбора и поэтому изменчивы. Признаки видовые, т. е. признаки, которыми виды одного рода стали различаться с того времени, как они ответвились от общего предка, более изменчивы, чем признаки родовые, т. е. такие, которые унаследованы издавна и у которых на протяжении указанного периода не возникали различия. В этих замечаниях мы касались специальных органов или частей, по тем не менее изменчивых, потому что они варьировали еще недавно и вследствие этого становились различными; но во II главе мы видели, что тот же принцип применим и к особи в целом. Мы убедились, что в области, заключающей много видов данного рода, т. е. где недавно происходило значительное изменение и дифференцировка или где активно шло производство новых видовых форм, в такой области и у таких видов мы и в настоящее время встречаем в среднем наибольшее число разновидностей. Вторичные половые признаки очень изменчивы; они же сильно различаются у видов одной группы. Изменчивость одних и тех же частей организации обычно была полезной как для образования вторичных половых различий между двумя полами одного вида, так и образования видовых различий между видами одного рода. Всякая часть пли орган, чрезмерно или исключительным образом развитые по сравнению с той же частью или органом у родственных видов, должны были подвергнуться модификации в необычайных размерах со времени возникновения этого рода; отсюда нам понятно, почему они еще часто изменчивы в гораздо более значительной мере, чем другие части, так как вариация представляет медленный и долго длящийся процесс и естественный отбор в подобных случаях не располагал до сих пор достаточным временем, чтобы осилить тенденцию к дальнейшей изменчивости и реверсии к менее модифицированному состоянию. Но когда вид с необычайно развитым органом сделался родоначальником многочисленных модифицированных потомков, что, согласно моему взгляду, должно быть крайне медленным процессом, требующим огромного промежутка времени, то в подобном случае естественный отбор уже успел сообщить этому органу постоянные черты, несмотря на необычайность его развития. Виды, унаследовавшие от своего общего предка почти одинаковую конституцию и подвергшиеся воздействию сходных условий, естественно, имеют наклонность давать аналогичные вариации или иногда возвращаются к некоторым признакам своих далеких предков. Хотя, из-за реверсии и аналогичной вариации, новые и важные модификации не могут возникать, такие модификации будут добавляться к прекрасному и гармоничному многообразию природы.

Какова бы ни была причина, быть может, каждого слабого различия между потомством и их родителями — и причина для каждого из них должна существовать, — мы имеем основание полагать, что неуклонное кумулирование благоприятных различий вызвало все наиболее важные модификации строения в связи с образом жизни каждого вида.

Несмотря на неполноту и неточность указанных причин, учение Дарвина об изменчивости имеет большое значение. Оценивая учения Дарвина о формах изменчивости, нужно отметить, что он предвосхитил ту классификацию, которая создана на основе современной генетики.

Неопределенная, индивидуальная изменчивость и уродства соответствуют современной генотипической мутационной изменчивости.

Почковые вариации — это соматические мутации.

Вариации при скрещивании — это комбинативная изменчивость.

Коррелятивная изменчивость есть следствие плейотропного действия генов.

Определенная изменчивость — это современная модификационная изменчивость.

I Чарлз Лайелл, или Лайель (англ. Sir Charles Lyell; 14 ноября 1797 — 22 февраля 1875) — основоположник современной геологии и, по определению ЭСБЕ, «один из самых выдающихся учёных XIX столетия»

II Джон Стивенс Генслоу (англ. John Stevens Henslow, 6 февраля 1796 — 16 мая 1861) — английский ботаник, профессор ботаники, коллекционер ботанических экземпляров, геолог, профессор минералогии, блестящий академик, друг и наставник Чарльза Дарвина, щедрый филантроп и выдающийся пастор.