Гибридизация животных

Нежизнеспособность гибридов

После того как гетерогенное оплодотворение достигнуто и преодолены стоящие на этом пути препятствия, гибридизатор встречается с новыми препятствиями — в виде неспособное и гибридного эмбриона к нормальному развитию в той или иной степени; в той или иной форме. Наша работа упирается в явление нежизнеспособности гибридов, при настоящем уровне наук ставящее наиболее трудно преодолимые препятствия. Однако, как увидим ниже, и здесь возможно, по крайней мере в некоторых случаях, вполне плодотворно ставить вопрос о преодолении нежизнеспособности гибридов, что естественно делает необходимым анализ степеней и форм нежизнеспособности и выяснение их причин. В этом анализе мы должны прежде всего различить две проблемы: первая, более общая, связана с жизнеспособностью или нежизнеспособностью первого поколения (F₁) гибридов, возникающей непосредственно. в результате гетерогенного оплодотворения; вторая связана с такими явлениями, когда, с одной стороны, от вполне жизнеспособных гибридов F₁ получается в той или иной степени нежизнеспособное дальнейшее потомство, или, наоборот, от мало жизнеспособного F₁ в следующих поколениях возникает потомство, более жизнеспособное. Обе эти стороны вопроса очевидно имеют для гибридизации и ее практического использования самое серьезное значение.

Как увидим ниже, ряд авторов связывает общим объяснением как. явление нежизнеспособности гибридов, так и явление повышенной: их жизнеспособности, — так называемый гетерозис. Если однако некоторые стороны теории гетерозиса и нежизнеспособности имеют родство, то во всяком случае рассматривать оба вопроса отдельно вполне возможно. И тем более — возможно, что в работе гибридизатора явление нежизнеспособности гибридов играет роль препятствия, которое нужно преодолевать, тогда как гетерозис является чрезвычайно ценным свойством, вопрос о преодолении которого может ставиться, лишь в исключительных случаях, когда он действительно переходит-в свою противоположность, например осложняя роды слишком — сильным развитием плода:

Формы и степени нежизнеспособности гибридов чрезвычайно разнообразны. Гибрид может, быть вполне жизнеспособным, а в случае наличия гетерозиса даже более жизнеспособным, чем чистые виды. В других случаях гибрид может оказаться с более или менее ослабленной жизнеспособностью, которая восстанавливается до нормы лишь при специальном подборе внешних условии (см. ниже случай гибридов дрозофил). Далее мы встречаемся с так называемым явлением сублетальности, при котором, как у некоторых гибридов бабочек, развитие идет вполне нормально, а затем на стадии куколки останавливается. В еще более тяжелых случаях гибрид гибнет еще раньше благодаря дисгармоничному, или прямо тератологическому развитию, как например в отдаленных скрещиваниях рыб. Эго отмирание может опускаться к еще более ранним стадиям, и наконец гибрид может погибать уже при самом начале дробления.

Чрезвычайная распространенность явлений нежизнеспособности гибридов, особенно при гибридизации более отдаленной, и «абсолютность» нежизнеспособности при ультрагибридизации привели ж попыткам широкого и несколько убаюкивающего обобщения в этом допросе, утверждавшего, что нежизнеспособность гибридов пропорциональна систематическому удалению друг от друга родительских форм, и сводившего эту нежизнеспособность непосредственно к степени биохимического различия между скрещиваемыми видами. Это обобщение включало в единую схему как явление нежизнеспособности гибридов, так и явление ослабления жизнеспособности, наблюдающееся нередко при инбридинге, так наконец и явление гетерозиса (W. Schultz, 1912). Сторонники этого обобщения утверждают, что для нормального развития организма необходима некоторая степень различия между «наследственными плазмами» отца и матери. При полном сходстве этих плазм, как при размножении в тесном родстве, а тем более при самооплодотворении, жизнеспособность лежит ниже оптимума, в иных случаях довольно низко. При некотором различии, сопровождающемся например по Кэстлу (Castle) слабым «взаимным отравлением» встретившихся зародышевых плазм, развитие усиливается, достигает при известном оптимальном «взаимном отравлении» степени пышного развития — гетерозиса, а при дальнейших степенях различия и соответственно при все усиливающихся степенях отравления приводит снова к понижению жизнеспособности вплоть до полной нежизнеспособности при отдаленной гибридизации.

Исходя из этой «биохимической» точки зрения, В. Шульц в ряде работ пытался сопоставить явление жизнеспособности при гибридизации с явлениями, наблюдаемыми при трансплантациях. Как известно, судьба трансплантата сильно связана со степенью родства донора и рецептора и обычно трансплантация удается лишь у более близких форм, особенно у высших животных. В опытах же с видами удаленными трансплантат всегда более или менее быстро отмирает. Поэтому Шульц счел возможным не только сопоставить три параллельные ряда: 1) систематическое родство, 2) трудность трансплантации и 3) трудность гибридизации, — но и свести все эти три ряда — к степени биохимического различия. Отмирание трансплантата и нежизнеспособность гибридного эмбриона в этой концепции — результат биохимической несовместимости соединяемых компонентов, соединяемых либо хирургическим либо гибридизационным методом,

Подобная чисто биохимическая упрощенная схема, смешивающая в единый ряд самые различные в качественном отношении явления, совершенно неудовлетворительна несмотря на наличие в ней и некоторых здоровых элементов. Уже чисто биохимическая трактовка трансплантации не выдерживает экспериментальной проверки.

Некоторые причины того, что ткани чужого вида в случае теплокровных животных не в состоянии развиваться на любом хозяине, были выяснены замечательными работами Мерфи (Murphy, 1912, 1914, 1915), Мерфи нашел, что можно с большим успехом производить трансплантацию любой ткани чужого вида на зародыш курицы в ранних стадиях его развития. Даже столь чуждые ткани, как человеческие, пересаженные на такой зародыш, быстро и хорошо растут. Отсюда ясно, что на такой ранней стадии развития зародыш курицы еще не реагирует на пересаженную чужую ткань. Отсутствие реакции наблюдается приблизительно до 19—21-го дня жизни эмбриона; с этого же момента не только прекращается рост трансплантата, но последний или отпадает сам собой или же подвергается разрушению.

Мерфи заметил, что критический период совпадает с развитием селезенки и лимфатической ткани зародыша и что так называемые лимфоциты, развивающиеся в лимфоидной ткани, скопляются в большом количестве по краям трансплантата. Мерфи показал, что эти лимфоциты и разрушают чужую ткань. Мысль свою он подтвердил двумя опытами.

Во-первых, он показал, что если пересадить в зародыш небольшой кусочек селезенки взрослого цыпленка, то зародыш теряет свою толерантность по отношению к чужеродным трансплантатам.

Второе доказательство состояло в следующем. Известно, что лимфоциты животного могут быть разрушены рентгеновскими лучами. Можно было ожидать, что рентгенизованное животное потеряет свойственную ему способность сопротивляться трансплантатам. Мерфи подтвердил это опытом. На взрослых крысах, лимфоциты которых были разрушены рентгеном, наблюдался прекрасный рост тканей, принадлежавших другим видам. Наоборот, увеличивая количество лимфоцитов путем умеренной рентгенизации, можно добиться усиления иммунитета по отношению к гетеротрансплаптатам.

Из этих интересных опытов следует, что причины отмирания трансплантата хотя и имеют иммунологический характер, по связаны не непосредственно с «биохимическим различием)) соединяемых видов, а с характером деятельности определенных органов и систем. До развития этих органов несмотря на чрезвычайную «биохимическую удаленность)) частей курицы и человека они могут благополучно развиваться рядом. И лишь когда в эмбрионе курицы начинает функционировать определенный типично-видовой орган, продукция этого органа оказывается гибельной для трансплантата.

Ничего подобного в гибридном эмбрионе мы не имеем. Когда мы получаем гибриды А × В, то гибридными оказываются все его клетки и все его органы. У гибрида нет например селезенки одного вида и тканей другого вида., которые могли бы оказаться в положении антагонистов. Наоборот, селезенка гибрида будет также гибридной, имеющей функцию и биохимию, более или менее промежуточную между видами А и В. И объекты воздействия этого органа, остальные ткани будут тоже структуры АВ, и нет никаких оснований полагать, что: между селезенкой АВ и другими тканями АВ возникнут отношения, сколько-нибудь подобные тем, которые существуют между селезенкой А и трансплантатом В. Скорее, наоборот, с этой точки зрения можно было бы ожидать, что жизнеспособность даже самых отдаленных гибридов будет более или менее нормальной.

Эти соображения конечно не исключают того, что биохимические отношения между соединяемыми в процессе гибридизации видами должны иметь важное значение и могут играть роль и при определении жизнеспособности. Однако уже-решительные, нередко наблюдающиеся различия в результатах реципрокных скрещиваний говорят против возможности какого-либо упрощенного толкования этих, явлений. Данные Мерфи о возможности воспитания трансплантата Млекопитающего на эмбрионе курицы говорят за то, что «биохимическая толерантность» клеток различного генотипа достигает чрезвычайной степени.

Как связана жизнеспособность гибридов со степенью родства скрещиваемых видов?

По этому вопросу существует интересное разногласие между авторами. Что некоторая степень связи здесь имеется, вообще говоря несомненно. Но какова эта степень, может ли рассмотрение родства служить нам руководством в гибридагогической работе — это гораздо более сложный вопрос, и решать его повидимому приходится отрицательно.

Решительным защитником тезиса о зависимости жизнеспособности гибридов от степени родства родителей выступил Менкгауз: «удача гибридизации, т. е. стадия, до которой данный гибрид развивается, стоит в корреляции со степенью родства» (Менкгауз, 1910).

Против этого положения можно выдвинуть следующие факты.

1. Реципрокные скрещивания дают часто различные результаты в смысле жизнеспособности несмотря на то, что родство родителей одинаково.

2. Видовые скрещивания часто дают нежизнеспособное потомство, в то время как отдаленные дают гораздо более жизнеспособное.

Скрещивания Fundulus diaphanus × Cyprinodon variegatus в направлении С♂ × ♀F погибают в начале гаструляции, a F♂ × ♀C проходят стадию гаструляции благополучно. Различна жизнеспособность в скрещивании ежей St. purpuratus и S. franciscanus и др.

Шесть межродовых скрещиваний (три вида Fundulus × Суprinodon) идут гораздо хуже несмотря на принадлежность обоих родов к сем. Cyprinodontidae, чем другие гораздо более далекие скрещивания с тем же Fundulus. Так, F. heteroclitus (отряд Haplomi) × Gasterosteus bispinosus (отр. Hemibranchiae) дают эмбрионов, у которых хотя зародышевый диск и развит лишь до ¹/₃ вокруг желтка, но «эмбрион короткий и вполне сформирован». Точно так же скрещивания того же F. heteroclitus с Menidia notata (представители различных отрядов) дают гибрида, описанного Менкгаузом, как достаточно диференцированного, чтобы обнаруживать зрительный пузырек. Много подобных же примеров можно найти у самого Менкгауза. В опытах Г. и П. Гертвигов среди многих нежизнеспособных гетерогенных комбинаций встречается одна — Box♂ × ♀Crenuabrus, давшая, почти совершенно нормальных гибридных мальков, которые однако не были партеногенетическими, что доказывается величиной их ядер и тем, что они развивают хроматофоры типичной для отцовского вида формы.

Эти факты — что важно отметить — решительно говорят против — того, что причина нежизнеспособности гибридов лежит в сфере, близкой к токсическим явлениям при сливании кровей различных видов, — в сфере, связанной с химическими различиями организмов. Эти различия, поскольку они улавливаются например преципитиновой реакцией, дают всегда весьма правильный ряд, отвечающий филогенетическому отстоянию, и также не дают резких сдвигов у близких видов и у реципрокных сочетаний. Существуют поэтому несомненна другие более сильные факторы, определяющие жизнеспособность гибрида, и эти факторы несомненно очень конкретны.

Классификация явлений нежизнеспособности

Классификация явлений нежизнеспособности гибридов, или, что то же, патологии гибридов, может быть дана в следующей предварительной форме:

1. Патология зиготы, связанная с неправильностями гибридного оплодотворения и в первую очередь с нередко наблюдающейся полиспермией.

2. Патология ранних стадий эмбриогенеза, связанная с патологией гибридной клетки, в свою очередь связанной с неправильностями гибридных митозов, нарушением клеточного деления, отмиранием, хромосом и, может быть другими физиологическими явлениями пока не проанализированного характера.

3. Патология поздних стадий, связанная с нарушением взаимной приспособленности органов эмбрионов, их непропорциональным или тератологическим развитием, нарушением функции важных органов и т. п.

4.. Патология родов и вылупления, связанная с несоответствием анатомии и физиологии гибридного эмбриона и материнского организма (у живородящих) или его производных (строением скорлупы яйца и пр.). Эти патологические явления могут начинаться и на более ранних стадиях эмбрионального развития.

Полиспермия как причина гибели гибридных зигот

В качестве одной из причин ранней гибели гибридных зигот следует, отметить прежде всего полиспермию — фактор, не связанный с генотипом. Возникновение полиспермии, т. е. оплодотворение яйца многими сперматозоидами, начиная с двух, наблюдали у гибридов уже Менкгауз (1904), Купельвизер (1909) и др.

Проникновение нескольких сперматозоидов, каждый из которых приносит о собой активный элемент — центросому, приводит к тому, что в яйце возникают своеобразные многополюсные митозы (рис. 45).

Уже при двух центросомах возникает не одно нормальное веретено, а шесть, так как каждая центросома, разделившись на две, дает веретено между своими дочерними центросомами, да кроме того все 4 дочерние центросомы еще дополнительно попарно образуют веретена, т. е. образуют тетраэдр, ограниченный 6 веретенами. Хромосомы ядра оплодотворения (у Купельвизера даже только ядра яйца) распределяются при этом самым разнообразным способом по этим многим веретенам. Если такие четырехполюсные клетки закончили бы деление, то образовалось бы сразу 4 клетки с совершенно различными наборами хромосом, что привело бы к гибели эти клетки. Но и само дробление при полиспермии идет неправильно и эмбрион погибает.

^{Рис. 45. Многополюсные митозы при полиспермии (по Купельвизеру).}

Причиной возникновения полиспермии при гибридизации в случае Echinus (морской еж) × Mytilus (молюск) выяснил Купельвизер. Она состоит в том, что при проникновении первого сперматозоида в яйцо последнее не отвечает на него образованием оболочки, — предохраняющей от проникновения дальнейших сперматозоидов, и они могут внедриться один за другим вплоть до нескольких десятков.

Вариируя условия оплодотворения, полиспермии можно не допустить. Так, Купельвизер выяснил, что срок. «экспозиции» т. е. срок от момента допуска сперматозоидов к яйцам до момента отмывки, имеет большое значение, и при слишком длительной экспозиции почти все яйца оказываются полиспермными и погибают, не давая дробления. Повышение концентрации спермы имеет обратное — значение — под влиянием концентрации спермы может быть вызвано образование оболочки (и даже при чересчур сильной концентрации так быстро, что не успевает произойти оплодотворение). Леб применяя свою методику в опыте со спермой Chlorostoma, повидимому совершенно не допускал полиспермии.

Для наших целей чрезвычайно ценны наблюдения Менкгауза (1904) над различной частотой полиспермии в реципрокных скрещиваниях. Производя у рыб оплодотворение яиц Fundulus спермой Mcnidia, Менкгауз наблюдал в 50 % диспермню. В реципрокном скрещивании, наоборот, только в немногих случаях была ди- или полиспермия. Иными словами, жизнеспособные зиготы образовывались, в реципрокных скрещиваниях в совершенно различном проценте (оставляя пока вопрос об их дальнейшей жизнеспособности). В противоположность тому, что для удачи скрещивания казалось бы желательной большая легкость проникновения сперматозоида в яйцо, здесь мы видим обратную картину: там, где. проникновение сперматозоидов в яйцо идет беспрепятственно, зиготы в массе оказываются нежизнеспособными…

Еще более показательны в этом отношении данные Ньюмана (1914). Им были поставлены упомянутые реципрокные скрещивания! между тремя видами Fundulus и Cyprinodon. При реципрокных скрещиваниях в пределах Fundulus и при оплодотворении яиц Cyprinodon всеми тремя видами Fundulus полиспермия никогда не наблюдалась. Наоборот, при оплодотворении яиц Fundulus спермой Cyprinodon закономерно возникала в значительном проценте полиспермия, и это повторялось в скрещиваниях с каждым из трех видов.

Патология гибридов морских ежей

Очень ценные материалы, освещающие природу патологических явлений, возникающих при гибридизации, дают нам исследования Бальцера (Baltzer, 1910) над развитием гибридных эмбрионов морских ежей. Производя различные межродовые скрещивания неаполитанских ежей, он тщательно изучил отмечавшиеся уже прежними исследователями картины как бы внезапных заболеваний гибридных личинок. При этом им было обнаружено два совершенно различных По природе случая, которые мы и рассмотрим отдельно.

I. Sphaerechinus-тип. При оплодотворении яиц Strongylocentrotus lividus, Echinus microtuberculatus и Arbacia pustulosa — всех, каких только мог испробовать Бальцер, — спермой ежа Sphaerechinus granularis всегда как общее правило на самых ранних стадиях образования бластулы гибридные эмбрионы обнаруживали «заболевание» со следующими признаками. Как только начиналось образование бластоцеля, т. е. через 13–20 часов по оплодотворении, в полость бластоцеля начинали выходить многочисленные клетки. В это время эмбрионы находятся еще в оболочке, и нормальное образование мезенхимы, сопровождающееся тоже проникновением клеток в бластоцель, начинается лишь гораздо позднее, часов через 24–26 по оплодотворении. Таким образом описываемое раннее внедрение клеток в бластоцель не имеет никакого отношения к нормальному процессу образования мезенхимы. Чем больше становится бластоцель, тем гуще он набивается кучами клеток, подвергающихся частично распаду. Личинки становятся болезненными, непрозрачными и массами опускаются на дно. Рис. 46 представляет две таких больных бластулы в возрасте 12 часов и 25 часов после оплодотворения. На правом рисунке видны помимо целых и распадающихся клеток внутри бластоцеля еще патологические клетки с гигантскими ядрами в стенке бластулы.

^{Рис. 46. Больные бластулы Strongylorentrotus ♂ × ♀ Sphaerechinus, 12 и 25 час. (по Бальцеру).}

Это болезненное состояние может длиться несколько дней, в течение которых развитие останавливается. Многие личинки на этом и кончают свою жизнь. Но некоторые переболевают и снова начинают развиваться дальше, давая плютеусов с опозданием на несколько дней. В редких случаях течение болезни оказывается короче, длится около суток. Вернон (Vernon, 1900) отметил даже, что в июле и августе значительное число эмбрионов развивается до плютеуса.

Такова картина этого тяжелого «гибридного» заболевания. Бальцер вскрыл его этиологию. Оказалось, что оно имеет прямое отношение к происходящей у всех гибридов полученных от Sphaerechinus♂ элиминации хромосом, приносимых сперматозоидом. Эта элиминация будет описана в другом месте. Здесь однако отметим элементы, важные для нас. Элиминация происходит здесь уже в первом-втором делении дробления, когда обнаруживается неспособность хромосом Sphaerechinus проделывать правильный митоз вместе с хромосомами яйца. Хромосомы Sphaerechinus отрываются от веретена и остаются целиком или группами в некоторых бластомерах. При этом однако они не умирают тотчас же, а оказываются способными удваиваться, размножаться, в результате чего в некоторых клетках возникают совершенно неестественные скопления хромосом. На рис. 47 виден налево отрыв группы хромосом от веретена, направо — патологически размножившаяся куча. элиминированных хромосом. Эти скопления хромосом и может быть продукты их распада повидимому и являются источником заболевания. Так, по дальнейшим исследованиям Бальцера видно, что именно эти части клеток и начинают выбрасываться в бластоцель (ср. его рис. 7, 8), где и происходит их постепенный распад. Этот процесс является своего рода оздоровительным, так как в результате его ядра освобождаются от всех или почти всех чужих хромосом, клетки освобождаются от патологических включений, и эмбрион становится гаплоидом материнского вида, после чего и начинает развитие дальше, давая в результате плютеуса чисто материнского типа с частыми однако аномалиями, наличие которых после пережитой болезни конечно вполне естественно.

^{Рис. 47. Размножение элиминированных хромосом в клетках бластул Strongylocentrotus ♀ × ♂ Sphaerechinus.}

Таким образом причиной этого заболевания является неправильность механизма митоза, неспособность хромосом Sphaerechinus проходить правильно митозы в обстановке чужих яиц. О каком-либо физиологическом антагонизме здесь повидимому речи не идет, так как в реципрокных сочетаниях хромосомы обоих видов благополучно уживаются, давая гибридных личинок промежуточного типа.

II. Arbacia-тип. В том случае, когда яйца ежей Strongylocentrotus, Sphaerechinus и Echinus оплодотворяются спермой ежа Arbacia pustulosa, также, с полной закономерностью возникают патологические явления у гибридов. Здесь также возникает массовое заболевание, отличающееся несколько от предыдущего случая своей внезапностью. Раннее развитие идет совершенно нормально (рис. 48), бластулы начинают оживленно двигаться, после чего внезапно обнаруживается как бы массовое отравление и личинки оказываются в состоянии тяжелого заболевания. Начало болезни совпадает со стадией бластулы, наступая однако позже, чем и Sphaerechinus-типе, часов через 26 после оплодотворения, при начале образования мезенхимы. Заболевшие бластулы становятся непрозрачными, и их бластоцель опять наполняются кучами дегенерирующих клеток (рис. 49). Лишь немногие оправляются от заболевания и дают матроклинных плютеусов.

^{Рис. 48. Нормальное развитие Strongylorentrotus × Arbacia до гаструлы.}

^{1 — гаструла гибрида, 2 — его ядра, 3 — для сравнения чистый Strongylocentrotus и его ядра (по Бальцеру).}

^{Рис. 49. Развитие гибрида Strongylocentrotus ♀ × ♂ Arbacia.}

^{1 — 22 часа; 2 — 26 1/2 часов, начало заболевания; 3 — 47 часов, сильное заболевание (по Бальцеру).}

Этиология этого гибридного заболевания, которое можно назвать арбацитом в противоположность предыдущему сферэхиниту, также до некоторой степени разъяснена.

Гистологическое исследование показало, что заболевание связано опять-таки с элиминацией_:хромосом, повидимому хромосом Arbacia. Эта элиминация идет здесь однако совершенно иначе— до заболевания материнские и- отцовские хромосомы нормально участвуют в митозах, но в начале заболевания ядра принимают болезненный вид и выбрасывают часть хроматина в плазму: ядра становятся приблизительно вдвое меньше, а выброшенные части ядер вместе с болезненного вида протоплазмой переполняют бластоцель, что затрудняет гаструляцию. Рис. 50 дает картину больной гаструлы.

^{Рис. 50. Гаструла Strongylocentrotus × Arbacia в возрасте около 30 часов (по Бальцеру); больные ядра.}

Во многих местах видны сплошь окрасившиеся ядра, а в нижней части левого рисунка видна довольно вероятная картина выбрасывания хроматиновых кусков из ядер. Правый рисунок представляет картину при большем увеличении.

Причина «арбацита» несомненно иная, чем, «сферэхинита», так как здесь указаний на какое-либо расстройство митозов нет. В соответствии с взглядами Бовери Бальцер дает такое истолкование явлений: первые стадии дробления проходят под влиянием «общих» воздействий хромосом, вероятно одинаковых как у хромосом Strongylocentrotus и др., так и у Arbacia. А так как и те и другие хромосомы способны делиться в одинаковом темпе, то до бластулы дело идет благополучно. Но здесь начинается уже функционирование специфических видовых особенностей хромосом, и с этого момента обнаруживается антагонизм между хромосомами Arbacia и окружающей их плазмой Strongylocentrotus (или Echinus), приводящей к смерти хромосомы Arbacia. Убитые или пораженные, они и выбрасываются ядром в порядке самооздоровления. Если же это самооздоровление почему-либо не может осуществиться, эмбрион погибает.

Оба эти заболевания гибридных эмбрионов имеют то общее, что они не связаны с неправильным и несогласованным развитием органов, которое естественно ожидать у гибридов, вынужденных развиваться по некоторой равнодействующей между двумя гармоничными родительскими типами развития, примером чего невидимому могут служить некоторые гибриды Fundulus (например F. diaphanus ♀ × ♂ F. majalis), у которых не устанавливается желточное кровообращение. Здесь же патологические факторы лежат глубже, еще в жизни самой клетки.

Расстройства клеточного деления в результате гибридизации

Для понимания природы летальных явлений, возникающих в результате гибридизации интересные: данные доставляют наблюдения М. Моррис (1914) над гибридами рыб Fundulus × Ctenolabrus, Как было ужа изложено, процесс, оплодотворения здесь происходит вполне нормально, и нормально же начинается дробление, в котором отчетливо участвуют хромосомы обоих видов. Эта правильность продолжается однако сравнительно, недолго, и уже через 12 часов после оплодотворения начинают замечаться ненормальности, выражающиеся в том, что некоторые клетки видимо утрачивают способность к делению, в результате чего в бластодерме возникают гигантские клетки с неправильными ядрами (рис. 51).

^{Рис. 51. Расстройство клеточного деления у гибридов рыб Fundulus х Ctenolabrus (по Моррис).}

Возникновение гигантских клеток является несомненно результатом гибридизации, так как у контрольных оплодотворенных спермой своего вида яиц развитие идет совершенно нормально. Эти неправильности деления клеток становятся повидимому причиной массового отмирания эмбрионов и уродств тех из них, которые продолжают еще некоторое время свое развитие.

Гистологические ненормальности гибридных эмбрионов наблюдали у рыб также Г. и П. Гертвиги (1914).

Здесь в момент массового отмирания бластул наблюдалось ненормальное увеличение размеров ядер, но без нарушения правильности клеточного деления.

О возможности, борьбы с этими патологическими явлениями у гибридов вопрос еще но ставился. Однако на возможность такой борьбы имеется серьезное указание прежде всего в виде чрезвычайной вариации степени заболевания эмбрионов. Почти всегда часть эмбрионов быстро погибает, другая часть, остановившись в своем развитии, долгое время сохраняет жизнь. Наконец некоторые, переболев, развиваются дальше. Правда, не все они с точки зрения гибридизации сохраняют ценность, ибо те из выживших, которые нацело освободились от отцовских хромосом, уже перестают быть гибридами, совершают процесс дегибридизации.

Однако исследования Бальцера показали, что в случае как сферэхинита, так и арбацита элиминация хромосом происходит неполно, и в случае Sphaerechinus-отца в плютеусах сохраняется одна из его хромосом, а во втором случае — 2–3 хромосомы. Но и здесь вероятно наличие вариаций, и Бальцер приводит несколько исключений, не вполне правда выясненных, когда личинки сохраняли нормальную или почти нормальную величину ядер и давали плютеусов со столь измененным скелетом, что в них можно было допустить сохранение хромосом Arbacia в полном или более или менее полном количестве.

Здесь представляется благодарное поле для исследований по линии различных изменений внешней среды, иммунологических и других воздействий на скрещиваемые организмы и т. д., для того чтобы отыскать возможности передвинуть вариацию в благоприятную сторону. За возможность этого говорит и весьма различный ход отдельных скрещиваний. Если взять например приведенные Бальцером протоколы опытов Strong. ♀ × ♂ Arbacia А, В, С, D, то в опыте D например на 6-й день большинство зародышей погибло, а выжившие не развились дальше стадии гаструлы без скелета и погибли на следующий день, тогда как в опыте С уже на 3-й день у некоторых началась гаструляция, отмечены стадии призмы и к вечеру отдельные плютеусы.

Не менее интересны были бы и опыты «исправления» неправильных митозов в случае сферэхинита путем изменения. внешними факторами темпа дробления, например охлаждением, прекращением дыхания цианом и др.

Патология гибрида как целого

Если до сего времени шла речь о патологических явлениях, связанных с нарушением нормальной физиологии клеток, составляющих гибридный организм и приводящих его к гибели, то в этом разделе мы встречаемся с совершенно новым классом явлений, когда первоначально организм составляется из вполне здоровых и жизнеспособных элементов и приходит к гибели лишь благодаря несогласованному развитию отдельных органов. Конечно далеко не всегда легко решить, с каким классом явлений мы имеем дело, и ответить на вопрос о том, являются ли источником нежизнеспособности отдельные дефектные органы, дисгармоничные соотношения отдельных органов или же более глубокая нежизнеспособность самих клеток благодаря например несоответствию физиологии хромосом с цитоплазмой или хромосом разных видов друг с другом. В настоящее время мы имеем указание на то, что кроме разобранных выше примеров клеточной патологии имеются и другие не менее тонкие источники нежизнеспособности, связанные уже с организмом как целым. Тот же Бальцер нашел (Baltzer, 1930), что при опытах с мерогонией у тритонов отцовское ядро Triton cristatus в материнской цитоплазме T. taeniatus может действовать лишь ограниченное время. Все мерогоны погибают на стадии эмбрионов с глазными пузырями, когда ядра мезенхимы головы и склеротомов начинают становиться пирнотическими. Продолжая анализ этого явления, Хадорн (Hadorn, 1932) трансплантировал части этих мерогонов на ранних стадиях ортотопно в зародышей taeniatus и имел возможность выращивать эпидермис, мозг, хорду и сомиты, имеющие в клетках чистые cristatus-ядра, далеко за критическую, указанную выше стадию. Но если трансплантировалась мезенхима головы, то наступала дегенерация клеток. И пожалуй наиболее интересно, что если ткани мерогона, пересаженные в головную часть эмбриона, детерминировались здесь в мезенхиму, то дегенерация наступала также. Эти чрезвычайно интересные опыты учат нас, что летальное несоответствие ядра ii цитоплазмы может не быть абсолютным для всех тканей данной гибридной комбинации и возникать лишь тогда, когда в процессе эмбриогенеза некоторые ткани подвергаются той или иной спецификации. Как увидим ниже, это обстоятельство открывает перед нами некоторые перспективы преодоления нежизнеспособности гибридов.

Аналогичные факты получил Битинский-Зальц (Bytinski-Salz, 1933) у гибридов бабочек. В скрещивании бражников Deilephila galii ♂ × ♀ D. euphorbiae гибридные самки оказываются неспособными преодолеть стадию куколочного развития и после нескольких зимовок погибают. Путем трансплантаций зачатков крыльев и яичников из этих сублетальных куколок в нормально развивающиеся куколки Битинский-Зальц показал, что зачатки эти в нормальной куколке уже вполне способны к нормальному развитию и что следовательно какой-либо летальной дисгармонии в самих этих тканях не имеется. Подробнее об этих опытах будет сказано еще в следующей главе.

Хорошие примеры такой «вторичной» патологии гибридных эмбрионов мы находим в ряде экспериментальных работ Ньюмана. Рыбы вообще являются очень благоприятным объектом для изучения этого вопроса, поскольку здесь может быть, с одной стороны, широко применено искусственное осеменение для массового получения гибридов, а с другой стороны— эмбриональное развитие может легко наблюдаться. В лаборатории морской станции в Вудс-Голе Ньюман произвел до 80 гибридных сочетаний морских и частично пресноводных рыб, часто весьма отдаленных систематически, и изучил характер их эмбриогенеза. Ряд поучительных данных мы находим у него и по проблеме нежизнеспособности.

В отдаленном скрещивании Fundulus heteroclitus с Menidiu возникали например совершенно уродливые эмбрионы благодаря необычайному разрастанию сердечной оболочки (перикардия). Она занимала большую часть яйца, оттесняя эмбрион, и само сердце оказывалось далеко отдаленным от остального эмбриона, соединяясь с ним лишь длинной нитевидной связью (рис. 52, вверху). При всем том сердце билось, ткани его, как и остального эмбриона, очевидно были жизнеспособными. Но очевидно, что подобное непропорциональное развитие сердечной сумки и странное положение сердца уже не могли обеспечить дальнейшего правильного функционирования организма как целого, и он погибал.

^{Рис. 52. Уродливые эмбрионы рыб (по Ньюману).}

^{h — сердце, р.с. — перикардий, Fht, M.t и P.t. — пигментные клетки различных родительских типов, подтверждающие гибридность эмбрионов.}

В другом случае при скрещивании того же Fundulus heterpclitus с Poronothus triacantus эмбрионы возникали с систематическим уродством в виде недоразвития передней части головы, кпереди от глаз (рис. 52, внизу). Остальные части эмбриона, наоборот, развивались более, или менее нормально. Ясно, что тератологическое развитие головы не могло привести к жизнеспособному организму.

Поучительно, что характер уродств и ненормальностей в различных скрещиваниях был различен. Часть этих ненормальностей, правда, была не очень специфичной: например раздвоение хвоста (рис. 52, посредине) и тому подобные уклонения встречались в разных комбинациях видов. Но ряд уродств вроде изложенных выше характеризовал собой определенные гибридные комбинации, указывая на то, что они возникают как результат полученной комбинации наследственных элементов (не только генов, но может быть и строения всего яйца).

Очень поучительно изученное С. Г. Крыжановским (Москва; не опубликовано) эмбриональное развитие гибридов карпа и леща. Эти гибриды оказываются тоже нежизнеспособными. Крыжановский изучил анатомию эмбрионов, обнаружив у них например чрезвычайно своеобразное развитие кровеносной системы в области жаберного аппарата (о чем подробнее см. главу IX). У обоих родительских видов эмбриональное кровообращение, связанное с желточным пузырем, происходит различно благодаря различному расположению и развитию подкишечной вены и пр. «Сложенная» из двух таких различных компонентов кровеносная система эмбриона является новообразованием, отличается от обоих родительских видов и носит весьма аномальные черты, например аномально развита подкишечная вена. Может быть в связи с этим и сердце оказывается развитым слабее нормы, более вяло пульсирует и очевидно перестает справляться со своей задачей. У эмбрионов развивается околосердечная водянка, увеличивается перикардий, и эмбрионы гибнут (рис. 53). Этот пример особенно показателен в том отношении, какой степени конкретности может достигнуть анализ причин нежизнеспособности гибридов, коль скоро мы перестанем удовлетворяться голой формулой «биохимического различия» между скрещиваемыми видами.

^{Рис. 53. Околосердечная водянка у гибрида карась × лещ (по Крыжановскому).}

Неправильное развитие эмбрионов наблюдалось и при гибридизации жаб с лягушками — форм, при внешнем сходстве сильно различающихся анатомически. К сожалению детальных анатомических исследований этих нежизнеспособных эмбрионов, подобных последованию Крыжановского, произведено не было.

Относительно случаев нежизнеспособности гибридных эмбрионов млекопитающих определенных данных тоже еще нет кроме отрывочных указаний. Так, при попытках гибридизации домашних коз с гривистым бараном дважды получались мертвые эмбрионы — Мильн-Эдвардсом в Париже и в Аскании-Нова (1931). Здесь полуразвитой эмбрион подвергся резорбции и был абортирован, однако уже в таком виде, что не только не было возможности изучить его анатомически, но и подтвердить его гибридное происхождение.

При обсуждении проблемы жизнеспособности гибридов приходится больше задумываться не столько над их нежизнеспособностью, сколько над их жизнеспособностью. В самом деле мы привыкли считать организм определенного вида результатом длительной приспособительной эволюции, в результате которой естественным отбором отметались даже сравнительно очень незначительные отклонения, так как только этим объяснялись малая изменчивость представителей каждого вида, устойчивость его характерных признаков и свойств. Если мы обсуждаем например особенности ибиса и колпицы, то у каждого из этих видов мы находим множество специфических приспособительных признаков хотя бы в виде резко различных и характерных форм их клювов, оперения и т. д. Когда мы производим гибридизацию и соединяем в единый генотип два различных генотипа, эмбриональное развитие должно направиться по некоторой равнодействующей между обоими видами, что и реализуется в виде промежуточной или хотя бы мозаичной формы гибрида. Спрашивается, как получается то, что эта равнодействующая, нарушающая тонкое приспособительное строение обоих родов, взятых для скрещивания, все-все-такиможет привести к жизнеспособному организму? Факт полной жизнеспособности многих видовых и даже родовых гибридов заставляет признавать или второстепенность различия между видами даже тогда, когда они носят очень резкий характер, как например ибис и колпица, фазан и кракс, зебу и як, либо высокую регуляторную способность организма к согласованию темпов и характера развития различных его органов — способность, оказывающуюся недостаточной лишь при чрезвычайной степени несходства скрещиваемых видов. Несомненно, что для гибридизации эта проблема имеет крупнейшее значение, и изучение эмбриогенеза с этой точки зрения должно привлечь к себе внимание гибридагогов как морфологов, так и физиологов.

Патология гибридной беременности

В некоторых случаях констатированы патологические явления, могущие приводить к гибели гибридов благодаря ненормальным взаимоотношениям, устанавливающимся между гибридным эмбрионом и родительским организмом: у млекопитающих непосредственно с беременной самкой, вынашивающей гибрида, у птиц, рыб и др. — между эмбрионом и окружающими его яйцевыми оболочками и пр. Эта категория патологических явлений, будучи изучена очень слабо, вероятно играет значительную роль в проблеме нежизнеспособности гибридов и должна привлечь гораздо большее внимание исследователей.

Гибридной беременностью можно назвать беременность, при которой в матке самки развивается гибрид. Самка и ее родовые пути могут оказаться при атом неприспособленными к новым свойствам гибридного эмбриона. Это может иметь место и тогда, когда самка чистого вида вынашивает гибрида первого поколения, и тогда, когда у гибридной самки на базе расщепления возникает плод с новыми дальнейшими особенностями.

Подобная патологическая беременность была установлена при гибридизации быков. При покрытии домашних коров зубрами и бизонами не всегда удается получить потомство несмотря на нормальное развитие эмбрионов. Но благодаря, как полагают, сильному развитию плода конец беременности и роды протекают очень трудно, часто с летальным исходом для матери и плода, или сопровождаются околоплодной водянкой и абортом. Бойд (Boyd, 1908,1914) и Гуднайт (1914) считают, что эти тяжелые явления происходят почти исключительно тогда, когда возникает мужской гибрид, благодаря сильному развитию остистых отростков в области холки, раздражающих родовые пути. По данным Аскании-Нова особенно должны страдать молодые коровы. Попытки гибридизации ячек с зубробизонами, правда не многочисленные, привели также к гибели матерей и плодов.

Патологии вылупления

Так как скорлупа и подстилающие ее оболочки у птиц, оболочка икринок у рыб, хитиновые оболочки яиц насекомых и пр. — являются дериватами материнского организма, то при гибридизации, как и в случае беременности, могут возникнуть несоответствия между свойствами оболочки и свойствами эмбриона. Интересный пример подобного явления изучен Крыжановским (неопубликованные данные). Для вылупления из оболочки икринки мальки например леща (Abramis brama) и карася (Carassius carassius) растворяют ее при помощи мелких многочисленных железок (рис. 54), расположенных на голове и выделяющих специфический секрет. У леща (фиг. 2) эти железки развиваются уже на 2-й день эмбрионального развития, у карася (фиг. 1) — на 5-й день, когда и происходит соответственно вылупление. При оплодотворении яиц леща спермой карася вылупление происходит, как и у отцовского вида, на 5-й день. Исследование показало, что и железки гибрида развиваются тоже лишь на 5-й день.

Расположение и число железок у обоих видов различно. У гибридов (фиг. 3) очевидно в результате специфической комбинации генов число железок резко сокращается, они остаются лишь на местах, общих для обоих видов. Легко представить себе, что при еще большем сокращении числа этих железок, при нарушении их функции в результате гибридизации эмбрионы утратят вообще способность к вылуплению и погибнут.

Возможно, что нечто аналогичное мы имеем в описанных Штандфуссом случаях гибели гибридных гусеничек, которые с трудом прогрызали скорлупу.

Относительно птиц изученных примеров подобного рода мы еще не имеем. Однако нам известны случаи достаточно резких различий в строении скорлупы близких видов. Так например один африканский вид франколинов (Francolinus granti) имеет столь толстую и прочную скорлупу, весящую 5,7 г против нормального веса в 1,6 г у близкого вида F. clappertoni, что яйцо выдерживает перекатывание ветром по каменистой почве. Можно ожидать, что гибриды от такой самки с самцами других более тонкоскорлупных видов могут оказаться в затруднительном положении при вылуплении.

^{Рис. 54. Развитии железок.}

^{У леща (слева), карася (сверху) и их гибрида (справа) (по Крыжановскому).}

Неясна причина резко пониженной жизнеспособности многочисленных гибридов петух × цесарка, полученных Oropoдним (не опубликовано). В качестве одной из гипотез может быть указана разница и величине яиц кур и цесарок. О понижении жизнеспособности цыплят при скрещиваниях крупных кур с мелкими петухами писал Кондырев (1926), но неясно, насколько это понижение не зависело от иных факторов — плохой инкубации, подготовки кур к яйценоскости и пр.

Экологическая нежизнеспособность гибридов

Каждый вид животного имеет свою более или менее специфическую экологию. Он приспособлен к той или иной нище, температуре, влажности и т. д. и является жизнеспособным лишь постольку, поскольку он в соответствующих условиях находится. Белый медведь в Сахаре и лев на Шпицбергене окажутся формами нежизнеспособными благодаря несоответствию их организации ноной экологической обстановке.

Это обстоятельство необходимо иметь в виду при обсуждении проблемы жизнеспособности гибридов. В самом деле, соединяя воедино генотипы двух видов, каждый из которых имел свою особую экологию, мы получаем новую форму животного. Какой должна быть экология гибрида? Экологические особенности должны в общем подчиняться закономерностям наследственности при гибридизация. Будет ли нормальная экология для гибрида промежуточной между родительскими, мозаичной, атавистической, материнской и т. д. — будет зависеть от конкретных особенностей соединяемых видов. Весьма трудной задачей является определить, какие экологические условия надо считать оптимальными и даже нормальными для гибрида, располагая лишь данными об экологии его родителей.

Штандфуссом был например получен гибрид между шелкопрядом Изабелла, живущим на приморской сосне, и другим видом, живущим на лиственных деревьях. Чем следует кормить гусеничек этих гибридов, чтобы они не погибли от неподходящей пищи? Гусенички отказались есть хвою сосны. Случайно им могла быть предложена хвоя лиственницы — растения весьма своеобразного, соединяющего в физических свойствах своей хвои элементы настоящей хвои и мягких листьев. Гибридные гусеницы начали ее благополучно поедать. Не располагай экспериментатор лиственницей, он мог бы погубить всех гибридов и отнести их к категории нежизнеспособных.

Не менее поучителен для гибридагогии и пример гибридов Drosophila melanogaster × D. simulans. Оба эти вида разводятся в лабораториях при оптимальной температуре в 26°. Однако уже Стертевантом было установлено, что эта температура является не только не оптимальной для гибридов, но почти летальной. Личинки, правда, при этой температуре развиваются, по куколки почти нацело погибают. Наоборот, при более низкой, комнатной, температуре выход мух из куколок (не считая того пола, который гибнет в зависимости от скрещивания) вполне нормален.

Следующие цифры из работы Керкиса (Kerkis, 1933) наглядно иллюстрируют это решающее влияние разницы в 10°: при 16° вылупилось 86 % вполне нормальных гибридов, а при 26°—0 %. Вредное влияние 26° сказывается уже при действии на личинок, и хотя развитие личинок идет и благоприятно, по вылупление из куколок, даже перенесенных в комнатную температуру, идет очень плохо и лишь у 10 % куколок. Не менее интересно далее, что развитие мужских куколок, получающихся при скрещивании sim. ♂ × ♀ mel. построения XXY, идет одинаково хорошо при обеих температурах. Следует впрочем иметь в виду, что хотя здесь и говорится о влиянии температуры на развитие, но неизвестно, влияет ли температура здесь непосредственно на эмбриогенез или изменяет другие экологические условия — понижает кислотность среды и т. д.

Во всяком случае важно подчеркнуть, что-как бы мы тщательно ни изучили экологию обоих родительских видов, мы не могли бы предсказать, что полученный от них гибрид потребует совершенно иной температуры для своего нормального развития. Только поставив точное изучение самих гибридов, можно было показать, что они не вообще нежизнеспособны, но нежизнеспособны в обстановке, нормальной для чистых родительских видов. Здесь доказать и выяснить преодолимость нежизнеспособности оказалось сравнительно простым благодаря простоте решающего фактора — температуры. Но очевидно, что в других случаях выяснение факторов гибели гибридов может оказаться и чрезвычайно сложной проблемой, до разрешения которой гибрид будет относиться нами к категории «нежизнеспособных» только потому, что мы будем ставить его в неподходящие экологические условия, не умея подобрать подходящие.

Генетический анализ жизнеспособности гибридов

К анализу явлении жизнеспособности (или нежизнеспособности) гибридов можно подходить с двух точек зрения. Можно стремиться к вскрытию непосредственных морфологических и физиологических причин гибели организма, изучая, как мы делали на предыдущих страницах, различные ненормальности в эмбриогенезе и физиологии органов и клеток. Это будет феногенетический анализ, данные которого чрезвычайно важны для уяснения того, в каком направлении должен быть «подправляем» гибрид для того, чтобы он мог стать жизнеспособным. В другой плоскости анализируется проблема методами генетического анализа. Здесь ставится вопрос о том, от каких хромосом, участков хромосом и отдельных генов скрещиваемых видов зависит то или иное патологическое изменение гибрида. Данные генетического анализа не менее важны для разрешения проблемы преодоления нежизнеспособности гибридов, так как они освещают вопрос о том, в каком направлении должна быть изменена наследственная структура родительских видов для того, чтобы они не давали нежизнеспособной комбинации при скрещивании друг с другом.

Указания на то, что нежизнеспособность гибридов может в решающей степени зависеть от отдельных хромосом, мы получаем из сравнения результатов реципрокных скрещиваний. Как будет подробнее рассматриваться ниже, при реципрокных скрещиваниях двух чрезвычайно близких видов дрозофил — Drosophila melanogaster и D. simulans — получаются совершенно различные результаты. В обширном последнем опыте Биддля (Biddle, 1932) он получил:

Дочерей/Сыновей

melanogaster ♀ × ♂ simulans — 20 388/41

simulans ♀ × ♂ melanogaster — 437/10 870

Аналогичную картину получил впервые Стертевант, открывший это замечательное явление, при котором одно скрещивание дает лишь дочерей, а другое — лишь сыновей (о незначительных исключениях скажем далее). Объяснений этим фактам может быть два: либо в результате скрещивания нарушается правильное определение пола и мы принимаем одни пол за другой, либо происходит отмирание одного из полов. Стертевантом была показана правильность второго объяснения. Если продержать мух-родителей в банке один день и иметь таким образом яйца, отложенные в одно время, то очень скоро, на третий день развития, можно различить в культурах два типа личинок — более крупных и более мелких. Первые развиваются нормально и дают исключительно самок (в скрещивании mel. ♀ × ♂ sim.). Более мелкие личинки продолжают отставать, низ них ничего не вылупляется. Они оказываются мужскими личинками.

Обратим внимание на следующее: гибель мужского пола не может быть объяснена тем, что особенности строения этого пола делают вообще невозможной жизнь самцов-гибридов двух названных видов. В этом случае самцы гибли бы и в реципрокном скрещивании, однако здесь они живут нормально. Следовательно причину разницы в этих реципрокных скрещиваниях надо искать в том же направлении, как и разницу в реципрокных скрещиваниях, вообще — в особенностях половых хромосом. Данный случай является, правда, несколько более сложным, и к нему мы вернемся ниже. Однако гибель одного пола встречается при гибридизации нередко.

При гибридизации бабочек из 24 гибридных сочетаний, известных Штандфуссу, в 5 сочетаниях были получены только самцы, в других 5—только самки, а в 7 случаях — оба пола, но самки значительно реже.

Аналогичные явления мы имеем повидимому и в скрещивании шпорцевого гуся (Plectropterus) с мускусной уткой (Cairina moschata). Гейнрот (Heinroth, 1910) получил в этом скрещивании одних самцов, причем и среди задохликов ни одной самки не было обнаружено (Poll. 1920, стр. 383).

Случай с бражниками был подвергнут Федерлеем детальному генетическому анализу, выяснившему хромосомный механизм гибели определенных категорий гибридов. При скрещивании двух видов бражников (Deilephila elpenor — вьюнковый бражник с Deilephila porcellus — кипрейный бражник) реципрокные скрещивания дают различный результат. В скрещивании elp. ♂ × ♀ роге, получаются оба пола в нормальном отношении. В реципрокном скрещивании роге. ♂ × ♀ elp. возникают одни самцы. Самки достигают стадии куколки, но не превращаются в имаго и умирают после двукратного перезимовывания. Федерлей назвал это явление «сублетальностью», так как до стадии куколки жизнеспособность сохраняется.

Обозначив маленькими буквами е и р хромосомы соответствующих видов, можно дать такую схему наследования половых хромосом в этих скрещиваниях:

Комбинация хромосом X_рY_е оказывается таким образом сублетальной. Правильность гипотезы, что сублетальность действительно связана с этой комбинацией хромосом, Федерлей доказывает рядом дальнейших скрещиваний.

Скрещивания эти ставятся таким образом, чтобы разными способами и в разных пропорциях получить X_pY_e — комбинацию.

Эксперименты эту гипотезу подтверждают — независимо от типов скрещивания — каждый раз, как возникает сублетальная комбинация хромосом, соответствующая категория бабочек теряет способность к гистолизу и гистогенезу и гибнет.

Приведем пример. Гибридный самец, которого Федерлей обозначает porcelp, может быть скрещен с чистой самкой elpenor по следующей схеме:

В этом скрещивании лишь половина самок получает сублетальную комбинацию хромосом и должна по гипотезе погибнуть. В результате должно получиться ненормальное соотношение полов — 2 самца: 1 самка. Фактически было получено 67 самцов и 37 самок, т. е. отношение, почти совпадающее с теоретическими ожиданиями 69,3 самцов: 34,7 самок. Разница в 2,3 бабочки совершенно несущественна. Что касается сублетальных женских куколок, то их было получено меньше 25 % общего числа куколок, и, судя по значительной гибели гусениц женского пола, Федерлей полагает, что сублетальная комбинация X_pY_e начинает здесь действовать еще в гусеничной стадии (см. ниже).

Описанные явления не являются исключительными и наблюдаются и у других видов в различных оттенках. Особенно трудно совместима Y-хромосома elpenor с Х-хромосомой других видов — с Deilephila euphorbiae, D. galii. Самцы в этих скрещиваниях вполне жизнеспособны. В свою очередь Y-хромосома D. euphorbiae, молочайного бражника, образует летальные комбинации с Х-хромосомой других видов — D. elpenor, D. galii. Здесь самки с Y_euph. не появляются никогда или лишь в виде редчайших исключений (Федорлей, 1930).

Подобные же явления наблюдаются и в других группах бабочек. При скрещивании бабочек-кисточниц Pygaera curtula и P. anachoreta гибридные самцы Х_аХ_с и самки X_aY_c очень быстро заканчивают свое развитие, в то время как самки X_cY_a развиваются очень медленно. Эта задержка расстраивает метаморфоз и вызывает гибель гусениц, так что лишь в виде исключения удавалось довести их до вылупления. Та же самая хромосома Y_a оказывает задерживающее действие и в скрещивании с третьим видом P. pigra: гусеницы с комбинацией X_pY_a не доходят до стадии куколки и погибают.

В чистом генотипе P. anachoreta это тормозящее действие хромосомы Y_a очевидно уравновешивается противоположным убыстряющим действием хромосомы Х_а (у самок X_aY_a). Это убыстряющее действие хромосомы Х_а сказывается и у гибридов, и особенно заметно у гибридов с pigra. Здесь гусеницы строения Х_аХ_р развиваются очень быстро и вылупляются после кратковременной куколочной стадии и никогда не перезимовывают.

Очень важно подчеркнуть вытекающий из этих опытов и подчеркиваемый Федерлеем вывод о том, что необходимо говорить не о летальных, (или сублетальных), свойствах топ или иной хромосомы, но именно о летальных комбинациях. Сама по себе Y_a-хромосома P. anachoreta не является летальной уже потому, что она эволюционно развилась во вполне жизнеспособном диком виде и в нем играет определенную не летальную, а витальную роль. В этом виде бабочек генотип так распределен между хромосомами Х_а и Y_a, что обеспечивает нормальное согласованное развитие обоих полов. То же самое П: у видов P. curtula и P. pigra. Но соединенные в одну комбинацию × _pY_a уже не обеспечивают нормального развития, и организм гибнет; комбинация оказывается летальной или сублетальной. Еще яснее это видно у Drosophila melanogaster. Здесь самки имеют нормальное строение ХХАА, где буквами Х обозначаются хромосомы половые, а буквами А — аутосомы. Возможно получение мух строения ХХХАА. Это так называемые сверхсамки. Жизнеспособность их чрезвычайно понижена, и они вылупляются в качестве сравнительно редких исключений. Таким образом комбинация ХХХАА оказывается в высокой степени летальной, хотя состоит из вполне нормальных хромосом. Что летальным здесь оказывается не факт наличия трех Х-хромосом (XXX), показывает значительно более нормальная жизнеспособность триплоидных самок строения ХХХААА. Здесь благодаря прибавке третьего А, набора аутосом, восстанавливается нормальное (витальное) отношение 1X:1А и жизнеспособность восстанавливается.

Подобный генетический анализ нежизнеспособности гибридов может быть доведен и дальше, показывая, что в определении ее решающую роль могут играть не целые хромосомы, но отдельные гены. В этом отношении чрезвычайно интересны экспериментальные исследования Мирона Гордона, Коссвига и др. над гибридами двух близких родов аквариумных рыбок-живородок: меченосца Xiphophorus и Platypoecilus. Platypoecilus maculatus встречается в виде разнообразных цветных. рае — золотистые, с мелкими и более крупными черными пятнышками, с большими черными пятнами на боках и пр. При скрещивании золотистой расы с меченосцем гибриды получаются вполне жизнеспособными. При скрещивании же пятнисто)! расы с меченосцем результат получается неожиданный. Черные пятна, наследуемые гибридом, получают столь сильное развитие, что приводят к патологическому развитию пигмента (меланозису) — черным раковидным опухолям на теле, к разрушению плавников и к массовой гибели мальков на разных стадиях (см. цветную таблицу I). Здесь следовательно гибридизация приводит к патологическим, нежизнеспособным формам гибридов.

Гордон показал, что этот меланозис развивается вполне закономерно и лишь в том случае, если в скрещивание вводятся определенные расы платипецилии, так называемые pulchra, rubra или nigra. Эти три расы, имеют, общие генотипические черты — наличие в их половой хромосоме особого гена Sp (Spotted — пятнистый). В различных расах носителями черного пигмента являются или мелкие более или менее округлые пигментные клетки, микромеланофоры или, наоборот, крупные, ветвистые макромеланофоры. Возникновение макромеланофоров именно и связано с наличием гена Sp; Специальными скрещиваниями легко показать, что меланозис у гибридов. развивается не вообще от скрещивания с названными тремя расами, но лишь в присутствии гена Sp. Этот ген, как сказано, локализован в половой хромосоме, и его роль легко выясняется сравнением реципрокных скрещиваний.

В скрещивании самца Plat, с самкой Xiph. все потомство, как сыновья, так и дочери, получает ген Sp и оказывается пораженным меланозисом. В реципрокном скрещивании ген Sp от матери попадает лишь к сыновьям, дочери же вовсе не получают гена Sp и оказываются здоровыми, тогда кап все их братья заболевают.

Что здесь играет решающую роль не сам факт гибридизации, а лишь комбинация генов, показывает дальнейшее скрещивание. Если из второго скрещивания взять гибридную здоровую самку и скрестить ее обратно с самцом Plat, несущим ген Sp, то меланозис возникает вновь, так как гибридная самка привносит часть генов Xiphophorus. Что касается летального действия гена Sp, то опять приходится сказать, что было бы неверно приписывать летальное действие лишь этому гену. В чистых расах Platypoecilus он вызывает лишь развитие макромеланофоров и нисколько не детален. Но, попадая в генотип гибрида, он образует с некоторыми генами вида Xiphophorus как повое качество уже летальную комбинацию, которая и приводит к развитию меланозиса, раковоподобных опухолей и губит организм.

Роль цитоплазмы в определении жизнеспособности гибридов

Генетический анализ явлений нежизнеспособности гибридов показал, что они не могут быть сведены к действию лишь одного генотипа, по крайней мере в некоторых случаях, и что для полного выяснения этих явлений необходимо учитывать и нехромосомные элементы. Эти нехромосомные элементы обозначаются обычно как цитоплазма. Хотя вероятно правильнее иметь здесь в виду строение яйца как целого.

Первым и до сего времени наиболее изученным случаем такого рода является упомянутое скрещивание двух видов дрозофил. Стертевантом (1920) были получены гибриды, как simulans ♂ × ♀ melanogaster, так и реципрокно. При этом обнаружилось замечательное явление, что гибридное потомство оказывается всегда одного пола, женским — в скрещивании sim. ♂ × ♀ mel.. и мужским — в скрещивании mel. ♂ × ♀ sim.

Если проследить судьбу различных хромосом, участвующих в этих скрещиваниях, то мы получим следующую схему:

Сравнив хромосомную структуру дочерей в обоих скрещиваниях, мы видим, что она генотипически совершенно одинакова. Однако в первом случае самки живут, во втором — гибнут. При таких условиях объяснить гибель личинок одним лишь неудачным хромосомным генотипом гибридов оказывается невозможным. К чему же может быть в таком случае сведено различие в жизнеспособности обоих типов самок? Единственное различие между ними сводится к различию в происхождении плазмы тех яиц, из которых развиваются личинки. Обозначив через С_m и С_s эти плазмы, получим следующую структуру гибридных самок:

C_mX_mX_s — живут

C_sX_mX_s — гибнут

Объяснения этой роли цитоплазмы яйца мы пока еще не имеем, и еще трудно дать гипотезу о причинах нежизнеспособности самок С_sХ_mХ_s. Привлечение двух типов самцов

С_mХ_mY_s — гибнут

С_sХ_sY_m — живут

тоже недостаточно для понимания, хотя сопоставление, различающееся лишь по одному элементу, а именно:

C_mX_mX_s — живут

C_mX_mY_s —гибнут

C_sX_sX_m — гибнут

C_sX_sY_m — живут

говорит за то, что в обстановке С_m замена Х_s на Y_s приводит к гибели, а в обстановке С_s — замена Y_m на Х_m.

Значительную ясность вносит в вопрос скрещивание самок mel. XXY, т. е. имеющих сцепленные X-хромосомы. Они же имеют всегда Y_m-хромосому.

X_m-X_mY_m × X_sY_s

X_m-X_mY_m X_sY_m

Самки Самцы

гибнут живут

C_mX_mY_s — самцы гибнут

C_mX_sY_m — самцы живут

C_mX_mY_s — самки живут

C_mX_mX_mY_s — самки гибнут

Сравнивая эти категории, мы видим, что гибнут мухи всякий раз, как Y_s встречается с С_m, а в отсутствии Y_s как C_mX_mY_m, так и C_mX_sX_m живут. К сожалению относительно С_s за отсутствием самок X_s-X_s такой анализ еще не выполнен. И хотя об окончательном решении вопроса о причинах гибели рассматриваемых гибридов говорить еще трудно, тем не менее роль различия в плазме кажется вероятной.

Жизнеспособность гибридов дальнейших поколений

Изучение дальнейших поколений гибридов F₂, F₃ и т. д. и возвратных скрещиваний F_b знакомит нас с новыми явлениями. В ряде случаев вполне жизнеспособные гибриды F₁ дают в F₂ резкое понижение жизнеспособности вплоть до невозможности получения жизнеспособного потомства вообще. В других случаях, наоборот, жизнеспособность гибридов дальнейших поколений возрастает по сравнению с F₁. Это разнообразие явлений может быть уже во многих случаях объяснено.

Таблица I

^{Меланозис у гибридов Xiphoporus и Platypoecilus.}

^{1 — ♀ Platy. (Sp.), 2 — ♂ Xiph., 3 — их гибрид Sp с меланозисом, 4 — ♀ Xiph., 5 — ♂ Platy. (Sp.), 6 — их гибрид sp без меланозиса, 7 — ♀ Xiph., 8 — ♂ Platy. (Sp.), 9 — их гибрид Sp с меланозисом.}

В опытах Штандфусса гибридные самцы Saturnia pavonia × pyri скрещивались обратно с ♀ pavonia. В пяти случаях вылупилось соответственно 43, 45, 48, 54 и 62 % отложенных яиц, 50 % в среднем. При этом в двух первых случаях гусенички лишь отчасти прогрызли скорлупу яиц и погибли, не выведшись окончательно. В следующий раз было получено значительное количество гусениц, которые тоже погибли, не успев даже принять пищи. Полного развития достигли лишь 3 ♂ и 1 ♀. От 4-й и 5-й кладок было получено 80 гусениц, которые были вначале вполне здоровы, но большинство погибло от грибного заболевания после 3–4 линек кроме 12 самцов. Одна из гусениц имела вместо 4 нормальных 5 линек. Всего получилось следовательно 15 ♂ и 1 ♀.

При скрещивании таких же гибридных самцов F₁ обратно с другим родительским видом, pyri, от 9 самок из около 1 600 яиц вылупилось всего 10 гусеничек. Из этих 10 две погибли, не успев принять пищи, две другие — взрослыми от грибного заболевания, а 5 превратились в бабочек — 3 самца, 2 самки и 1 гермафродит.

В этих тщательных и труднейших опытах обнаружились все три характерных явления — резкое понижение вылупляемости и жизнеспособности, особенно резкая убыль самок — гетерозиготного пола и резкие колебания в жизнеспособности отдельных особей, как например в последнем случае.

Сильное понижение жизнеспособности в F₂ и в F_b возникает прежде всего тогда, когда у гибридов оказывается нарушенной правильность гаметогенеза, например при нарушении правильности конъюгации хромосом и возникновении гамет с неполным или излишним числом хромосом. Штандфуссу удавалось не раз получать гибридов сатурний, но лишь ничтожное число дальнейших потомков. В подобных случаях благодаря недоброкачественности гамет идут параллельно два явления — понижение плодовитости гибрида, появление нежизнеспособных ненормальных яиц и малая в среднем жизнеспособность и тех гибридов, которые начинают все же свое развитие. Эта картина и по внешности и по существу напоминает то, что мы встречаем при размножении триплоидов, большинство гамет которых оказывается с неправильными наборами хромосом.

Далее нежизнеспособные формы гибридов F₂ получаются и при правильном гаметогенезе на почве комбинаторики генов. Адаптивные комбинации генов, которые мы находим в чистых видах, подвергавшихся длительному естественному отбору, в F₂ начинают рассыпаться на составные части, образуя множество новых комбинаций, среди которых очевидно высокий процент должен давать мало или вовсе нежизнеспособные формы гибридов. О подобных явлениях упоминает например Федерлей, получивший F₂ от вполне жизнеспособных и плодовитых гибридов бражников elpenor ♂ × ♀ porcellus. При скрещивании шелкопрядов гарпий Федерлей наблюдал у вполне жизнеспособных самок разрушение ядер во внешне нормальна развитых яйцах, а при скрещивании шелкопрядов падубного с осиноволистным — даже недоразвитие яиц (см. следующую главу).

В F₂ от скрещивания Xiphophorus × Platypoecilus возникают целые категории карликовых самцов, о чем^-будет подробнее сказано тоже ниже. Подобные факты не представляют собой не только чего-либо странного, но целиком предсказываются, исходя из современного учения о наследственности.

Также понятны в общем и противоположные факты повышения жизнеспособности в дальнейших поколениях. Как. было упомянуто, при скрещивании бражников porcellus ♂ × ♀ elpenor все самки оказываются сублетальными в связи с комбинацией X_pY_е. В следующем поколении куколок с такой комбинацией оказывается заметно меньше теоретически ожидающихся 25 %. Так в обратном скрещивании porcelp. ♂ × ♀ elpenor получено:

самцов Х_eХ_e и Х_eХ_р — 50

самок Х_еY_е — 26

самок (куколок) X_pY_e — 12

Разница между 12 и 26 очень отчетливо указывает на то, что здесь в F_b летальность комбинации X_pY_e усилилась за счет очевидно комбинации с другими генами. Наоборот, в скрещивании самок X_eY_e (аналогичных 26 указанным в табличке) с ♂ porcellus, где сублетальная комбинация X_PY_e вновь должна была бы получиться (Х_рХ_р × X_eY_e → ♂ X_pY_e + ♀ X_pY_e), из 6 женских куколок три дали бабочек, т. е. комбинация хромосом X_pY_e уже оказалась сублетальной лишь в 50 %. Правда, эти бабочки вывелись с запозданием. Самцы вылупились 16–29/VII, в то время как первая ♀ только обнаружила признаки метаморфоза. 2/VIII она полумертвой была извлечена из оболочки куколки. Вторая самка вылупилась 8/VIII и третья — 6/IX. Тем не менее это лишь подчеркивает, что на почве генетической комбинаторики в F₂ и пр. жизнеспособность обнаруживает большую изменчивость и у некоторых особей оказывается пониженной по сравнению с F_1; а у других особей, наоборот, повышенной. Это открывает перспективы преодоления нежизнеспособности и генетическими методами.

Проблема преодоления нежизнеспособности гибридов

Эта проблема в общем виде является очевидно самой трудной проблемой гибридизации по глубине и разнообразию тех причин, которые могут приводить к гибели гибрида, по обширности физиологических, морфологических и экологических знаний, которые должны быть мобилизованы для ее разрешения. Очевидно поэтому, что нежизнеспособность гибридов кладет те пределы гибридизации, которые будет труднее всего преодолевать.

Тем не менее предыдущее изложение убеждает нас в том, что нежизнеспособность гибридов ни в коем случае не может рассматриваться как нечто абсолютное даже там, где она установлена прямым опытом. Мы только что видели, что гибриды дрозофил превращаются из нежизнеспособных в жизнеспособных простым понижением температуры; что гибриды Xiphophorus × Platypoecilus превращаются из патологических в совершенно жизнеспособных простым устранением из скрещивания, одного лишь гена Sp; что процент благополучных родов и скрещивании корова × бизон может быть повышен подбором много-рожавших коров и т. д.

Дать какие-либо универсальные методы для борьбы с нежизнеспособностью гибридов (там, где она наблюдается) конечно невозможно по многообразию причин, могущих убивать гибрида. Однако усвоение относительности нежизнеспособности очень важно, так как оно должно направить нашу мысль на отыскание таких условий, которые делали бы гибрида жизнеспособным. Где и как эти условия искать— должно быть вскрыто анализом каждого конкретного случая. При воспитании гибридов надо вариировать условия их питания, температуру, влажность и другие внешние факторы. Нужно иметь в виду при этом частое явление атавизации гибридов (глава IX) и на основании изучения зоогеографии и эволюции данной группы видов делать опыты к воссозданию для гибрида экологических условий его предков. Например если два гибридизируемые вида недавно распространились на север, можно ожидать, что гибрид между ними потребует более южной обстановки для своего развития и т. п.

При получении мало жизнеспособных гибридов с нашими домашними животными, учитывая опыт гибридизации Xiphophorus × Platypoecilus, следует вводить в скрещивание различные, самые разнообразные породы домашних животных в расчете на то, что хотя бы случайно попадется порода, дающая более жизнеспособную комбинацию с данным видом. Следует испытывать также не чистые породы, а сложных метисов или даже гибридов в расчете на то, что в числе многочисленных генокомбинации могут возникнуть такие, которые дадут с диким видом жизнеспособную комбинацию. Должны быть обязательно испробованы оба реципрокных скрещивания, так как мы видели, что результаты их могут оказаться существенно различными. Следует наконец применить метод гибридизационных мостов, рассчитывая на то, что если виды А и С дают друг с другом нежизнеспособное потомство, то может быть найден промежуточный вид В, который дает жизнеспособных гибридов как с А, так и с С и в дальнейшем даст возможность получить жизнеспособных гибридов и от скрещивания АВ × ВС (подробнее см. следующую главу).

Таким образом поле для исследовательской работы по этой проблеме чрезвычайно широко, и уже имеющиеся скудные исследования Показывают, что и здесь могут быть достигнуты крупнейшие результаты, которые шаг за шагом будут раздвигать границы гирконов.