Мутант-5

Гены, признаки и условия

Цвет шкурки у норки и кролика, курчавость или прямоволосость, «рубашка» и форма гребня у кур — все эти признаки зависят от одного, реже двух или трех генов. Однако уже и на этих признаках можно заметить, что совместное действие двух генов часто даст эффект неожиданный. Вспомните хотя бы пример с гребнями кур и окраской у норок. Следовательно, представление, что каждому признаку соответствует ген, неверно.

Между тем некоторые генетики и селекционеры в начале нашего века искали гены жирномолочности и удойности у коров и гены размеров яиц у кур.

Теперь известно, что большинство из хозяйственно важных признаков находятся под контролем многих генов, практически — всего генотипа. Отличительная особенность таких признаков — они различаются не качеством (красная или белая «рубашка», длинный или короткий шерстный покров), а количеством: для того чтобы их определить, нужно измерить или же взвесить. Это сильно осложняет работу селекционера.

На количественные признаки значительное влияние оказывают условия содержания. Удои можно поднять и за счет правильно поставленного подбора генетически более молочных животных, и за счет улучшения кормов. В недавние времена генетика как наука отрицалась. Нередко в каком-либо хозяйстве ставили группу животных в особые условия, коров кормили питательнейшими концентратами, иногда отходами кондитерского производства и получали высокие удои или повышенную жирномолочность. Тогда объявляли о создании новой породы. Но молоко и молочный жир на отходах кондитерского производства получались сверхдорогими. Когда этих животных — тоже сверхдорогих — продавали в обычный совхоз, где они получали сено, силос, а порой и солому, от их рекордных да и вообще от повышенных удоев не оставалось и следа.

Безусловно, при ведении селекции на количественные признаки условия содержания должны быть хорошими. Зоотехники старой России называли буренок из средней полосы страны в шутку тасканской (от глагола «таскать») породой. Такую буренку после голодной зимы приходилось на руках перетаскивать из хлева на весеннюю травку. Разумеется, в этих условиях нельзя было создать, скажем, мясную породу. Тут никакая генетика не поможет.

На примере многих качественных признаков мы видели, что гены могут передаваться, не изменяясь, из поколения в поколение. При этом условия среды могут быть самыми разными и все же не оказывать на ген и вызываемый им признак никакого влияния. «Рубашка» сапфировой норки не изменится от того, живет ли норка впроголодь или же ее кормят обильно. Однако от этих условий изменится нечто другое. Шкурка у норки, которая недоедает, будет мелкой, потому что и сам зверек крупным не вырастет.

Но как ни сложно наследуются количественные признаки, все же они зависят от генов. Не означает ли измельчение, что гены, наследственность, меняются в зависимости от условий?

Это не простой вопрос, спор тут длится больше столетия. Мы не будем вдаваться в подробности разногласий. Наука решила их на основе множества точных экспериментов. Благоприобретенные признаки, то есть вызванные прямым воздействием условий жизни, не наследуются. Под влиянием условий меняются не гены, а уровень, степень их проявления. Ген — очень стойкое образование и от действия обычных условий, таких, как питание или температура, надежно защищен.

Постоянство, стабильность гена не означает его неизменность. Гены меняются, и с их изменениями (мутациями) мы уже хорошо знакомы. Люди издавна их наблюдали. Однако причины их возникновения выяснены лишь недавно. Было время, когда считалось, что мутации внезапны и необъяснимы. Но в 1925 году советские ученые Надсен и Филиппов впервые получили мутации искусственно. Они действовали на дрожжевые клетки лучами радия. Двумя годами позже Меллер, о котором шла речь выше, получил у дрозофилы мутации под действием рентгена; создал метод количественного учета мутаций и первым установил, что чем больше доза облучения, тем выше процент мутаций. Позднее мутации были получены на самых различных объектах под действием разных факторов — проникающих излучений (гамма-лучи, нейтроны, протоны, ультрафиолетовые лучи) и сильнодействующих химических веществ.

Сейчас в селекции растений уже получают хозяйственно полезные мутации. К этому приступили и в селекции животных. Первым животным, на котором начали получать под действием рентгена мутации, имеющие селекционное значение, была аквариумная рыбка гуппи. Профессор В. Ф. Натали, работавший в Москве, получал такие мутации у гуппи еще в 30-х годах.

Экскурс в статистику

В классе, где вы учитесь, около тридцати учеников. Узнайте рост каждого из них, запишите, а потом попробуйте проанализировать эти записи. Допустим, что самый маленький ученик имеет рост 150 сантиметров, самый высокий — 190. Между самым большим и самым маленьким будет относительно непрерывный ряд переходов. При увеличении числа учащихся непрерывность ряда увеличилась бы еще больше.

А теперь установите средний рост учеников. Уверен, что многие, сложив 150 и 190 и разделив полученное число на 2, скажут, что средний рост 170 сантиметров, Среднее арифметическое между 150 и 190 в какой-то мере безусловно отражает средний рост учащихся. Однако для биологических исследований эта цифра недостаточно точна. Нужно взять среднее взвешенное. Попробую рассказать, что это такое.

Разобьем наш материал, 30 цифр, каждая из которых— рост ученика, на 8 групп, или, как сказали бы статистики, на 8 классов; классовый промежуток будет равен 5 сантиметрам. В результате получим такой ряд: 150–155—160—165–170—175—180–185—190. Теперь распределим по этим классам истинные цифры роста, полученные при измерении. Ученик, рост которого, скажем, 166 сантиметров, попадает в класс 165–170. Легко понять, что такая разбивка по классам значительно облегчает работу. Если при небольшом материале, как, например, в нашем случае, когда количество измерений n («н» — латинское) равно 30, еще можно иметь дело с истинными цифрами, то при n = 1000 в них легко запутаться.

Не зная, какие цифры получатся у тебя, читатель, я возьму результаты измерения роста 31 ученика 10-х классов одной из московских школ, где измерялись только юноши:

145—150 1

150—155 2

155—160 1

160—165 5

165—170 5

170—175 8

175—180 5

180—185 3

185—190 1

На долю крайних классов — самых маленьких и самых больших — приходится меньшее число учащихся, нежели на долю средних. Среднее арифметическое в этом случае будет (145 + 190): 2 = 167,7 см. Между тем в класс 165–170, к которому относится высчитанное простейшим способом среднее, попали измерения 5 учеников, в то время как в следующий класс — 8. Ниже 170 сантиметров оказалось 14 учеников, выше этой цифры — 17. Следовательно, высчитанное простейшим способом среднее не отражает истинного положения. Поэтому-то и высчитывается среднее взвешенное. Рассчитать его не так уж сложно. Достаточно просто сложить все измерения и разделить их на n. Можно также число промеров, приходящихся на каждый из классов, умножить на среднее значение класса, суммировать произведения, а потом разделить на n (31). В общей форме это может быть выражено так:

М взв. =∑_x/n

М взв. — здесь искомое среднее, х — значение промера, ∑ — знак, обозначающий сумму, n — количество измерений.

Селекционеру приходится вычислять ошибки средних, коэффициенты корреляции и многое другое. Для этого он изучает специальную область математики, взятую на вооружение биологами, — биометрию.

Количественные признаки и законы Менделя

В начале века противники генетики совсем было восторжествовали. Что ж это получается? Всякие там простенькие признаки вроде окраски подчинены законам Менделя, а хозяйственно важные — нет! Скрещивают животное из мелкой породы с крупным. Первое поколение должно быть, по Менделю, однородным (помните — закон единообразия?), на деле уже в первом поколении получается разнобой — непрерывный ряд переходов. Во втором поколении должно быть расщепление, а мы снова имеем ряд переходов, только что подлиннее, чем в первом поколении.

Но торжество противников генетики было кратковременным. Нильсон-Оле, шведский генетик, изучавший наследование окраски зерна у пшеницы, наглядно показал, что различия в наследовании качественных и количественных признаков кажущиеся. Скрещивая краснозерные и белозерные пшеницы, он обнаружил, что первое поколение промежуточно. А во втором поколении соотношения красных и белых зерен бывают и 3: 1, и 15: 1, и даже 63: 1. При этом красные зерна тоже не одинаковы, наблюдается ряд переходов от ярко-красных к совсем бледным. Это связано с тем, что красная окраска может быть обусловлена одной, двумя или тремя парами генов. Рецессивы во всех этих случаях бесцветны. Но когда красная окраска контролируется одной парой генов, выщепляется около четверти белых зерен, когда двумя — то белым оказывается лишь двойной рецессив, то есть 1/16, а когда тремя, то тройной — 1/64. Используя уже привычные буквенные символы, мы можем написать расщепление во втором поколении при двух парах генов. Формула расщепления будет изменена, так как краснозерные имеют разные оттенки.

Признак здесь не только качественный, но и количественный: в группах постепенно уменьшается число «красных» генов, а вместе с тем и количество красного пигмента.

Между количественным и качественным типом наследования принципиальной разницы нет. Просто расщепление ускользает от глаз, когда имеешь дело со многими парами генов, действующих в одном направлении.

Тип наследования, обнаруженный Нильсоном-Оле для пшениц, может быть прослежен и на животных и на человеке» Так, от брака негров и белых рождаются средние мулаты. Если же проанализировать результаты большого числа браков средних мулатов между собой, то получится расщепление 1:4:6:4:1, где единицы — чисто черные и чисто белые потомки, шестерка — средние мулаты, а четверки — темные и светлые мулаты.

Оценка производителей

Как же оценивают производителей в животноводстве? Для генетической работы это необходимо.

Первая из оценок — по экстерьеру, то есть по внешнему виду и непосредственным хозяйственным показателям. Животное осматривают, взвешивают и промеряют. Такая внешняя оценка называется бонитировкой. Проводить ее доверяют лишь очень опытным людям, потому что только специалист по породе может сказать, хорошо это или плохо, например, для коров-холмогорок — высота в холке 130 сантиметров.

Но мы уже не раз видели, что внешность бывает обманчивой. Бык может выглядеть превосходно, но в то же время обладать плохим генотипом. Поэтому внешнюю оценку дополняют оценкою по родословной. И чем подробнее племенные записи, тем точнее эта оценка.

В племенных книгах крупного рогатого скота есть описание каждого животного, его промеры, продуктивность в течение всей жизни. По этим записям можно проследить, как из поколения в поколение меняются живой вес, удои, процент жира в молоке, а в новейших книгах — и содержание белка в нем. Сама по себе оценка по родословным еще не говорит окончательно о качествах животного, ибо иногда и при превосходнейшей родословной животное может оказаться средним, а то и просто плохим. Однако вместе с данными бонитировки племенные записи позволяют характеризовать животное уже довольно точно.

Производитель ценен не столько сам по себе, сколько тем, какое он дает потомство. Особенно важно это там, где племенные записи неполны или же неточны. Но и при длиннющих родословных оценка по потомству нередко заставляет изменить отношение к животным. Вспомним быка Принца Адольфа. При безупречной родословной и безукоризненном экстерьере он сумел наградить множество потомков летальным геном.

Для оценки быка-производителя его спаривают с 50—100 коровами. Полученное от них потомство считается достаточным, чтобы судить, является ли бык улучшателем. Желая установить, увеличивает ли этот бык удои или, скажем, процент белка в молоке, проводят сравнение по этим показателям матерей и дочерей. Однако сравнивать можно только в том случае, если матери и дочери находятся в одинаковых условиях. При этом учитывают кормление, содержание, возраст животного и его физиологическое состояние. Если, например, взяты удои дочерей после рождения второго теленка (зоотехники сказали бы «удои во время второй лактации»), они должны сопоставляться с удоями матерей, также взятыми после рождения второго теленка. Если бык — улучшатель, средние надои дочерей будут превышать средние матерей. Статистическая обработка покажет, не является ли это превышение случайным.

Такого рода оценки по потомству с использованием 50—100 коров-матерей можно производить лишь в очень крупном хозяйстве. Стада наших племенных совхозов вполне подходят для этого.

Однако преимущества, которые дает в руки генетика-животновода социалистическая система хозяйства, выявляются в другом — у нас имеется возможность генетического планирования в общегосударственном масштабе.

Генетический план перестройки животноводства

За годы Советской власти в нашей стране создано около шестидесяти новых пород и породных групп животных. Это немало. Велик в нашей стране и размах сельскохозяйственного производства. СССР занимает первое место в мире по количеству домашней птицы, второе — по количеству крупного рогатого скота, овец, свиней и пушных зверей. Поголовье растет, растет и средняя продуктивность животных. И все же существующие темпы прироста нас не удовлетворяют. Потребности советских людей увеличиваются, а небывало высокие темпы роста промышленности требуют таких же темпов и от сельского хозяйства. Животноводы уже не могут работать по старинке — им необходимо использовать все передовое, что подсказывает наука.

Генетика сегодняшнего дня в состоянии давать рекомендации, которые касаются не только отдельного стада или породы, а действуют в масштабах всего государства. Генетические планы, естественно, должны составляться на много лет. Так, в отношении мясного и молочного скотоводства и овцеводства генетическая работа даст ощутимые результаты к началу 80-х годов, а в области свиноводства и птицеводства — уже в 70-х.

Один из планов развития животноводства разработан доктором биологических наук Я. Л. Глембоцким.

Этот план учитывает не только растущие потребности и рост народонаселения, но и качественные изменения, которые потребуется внести в животноводческую продукцию. Например, уменьшение доли тяжелого физического труда в жизни нашего общества относительно снизило потребность людей в животных жирах, но зато увеличило спрос на белки. Кроме того, согласно новейшим данным медицины, богатая жирами пища увеличивает распространение сердечно-сосудистых заболеваний. Именно поэтому животноводы всех стран перестраивают свои хозяйства на производство мяса, богатого не жирами, а белками.

В СССР имеется около 41 миллиона коров. Я. Л. Глембоцкий предлагает следующую систему испытания производителей. Используя искусственное осеменение, на все это поголовье достаточно 10–14 тысяч быков. К 1980 году все животные должны будут осеменяться исключительно спермой быков-улучшателей, тщательно проверенных по потомству. Средний срок службы быка — 5 лет. Значит, ежегодно поголовье производителей должно пополняться 2000–2800 быками.

Результатов проверки по потомству приходится ждать 3–4 года. Содержать все это время огромное количество быков очень дорого, тем более что в этот период они не приносят никакой пользы. Но наука и здесь подсказала выход. Сперма может храниться неограниченно долгое время при пониженных температурах в специальном контейнере. Это значит, что одновременно с проведением испытания по потомству от быка возможно накопить достаточное количество ее. После этого самого быка не обязательно сохранять, его можно отправить на бойню. Если же через три года выяснится, что его дочери отвечают всем современным требованиям, сперма быка, которая переживет его самого, будет использована.

Иную организацию предлагает Глембоцкий в племенном животноводстве, где улучшают существующих и создают новые породы. Здесь надо иметь примерно 60 тысяч коров, чтобы ежегодно поставлять бычков-улучшателей. В племенном хозяйстве ведутся скрещивания и отбор, и, уж конечно, на одного быка здесь не должно приходиться по 10 тысяч коров. Их количество будет определяться генетическими задачами.

Для осуществления предложенной Я. Л. Глембоцким схемы развития животноводства территорию страны следует разбить на ряд зон в соответствии с административным делением, учетом поголовья скота, его пород и т. д. В каждой зоне должны быть племенные хозяйства.