Естественные мутации

Естественные мутации распространены в природе и известны давно. Весь процесс одомашнивания человеком культурных растений в значительной мере связан с обнаружением и накоплением мутаций. Первый случай выявления мутации зафиксирован в 1590 г., когда аптекарь Шпренгер в Гейдельберге выделил среди растений чистотела форму с ланцетовидными листьями. Практическое использование мутаций началось с первого мутанта «риса императора». Его обнаружил китайский император Канг-Хи (1662-1723), прогуливавшийся по рисовому полю. Мутант отличался высокой скороспелостью и хорошими качествами зерна, его стали высевать при императорском дворе. Скороспелость давала возможность выращивать новую форму в северных зонах Китая, а в южных областях получать по два урожая в год.

Давно были найдены мутанты у древесных и плодовых культур. Они выражались в изменении формы и окраски листьев, цветков и плодов. Мутанты послужили основой новых сортов пионов, роз, астр, петуний и других цветочных растений, отличающихся махровостью, необычной окраской и запахом цветков. Известны мутантные растения розы без шипов на ветках и дурмана - без шипов на семенных коробочках. Очень ценными оказались мутации безалкалоидного люпина, высокой масличности у подсолнечника, устойчивости к болезням у пшеницы и ячменя.

Много мутаций обнаружено у животных. Это прежде всего коротконогие овцы, положившие начало анконской породе. Из-за коротких ног они не могли перепрыгивать даже через низкие изгороди и нанести ущерб посевам (поэтому отпадала необходимость в пастухах и высоких оградах). С мутациями окраски меха связано появление новых пород норок и лисиц. У различных животных встречаются мутации, связанные с отсутствием пигмента в коже (альбиносы). Известны мутации бесхвостости у собак и кошек. В некоторых породах крупного рогатого скота обнаружены мутации, приводящие к рождению телят-бульдогов - уродов, погибающих при рождении или вскоре после рождения.

Мутации очень часто менее жизнеспособны, чем исходные формы, и не могут с ними конкурировать. Многие из них летальны (нежизнеспособны). Это прежде всего относится к хлорофильным мутациям у растений. Белые альбиносные мутанты лишены хлорофилла и погибают от истощения, исчерпав запасы питательных веществ в семенах. Летальными часто оказываются и доминантные мутации, особенно, если они переходят в гомозиготное состояние. Встречаются также полулетальные мутации, при которых рецессивные гомозиготы живут недолго и гибнут от наследственных нарушений синтеза определенных веществ. Такие мутации вызывают болезни у человека и животных, приводят к понижению жизнеспособности растений.

В естественных условиях мутации встречаются крайне редко: в среднем одна мутация на 105-106 гамет (т. е. частота появления новых мутаций по одному гену невелика). И все же, ввиду того что в хромосомном наборе высших организмов несколько тысяч генов, общее количество гамет с мутациями у них не так уж мало: на каждые 50-100 гамет возникает в среднем не менее одной мутации.

Причины возникновения мутаций в естественных условиях пока с полной достоверностью не установлены. В середине 20-х годов XX века было широко распространено мнение, будто естественный мутационный процесс не зависит от факторов внешней среды. Например, мутации генов сравнивали с самопроизвольным распадом атомов радия. Такие представления не получили подтверждения. Еще задолго до того Кольцов указывал на роль физических и химических факторов, проникающих в глубь клетки и вызывающих наследственные изменения. В дальнейшем экспериментами по искусственному вызыванию мутаций была заложена теоретическая основа их происхождения.

Падающие на Землю космические и световые лучи, радиоактивные лучи в природе служат причиной некоторых спонтанных мутаций. Но для появления огромного количества наблюдаемых в природе мутаций сила этих физических источников недостаточно велика.

Большое значение для выяснения сущности и причин возникновения мутационного процесса имели работы М. С. Навашина. В 1933 г. он установил повышение частоты мутаций в процессе старения семян креписа. Это было подтверждено в опытах на дурмане, пшенице и других растениях. В частности, было показано, что свежеубранные семена пшеницы примерно в три раза менее мутабильны, чем хранившиеся несколько лет. По данным немецкого генетика Г. Штуббе, частота рецессивных мутаций у семян львиного зева, хранившихся 5-10 лет, возрастала почти в 10 раз.