Незаметно знакомая тропинка привела его к червоводне. Генеральный инспектор вошел в свои владения и вдруг как вкопанный остановился. В одной из ячеек, где лежали яйца неоплодотворенной — он был в этом уверен! — бабочки (и не убрали-то их по чистой случайности!), шевелились маленькие червячки.
— Святая мадонна! — воскликнул пораженный шелковод. — Неужели это возможно? Непорочное зачатие у твари?
Через месяц, когда гусеницы выросли, завили коконы и превратились в бабочек, де Кастелле тщательно изолировал несколько самок и, получив от них уже несомненно, девственную грену*, стал терпеливо ждать. И вот в положенный срок сразу в нескольких неоплодотворенных кладках зашевелились одиночные гусеницы.
— Невероятно, но факт, — резюмировал генеральный инспектор, — яйца тутового шелкопряда могут развиваться без оплодотворения!
Так в середине XVIII века было открыто явление девственного размножения, или партеногенеза (от греческого слова «пор тенос» — девственница и «генезис» —рождение).
***
Воспроизведение себе подобных — размножение — одно из основных проявлений жизни. В процессе эволюции сложились два типа размножения — половой и бесполый.
При бесполом размножении новый организм берет свое начало от соматических клеток, то есть от клеток, составляющих тело материнского организма (тело по-гречески — сома). Почкование дрожжей, черенкование растений, восстановление нескольких новых гидр из одной, разрубленной на части, — все это примеры бесполого размножения.
Половое размножение, возникшее на более высокой ступени эволюционного развития, состоит в воспроизведении новых организмов из специальных половых клеток. Воспроизведение — единственная функция половых клеток, и это обусловливает их существенное отличие от клеток соматических.
Любая соматическая клетка характеризуется строго определенным для каждого биологического вида числом хромосом. У человека это число равно 46, у курицы— 18, у кукурузы — 20.
Половые клетки, как мужская — сперматозоид, так и женская — яйцеклетка, содержат каждая по половинному (гаплоидному) набору хромосом. При их слиянии количество хромосом удваивается и достигает числа, свойственного соматическим клеткам данного вида. Оплодотворенная яйцеклетка с удвоенным (диплоидным) количеством хромосом и является исходной клеткой, из которой развивается будущий организм.
Слияние мужской и женской половых клеток— оплодотворение — является, таким образом, как будто необходимым условием полового размножения.
И вот оказывается, что половое размножение (то есть развитие нового организма из половой клетки) возможно и без оплодотворения...
***
К концу прошлого века уже были описаны многочисленные случаи естественного партеногенеза как у растений, так и у животных (червей, насекомых, ракообразных). Было замечено, что иногда партеногенез носит случайный характер (сообщалось, в частности, о случае развития девственных яиц тутового шелкопряда под действием яркого солнечного света), иногда же он закономерно возникает в определенных условиях. Так, у тлей, например, в летние месяцы имеет место исключительно партеногенез. С наступлением осенних холодов начинает преобладать оплодотворение. Влияние внешних условий на размножение некоторых организмов иногда настолько велико, что один и тот же вид в зависимости от места обитания может размножаться то партеногенетически, то при помощи оплодотворения.
Если партеногенез могут стимулировать естественные факторы внешней среды, например, тепло, яркий солнечный свет, то нельзя ли добиться такого же эффекта искусственным путем?
Эта мысль впервые пришла в голову русскому биологу А. А. Тихомирову. В одних опытах он погружал неоплодотворенные яйца тутового шелкопряда в крепкую серную кислоту, в других тер их кисточкой. После такой обработки они очень часто начинали развиваться в личинок. Результаты этих опытов были опубликованы в 1886 году, В 1902—1903 годах Тихомиров опубликовал еще ряд работ, в которых в качестве нового и притом наиболее действенного возбудителя партеногенеза фигурировала горячая вода.
***
Опыты Тихомирова послужили началом для целой серии исследований по искусственному партеногенезу у разных видов животных.
О. Гертвигу удалось добиться дробления неоплодотворенных яиц морского ежа и некоторых кольчатых червей (животных, которым в норме партеногенез не свойствен) с помощью стрихнина, хлористого кальция, дифтерийной сыворотки, гипертонической морской воды...
Подробно разработал методику искусственной активации яиц иглокожих Ж. Леб. Погружая яйца сначала на короткий срок в одну из кислот жирного ряда, потом в гипертоническую морскую воду (гипертоническим называется раствор, концентрация солей в котором выше, чем внутри погружаемой в него клетки, и потому молекулы солей переходят через клеточные стенки внутрь плазмы), а затем в обычные для них условия, он добивался эффекта полного партеногенетического развития, вплоть до образования нормальных взрослых особей.
Оригинальный метод активации яйца лягушки был предложен Э. Батайоном. Яйца прокалывались тонкой иглой, смоченной свежей кровью. Из активизированных таким образом девственных яиц удалось вырастить несколько десятков головастиков и даже взрослых лягушек.
Замечательных успехов добился Г. Пинкус, получив несколько взрослых партеногенетических особей у кроликов. Яйца кроликов добывались путем промывания фаллопиевых труб или непосредственно из яичника самки. В качестве активатора использовался гипертонический раствор либо трехминутное прогревание яиц при температуре 47оС. Когда яйца начинали дробиться, их переносили в матку крольчихи, где они естественным образом и «дозревали».
Имеются сообщения американских исследователей о возможности искусственного партеногенеза у человека. Свежее неоплодотворенное яйцо человека помещают в сыворотку человеческой крови, подогретую до температуры тела. Укол микроиглой вызывает, как и в яйце лягушки, начальные явления развития...
***
Исследования искусственного партеногенеза позволили понять сущность и процесса оплодотворения и тех процессов, которые разыгрываются в партогенетически развивающемся яйце.
Сперматозоид в процессе оплодотворения играет, по-видимому, двоякую роль. Во-первых, самим фактом своего проникновения в яйцо сперматозоид побуждает его к развитию, сообщает ему так называемый импульс активации. Во-вторых, сперматозоид приносит в яйцеклетку свое ядро, которое, соединяясь с ядром яйцеклетки, доводит «пакет» наследственности до требуемой полноты.
Разнообразные физико-химические агенты, используемые как стимуляторы искусственного партеногенеза, по всей вероятности, берут на себя первую функцию сперматозоида, то есть дают яйцу толчок к развитию.
Дальнейшая судьба яйцеклетки зависит в конечном итоге от того, как поведет себя при делении ее ядро.
Из гаплоидного — содержащего одинарный набор хромосом — ядра яйцеклетки образуются при первом делении два дочерних, тоже гаплоидных, ядра. Если эти дочерние ядра продолжают и дальше делиться обычным способом, развивается зародыш, все клетки которого гаплоидны. Такой зародыш чаще всего оказывается нежизнеспособным и погибает на ранних стадиях развития.
В ряде случаев дочерние гаплоидные ядра, образовавшиеся при первом делении, снова сливаются. Образуется диплоидное ядро, в количественном отношении вполне идентичное ядру оплодотворенной яйцеклетки. Развивающиеся в этих случаях партеногенетические особи достигают обычно конечных стадий развития и оказываются наиболее жизнеспособными.
***
Большинство исследований по проблеме искусственного партеногенеза было связано либо с попытками вызвать партеногенетическое развитие у новых, еще не исследованных в этом направлении биологических видов, либо с поисками новых — преимущественно химических — активирующих агентов.
Советский биолог член-корреспондент Академии наук СССР Б. Л. Астауров остановился на старом объекте исследований — тутовом шелкопряде — и на одном из первых, предложенном еще А. А. Тихомировым активирующем агенте — на активации теплом. Однако в отличие от других исследователей, не уделявших должного внимания количественным характеристикам активирующих агентов, Б. Л. Астауров пошел по пути строго экспериментального установления той оптимальной дозы тепла, которая обеспечила бы максимальный партеногенетический эффект.
Применив широкую шкалу температурных воздействий и систематически варьируя время выдержки яиц при разных температурах, Астауров установил, что максимальный эффект достигается в случае прогрева свежей грены при температуре 46°С в течение 15—18 минут. При этом активируются почти все 100 процентов девственных яиц. Из них полного развития достигает около 50 процентов.
***
Возникновение и удачный исход партеногенетического развития зависят, как уже указывалось, от двух основных моментов: от первичного импульса, побуждающего неоплодотворенное яйцо к развитию (реакции активации), и от реализации внутренних условий, обеспечивающих дальнейшее нормальное развитие зародыша (главное из этих условий — восстановление и сохранение диплоидной структуры ядра).
Успех Б. Л. Астаурова — массовое получение полного искусственного партеногенеза у тутового шелкопряда — объясняется тем, что ему путем планомерных и систематических экспериментальных исследований удалось найти такую дозу температурного воздействия, которая обеспечивает и полноценную реакцию активации и нормальное развитие яйца с сохранением диплоидной ядерной структуры.
***
Некоторые партеногенетические линии тутового шелкопряда, выведенные Б. Л. Астауровым, размножаются девственным путем уже более 15 лет. Все потомки похожи на мать и друг на друга, как близнецы. В числе других признаков они наследуют и поп своего единственного родителя — все они всегда самки. Ежегодно экспериментальные червоводни наполняются десятками тысяч партеногенетических особей, и никогда среди них не появлялось ни одного самца.
Эти удивительные факты невольно наводят на мысль: нельзя ли добиться подобных результатов и у других животных? Ведь самки значительно выгоднее самцов и в молочном животноводстве, и в яйценосном птицеводстве, и при разведении некоторых ценных рыбных пород (самки осетровых и лососевых рыб, например, не только значительно превосходят самцов по величине, но и дают ценнейший пищевой продукт — черную и красную икру).
— Есть все основания надеяться, — говорит Б. Л. Астауров, — что общие принципы, эффективность которых продемонстрирована на шелкопряде, смогут быть применены (с соответствующими изменениями) и к другим животным.,,
Комментарии к статье
* Грена — яйца бабочки тутового шелкопряда, из которых шелководы выводят гусениц, дающих после окукления шелковые коконы.
