Основы мичуринской генетики
Успех в работе по созданию новых сортов сельскохозяйственных растений, в том числе и винограда, в большой степени определяется теми принципиальными теоретическими положениями, которыми руководствуется селекционер.
Теоретические основы современных методов выведения новых сортов различных культурных растений и пород домашних животных представлены мичуринской генетикой — наукой о закономерностях наследственности и изменчивости живых организмов и путях управления ими.
Главнейшей особенностью мичуринской генетики, созданной в результате критического анализа и усвоения старых и глубокого обобщения новейших достижений передовой сельскохозяйственной практики, является то, что она базируется на принципах диалектико-материалистического мировоззрения.
Материалистическая генетика как самостоятельная наука оформилась в последние десятилетия, когда трудами И. В. Мичурина, Т. Д. Лысенко и их последователей был разрешен такой важнейший проблемный вопрос биологии, как взаимосвязь организма и среды. Неоценимый вклад в развитие материалистической биологической науки, из которой выросло мичуринское учение, внесли также многие биологи прошлого столетия, сделавшие крупные открытия и обобщения и тем самым создавшие предпосылки для появления материалистической теории Мичурина — Лысенко (Ж- Б. Ламарк, К. Ф. Рулье, Ч. Дарвин, братья Ковалевские, И. М. Сеченов, К. А. Тимирязев).
Факты, указывающие на наследственность и изменчивость живых организмов, известны были еще в глубокой древности. Так, например, древнегреческий мыслитель Эмпедокл (490— 430 гг. до н. э.) полагал, что растения и животные появились не сразу в том виде, в каком они известны человеку, а лишь постепенно — в результате развития более низкоорганизованных существ.
С доисторических времен в процессе отбора человек выделял и размножал новые виды растений и животных, отличающихся полезными для него признаками и свойствами, однако господствовавшее в течение продолжительного периода идеалистическое представление о неизменности живых организмов, якобы созданных богом, и отсутствие знаний о сущности многих природных явлений мешало исследователям понять истинный процесс возникновения и развития органического мира.
Лишь со второй половины XVIII и в начале XIX ст. ученые Афанасий Каверзнев, П. Ф. Горянинов и К. Ф. Рулье в России, Ж. Б. Ламарк во Франции и другие впервые попытались истолковать природу живых существ как результат развития материи от простого к сложному под воздействием условий окружающей среды. Однако научно обоснованная биологическая теория происхождения живых организмов была впервые выдвинута только в середине XIX ст. великим английским ученым Ч. Дарвином в его трудах «Происхождение видов» (1859 г.) и «Изменение животных и растений под влиянием одомашнивания» (1876 г.).
Согласно теории Ч. Дарвина, современный органический мир представляет собой результат длительного процесса развития организмов—эволюции, длившейся миллионы лет под воздействием постоянно изменяющихся условий жизни.
По словам А. Р. Уоллеса — одного из выдающихся современников великого естествоиспытателя, «Происхождение видов» и многие последующие работы Ч. Дарвина революционизировали изучение биологии, способствовали обогащению ее новыми плодотворными идеями и принципами и в целом вызвали оживление науки, так как перед учеными приоткрылись новые, невиданные до того времени области исследования.
Опираясь на тысячевековый опыт народной селекции в области растениеводства и животноводства, известные в то время научные достижения сравнительной морфологии, эмбриологии, анатомии и палеонтологии, а также собственные богатые наблюдения, Ч. Дарвин, по словам В. И. Ленина, «...положил конец воззрению на виды животных и растений, как на ничем не связанные, случайные, «богом созданные» и неизменяемые, и впервые поставил биологию на вполне научную почву, установив изменяемость видов и преемственность между ними...» *.
* В. И. Л е н и н, «Что такое «друзья народа» и как они воюют против социал-демократов?. Соч., т. 1, стр. 124.
После опубликования трудов Ч. Дарвина, подтвердивших наличие в. природе формообразовательного процесса и давших сильный толчок прогрессивному развитию биологической науки, начали складываться две принципиально противоположные системы взглядов по вопросам наследственности и изменчивости организмов.
Одна из них — прогрессивная биология, которая, основываясь на законах диалектического материализма и научных открытиях, доказывает зависимость наследственных свойств организмов от условий внешней среды и дает методы управления ими.
Другая — формальная генетика, которая, находясь в противоречии с основными положениями диалектического материализма, пытается отстоять в завуалированной форме прежнее идеалистическое понимание жизни живых существ и отрицает возможность управления их наследственностью.
В материалистической мичуринской генетике в отличие от метафизической формальной исходным является положение о единстве организма и условий его жизни.
Проблема взаимоотношения организма и внешней среды так же давно волнует умы людей, как и вопросы возникновения и развития органического мира.
Наличие связи между организмом и условиями его жизни отмечалось многими исследователями и практиками сельского хозяйства, однако решение этого вопроса всецело зависело от характера накопленных в тот или иной исторический период знаний о живой природе, и поскольку имеющиеся тогда сведения были недостаточны, то и сущность наблюдаемой взаимосвязи раскрывалась не полностью. Тем не менее еще до появления эволюционного учения Ч. Дарвина известны были трезвые взгляды некоторых ученых, подтверждавших важную роль пищи и климата во внешнем строении и физиологических функциях животных и растений.
Еще в 1779 г. А. Т. Болотов — первый русский ученый агроном и селекционер — совершенно ясно высказал свое мнение о зависимости растений от почвенных и климатических условий. Он утверждал, что такие свойства, как длительность вегетационного периода растения, время созревания и качество плодов, период покоя семян, — зависят от климатических факторов. Постепенным изменением почвенного плодородия он объяснял наблюдающееся изменение сортов растений и необходимость их замены новыми.
К. Ф. Рулье незадолго до появления известных трудов Ч. Дарвина писал, что невозможно представить существующие организмы «взятыми отдельно от внешнего мира», так как при перемещении животного в другие условия оно «перерождается», и это «перерождение тем значительнее, чем резче перемена».
Для П. Ф. Горянинова было ясно, что изменения животных и растений, вызванные условиями существования, могут наследоваться потомством.
Из западноевропейских ученых особенно близко к истине подошел Ж. Б. Ламарк, утверждавший, что изменение особей вида под влиянием нового места, климата, образа жизни и привычек может затрагивать состояние и соотношение всех их частей и органов. Ошибкой в суждении Ламарка было приписывание животным особых волевых актов, благодаря которым якобы и наблюдается изменение живого организма в процессе приспособления его к новым условиям жизни.
Из естествоиспытателей XIX ст. наибольшее .внимание внешним условиям и их роли в формообразовательных процессах, конечно, уделил Ч. Дарвин. В книге «Происхождение видов» он подчеркивает, что одомашнивание животных и окультуривание растений человеком производилось на фоне хороших условий их выращивания. Эти выводы Дарвина об исключительной роли человека и условий внешней среды (климата, близости моря, качества пищи и наличия других факторов) в деле улучшения наследственных свойств живых организмов представляют собой материалистическое ядро его теории.
Однако многие положения Дарвина о роли среды в жизни организмов высказаны нечетко и противоречиво. Подтвердив свою первоначальную мысль многочисленными фактами воздействия условий жизни на организм, он высказал сомнение: «Каждому натуралисту известны бесчисленные примеры видов, остающихся чистыми при разведении или совсем не изменяющихся, несмотря на то, что они живут в самых противоположных климатических условиях. Подобного рода соображения и побуждают меня придавать меньше веса действию окружающих условий, чем наклонности к изменению, которая зависит от причин, нам совершенно неизвестных» *.
* Ч. Дарвин, Соч. т. 3, 1939, стр. 368.
Недооценкой условий внешней среды объясняются такие крупные ошибки Ч. Дарвина, как внесение в биологию реакционной теории Мальтуса о перенаселении, подразделение изменчивости на определенную и неопределенную и противопоставление условий существования естественному отбору, хотя эти два явления тесно связаны и могут рассматриваться лишь в единстве.
Впоследствии он сам понял слабую сторону собственной теории и считал величайшей своей ошибкой недооценку прямого влияния на организмы условий их жизни, а в письмах к друзьям прямо выражал мысль о том, что изменчивость животных и растений вызывается только средой их обитания.
Выдающиеся русские ученые прошлого столетия И. И. Мечников, В. О. Ковалевский, И. М. Сеченов и другие вскрыли ошибки в учении Дарвина. Указывая на них в своих сочинениях, они подчеркивали неразрывность организма и внешней среды, без которой немыслимо его существование, и бессмысленность спора о том, что важнее в жизни — среда или само тело. Резко возражая против метафизических взглядов сторонников формально-генетической науки, они отстаивали материалистические взгляды Ч. Дарвина.
Подлинное развитие дарвинизм находит в трудах отечественных ученых К. А. Тимирязева, И. В. Мичурина и Т. Д. Лысенко.
К. А. Тимирязев (1843—1920 гг.) был одним из первых пропагандистов дарвинизма в России, внесших свой вклад в учение Дарвина о наследственности и изменчивости живых организмов.
Осуществив крупнейшее открытие связи хлорофилла с внешними факторами среды и его роли в жизнедеятельности растений, К. А. Тимирязев отметил, что благодаря хлорофиллу отдельные факторы внешней среды, в частности неорганические вещества — углекислота и вода — превращаются в органические, а энергия солнечного луча преобразуется в химическое напряжение, накапливаемое для того, чтобы впоследствии проявиться в самых разнообразных формах движения материи, которыми по существу являются растительные и животные организмы. Именно поэтому он придавал особое значение условиям окружающей среды в жизни растений, подчеркивая, что это единственно возможный источник возникновения новых признаков у живых организмов, которые как бы представляют собой формы, отлитые определенными условиями жизни и приобретающие каждый раз новый отпечаток с изменением этих условий.
Наследственность, по К. А. Тимирязеву, — это очень широкое понятие, охватывающее и явления сохранения в поколениях сходства с родителями (во внешнем, внутреннем строении, физиологических отправлениях) и явления изменчивости К. А. Тимирязев настойчиво выдвигал перед наукой задачу раскрытия конкретных условий, способствующих возникновению и сохранению изменившихся признаков и свойств. Однако при жизни К. А. Тимирязева в его руках не было достоверных фактов, подтверждавших возможность управления наследственностью организмов путем преднамеренного изменения условий их жизни. Правда, в то время И. В. Мичурин уже ставил очень много интересных экспериментов в этом направлении, но в царской России настолько глушилась материалистическая наука, что его работы не были известны К. А. Тимирязеву.
Правильное понимание наследственности и изменчивости растений дало возможность И. В. Мичурину разработать целый ряд эффективных приемов, позволяющих управлять природой растений в интересах человеческого общества и открыть новые закономерности в их развитии. В частности, установленный ранее так называемый биогенетический закон распространялся в течение продолжительного времени лишь на животный мир. Однако, И. В. Мичурин в последующем доказал, что в жизни растений так же, как и в жизни животных, наблюдается сходство индивидуального развития каждого организма (онтогенеза) с историческим развитием вида, к которому он относится (филогенезом). Практически развитие каждого растительного организма представляет собой как бы отпечаток всей истории развития вида, а осуществляется оно именно в этом направлении благодаря наличию свойства наследственности. Биогенетический закон проявляется в стадийности развития растений, выросших из семян.
О разнокачественности тканей сеянцев плодовых культур, обусловленной возрастными — стадийными — изменениями, И. В. Мичурин неоднократно упоминал в своих трудах, подтверждая теоретические выводы многочисленными примерами приобретения культурных признаков растениями по мере их возмужалости. Он указывал, что и плодоносящий сеянец, спиленный до корневой шейки, сначала дает отпрыски дикого вида, а затем в процессе своего дальнейшего развития повторяет те же формы и изменения, которые наблюдались у сеянцев с момента появления проростка.
Творчески развивая материалистическое ядро учения Дарвина, И. В. Мичурин своими оригинальными исследованиями доказал, что рост и развитие сеянцев и формирование их наследственности происходит под воздействием условий окружающей среды. По его словам, любой растительный организм, начиная с момента прорастания семян и до полного формирования своих сортовых свойств, отражая исторический путь развития исходных родителей, в то же время накапливает новые признаки и новые качества под влиянием окружающей среды.
Таким образом, И. В. Мичурин подошел к раскрытию биогенетического закона в жизни растений как материалист и диалектик; он понимал процесс повторения филогенеза в онтогенезе организма не как простое движение по кругу, а как восхождение от низшего к высшему на основании включения в развитие нового качества, обусловленного постоянным взаимодействием растения с изменяющимися условиями внешней среды. Раскрытие данной закономерности позволило И. В. Мичурину разработать новые теоретические положения о пластичности молодых организмов и способах преодоления консерватизма их наследственности.
«Всякое растение, — писал он, — имеет способность изменяться в своем строении, приспособляясь к новой среде в ранних стадиях своего существования, и эта способность начинает проявляться в большей мере с первых дней после всхода из семени, затем слабеет и постепенно исчезает после первых 2—3, и редко до 5 лет плодоношения нового сорта, затем полученный новый сорт плодового дерева становится настолько устойчивым по отношению к изменению в смысле выносливости, что никакие способы акклиматизации уже почти немыслимы» *.
И. В. Мичурин на основании своих долголетних и в высшей степени плодотворных работ создал прогрессивную, творческую теорию выведения новых сортов культурных растений, включающую принципы подбора родительских пар для гибридизации, сознательного расшатывания их наследственной основы, направленного воспитания гибридных сеянцев и отбора лучших из них в качестве хозяйственно ценных форм.
Развитие мичуринского учения продолжил академик Т. Д. Лысенко. Подчеркивая единство организма и условий его жизни, он дает ясное диалектическое определение наследственности, отражающее глубокое материалистическое понимание сущности этого явления: «Под наследственностью мы понимаем свойство живого тела требовать определенных условий для своей жизни, своего развития и определенно реагировать на те или иные условия» **.
* И. В. Мичурин, Избранные сочинения, 1948, стр. 49. ** Т. Д. Лысенко, Агробиология, 1948, стр. 455.
Любой живой организм может нормально развиваться лишь при наличии тех самых факторов среды (пищи, света, тепла и т. д.), которые в прошлом приняли участие в формировании его наследственности. Если молодому гибридному растению предоставить такие условия, при которых в течение многих лет формировалась природа одного из исходных родительских сортов, то он уклонится в сторону этого родителя.
При отсутствий какого-либо фактора в комплексе условий, необходимых для развития признаков и свойств исходных родителей, некоторые их признаки не наследуются потомством или же остаются в скрытом состоянии, т. е. они могут проявиться в последующем поколении при наличии благоприятных условий.
Таковы важнейшие положения, являющиеся основой для разработки методов сознательного управления доминированием наследственных признаков при скрещивании и воспитании гибридных организмов.
Наследственность, по Лысенко, присуща органам и клеткам любого растения. Избирательной способностью, обусловленной свойством наследственности, обладают корни, которые тянутся к почве и поглощают растворы лишь тех солей и в таких количествах, которые соответствуют потребностям определенного сорта, вида, рода и т. д.; стебли и листья растений для нормального развития требуют определенного количества тепла, влаги, питательных веществ, света; цветки и семена, появляющиеся лишь после прохождения растением соответствующих стадий развития, также предъявляют специфические требования к факторам внешней среды.
Таким образом, разные формы растений и отдельные органы каждого из них в процессе жизнедеятельности нуждаются в строго определенных условиях окружающей среды, соответствующих их наследственности.
При выращивании двух разных сортов в одинаковых природных и агротехнических условиях они по-разному их ассимилируют. Например, только мускатные сорта винограда способны накапливать в своих ягодах специфические ароматические вещества, только определенные технические сорта образуют ягоды с окрашенным соком, в то время как у других сортов эти признаки отсутствуют.
Избирательная способность того или иного сорта обусловлена устойчивостью (консерватизмом) наследственности и не является чем-то абсолютным и неизменным для его потомства. При нарушении свойственного данному растительному или животному организму типа обмена веществ степень консерватизма его наследственности слабеет.
Для того чтобы сознательно ослабить («расшатать») наследственность, необходимо прежде всего выявить, какие •условия среды требует растение для своего нормального роста и развития, и в последующем на основе добытых знаний изменить эти условия с целью воспитания новых, полезных человеку признаков и свойств.
К. А. Тимирязев так определяет направление, по которому должны идти исследователи: «Только изучив законы о жизни, только подметив или выпытав у самого растения — какими путями оно достигло своих целей, мы в состоянии направить его деятельность к своей выгоде, вынудив его давать возможно более продуктов, возможно лучшего качества» *.
* К. А. Тимирязев, Собрание сочинений, т. IV, 1935, стр. 37.
Развиваясь в направлении познания законов жизнедеятельности растений, мичуринская генетика рассматривает два типа изменений: «во-первых, изменения, наблюдаемые при нормальном удовлетворении природных потребностей организма условиями существования и связанные с его индивидуальным развитием, т. е. возрастные изменения; во-вторых, изменения, которые возникают также в процессе индивидуального развития организма, но протекающего в новых условиях внешней среды, не соответствующих в полной мере его требованиям, т. е. изменения наследственности.
В первом случае, т. е. при нормальном удовлетворении природных потребностей организма внешними условиями, из семени формируется растение с наследственностью, свойственной родительским формам. В процессе его жизнедеятельности, как доказал Т. Д. Лысенко, наступают качественно переломные этапы, или стадии развития. Для прохождения различных стадий развития требуется определенный комплекс внешних условий. При этом каждая предшествующая стадия является необходимой для прохождения последующей. В настоящее время наиболее изучены стадии развития однолетних растений, главным образом зерновых, в частности, известны стадии яровизации и световая.
Т. Д. Лысенко также доказано, что стадийные изменения растений наступают последовательно, они локализуются в точках роста стебля и являются необратимыми. В силу стадийного развития растения ткани его по длине стебля разнокачественны, т. е. морфологически нижняя часть стебля, более старая по времени появления, будет стадийно моложе верхней части, которая развивалась позже и претерпела новые качественные изменения.
А. П. Родионовым установлено, что многолетние (плодовые) растения также могут развиваться по яровому или озимому типу.
Как показали наши исследования (П. К. Айвазян), все стадии развития сеянцев винограда, определяющие переход их к плодоношению, могут проходить при температуре выше + 10° в течение 45 дней (с момента появления проростков) при воспитании растений в условиях обильного питания и нормального освещения. Следовательно, у семенных растений винограда стадия яровизации может проходить и при сравнительно высокой температуре-
Дальнейшее познание стадий развития как однолетних, так и многолетних растений и выявление конкретных условий, необходимых для их прохождения, позволит селекционерам найти новые пути управления формообразовательным процессом.
Во втором случае, т. е. при изменении условий внешней среды, первопричиной изменчивости наследственных свойств является изменение типа обмена веществ молодого организма под влиянием новых условий жизни (света, климата, питания и т. д.).
Изменчивость признаков свойственна любому организму, однако глубокие изменения, наследуемые при вегетативном и половом размножении, наблюдаются главным образом у стадийно молодых растений с уже расшатанной вследствие изменения нормального обмена веществ наследственностью.
И. В. Мичурин и Т. Д. Лысенко доказали, что искусственно получить растения с расшатанной (пластичной) наследственностью можно следующими путями:
1) скрещиванием растений разных сортов, видов и родов, т. е. половой гибридизацией;
2) прививкой стадийно молодых растений, относящихся к разным сортам, видам или родам, т. е. вегетативной гибридизацией;
3) воздействием на развивающиеся растения в определенные моменты их жизни измененными условиями внешней среды.
