Начало влияния сперматозоида
Вопрос о том, когда вступает в действие сперматозоид в качестве передатчика наследственных задатков отца гибриду, или иначе, когда вступает в действие генотип, привнесенный в гибрида через сперматозоид, и когда он начинает оказывать влияние на ход эмбриогенеза гибрида — принадлежит к числу чрезвычайно трудных и до сего времени еще спорных вопросов.
Изложенные в главе VI экспериментальные исследования по гетерогенному оплодотворению главным образом у иглокожих склонили большинство исследователей к взгляду, что на ранних стадиях эмбрионального развития роль генотипа, привносимого сперматозоидом, отступает на задний план, и это раннее развитие проходит вполне по материнскому типу. Таковы например были многочисленные случаи возникновения в результате гибридизации плютеусов чисто материнского типа. Более тщательное изучение показало однако: 1) что в ряде случаев происходит элиминация отцовских хромосом, в связи с чем конечно уже нельзя вообще говорить о сроке вступления их в действие, 2) в ряде случаев плютеусы получаются несомненно промежуточного типа (например Strong. purpuratus ? S. franciscanus), где уже несомненно, что по крайней мере на стадии плютеуса хромосомы обоих родителей оказываются по силе своего действия равноправными. Тем не менее такие авторитеты, как Бовери, Конклин и др., высказывались за то, что развитие эмбриона, по крайней мере до стадии бластулы и гаструлы, определяется всецело структурой яйца. Так, Конклин писал: «факт остается фактом, что в момент оплодотворения наследственная потенция обеих половых клеток не одинакова; все раннее развитие, включающее возникновение полярности, симметрии, типа дробления и относительное расположение и пропорцию будущих органов, оказывается предетерминированным в цитоплазме яйца, тт только диференциация позднейшего развития оказывается под воздействием спермы. Вкратце, яйца устанавливают тип развития, и ядру сперматозоида принадлежат лишь детали».
Рис. 83. Fundulus heteroclitus, majalis и diaphanus и Cyprinodon variegatus, самки, сверху вниз. (По Ньюману.)
Против этой точки зрения выступил с данными своих экспериментов по гибридизации рыб Ньюман (1908, 1910, 1914); проделавший, правда, на протяжении своих исследований существенную эволюцию взглядов. Для опытов он воспользовался наличием ясной разницы в темпе эмбриогенеза у трех видов рыб рода Fundulus (рис. 83), из которых F. heteroclitus развивается наиболее быстро, F. diaphanus — средне, a F. majalis — наиболее медленно. В первой работе Ньюман обнаружил ясное влияние сперматозоида на развитие яйца через 14 часов по оплодотворении и предположил, что при более точной методике удастся установить еще более раннее влияние. В работе 1910 г. Ньюману удалось показать, что уже через 4 часа обнаруживается различие в темпе дробления яиц «чистых» и яиц гибридных, причем, что особенно важно, удалось показать, что темп дробления, яиц F. majalis ускоряется под влиянием оплодотворения их спермой F. heteroclitus. Дробление F. heteroclitus идет примерно на 1/4—1/3 быстрее, чем у F. majalis, а все развитие до вылупления мальков F. heteroclitus проходит в 2 недели, у F. majalis — в 3 недели. Второе деление дробления F. majalis наступает через 4 часа по оплодотворении, у F. heteroclitus — через 3 часа, что вероятно стоит в связи и с размерами рыб и их икринок.
Рис. 84. Шкала дробления яиц Fundulus. (По Ньюману.)
Приведем для иллюстрации 6-й опыт. Предварительно за несколькими яйцами было проведено индивидуальное наблюдение, и примерно через равные промежутки времени были сделаны зарисовки стадий (рис. 84). Затем икра крупной самки была разделена на две части, одна осеменена спермой того же вида F. majalis, а другая часть гибридизирована спермой F. heteroclitus. Приблизительно через 4 часа дробившиеся яйца были зафиксированы и расклассифицированы по стадиям (если стадия попадала между нарисованными, то классифицировалась дробно, например 3/2), Таблица показывает результаты:
Среднее для чистых — 5,11, для гибридов —5,57, разница почти на 1/2 стадии.
Более отчетливо разница выступила при таком сопоставлении:
Стадия Чистые Гибриды
1—51/2 64,3 % 38,3%
6—7 35,7 % 60,7%
В 6 подобных опытах всюду оказалось ускорение у гибридов, хотя в одном опыте и очень незначительное. В первом эксперименте яйца были фиксированы уже черев 3 часа 45 мин. после оплодотворения и дали даже наибольшее превышение гибридов над чистыми. Отсюда можно было следовательно заключить, что ускоряющее влияние сперматозоидов «быстрого» вида на дробление F. majalis начинается чрезвычайно рано, очевидно уже при первом делении. Применив цитологический метод, можно было бы выяснить разницу в подготовке первого веретена. Вместе с тем Ньюману пришлось отметить влияние гетерогенного оплодотворения и на характер дробления, так как в гибридных сериях значительно чаще встречалась несимметричная стадия «трех бластомеров», т. е. стадия, на которой один из двух первых бластомеров уже успел разделиться на два дочерних, обогнав второй.
Рис. 85. Развитие гибридов Fundulus.
d — diapliaiuis; md — majalis ? ? ? diaphanus; hd — heteroclitus ? ? ? diaphanus.
Стадии сверху вниз — 20 час., 2 дня, 4 дня, 7 дней. (По Ньюману.)
В результате этих экспериментов Ньюман решительно стал на точку зрения Фишеля, что с самого начала роль сперматозоида является формативной, почему он может наложить печать своего вида уже на ранние стадии развития организма, в то время как цитоплазма яйца представляет собой, лишь материал для формирующей роли комбинированного ядра обоих родителей.
В работе 1914 г. Ньюман возвращается к тому же вопросу с новым материалом, произведя сравнительное изучение эмбриогенеза в скрещиваниях с третьим, видом F. diaphanus. Этот вид по скорости развития занимает промежуточное место между heteroclitus и majalis. Произведя оплодотворение икры diaphanus спермой всех трех видов, Ньюман обнаружил, что- гибридизация с heteroclitus ясно ускорила развитие, а гибридизация с majalis замедлила, его по сравнению с чистыми diaphanus.
Рисунок 85 показывает степень этого влияния.
В этих данных действительно бросается в глаза факт специфического влияния сперматозоида в сторону придании развитию гибрида свойств его отцовского вида. Тем не менее здесь возможны следующие сомнения: 1) не является ли замедление развития гибридов diaphanus ? majalis простым результатом их отмеченной малой жизнеспособности и 2) соответственно не является ли ускорение в сочетании diaph. ? heteroclitus результатом гетерозиса, а не тем, что гибрид унаследовал свойства F. heteroclitus.
На первый вопрос легко ответить отрицательно, так как яйца F. majalis, оплодотворенные спермой F. diaphanus, развиваются быстрее чистых majalis, хотя эта гибридная комбинация также нежизнеспособна.
Здесь отчетливо видно, что несмотря на слабость и нежизнеспособность гибридной комбинации гибриды с первых же. часов развеваются заметно быстрее, очевидным образом под влиянием свойств быстро развивающегося F. diaphanus, перенесенных сперматозоидом.
Что же касается ускоряющего действия F. heteroclitus, то здесь картина несколько сложнее, так как в этой комбинации несомненно развитие гетерозиса, что. выражено в том, что в обоих реципрокных скрещиваниях F. heteroclitus ? F. diaphanus развитие гибридов идет быстрее. Впрочем это ускорение очень незначительно и заметно не во все моменты эмбрионального развития, так что можно вполне допустить, что развитие гибрида diaphanus ? heteroclitus идет почти как у heteroclitus, потому что два противоположных влияния — замедляющее влияние генотипа diaphanus и гетерозисное ускорение — взаимно нейтрализуются. Это однако все же подтверждает раннее начало действия отцовских хромосом.