Проблема преодоления бесплодии гибридов
Прежде всего необходимо констатировать, что до настоящего времени эта проблема не только не разрешена хоть в какой-либо степени, но для ее разрешения почти не предпринималось каких-либо специальных исследований. Поэтому настоящий раздел нашего изложения должен явиться своего рода программой исследования и мобилизацией некоторых материалов, которые так или иначе могут иметь отношение к этой проблеме.
Поэтому нам придется разобрать здесь фрагментарно ряд вопросов.
1. Необходимо помнить о различиях реципрокных скрещиваний в смысле плодовитости полов. Так, если в скрещиваний Гольдшмидта ?-европейской с ?-японским все женское потомство оказывалось бесплодным, интерсексуальным (0), то в реципрокном скрещивании ?-японской с ?-европейским самки (+60) оказывались вполне плодовитыми. Разница эта особенно сильна дли гетерозиготного пола: самок у птиц и бабочек, самцов — у остальных (в данном примере +60 — 0 = 60). Но и гомозиготный пол в случае участия цитоплазмы в определении пола тоже будет различным (в этом же примере — 20 + 60 = 40). При скрещивании домашних уток с мускусными в случае Cairina ? ? ? Anas дочери получаются совершенно бесплодными, реципрокное скрещивание, как раньше упоминалось, дает дочерей, откладывающих яйца. Хотя и здесь налицо бесплодие, но можно ожидать, что. работая с этими самками, все же легче будет восстановить плодовитость, чем с их реципрокными кузинами. Таким образом, удачно используя реципрокные скрещивания, можно подобрать более выгодную базу для дальнейших попыток преодоления бесплодия.
2. Этой же цели могут служить гибридагогические мосты, т. е. третьи виды, с которыми может быть скрещен каждый из интересующих нас. Если мы стремились скрестить виды А и В, дающие бесплодных гибридов, и каждый из них скрещивается с третьим видом С, особенно если этот вид располагается систематически между А и В, то можно получить предварительно гибридов АС и ВС и затем скрестить либо АС ? ВС, либо А ? ВС, либо В ? АС, используя и здесь реципрокные сочетания АС и С А, ВС и СВ и т. д. Такие мосты между видами, даже не скрещивающимися между собой, удавалось перебрасывать ботаникам.
Нужно иметь в виду и то, что, скрещивая не непосредственно гомозиготные виды А и В друг с другом, а заменяя их гетерозиготами АС и ВС, мы вводим в скрещивание сразу весьма разнообразные гаметы, среди которых несомненно гораздо легче можно будет встретить комбинации, дающие плодовитые зиготы. Этот прием конечно будет иметь одинаковое значение и для проблемы преодоления как нескрещиваемости видов, так и нежизнеспособности гибридов и их бесплодия. Поэтому разработка теории и практики гибридагогических мостов и отыскание их должны несомненно занять видное место в гибридагогии. Виды, которые сами по себе могут и не представлять какого-либо интереса, могут оказаться чрезвычайно важными для нашей работы именно под углом зрения использования их и качестве мостов. Нужно иметь в виду даже возможность перекидывания не только одночленных, но и дву-, трех- и многочленных мостов, т. е. через два-три промежуточных вида. Так, если овцы и козы окажутся неспособными дать между собой гибридов прямо, можно будет перепробовать такие более или менее промежуточные формы, как кавказские козлы, тар, гривистый баран, нахур и др. Более детальное изучение систематики их приобретает с этой точки зрения особый интерес. То же можно сказать о песце или некоторых американских собаках и лисицах как о возможных мостах между собакой и лисицей (Vulpes vulpes), об использовании гибридов Anser ? Cygnopsis для скрещивания с другими видами гусей и лебедей, об Anoa, как возможном мосте между буйволами, коровами и антилопами и т. д.
Обсуждая вопрос о мостах, следует иметь в виду исключительную способность некоторых видов к гибридизации. В свое время мы упоминали о двух видах рыб рода Fundulus — F. majalis и F. heteroclitus. Первый из них мало способен давать гибридов с другими видами. Наоборот, F. heteroclitus в опытах Ньюмана и др. показал исключительную способность к гибридизации. Несомненно, что именно такие виды могут оказаться чрезвычайно ценными для использования их в качестве- мостов.
Такую же роль, по по другим причинам смогут играть наши домашние животные, так как они 1) сами уже являются продуктами гибридизации и имеют родство к нескольким видам, 2) чрезвычайно разнообразны по размерам и иным признакам и 3) имеют «расшатанный» рефлексологический аппарат и поэтому легче скрещиваются и 4) имеют как правило течку в разные времена года. Они могут служить мостами между дикими видами даже тогда, когда мы. можем стремиться скрещивать именно дикие и полудикие виды друг с другом, например яка с зубром.
Придавая таким образом большое значение внедрению в гибридагогическую работу мостов, мы с тем большим сожалением должны отметить, что и настоящее время мы не имеем почти никакого фактического материала из зоологической гибридизации, заслуживающего детального рассмотрения.
Прекрасный пример таких мостов мы: находим лишь по данным Поля у уток (Poll, 1910). Гибриды свиязи (Mareca penelope) с шилохвостью (Dafila acuta) бесплодны, и их гонады сильно редуцированы. Однако как свиязь, так и шилохвость дают плодовитых, гибридов с серой уткой (Cliaulelasmus streperus). Весьма вероятно, что скрещивание (М. ? Ch.) ? (Ch. ? D.) даст плодовитых гибридов, и будет перекинут мост от Mareca к Dafila.
Здесь же уместно указать, что в некоторых случаях бесплодие может оказаться связанным с причинами, допускающими их преодоление генетическими методами, мутагенным воздействием рентгена и т. п. Рядом интересных работ Ленсфильда (Lancefield, 1925, 1929), Келлера (Koller, 1932). было показано, что у гибридов «рас» Dr. pseudoobscura бесплодие вызывается комбинацией генов, локализованных по концам Х-хромосомы. Удаление этих концов в результате воздействия рентгеном или перекрестом должно будет устранить бесплодие (ср. Шапиро, 1934).
3. Из предыдущего изложения мы видели, что непосредственными причинами бесплодия являются две: 1)неправильное в половом отношении развитие фенотипа гибридов, неправильное развитие или даже недоразвитие половых органов, приводящее к невозможности для гибрида нормального развития половых продуктов, яиц и сперматозоидов, и 2) неправильности деления созревания, отсутствие конъюгации между хромосомами, внесенными от различных видов в гибридную клетку. Последняя причина, как это показывают наблюдения над растениями, может действовать, тогда, когда в других отношениях половой фенотип развит вполне нормально. Поэтому можно думать, что обе эти причины бесплодия существенно различны по своей природе, и борьба с бесплодием должна быть специфической и обоих этих случаях, а большей частью — комплексной в обоих направлениях.
Можно впрочем указать и на третью причину уже кажущегося бесплодия — на то, что в результате сильного расщепления может возникать большое количество нежизнеспособных, летальных — и сублетальных комбинаций генов и хромосом, приводя к отмиранию значительного процента гамет и зигот. Но этот вопрос относится уже не столько непосредственно к бесплодию, сколько к проблеме нежизнеспособности гибридов, почему мы его и рассмотрели уже в предыдущей главе.
Отсюда следует, что при подходе к вопросу о борьбе с бесплодием гибрида необходимо прежде всего подвергнуть тщательному изучению развитие половой системы гибрида и ход у него гаметогенеза для того, чтобы определить, с каким типом бесплодия, «фенотипическим» или «мейотическим», мы имеем дело. Впрочем нужно иметь в виду, что во многих случаях будут иметь место одновременно оба типа.
4. Фенотипическое бесплодие, на преодоление которого мы в настоящее время имеем больше всего шансов, требует, как уже было указано, дальнейшей диагностики, так как здесь возможны недоразвитие (инфрасексуальность) пола и уклонение в сторону другого пола (интерсексуальность) или в противоположную (экстрасексуальность, суперсексуалыюсть). Проблема такой диагностики однако достаточно трудна. Здесь можно наметить такие пути:
a. Тщательное морфо-физиологическое изучение полового диморфизма у обоих половых типов — у исходных видов и у F1 между ними. Если эти исследовании обнаружат, что у гибридов половой диморфизм будет выражен слабее, чем у каждого из исходных видов, то это. можно будет рассматривать как указание на известную интерсексуальность гибридов. Если, наоборот, половой диморфизм F1 окажется еще резче выраженным, чем у исходных видов, можно будет предполагать их экстрасексуальность.
b. Большой интерес представляет перспектива биохимической диагностики сексуальности. Здесь можно указать на получившую широкую известность и подвергшуюся сильной критике реакцию Манойлопа, при помощи которой автор пытался биохимически различать кровь самца и самки. Работами ряда авторов было показано, что это различие может быть в значительной степени сведено к различной силе окислительных процессов, и например Бухгольц показал, что у растений достаточно систематическое различие между разными полами в случае двудомности дает реакция с перманганатом. В настоящее, время может быть выдвинута на разрешение задача так усовершенствовать подобный метод, чтобы иметь возможность давать количественную оценку пола и тем самым иметь возможность различить интерсексуальность от экстрасексуальности.
c. Для той же цели может быть конечно разработан и эндокринологический метод, поскольку эндокринологи в состоянии давать количественную характеристику наличия гормонов в организме, подобно тому как Б. Завадовским и другими исследовались количества гормона щитовидной железы в разных тканях скармливанием их метаморфизирующим головастикам и оценкой силы действия гормона по степени стимуляции метаморфоза.
При наличии тем или иным путем поставленного диагноза может быть начата уже терапия. Здесь руководящая роль должна быть отведена эндокринной терапии, хотя методы ее могут быть различны. Можно предположительно наметить такие пути:
1. Гормонные инъекции гибриду.
2. Имплантации гибриду развитых желез от полноценных половых особей.
3. Трасплаптация гибридной гонады в полноценные половые особи.
Первый путь вероятно технически самый простой, однако для его успешности необходимо достаточно ясное представление об эндокринных недостатках бесплодного гибрида, т. е. весьма точная эндокринная диагностика причин бесплодия. Гипофункция половой железы может явиться результатом ее собственной аномалии, но может явиться результатом, наоборот, и гипо- или гиперфункции какой-либо антагонистической железы, например гипофиза, или еще какого-либо более сложного расстройства эндокринной системы. Поэтому может оказаться вовсе не обязательным введение в гибрида именно полового гормона. Возможно, что лучшие результаты может дать инъекция гормонных комплексов вроде гравидана (моча беременных женщин), содержащего повидимому набор различных гормонов, способный оказывать, как показал опыт, яркий возбуждающий эфект на половую систему.
Те же соображения могут быть высказаны и но второму пункту. Действительно трудно сказать, какие именно железы придется имплантировать бесплодному гибриду для возбуждения его половой деятельности. На первый взгляд может показаться наиболее целесообразной имплантация нормальной активной половой железы того же пола.
Однако, как показывают некоторые опыты, сделанные, правда, по с целью восстановления плодовитости, а с противоположной целью изменения направления развития половой железы, — успех здесь нисколько не обеспечен. Данные разных экспериментов дают противоречивые результаты.
Гринвуд (Greenvood, 1925) имплантировал семенники и яичники в эмбрионов цыплят на 7-м дне их инкубации. Но несмотря на удачу пересадок эмбрионы с обеими противоположными гонадами развивались в типичных самцов и самок. Хотя женский гормон и является «доминирующим), но в данном случае подобного влияния на развивающуюся гонаду цыпленка он оказать не сумел.
Витши (Witschi, 1927) проделал аналогичный опыт с лягушками, пересаживая головастикам задолго до начала половой дифференцировки кусочки семенников от взрослой лягушки. Яичники головастиков несмотря на наличие имплантата развились нормально.
Такие же отрицательные результаты получали Витши (1927) и Виллнер (Willier, 1927) с парабиозом (сращиванием) у головастиков и у цыплят. Срастив в ранней стадии — приблизительно на третий лень развития — головастиков лягушек попарно, Витши получил после дифференциации полов такие сращенные пары: 16 ??; 17 ??; 10 ??; 13 ??. — т. е. распределение полов, ясно подчинилось заколам вероятности и следовательно никакого влияния на пол не оказалось — в полную противоположность данным Буржа (1925), утверждавшего, что при таком же опыте с аксолотлями получались будто бы близнецы, всегда однополые: 44 ?? + 36 ??.
С другой стороны, общеизвестно антагонизирующее действие гормонов у млекопитающих, проявляющееся в так называемом фримартинзме, когда раздельнополые двойни у коров при установлении сообщающегося кровообращения дают постоянно нормального самца и физиологически кастрированную бесплодную самку. В слабой степени подобные явления наблюдал Витши и у сращенных головастиков.
Конечно вопрос о подавлении нормальной гонады нормальной же гонадой другого пола и возбуждение недоразвитой гонады нормальной гонадой того же пола — различные проблемы. К сожалению прямых опытов восстановления недоразвитой гонады гибрида нормальной гонадой поставлено еще не было. По М. Завадовскому, правда, в атом случае можно ожидать и прямо противоположного эфекта.
Более обещающим нам представляется обратный метод пересадок молодых гонад гибридов в нормальные в половом отношении организмы. Здесь они могут встретить совершенно нормальную для полового развития среду, и если только эта среда в состоянии определить нормальное развитие гибридной гонады, то это и произойдет. Здесь однако встречаются другие трудности: 1) разработка такого метода трансплантации, чтобы в случае удачи можно было пользоваться вырабатывающейся спермой или яйцами, и 2) затруднения с приращением трансплантата, так как здесь речь будет итти уже о гетеротрансплантации, кончающейся часто — особенно у млекопитающих— гибелью трансплантата. Возможность получения путем трансплантации дальнейшего развития гибридных гонад, естественно не развивающихся, была впервые недавно показана экспериментально Битинским-Зальц (Bytinski-Salz, 1933). Несмотря на то, что эти опыты относится к несколько своеобразному случаю, они представляют для нас значительный интерес.
При скрещивании двух видов бражника — помаренникового и молочайного (Deilephila galii ? D.euphorbiae.) реципрокные скрещивания дают различный результат. Скрещивание euphorbiae ? ? ? galii дает потомство обоего пола вполне жизнеспособное и плодовитое. Реципрокное скрещивание дает однако лишь самцов. Самки остаются в стадии куколок неспособными преодолеть диапаузу и погибают после нескольких перезимовок. Генетика этой сублетальности, изученной детально Федерлеем, была уже нами изложена. Она стоит в связи с «дисгармонией» Х-хромосомы euphorbiae и Y-хромосомы или плазмы galii.
Битинский-Зальц произвел трансплантации эмбриональных яичников от таких гибридных самок, неспособных к развитию (рис. 66), к нормально развивающимся самцам как обоих чистых видов, так и гибридов. В целом ряде случаев эти трансплантации удались, и яичник, попав в тело нормально развивающейся куколки, начинал и сам развиваться. Прилагаемый рисунок (рис. 67) иллюстрирует степень этого развития. Легко видеть, что оно может пойти так далеко, что в трансплантированном яичнике развиваются нормальные крупные, характерной для бражников зеленоватой окраски яйца, по мнению автора способные и к оплодотворению.
Рис. 66. Одновозрастные яичники реципрокных F1 Deilephila euphorbiae ? ? ? galii (A) и galii ? ? ? euphorbiae (В) (по Битинскому-Зальц.)
Развитие этих трансплантированных эмбриональных яичников происходило несомненно под воздействием организма нового хозяина и притом под воздействием очевидно гуморального характера. Оно происходило синхронно с развитием хозяина. Если хозяин развивался без зимовки, развивался без зимовки и имплантат. (Нормально усиленное развитие яичников падает на последний десяток дней куколочной стадии.) Если новый хозяин оставался в стадии куколки зимовать, то без развития оставался лежать и имплантат (как показало например гистологическое изучение в январе) и пробуждался к развитию уже летом. Наконец контрольные опыты пересадок яичников чистых euphorbiae в куколки самок гибридов galii ? ? ? euphorbiae показали, что эти нормальные яичники теряют способность развиваться дальше, попав в спящую куколку гибрида.
Своеобразие этого случая состоит в том, что мы в нем не имеем специфических явлений бесплодия. Недоразвитие органов размножения является результатом общей остановки развития самки. Тем не менее мы видим, что остановка развития яичника но связана со свойствами самого яичника (аналогичные опыты были поставлены и С крыльями), а зависит от каких-то иных частей организма куколки. От самки, неспособной дать потомство, путем трансплантации ее яичников в другой организм удалось таким образом получить яйца, вполне развитые и повидимому способные к оплодотворению. Совсем неплохое начало.
Надо думать, что та или иная эндокринная «починка» гибрида будет наиболее плодотворным путем преодоления бесплодия гибридов. Несмотря на то, что например по приведенным выше данным Поли о типах бесплодия гибридов птиц в большинстве случаев стейронотии гаметогенез останавливается на том или другом, делении созревания, а в частности на стадии синапсиса, — мы полагаем, что не неспособность гетерогенных хромосом вступить в конъюгацию дает бесплодие, но бесплодие в основном вызвано нарушением сексуальности фенотипа гибрида. Основным нашим аргументом является то, что по тем же данным Поля имеется весь постепенный переход от полной плодовитости к таким стадиям бесплодия (апомитозные стейроноты), при которых совершенно не развиваются гонады. У гибридов фазан ? курица (Poll, 1912) и некоторых случаях недоразвитие яичников шло так далеко, что «на анатомическом место яичника» простым глазом ничего рассмотреть было невозможно, и лишь гистологический анализ показал совершенно редуцированную ткань. Здесь следовательно развитие яичника остановилось задолго до того момента, когда невозможость конъюгации хромосом могла бы дать себя знать. Поль отмечает черты сходства гибридов фазан ? курица с кастратами.
Рис. 67. Развитие трансплантированных яичников galii ? euphorbiae (по Битинскому-Зальц)
Такое же полное недоразвитие гонад установлено у гибридов Mareca penelope ? ? ? Lampronessa sponsa (см. выше). Важно также иметь в виду бесплодность жеребцов и баранов крипторхов несмотря на то, что у них хромосомный аппарат в порядке.
Возникает однако вопрос: если дело в нарушении фенотипа, то почему гибридизация расстраивает столь сильно лишь половую железу, а не какую-либо иную? На этот законный вопрос мы считаем вероятным такой ответ.
Во-первых, как показано выше, эволюция половых признаков находится под давлением и ведущим руководством одного чрезвычайно мощного противоречия — противоречия полового подбора. Конечно и эволюция других сторон тоже противоречива — мы насчитываем не менее пяти таких противоречии. Тем не менее половые признаки в этом отношении находятся в специфических условиях, и можно ожидать гораздо более быстрой эволюции их генотипа, что подтверждают например те же опыты Гольдшмидта с географическими расами Limantria.
Однако возможно, что при гибридизации не менее часто или лишь немного реже расстраиваются и другие эндокринные железы. В частности в результате этих нарушений будет в свою очередь возникать или усиливаться бесплодие. Но мы можем иметь дело у «бесплодных гибридов» лишь с очень слабыми степенями расстройств таких эндокринных желез, как гипофиз, щитовидная и пр., просто потому, что при сильном расстройстве гибриды будут попадать в категорию нежизнеспособных. Действительно мы видим, что даже сильнейшее недоразвитие гонад, как у гибридов фазан ? курица, не только не вредит организму, но даже повидимому делает его более сильным. А что сталось бы с животным, если бы у него в такой степени недоразвились гипофиз, или щитовидная железа, или надпочечник? Оно было бы совершенно нежизнеспособным уродом вроде известных телят-бульдогов, у которых на почве мутации несколько недоразвивается гипофиз.