Біологічні науки/10. Генетика

Ракитянская М. А., Пономаренко С. С., Свердел Л. Р., Котельникова Д. Е., Россихин В.В.

Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ГЕНЕТИКИ

Обычно к экологической генетике относят исследования генетических процессов в популяциях в связи с изменением условий среды их обитания (А.Л. Васнецова, Г.П. Гладышев,1998; Less H.Y et al., 2009). Одним из родоначальников экологической генетики считается Н.И. Вавилов, проводивший еще в 10—20-х годах нашего века географические посевы.

Примером взаимовлияния генетических связей и условий окружающей среды является наличие внутривидового разнообразия у божьих коровок (Захаров, 1984; Timofeev-Resovskij, 1940). Так, хорошо известен полиморфизм у двухточечной божьей коровки. Почти везде на территории СССР встречаются красные и черные формы. Эти формы принадлежат к одному виду, поскольку спариваются друг с другом. При этом оказывается, что жуки как будто не различают друг друга по окраске. Было установлено, что красная окраска рецессивна, а черная доминантна и состав популяции в одном районе местообитания сохраняется из поколения в поколение. Последнее указывает на то, что скрещивания в популяции действительно случайны. Однако установлено, что в зависимости от местообитания соотношение красных и черных особей достоверно меняется: в европейской части бывшего СССР, на Камчатке и в Западной Сибири преобладают красные жуки, тогда как в Средней Азии, Забайкалье, Армении, где климат резко континентальный, — пестрые формы того же вида. Таким образом, пестрые формы в условиях резко континентального климата имеют некие преимущества по сравнению с красными формами. Поскольку сами жуки не различают своих преимуществ по окраске, очевидно, что здесь имеет место отбор на уровне генов. Полагают, что такой отбор протекает вследствие мутаций на генном уровне, обусловленных изменением условий окружающей среды.

Другим подобным примером является полиморфное перерождение трехиглой колюшки при смене сферы обитания, заключающейся в замене морской воды пресной. Причем оказывается, что такое перерождение наблюдается уже через несколько лет.

Интересно отметить, что генетические мутации при изменении условий окружающей среды могут происходить как за счет физических воздействий, связанных, например, с изменением температуры тела животного, так и с изменением концентраций химических веществ, таких, как Н₂0, С0₂ или активных агентов, которые являются химическими мутагенами. Последнее связано с явлением химического мутагенеза, открытым экспериментально И.А. Рапопортом и др.; в настоящее время это явление хорошо изучено и используется в практических целях.

Полагают, что в связи с изменением состава окружающей среды, в том числе связанным с ее загрязнением, только в течение двух десятилетий на Земле вымрет несколько сот тысяч видов живых существ. Важно осознать, что потери от нерегулируемого истребления некоторых видов человеком могут оказываться весьма малыми по сравнению с потерями вследствие загрязнения окружающей среды или изменением условий обитания. Так, сокращение поголовья зайца-русака в Европе прежде всего связано не с охотой на него, а с тем обстоятельством, что после сбора урожая на полях (занимающих огромные территории) ему не хватает пищи и укрытий в зимнее время.

Примеры губительного воздействия деятельности человека на природу весьма многочисленны. Достаточно вспомнить, что многие пестициды, инсектициды и другие физиологически активные синтетические препараты пагубно действуют не только на предполагаемые объекты воздействия, но и на множество других живых систем. Даже, казалось бы, умеренное применение этих веществ может привести к тяжелым непредсказуемым последствиям. Токсичные и мутагенные вещества часто накапливаются в разнообразных организмах и растениях, приводя к гибели не только их самих, но и виды, ими питающиеся и т.д. Так, например, известный инсектицид 4,4'-дихлордифенилтрихлорметилметан (ДДТ) накапливается в планктоне, рачках, организмах рыб и птиц. Это является следствием его переноса из сточных вод по пищевым цепям. ДЦТ, накопленный в телах рыб, попадает в организм птиц, например белых орланов. Последнее препятствует образованию прочной яичной скорлупы яиц, что способствует их преждевременному разрушению до стадии развития птенцов. Есть основания считать, что ДДТ может не только воздействовать на процессы метаболизма на биохимическом уровне, но проявляет свойства сильного мутагена.

Химическое строение мутагенов самое разнообразное. Все радиоактивные изотопы в принципе мутагенны, поскольку способствуют радиационному повреждению ДНК. Соединения тяжелых металлов (таких, как никель и хром), нитриты, эгиленимин, гидроксиламин и др., являющиеся продуктами или полупродуктами химической промышленности, также проявляют мутагенные свойства. Из гербицидов в настоящее время наиболее опасным является диоксин.