Когда и при каких условиях осуществляется формообразование в дикой природе, без участия человека? Ответ на этот вопрос даст мощный импульс для понимания глубинных процессов создания новых высокопродуктивных и жизнеспособных сортов, а тем самым кардинального решения продовольственной проблемы

Автор:
Александр Бовсуновский,
руководитель департамента агротехнологий компании «АМАКО»,
кандидат сельскохозяйственных наук

5 мировых центров формообразования

В фундаментальном труде «Центры происхождения культурных растений» и небольшой, но теоретически чрезвычайно важной работе «Географические закономерности в распределении генов культурных растений» Николай Вавилов впервые в биологической науке дал научное обоснование явлению локализации и неравномерного распределения форм культурных растений по земному шару. Лично обойдя и исследовав растительность в разных уголках Земли, он пишет: «В определенных центрах наблюдаются интенсивные формообразовательные процессы, здесь в преобладающем большинстве собраны все доминантные и рецессивные признаки растений». Кавказ, Афганистан, Туркестан, Горный Китай, некоторые страны, расположенные на побережье Средиземного моря, Абиссиния, Эритрея, Мексика, Перу, как установлено его и другими исследованиями, чрезвычайно богаты сортами культурных растений. При детальном изучении этих сортов были выявлены центры необычайного многообразия, включавшие нередко все известные до того формы, вариативные признаки и дополнительный ряд новых, прежде неизвестных. Не меньший интерес вызывали близкие к культурным дикорастущие виды с их разновидностями и расами.

Вавилов заметил, что области максимального разнообразия, включающие ряд только им одним присущих форм и признаков, являются в то же время центрами формообразования. По его наблюдениям, первичные центры происхождения растений характеризуются не только большим многообразием форм, но и преобладанием доминантных генов. В местах следующего расселения растений многообразие форм уменьшается, а вместе с ним и количество доминантных генов, которые заменяются генами рецессивными.

Выделено пять основных центров происхождения культурных растений: 1) Юго-Западная Азия от Индии до Закавказья и Центральной части Малой Азии; 2) Юго-Восточная Азия с Китаем; 3) побережье Средиземного моря; 4) Абиссиния с прилегающими к ней горными районами, в частности Эритреей; 5) Америка – Гватемала, горная Мексика, Колумбия и Перу. Замечено, что области формообразования культурных растений связаны с горными регионами.

Биосферный подход

К анализу причин формообразования нужно подходить на основе изучения общеземных и, даже, космических процессов, происходящих в геологическом времени. В этом отношении особенное значение приобретают идеи Владимира Вернадского с его учением о биосфере как особой оболочке Земли, наделенной жизнью, и в которой распределена биогеохимическая энергия живого вещества. Эта энергия распределена в биосфере не равномерно, а сгустками (флюктуациями) и потому поступает в разные регионы земли неодинаковыми дозами и неодновременно. Таким образом, некоторые части земной поверхности различаются не только по ландшафтно-климатическим особенностям, но и энергетическим. Очевидно, что есть зоны, в которых концентрируется больше, а в других – меньше сгустков биогеохимической энергии живого вещества. В тех местах, где этой энергии больше, организмы, их населяющие, имеют возможность ее больше усваивать (абсорбировать), создавая (при определенных условиях) дополнительные возможности для протекания как физиологических процессов на уровне организма, так и общебиологических на уровне консорции, или популяции.

Все организмы биогеоценоза, получив возможность дополнительного «питания», вступают во взаимную конкурентную борьбу, погашая избыточную энергию, или ассимилируют ее в виде определенной прибавки в продуктивности растений или других организмов ценоза в пределах фенотипической нормы реакции.

Биосферный подход Вернадского предусматривает взаимодействие не только организм – среда, а включает также более высокие уровни взаимодействия – популяционный и экосистемный. Общим в последних является наличие определенных географических, точнее, ландшафтных границ. Н. И. Вавилов отмечал, что при идентификации центров формообразования четко видны географические границы, где сконцентрировано почти все многообразие форм; эти границы совпадают в большинстве случаев с ландшафтными территориями. Формы, существующие вне этих территорий, отличаются незначительным разнообразием.

Спонтанное надежнее, чем искусственное

Каким образом в искусственных условиях, т.е. при селекции, достигается формообразование? Насыщение существующих форм растений новыми оригинальными хозяйственно-ценными признаками, т.е. интродукция в существующий генотип дополнительного генетического материала, происходит тремя способами:

  1. Мутагенез. Известно, что спонтанный мутагенез идет очень вяло, редко появляются организмы, которые можно считать оригинальными формами с точки зрения селекционной значимости. Ускорение частоты мутаций достигается внешними (абиотическими) действиями на отдельные особи или на популяцию, в частности радиоактивным или высокочастотным облучением и химическими реактивами.
  2. Полиплоидия. В природе вне центров формообразования почти не наблюдается. Также требует внешнего воздействия, вызванного обработкой организмов сильнодействующими химическими веществами.
  3. Гибридизация. В естественных условиях идет очень медленно (имеется в виду у самоопыляющихся видов), требует искусственных приемов по кастрации и принудительного нанесения чужой пыльцы.

Одинаковым у перечисленных способов формообразования является воздействие внешних сил, расход дополнительной абиотической энергии. После прекращения внешнего воздействия процессы формообразования больше не происходят, а новообразованные формы со временем распадаются в поколениях. Поэтому селекционеры ведут напряженную работу по поддержанию специальными приемами созданных оригинальных форм в потомках.

Характерная же особенность центров происхождения растений – отсутствие любого влияния человека на процесс возникновения новых оригинальных форм. Эти процессы происходят или происходили не только на уровне внутривидовой гибридизации, но и межвидовой, межродовой и даже за счет полиплоидии (именно такие явления наблюдали в Мексике). Причем во всех случаях потомство сохраняет высокую фертильность и жизнеспособность.

Для протекания спонтанных процессов формообразования необходимы по меньшей мере два условия:

  1. Выведение саморегулированной эколандшафтной системы, где между всеми структурными составляющими установлены дискретные энергетические связи, из состояния равновесия (гомеостаза). Должно подействовать абиотическое возмущение, способное разрушить консервативные энергетические отношения, которые контролируются генофондом. Система должна рассыпаться на обломки, на субстраты, а генофонд – распасться на отдельные генотипы.
  2. Для того, чтобы таким образом освободившийся строительный материал снова превратился в здание, но другой конструкции, необходимо продолжительное энергетическое воздействие.

Адаптивностью можно руководить

Организмы, как и популяции, различаются по способности поглощать и ассимилировать разное количество биосферной энергии. Это свойство в селекции называют адаптивностью. Именно ген адаптивности позволяет организмам не уменьшать жизнеспособность, продуктивность при непостоянных экологических условиях. Те организмы (сорта), в которых этот ген проявляется слабо, значительно заметнее страдают, изменяются фенотипически и даже погибают. Активность гена адаптивности зависит от уровня энергетического возбуждения. Если каким-то образом аллель гена адаптивности перевести на более высокий энергетический уровень, то организм, в котором это произойдет, будет способен абсорбировать из биосферы значительно больше биогеохимической энергии живого вещества. Если растение – носитель возбужденной аллели – находится в популяции, избыточная энергия, которую оно ассимилирует, индуктивным образом передается, точнее, переводится на окружающие растения, а при наличии достаточного количества особей с «возбужденным» геном адаптивности вся популяция получает дополнительную биосферную энергию, которую она может выдавать в виде определенной биологической работы. Популяция становится агрессивнее, завоевывает новые площади эколандшафта, приобретает большую устойчивость против вредителей и болезней (нападение вредителей не является тотальным, замыкается на определенном количестве особей, а нанесенные раны легко регенерируются).

Со временем, в силу действия закона энтропии, возбужденная аллель переходит на более низкий энергетический уровень, уменьшая поглощение биосферной энергии организмом или популяцией. Но в момент наибольшего выражения признака адаптивности, при условии разрушенной эколандшафтной саморегулирующейся системы, которая по-новому перестраивается и становится пластической, могут интенсивно протекать процессы формообразования. Теперь вообразим, что периодически и локально в определенных эколандшафтных зонах происходит облучение определенной энергией космического происхождения, способной как разрушить существующую гомеостатическую саморегулирующуюся эколандшафтную систему, так и побуждать к возбуждению адаптивных геномов хотя бы в незначительном количестве особей и таким образом повысить общее энергетическое напряжение данной совокупности организмов. Все необходимые условия для формообразования обеспечены; и оно действительно происходит, причем на глазах.

Украинские центры естественной селекции

Периодические облучения из космоса поступают в разные регионы земного шара, создавая условия для интенсивного формообразования. Но только в тех зонах, где есть в наличии исходный материал, оно происходит в значительных количествах. Территория, наиболее благоприятная для развития растений, находится в субтропической и переходной от умеренной до субтропической зонах. Если же энергетические предпосылки сложились, скажем, в приполярной зоне с суровым климатом, с ограниченным количеством видов растений, формообразование происходит вяло, и для исследователя эти регионы остаются малозаметными. Все же сложные формообразования зафиксированы не только в вышеупомянутых центрах. В частности, и в нашей зоне Полесья нашли оригинальные, с большим количеством полигенно контролируемых признаков (т.е. с затратами огромного количества адаптивной энергии) дикие формы льна.

Очевидно, что и здесь эколандшафтная система испытала запредельно возмущенное влияние. Но небольшой запас исходного материала побуждал к неширокому формообразованию, которое все же было замечено.

Интересным фактом, на который часто ссылаются исследователи, является сконцентрированность в центрах происхождения растений доминантных признаков. С нашей точки зрения, наличие в ряде центров значительного количества доминантных признаков свидетельствует не о том, что там протекают процессы формообразования, а о том, что такие процессы произошли на этой территории довольно давно. И со временем в силу энтропического угасания энергетического состояния открытой эколандшафтной системы происходит процесс упрощения: сложные формы выделяются в более простые, полигенный характер контролирования признака переходит в моногенный, а в силу действия закона реверсии рецессивные признаки возвращаются в доминантное состояние. В тех же регионах, где процессы формообразования протекают сейчас или завершились в недалеком прошлом, преобладание доминантных признаков не наблюдается. Очевидно, что зоной незавершенного формообразования являются и некоторые районы Восточного Полесья и Лесостепи Украины, где выявлено много сложных в генотипическом аспекте форм культурных и диких растений. На такие центры обратил внимание в свое время ученый Жуковский, назвав их вторичными и третичными центрами происхождения.

Вопрос идентификации зон формообразования сложен и требует глубокого анализа и широких обобщений на основе применения системного метода исследований экосистемных, биосферных и космических процессов.

(Опубликовано в №6, 2008 г.)