Однако не совсем точно говорить, что организация сохраняется неизменной из поколения в поколение. Потомство похоже на родителя — то есть организация была передана без изменений. Но потомство также немного отличается от родителя — иными словами, организация модифицируется при каждой передаче. В этих двух утверждениях мы формулируем простейшим образом закон органической изменчивости. Организмы, очевидно, могут быть распределены по категориям таким образом, что особи в любой одной категории более сходны друг с другом, чем с особями, принадлежащими к другой категории. Мы можем путем экспериментального разведения получить совокупность организмов, все из которых имели общего предка или пару предков. Теперь особи, составляющие такую совокупность, демонстрировали бы близкое сходство друг с другом, такое сходство, какое, как мы видим, демонстрируют наши категории естественно встречающихся организмов. Мы также обнаружили бы, что особи нашей естественно встречающейся совокупности были бы способны скрещиваться между собой, точно так же, как в случае с экспериментально полученной популяцией. Можно, следовательно, заключить, что естественно встречающаяся популяция также является продуктом пары предков. Эта межвидовая фертильность, а также близкое морфологическое сходство особей — это факты, на которых формируется гипотеза об общем происхождении и единстве совокупности, или вида.
Морфологическое сходство между особями, как в естественных, так и в искусственных популяциях, не является абсолютным. Если мы возьмем любой отдельный признак, поддающийся измерению, мы обнаружим, что он варьирует от организма к организму. Эта важная концепция органической изменчивости может быть прояснена на конкретном примере. Исследование большого числа раковин сердцевидок, взятых с одного и того же ограниченного участка морского берега и, следовательно, предположительно принадлежащих к одной расе, покажет, что число радиальных ребер на раковине варьирует от 19 до 27, а отношение длины к глубине раковины также варьирует от 1:0,59 до 1:0,85. В первом случае наиболее часто встречающееся число ребер равно 23, а во втором случае наиболее часто встречающееся отношение длины к глубине равно 1:0,71. Это характерные или модальные значения рассматриваемых морфологических признаков, а другие или менее часто встречающиеся значения распределены симметрично по обе стороны от среднего или модального значения, образуя «частотные распределения». Значение первого признака изменяется на единицу в любом распределении: очевидно, не может быть доли ребра; и этот вид изменчивости называется «прерывистым». Значение второго признака может изменяться незаметно, и поэтому оно называется «непрерывным» — термин, который не совсем точен, поскольку, применяя его, мы предполагаем, что числовая разница между двумя вариантами может быть меньше любого конечного числа, как бы мало оно ни было. В этом допущении мы постулируем для биологии отличительную математическую концепцию бесконечной делимости.
Отклонение от моды или среднего значения в отношении определенного признака у полностью развитого организма может быть обусловлено прямым действием среды в том смысле, в каком мы рассматривали среду как влияющую на организм; или оно может быть обусловлено изменениями в организме, возникающими в результате усиленного или уменьшенного использования некоторых его частей. Условия в отношении питания, например, не будут одинаковыми для всех особей, составляющих скопление мидий, растущих на морском дне. Те, что находятся внутри скопления, не получают такого обильного притока морской воды, как те, что находятся снаружи скопления; и поскольку количество пищи, получаемой любой особью, зависит от количества воды, протекающей над ней в единицу времени, мы обнаружим, что внутренне расположенные особи будут хилыми или карликовыми, в то время как те, что снаружи, будут хорошо развитыми. Такие вариации являются приобретенными, но даже когда мы учитываем их, даже если мы позаботимся о том, чтобы все изучаемые организмы жили в условиях, которые максимально приближены к единообразным, все равно будет существовать некоторая степень изменчивости. Мы не можем быть уверены, что это абсолютное единообразие когда-либо существует; и понятие среды организма может быть расширено так, чтобы включить среду, в которой происходило эмбриональное развитие, и даже родительское тело, которое создавало среду для половых клеток, из которых началось эмбриональное развитие. Но, вероятно, дело в том, что даже при единообразной среде или при такой, в которой различия были незначительными, изменчивость все равно существовала бы. Вариации, которые могли бы наблюдаться в таком случае, относились бы к двум видам — «флуктуирующие вариации» и «мутации».
Fig. 21.
Являются ли вариации, наблюдаемые в популяции организмов, флуктуациями или мутациями, можно определить только экспериментально. Предположим, что мы имеем дело с человеческой популяцией и что изучаемая вариация — это рост. Пусть мужчины с ростом значительно выше среднего значения вступят в брак с женщинами, которые соответственно высоки, тогда будет обнаружено, что дети от этих союзов, когда вырастут, будут демонстрировать рост, который больше, чем у всей популяции, но не такой большой, как у их родителей — то есть происходит регрессия к среднему значению всей популяции.
Это показано на приведенной выше диаграмме, где линии выше и ниже средней указывают пропорцию (относительно значения или частоты среднего) людей каждой градации роста. Последняя пропорциональна расстоянию от среднего, измеренному вдоль вертикальной линии, причем расстояния ниже этой линии указывают на рост ниже среднего, и наоборот.
Если, с другой стороны, вступают в брак мужчины и женщины с ростом значительно ниже среднего, их дети в конечном итоге будут демонстрировать рост, который больше, чем у их родителей, но меньше, чем у всей популяции. Регрессия снова происходит, но в противоположном направлении, и такой случай был бы представлен вышеприведенной диаграммой в перевернутом виде. Продолжительный отбор такого рода привел бы к немедленному увеличению среднего роста (или наоборот, если бы «знак» отбора был изменен) в течение одного или двух поколений, но после этого величина изменения была бы очень мала, в то время как если бы отбор прекратился, полученная раса медленно вернулась бы к среднему значению, которое характерно для всей популяции, из которой она возникла. Очень важно уяснить этот результат практического и теоретического изучения наследственности — отбор обычных вариаций, проявляемых общей популяцией, ведет сразу к небольшому изменению среднего значения признака, который подвергается отбору, но продолжительный отбор после этого дает очень мало различий в этом результате, в то время как раса медленно возвращается к значению той, из которой она возникла, при прекращении отбора.
Расы, которые «размножаются чисто», конечно, существуют; так, средний рост галловейского крестьянина больше, чем валлийского. В случаях «чистых рас» — то есть рас, которые размножаются чисто в отношении одного или нескольких признаков, мы имеем дело с другим видом изменчивости, который не проявляет тенденции к возврату к значению, из которого он возник. Пусть наблюдаемая изменчивость роста в человеческой популяции представлена частотным распределением A, и пусть особи в N — то есть те, у которых рост был больше среднего на отклонение ON — вступают в брак между собой. Тогда могло бы случиться так, что изменчивость потомства этих союзов была бы представлена частотным распределением B, в котором значение среднего также является таковым для исходной группы, в N, из которой возникла раса. Теперь не имеет значения, от каких вариантов в B возникает потомство третьего поколения: средний рост последнего будет таковым для чистой расы. В этом случае особи, из которых возникла чистая раса (те, что в N в A), продемонстрировали мутацию. Рост особей этой новой расы будет продолжать демонстрировать флуктуирующие вариации, и диапазон этой изменчивости может быть таким же, как у исходной группы, из которой она возникла, но средний рост новой расы будет продолжать оставаться таковым для исходных мутантов.
Fig. 22.
Хорошо известно, что сам де Фриз считал флуктуирующие вариации и мутации чем-то совершенно разным. Первые он считал ничем новым, лишь увеличениями или уменьшениями чего-то ранее существующего; и он рассматривал флуктуации как результат действия среды, следующими в своем распределении законам случая. Мутации, с другой стороны, были чем-то совершенно новым. Теперь будущий анализ изменчивости, мы полагаем, не подтвердит обоснованность этого различия. Гораздо более вероятно, что флуктуация — это вариация, которая является результатом некоторых причин, действие которых изменчиво. (Мы рассматриваем изменчивость теперь как подчиненную «причинности» в физическом смысле, ибо только рассматривая ее так, мы можем попытаться ее проанализировать). Как правило, этот процесс приводит к флуктуации, но если его масштаб или степень действия превышают определенное «критическое значение», возникает мутация. Мы можем, следуя примеру физиков, проиллюстрировать это «моделью».
Fig. 23.
Эта модель является модификацией иллюстрации Гальтона степеней стабильности вида. Это деревянный диск, катящийся на своей периферии. Мы делим его на секторы, и дуги ab, cd, ef и gh имеют все один и тот же радиус: 10, 20, 30 и 40. Затем мы сплющиваем секторы bc, de, fg и ha так, чтобы их радиусы были больше, чем радиусы других дуг. Теперь заставим диск катиться вокруг точки 8 как центра. Он будет колебаться вперед и назад вокруг среднего положения 8. Давайте думать об этих колебаниях как о флуктуациях.
Предположим, однако, что мы заставляем диск катиться немного более яростно, так что он колеблется до тех пор, пока любая из точек 3 или 4 не окажется перпендикулярно под центром O. В любом из этих положений диск находится в состоянии «неустойчивого равновесия», и бесконечно малое увеличение амплитуды колебания заставит его перекатиться за точки 3 или 4. Но если он действительно пройдет любую из этих критических точек, он начнет колебаться вокруг любого из новых центров 5 или 7, таким образом катясь по одной из дуг, ha или de. Это принятие нового состояния стабильности мы можем сравнить с формированием мутации.
Все это лишь концептуальная физическая модель процесса, о котором мы не знаем ровным счетом ничего. Она призвана проиллюстрировать взгляд на то, что организация растения или животного не является чем-то абсолютно фиксированным и неизменным. Организм в отношении каждого распознаваемого и измеряемого признака колеблется вокруг точки стабильности, то есть демонстрирует флуктуирующие вариации вокруг среднего значения этого признака. Если стабильность организации нарушена, так что она колеблется или флуктуирует вокруг нового центра, то есть если вариации отклоняются в любом направлении от нового «типа» или среднего, мутация была установлена. Мутация, следовательно, не обязательно является большим отходом от «нормальности». Это не обязательно «прерывистая вариация», не «спорт» и не «уродство». Это, по сути, смещение среднего положения, вокруг которого флуктуируют вариации, проявляемые организмом.
Такая мутация будет, в общем, включать создание «элементарного вида». Мы рассматривали только один признак, скажем, рост, в вышеприведенном обсуждении, но обычно случается так, что принятие нового центра стабильности затрагивает все признаки мутирующего организма. Элементарный вид, следовательно, немного отличается в отношении всех своих признаков от вида, из которого он возник, или от других элементарных видов, рядом с которыми он расположен. Это то, что мы обычно находим в случаях «рас» или «местных разновидностей» любого одного обычного вида растения или животного. То, что мы не признаем, что большинство, или, возможно, все виды, известные систематической биологии, действительно состоят из таких местных рас, объясняется лишь тем, что такие результаты требуют объема тщательного исследования, который обычно не был возможен, за исключением немногих случаев, изученных с целью доказательства такой изменчивости; или в случае тех видов, которые изучаются с большим вниманием к деталям из-за их экономической важности. Так, сельди североевропейских морей могут быть разделены на такие расы, и человек, обладающий большим знакомством с этими рыбами, может идентифицировать различные расы или элементарные виды — то есть назвать местность, из которой была взята рыба, — рассматривая характеристики, в отношении которых сельди одной части моря отличаются от таковых из других частей.
Термин «разновидность» имеет несколько иную коннотацию в систематической биологии, чем та, которая включена термином «элементарный вид». Значение последнего просто и ясно. Два или более элементарных вида — это совокупности организмов, в каждой из которых средние положения, вокруг которых флуктуируют различные признаки, различны. Термин «разновидность» не может быть так легко определен. Потомство двух разных видов (в смысле термина, как он обычно применяется систематиками) может быть названо гибридной разновидностью того или иного родительского вида. В случае обычных видов зоологии такой гибрид был бы, в общем, бесплодным, или если бы он давал потомство, то оно было бы бесплодным. В случае обычно выведенного потомства от родителей одного и того же вида большое отклонение от родительских признаков могло бы быть мальформацией или результатом некоторой нерегулярности развития. «Атавистическую» вариацию мы можем рассматривать как повторное появление некоторого признака, присутствовавшего у более или менее отдаленного предка. Так, кошачьи акулы и скаты, несомненно, происходят от некоторой пластиножаберной рыбы, которая обладала передним спинным плавником. Этот плавник сохраняется у кошачьих акул, но был утрачен у скатов и морских лисиц. Тем не менее, он может появиться у последних рыб как атавистическая вариация.
У разновидности (следуя анализу де Фриза) признак, который исчезает, на самом деле не утрачен: он лишь подавлен, и он все еще существует в латентной форме. Некоторые цветы, например, окрашены, но могут существовать разновидности в виде, к которому они принадлежат, у которых цветы бесцветны. Может быть не совсем правильно, в физическом смысле, говорить, что цвет был утрачен, но мы можем выразить это так. Эти цветы тогда являются окрашенными и бесцветными разновидностями одного и того же вида. Цвет или отсутствие цвета, однако, не фиксированы в разновидности, ибо отдельное растение, несущее бесцветные цветы, также несет в своей организации потенцию производства окрашенных цветов. Лепестки цветка могут быть гладкими или покрытыми волосками, и в одной и той же группе могут встречаться обе эти разновидности. Но мы не должны говорить о присутствии или отсутствии волосков как о составляющих разницу в роде: гладколепестковые цветы можно рассматривать как содержащие эпидермальные зачатки волосков. Так же и окрашенные и бесцветные цветы можно рассматривать как содержащие одни и те же виды пигмента, но эти пигменты смешаны в разных пропорциях. Такой взгляд позволяет нам смотреть на эти контрастирующие признаки так же, как мы смотрим на флуктуирующие вариации, то есть как на количественные различия в значении одного и того же признака.
Такое подавление признака на самом деле не является утратой. Организм, принадлежащий к элементарному виду, у которого, скажем, обычно производятся монохроматические цветы, может производить цветы, которые являются полосатыми. Потомство растения может все еще производить монохроматические цветы, но мы должны думать о нем как также обладающем потенцией производства полосатых цветов. В терминологии менделизма признаки являются доминантными и рецессивными.
Обсуждая менделевские разновидности, мы рассматриваем способ, которым два контрастирующих признака — один, присутствующий у мужского родителя, и один у женского — передаются потомству. Рассматриваемыми признаками могут быть высокорослость мужского родителя и контрастирующая низкорослость женского; или карие глаза мужского и голубые глаза женского; или коричневая кожа женского родителя и белая кожа мужского. Эти признаки могут наследоваться двумя способами: либо они могут смешиваться, либо они могут оставаться отчетливыми в потомстве. Дети коричневой матери и белого отца обычно окрашены в какой-то оттенок, промежуточный между таковыми родителей. Мулатный гибрид фертилен с любой из родительских рас, и снова потомство может принимать оттенок, промежуточный между таковыми родителей, и так далее через ряд поколений. Но где-то в этом ряду скрытый или рецессивный коричневый цвет может появиться во всей своей полноте, показывая, что он присутствовал в организациях всех промежуточных поколений. Потомство высокого мужского родителя и низкого женского родителя не является, в общем, промежуточным по росту между родителями; некоторые из них могут быть высокими, а другие низкими. Дети кареглазой матери и голубоглазого отца обычно не имеют глаз, в которых цвета глаз родителей смешаны: они голубоглазые или кареглазые. Контрастирующие признаки называются доминантными и рецессивными: если высокорослость передается потомству, которое может тем не менее производить карликовое потомство, последний признак называется рецессивным по отношению к высокорослости. Контрастирующие признаки родителей, следовательно, остаются отчетливыми в потомстве, причем некоторые из последних демонстрируют один признак, а некоторые — другой; в то время как может случиться, что один признак или другой может быть обособлен, так что он появляется только в потомстве и передается им. Существуют численные отношения между числами потомства, у которого появляются контрастирующие признаки.
Очевидно, высокорослость и карликовость не являются признаками, которые различаются по качеству: это разные степени одного и того же. Карие глаза и голубые глаза не обязательно различаются по качеству, ибо мы можем думать об одних и тех же видах пигмента как присутствующих в радужке, но смешанных в разных пропорциях. Но терминология этой отрасли биологии, по-видимому, предполагает, что контрастирующие признаки являются, каждый из них, чем-то совершенно отличным от другого: существуют «факторы» для «высокорослости», «карликовости», для голубых глаз и карих глаз и так далее. Эти качества называются «единичными признаками», и предполагается, что они обладают почти такой же индивидуальностью в зародышевой плазме, как «радикалы» химика обладают в соединении. Хлорид натрия, например, не является смесью натрия и хлора: два вида атомов не сливаются вместе, а лишь удерживаются вместе. Аналогия, однако, очень несовершенна, ибо в химической молекуле признаки не являются таковыми ни одного из компонентов, а чем-то совершенно иным, тогда как в менделевском скрещивании признаки остаются отчетливыми, но один из них является явным, в то время как другой — латентным. В молекуле, однако, атомы рассматриваются химиком как лежащие рядом друг с другом в определенных позициях, и о менделевских факторах также говорят так, как если бы они лежали бок о бок в зародышевой плазме. Эта терминология полезна, возможно, необходима в работе исследования, но мы не должны забывать, что она символизирует, а не описывает результаты эксперимента. Если факторы идентифицируются с определенными морфологическими структурами в ядрах половых клеток, очевидно, все возражения, которые могут быть выдвинуты против вейсмановской гипотезы как гипотезы развития, применимы также к менделевским гипотезам как описаниям физического процесса передачи морфологических признаков.