Закон гомологических рядов

Деятельность Н. И. Вавилова

Селекционеры постоянно работают над созданием улучшенных сортов растений, увеличением их урожайности, устойчивости к вредным факторам окружающей среды. Применяемые ими методы в своей основе имеют такие естественные процессы, как наследственность, изменчивость, законы генетики. Это дает возможность получить индивидуумы с предполагаемыми свойствами, желаемыми характеристиками.

История генетики неразрывно связана с именем русского и советского ученого Н. Вавилова. Кроме генетики, он обладал академическими знаниями по химии, географии, ботанике. Имел звания Академика АН Советского Союза, президента и вице-президента ВАСХНИЛ, члена экспедиционной комиссии и Наркомзема СССР.

Николай Иванович неоднократно организовывал экспедиции ботанико-агрономического характера, был одним из основателей учения о центрах происхождения растений в мире. Его перу принадлежит учение, объясняющее иммунитет растений, а также позиции понятия биологического вида.

Вавилов руководил созданием мировой коллекции семян, постоянно занимался испытаниями растительных культур.

Рассуждения об иммунитете у растительного мира сводились у ученого к генетической теории. По его мнению, устойчивыми по отношению к паразитам растения становились в результате эволюции, находясь в центрах своего происхождения. Срок «получения полезных навыков» растягивался на тысячелетия. За это время растения получали особые гены, обеспечивающие устойчивость к возбудителям болезней. Однако патогены приобретали способность так же превращаться в новые расы. В результате таких обоюдных процессов каждый сорт, например, пшеницы становился восприимчивым к новым расам и устойчивым к старым.

С позиции Вавилова, иммунитет растений бывает двух видов:

1. Структурный (или механический) исходит из морфологических характеристик вида, его защитных свойств.
2. Химический формируется химическими характеристиками культуры.

Занимался Николай Иванович и развитием теории Дарвина о происхождении видов. Его заинтересовало направление о существовании географических центров, как условие происхождения новых видов. Когда в 1883 году А.Декандоль официально высказал свое мнение о существовании определенных географических областей, в которых произошли главные растения, Вавилов в 1926-1939 годах развил эту проблему. Он определил семь главных географических зон (центров), в которых важнейшие культурные растения сформировались как вид.

На III Всероссийском съезде селекционеров (1920 год) Н.И. Вавилов изложил позиции закона гомологических рядов, который был им открыт в ходе изучения параллелизма в наследственной изменчивости. С учетом его действия предугадывались новые формы растений. Позднее они обнаруживались в природе.

Формулировка и суть закона гомологических рядов наследственной изменчивости

Н.И. Вавилов пришел к необходимости дать определение «гомологических рядов» во время своей работы над параллелизмами в теории наследственности. Скрупулезно изучая характер изменчивости семейств растений, он убедился, что в определенной степени она перекликается с гомологическими рядами химических веществ органической природы. В качестве примера можно привести углеводороды. 

Смысл закона в следующем: близкие группы растений в процессе своей эволюции приобретают похожие аллельные формы. Они могут быть предсказаны и проявиться у различных видов. Это важно для организации селекционных работ. Узкоаллельными формами являются колоски, имеющие ость и не имеющие, антоцианово окрашенные соломины злаков или нет.

Предсказав существование аллельных форм, Вавилов организовывал неоднократные экспедиции в те зоны, где предполагал нахождение центров происхождения этих растений.

Сформулированный в собственной интерпретации закон Вавилов увязывал с теорией Л.С. Берга. В ней говорилось о закономерностях в изменчивости, которые обеспечивают процессы эволюции. По мнению ученого, те элементы наследственных изменений, которые повторяются у различных видов, составляют фундамент проявления параллелизмов и проявления мимикрии.

Закон Вавилова не исключал проявления общей изменчивости у отдаленных и практически не связанных на генетическом уровне видов и семейств. При этом результат изменчивости может быть не полностью идентичным. В них допускается отсутствие некоторых звеньев, которые «ушли» в ходе естественного отбора. И, несмотря на это обстоятельство, по мнению Вавилова, обнаружить сходство в изменчивости у близких семейств реально.

Первоначально в своих выводах ученый опирался на изменчивость фенотипа, прослеженную им у родственных растений. Позднее он перенес свои выводы на генотип, поскольку обнаружил у них много общих генов.

Сформулированный закон имел большую практическую базу. Ученый-генетик и его единомышленники изучили много тысяч сортов, работая в этом направлении на протяжении 1913-1920 годов.

Генетическая основа закона гомологических рядов наследственности

В качестве генетической основы закона Вавилова выступает факт, что родственные семейства растений, прибывая в аналогичных условиях, реагируют на внешнюю среду идентично. Эта же особенность характерна для биохимических процессов у сравниваемых видов.

Поскольку набор генов у организмов, находящихся в близком родстве, аналогичен, то видоизменения каждого из них, происходящие при мутации, бывают подобными. Фенотипически это проявляется идентичной изменчивостью у таких организмов.

Значение закона гомологических рядов наследственности

Понять роль гомологических рядов в наследовании определенных свойств — значит грамотно использовать теоретические наработки на практике. Зная особенности эволюционных механизмов у близкородственных растений, можно планировать селекционные виды организмов. Появление новых пород животных, у которых заранее определен набор признаков, становится также возможным.

Наука о наследственности дает в руки людям формулу для выведения новых видов, родов и семейств, обладающих теми свойствами, которые встречались у родственных систематических группировок. Благодаря этому, у растениеводов появится возможность развить у растений устойчивость к определенным факторам окружающей среды, повысить их урожайность, развить иммунитет к болезням и устойчивость к паразитам.

С реальностью такого подхода основными направлениями селекции становятся:

• плодовитость и продуктивность пород животных;
• улучшение показателей, характеризующих качество продукции: вкус, химический состав, внешний вид и т.д.);
• доведение физиологических свойств до оптимальных в определенных условиях произрастания или обитания;
• создание стрессоустойчивых пород (особенно актуально для крупных фабрик и ферм);
• разведение рыбных пород в искусственно созданных водоемах;
• создание пушного звероводства.

Владея определенными знаниями, основываясь на законе гомологических рядов наследственности, можно установить место (центр) происхождения видов по родственным культурам, которые имеют сходные признаки и, вероятно, появились на одной географической территории.

Величайшей заслугой Н.И.Вавилова является открытый им факт самостоятельности систематики. Он значительно шагнул на пути изучения эволюционных закономерностей, продолжив в определенной степени учение Дарвина и внеся свою лепту в наследственную изменчивость.

Сегодня заслугу Вавилова в генетике сравнивают с открытием периодической системы элементов Д.И.Менделеевым. Работы и выводы знаменитого ученого по сей день используются на практике и служат основой для развития науки.