Закон гомологических рядов изменчивости

Существенным вкладом в развитие теории изменчивости явились труды Николая Ивановича Вавилова. Многие годы он изучал мутационную изменчивость у культурных растений и их диких предков. На основе этих исследований им была выявлена ваясная закономерность в проявлении наследственной изменчивости.

Изучая изменчивость признаков у многочисленных видов и родов семейства злаковых, Вавилов обнаружил, что близкородственные виды и роды злаковых растений характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости и что мутационный процесс у них протекает параллельно. Наблюдаемые результаты сопровождались такой четкой повторяемостью, что, зная ряд форм у одного вида, можно было предсказать существование подобных форм и у других родственных видов и родов. Выявленная закономерность хорошо прослеживалась также и у многих видов цветковых растений семейств бобовых, тыквенных, пасленовых, крестоцветных и др. При этом чем таксономически и филогенетически ближе были рассматриваемые организмы, тем большее сходство наблюдалось в ряду их изменчивости.

Свои обобщения и выводы Н.И. Вавилов изложил в 1920 году в докладе на III Всероссийском селекционном съезде в Саратове, сформулировав закон гомологических рядов в наследственной изменчивости. Открытие этого закона в начале XX века стало крупнейшим обобщением работ по изучению изменчивости. Эту закономерность называют также законом Вавилова. В нем отмечается следующее:

  • виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть существование аналогичных форм у других видов и родов;
  • чем ближе генетически в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости;
  • целые семейства растений характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, их составляющие.

Сформулированный закон гомологических рядов Н.И. Вавилов выразил формулой:

G1 (a + b + c...)
G2 (a + b + c...)
G3 (a + b + c...)

Значками G1, G2, G3 обозначаются виды: a, b, c... – их различные варьирующие признаки, например окраска, форма стеблей, листьев, семян, биологические особенности (скороспелость, холодостойкость, отзывчивость на удобрения и др.).

Доказательством закона служит материал, представленный в таблице, демонстрирующий гомологию (от греч. homos – одинаковый, общий), то есть сходство наследственной изменчивости по некоторым признакам и свойствам в пределах ряда культурных растений семейства злаковых. Такие таблицы с гомологическими рядами изменчивости были составлены Н.И. Вавиловым для большого количества сортов и видов, имеющих непосредственное отношение к культурным растениям.

Сортовая изменчивость видов семейства злаковых
Сортовая изменчивость видов семейства злаковых

Примечание. Цифрами обозначены: 1 – рожь; 2 – пшеница; 3 – ячмень; 4 – овес; 5 – просо; 6 – сорго; 7 – кукуруза; 8 – рис; 9 – пырей. Знаком «+» обозначены формы, обнаруженные Н.И. Вавиловым в 1935 году.

Справедливость этой закономерности Н.И. Вавилов проиллюстрировал на огромном ботаническом материале. Он писал: «Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды, составляющие семейство».

Теоретической основой установления рядов изменчивости признаков является представление о единстве происхождения родственных видов от общих предков, обладающих определенным набором генов, которые проявляются (или должны проявляться) у потомков. Исследования Н.И. Вавилова касались непосредственно растений, но сформулированный им закон гомологических рядов наследственной изменчивости оказался применим и к животным.

Закон Н.И. Вавилова является универсальным. Он свойствен всем представителям живого мира, что подтверждается при изучении изменчивости растений, животных и микроорганизмов на уровне не только видов, отдельных организмов, но и их отдельных структур (например, тканей, органов и пр.). В настоящее время у представителей разных классов животных определены гомологические ряды мутаций по морфологическим, физиологическим и особенно биохимическим признакам. Например, альбинизм и бесшерстность встречаются у млекопитающих, отсутствие чешуи – у рыб, коротконогость – у крупного рогатого скота, овец, собак, кошек, птиц, насекомых и т. д.

Гомологические ряды мутационной изменчивости биохимических признаков наблюдаются у растений, животных, особенно у простейших, бактерий и у других микроорганизмов.

Закон Н.И. Вавилова имеет большое значение для селекционной практики, так как позволяет, с одной стороны, подобно Периодическому закону Д.И. Менделеева, прогнозировать поиск определенных форм культурных растений, животных и микроорганизмов, а с другой – широко использовать их диких предков в селекционной работе. Зная характер изменчивости одного или нескольких близких видов, можно целенаправленно искать формы, еще не известные у данного организма, но уже открытые у его филогенетических родственников.

Гомологические ряды наследственной изменчивости служат источником поиска генетического разнообразия в потомстве каждой особи и способствуют отбору лучших форм в селекционной практике.

Закон Вавилова, по сути, представляет собой обобщение, позволяющее понять универсальность многих биологических структур и функций в механизме наследственной изменчивости. Он связывает воедино генетику и систематику, являясь крупным шагом на пути последующего синтеза генетики и эволюционного учения.