Закон гомологических рядов, сформулированный в 1920 году советским генетиком Н.И. Вавиловым, отражает одну из основ биологии. Рассмотрим, что же это за основа и почему этот закон сохраняет важность и в мире современной генетики?
Начнем с формулировки, предложенной самим Вавиловым: «Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других родов и видов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости».
Что поделать, научный язык того времени был рассчитан на специалистов, а не на широкую аудиторию. Но не будем разбирать терминологию и стиль начала 20-го века.
Достаточно близкие биологические виды имеют системы и структуры, которые когда-то возникли у их общего эволюционного предка и, в общих чертах, сохранились у этих видов. Такие структуры называют гомологичными. Классический пример гомологии биологических структур из школьного учебника - сходство строения скелета человеческой руки, плавника кита и, к примеру, крыла летучей мыши: несмотря на многочисленные отличия, сходство их строения хорошо прослеживается.
Общее происхождение гомологичных биологических систем определяется сходством генетических механизмов, контролирующих их развитие. Это и есть та самая основа биологии, отраженная в законе гомологических рядов. Соответственно, можно ожидать, что нарушение таких механизмов у разных видов будет вызывать похожие фенотипические эффекты!
Например, хотя центральная нервная система собаки и отличается во многих аспектах от человеческой, тем не менее, они имеют общие закономерности функционирования, заложенные миллионы лет назад еще у нашего далекого общего предка! Соответственно, можно ожидать, что нарушение этих общих закономерностей приведет к похожим последствиям как у человека, так и у собаки.
У людей известно редкое генетическое заболевание - болезнь Лафоры (по имени первооткрывателя - Гонсало Родригеса Лафоры, испанского невропатолога). Это заболевание сопровождается эпилептоидными приступами и вызывается мутациями в гене NHLRC1. Этот ген возник в незапамятные времена и в разных вариантах существует у многих организмов, не только у млекопитающих, но и у птиц, лягушек и ящериц. Такой ген есть и у собаки.
Закон Вавилова подсказывает, что нарушение гена NHLRC1 у собаки должно привести к заболеванию, сходному с болезнью Лафоры у человека. И действительно, у собак с характерными клиническими проявлениями была обнаружена мутация в этом гене.
В этом состоит практическая предсказательная сила закона Вавилова. Допустим, мы установили связь некоторого признака с мутацией к конкретном гене у человека. Если у собак мы наблюдаем явно похожий признак, то, прежде всего, имеет смысл проверить, не содержит ли мутаций соответствующий ген у собаки. То есть, вместо того, чтобы искать причину наобум, мы можем сократить круг поисков до одного или нескольких кандидатных генов! Этот подход широко используется генетиками.
Важно понимать, что мутации в гене NHLRC1, связанные с болезнью Лафоры у собак и у человека, не одинаковы и не достались нам от общего предка! Эти мутации возникли независимо уже после того, как линии, приведшие к появлению человека и собаки, разошлись в эволюции.
Даже механизм возникновения мутаций у человека и собаки разный: у человека это обычные генетические “опечатки”, а у собаки - патологическое умножение короткой последовательности ДНК в этом гене.
И “опечатки”, и размножившийся повтор нарушают работоспособность гена NHLRC1. А поскольку этот ген выполняет одинаковые функции у собаки и у человека, его нарушения вызывают одинаковые последствия - болезнь Лафоры.
Таким образом, в начале XX века Вавилов заметил, что у достаточно близких видов организмов могут возникать мутации, имеющие похожие фенотипические проявления, как в приведенном примере с эпилепсией Лафоры. В те времена представления о генах были весьма умозрительными, отсюда и специфические формулировки, которые использовались в те времена. Однако идеологически закон Вавилова намного опередил свое время и фактически лег в основу современной молекулярной эволюционной науки!