Кіріспе

Мутация – Чарльз Дарвиннің 1859 жылы жарық көрген «Түрлердің пайда болуы» кітабы жарыққа шығуынша және одан кейін де болған табиғи іріктеу арқылы эволюцияға қатысты бірнеше баламалардың бірі. Бұл теория бойынша, мутация жаңалықтың бастауы болды, жаңа формалар мен жаңа түрлерді, мүмкін бірден құрады, түрлердің дамуы мен түрленудің кенеттен секіріс арқылы жүзеге асуына сенді. Жан Батист Ламарк – эволюцияның жайбарақатты дамуын жақтаған, бірақ сол кездегі басқа ғалымдар сияқты, түрлердің секіріс арқылы дамуы мүмкін екенін жазған. 1822 жылы Этьен Джефруа Сент-Иларе өзінің «Анатомиялық философия» еңбегінің екінші томында «жаңа түрлердің негізін қалаушы әкелері (немесе аналары) бір түрден екінші түрге бірден ауысу арқылы тууы мүмкін» деген секірістік эволюция теориясын қолдады. Джефруа қоршаған ортаның қысымы жаңа түрлерді бірден құру үшін кенеттен өзгерістерге әкелуі мүмкін екенін жазды.

Дарвиннің антисальтациялық эволюциясы, 1859

1859 жылы Чарльз Дарвин "Түрлердің шығу тегі" атты кітабында секіріс тәрізді эволюцияны жоққа шығарды. Ол эволюциялық өзгерістер әрдайым бірте-бірте жүреді, ешқашан секірістермен емес деп мәлімдеді: "табиғи іріктеу тек қана ұсақ, бірінен соң бірі пайда болатын қолайлы өзгерістерді жинақтау арқылы әрекет етеді, ол үлкен немесе кенеттен болатын өзгерістерді тудыра алмайды; ол тек өте ұзын емес қадамдармен ғана әрекет ете алады". Дарвин өмірінің соңына дейін осы пікірде болды. Томас Генри Гаксли Дарвинге "Табиғат секіріс жасамайды" деген Natura non facit saltum қағидасын толыққанды қабылдауы артық қиындықтарға алып келеді деп ескертті. Гаксли бұл тұжырым табиғаттанушылардың (катастрофистердің) өмір тарихындағы маңызды секірістер мен құбылыстардың үлкен рөл атқарғанына сенуіне кедері келтіруі мүмкін деп қорқады.

Фон Кёлликердің гетерогенезі, 1864

1864 жылы Альберт фон Кёлликер эволюцияның үлкен секірістер арқылы дамиды деген Жоффруаның теориясын «гетерогенез» деген атаумен қайта жаңғыртты, бірақ бұл жолы эволюция бағытын басқаратын материалдық емес күштің ықпалын болжады.

Галтонның "спорт", 1892 жыл

Дарвиннің туысы Фрэнсис Гальтон Дарвиннің эволюцияға қатысты дәлелдерін қарастырып, табиғи іріктеу әсер етуі тиіс өзгерістердің түрі туралы қарама-қарсы пікірге келді. Ол өз тәжірибелерін жүргізіп, өз көзқарастарын баяндайтын бірнеше мақала мен кітап жариялады. 1869 жылы "Мұрагерлік гений" атты еңбегін жариялаған кезде, ол эволюцияның секіріс арқылы жүретініне сенді. 1889 жылы жарық көрген "Табиғи мұрагерлік" кітабында ол табиғи іріктеу Дарвин айтқандай, өзгерістердің өте шағын болуын қажет етпейтінін қабылдағанда тиімдірек болатынын мәлімдеді. 1892 жылы жазған "Саусақ іздері" кітабында ол тікелей: "Эволюцияның дамуы тегіс және біркелкі прогресс емес, керісінше, бірінен соң бірі кездейсоқ пайда болатын ('спорт' деп аталатын) өзгерістер арқылы жүзеге асады, олардың кейбіреулері маңызды органикалық өзгерістерді қамтиды; және әрқайсысы өз кезегінде Табиғи іріктеуге ыңғайлы болады" деді. 1860 жылдан 1880 жылға дейін секіріс теориясы аздық көзқарас болды, сондықтан Гальтон өз жазбаларына ешкім назар аудармайтынын сезінді. 1890 жылға қарай бұл теория кеңінен таралды, ал оның пікірлері үлкен пікір таласына жол ашты.

Бейтсонның үздіксіз өзгеруі, 1894 жыл

Уильям Бейтсонның 1894 жылы жарық көрген «Түрлердің пайда болуындағы үзілістерге ерекше назар аудара отырып, өзгеріштікті зерттеуге арналған материалдар» атты кітабы, Мендель заңдары қайта ашылудан бұрын мутациялық ой-пікірдің пайда болуын қадағалады. Ол Уильям Кит Брукс, Гальтон, Томас Генри Хаксли және Сент-Джордж Джексон Миварттан кейін табиғатта кездесетін үзілісті өзгерістерді (секіріс түрін білдіретін) зерттеді. Хьюго де Вристің 1901 жылы кешкі шолпан гүлдің (Oenothera lamarckiana) жабайы түрлерін мұқият зерттеуі, ерекше жаңа формалар табиғатта кенеттен, көбінесе кездейсоқ пайда болатынын, және олардың көптеген буын бойы шашырамай немесе араласпай көбейтіле алатынын көрсетті. Ол мұндай өзгерістерге «мутация» деген ат берді. Де Врис мұнымен өсімдіктің жаңа формасы бір қадамда құрылатынын білдірді (қазіргі мағынадағы мутациядан өзгеше); түрлену үшін ұзақ табиғи іріктеуге немесе репродуктивті оқшаулануға қажеттілік болмады. Ғылым тарихшысы Питер Боулердің пікірінше, Де Врис бұл терминді бірден жаңа түрше немесе тіпті түрді құруға қабілетті ірі масштабтағы генетикалық өзгерістерді білдіру үшін қолданды. Ғылым тарихшысы Эдвард Ларсонның пікірінше, де Врис Виктория дәуіріндегі секірісшілдік теорияны 20 ғасырдың басындағы мутациялық теорияға айналдыруға ең көп жауапты адам болды, «соның салдарынан Дарвинизмді қолдануға лайықты ғылыми теория ретінде құлдыраудың алдына жеткізді».

Иоганнсеннің "таза сызық" эксперименттері, 1903

1900 жылдардың басында Дарвиннің табиғи іріктеу механизмін үздіксіз өзгеріске сене білгендер, негізінен биометриктер Уолтер Уэлдон мен Карл Пирсон, оның үздіксіз өзгеріп отыратын белгілермен жұмыс істей алатынын түсіндірді, ал де Врис мұндай белгілер бойынша іріктеудің тиімсіз болатынын айтты. Вильгельм Йохансеннің *Phaseolus vulgaris* бұршақтарындағы "таза желі" эксперименттері осы механизмді жоққа шығарғандай болды. Йохансеннің жұмысы салмақ кластарында мұқият ішке будақтастырылған, шынайы тұқымдық "Принцесса" бұршағын пайдаланып, де Вристің пікірін қолдаған сияқты көрінді. Ұрпақтардың таралуы біркелкі, кездейсоқ болды. Йохансен өзінің нәтижелері үздіксіз өзгергіштіктің мұрагерлік емес екенін көрсеткенін сенді, сондықтан эволюция де Врис айтқандай, үзіліссіз мутацияларға тірелуі керек. Йохансен өз жұмысын 1903 жылы дания тілінде "Om arvelighed i samfund og i rene linier" (Халықтар мен таза желілердегі мұрагерлік туралы) мақаласында және 1905 жылы "Arvelighedslærens Elementer" (Мұрагерлік ғылымының элементтері) кітабында жариялады.

Пуннеттің мимикасы, 1915 жыл

1915 жылы Реджинальд Пуннетт өзінің "Көбелектердегі мимикрия" атты кітабында, Papilio polytes көбелегінің 3 морфтарының (формаларының) әртүрлі шолуан түрлерін еліктеу арқылы эволюцияның үзіліссіз дамуын көрсеткенін айтты. Әртүрлі формалар 2 мендельдік фактор (ген) арқылы басқарылатын тұрақты полиморфизмде сақталды. Бұл гендердің аллельдері үзіліссіз болғандықтан, Пуннетт олардың үзіліссіз секірістер арқылы дамыған болуы керек деп болжады.

Юлдің менделизмді және үздіксіз өзгерісті талдау, 1902

Мутациялық теорияның күші әлсіреуі 1902 жылы басталды, сол кезде статистик Удни Юль Мендель теориясын талдап, бір аллельдің екіншісіне толық басымдық жасаған жағдайда, аллельдердің 3:1 арақатынасы шексіз сақталады екенін көрсетті. Бұл рецессивті аллельдің популяцияда мутацияны қажет етпестен қалуы мүмкін екенін білдірді. Ол сондай-ақ, бірнеше факторлар болған жағдайда Мендель теориясы үздіксіз өзгеріске мүмкіндік беретінін, Мендельдің өзі айтқандай, мутационисттік теорияның негізгі қағидасын жоятынын көрсетті және Бейтсонның қақтығысқа ұмтылатын тәсілін сынады. Дегенмен, "керемет" мақала менделистер мен биометриктердің араздасуына тосқауыл болмады.

Нильсон-Эле мендельдік тұқым қуалау және үздіксіз өзгеріске қатысты тәжірибелері, 1908 жыл

Швед генетигі Х. Нильсон Эле 1908 жылы швед журналында неміс тілінде жарияланған "Einige Ergebnisse von Kreuzungen bei Hafer und Weizen" (Овас пен бидайдағы будандастырулар бойынша байқаулар) атты мақаласында үздіксіз өзгерістің бірнеше мендельдік гендер арқылы оңай туындатынын көрсетті. Ол овас пен бидайда басым және рецессивті аллельді көрсететін көптеген Мендельдік 3:1 қатынастарын анықтады; қара және ақ глоумалары бар овас сорттарының будандастырылуы үшін 15:1 қатынасы, екі аллель жұбын (екі Мендельдік фактор) көрсетеді; ал қызыл дәнді шведтік жұмсақ бидайды ақпен будандастыру үшінші (F3) ұрпақта үш фактордың бірдей күтілетін қатынастарын көрсететін күрделі белгіні берді, 37 дән тек қызыл ұрпақ берді, 8-і ұрпақта 63:1, 12-сі 15:1, ал 6-сы 3:1 берді. Барлық дән ақ болған жоқ, бірақ оның үлгісінде тек 1 дән күтілгендіктен, 0 нәтиже де күтпеген жағдай емес. Гендер шексіз көп комбинацияларда біріге алады: оның он факторы шамамен 60 000 түрлі формаға мүмкіндік берді, жаңа мутациялардың қатысуын болжаудың қажеті жоқ. Нәтижелер табиғи іріктеудің мендельдік гендермен жұмыс істейтінін, Дарвиннің эволюциясы мен генетиканың бірігуіне көмектесетінін көрсетті. Америкада 1910 жылы жүгерімен айналысқан Эдвард Исттың ұқсас жұмысы Нильсон Эленің еңбегіне қол жеткізбеген биологтар үшін де соны көрсетті. Осы тақырыпта математик Рональд Фишер 1918 жылы "Мендельдік мұрагерлік туралы болжамдағы туыстар арасындағы корреляция" атты еңбегін жариялады, бұл үздіксіз өзгерістің бірнеше мендельдік гендер арқылы оңай туындатынын қайта көрсетті. Сондай-ақ, мендельдік мұрагерлік пен мутационизмнің ешқандай маңызды байланысы жоқ екені анықталды: Фишер эволюцияны қозғау үшін табиғи іріктеу үшін генге шағын өзгерістердің жеткілікті екенін атап өтті.

Каслдың капотпен жабатын тышқандарды іріктеу эксперименттері, 1911 жыл

1906 жылдан бастап Уильям Касл тышқандардың түсіне таңдаудың әсерін зерттейтін ұзақ мерзімді зерттеу жүргізді. Пішінделген немесе кәптің түсі сұр, жабайы түрге рецессивті болды. Ол кәптің түсі бар тышқандарды қара арқалы ирландтық типті тышқандармен будандастырды, содан кейін ұрпақтарын таза кәптің түсі бар тышқандармен кері будандастырды. Арқадағы қара жолақ кеңейді. Содан кейін ол 5 буын бойы үлкен немесе кіші жолақтарға ие топтарды таңдауға тырысты және бастапқы өзгеру ауқымынан тыс сипаттамаларды өзгертуге болатынын анықтады. Бұл де Вристің үздіксіз өзгеру тұрақты түрде мұрагерлікке көшпейтіні, жаңа мутациялардың қажеттігі туралы пікірін тиімді түрде жоққа шығарды. 1911 жылы Касл бұл нәтижелерді мендельдік гендердің мұрагерлік өзгеруіне негізделген дарвиндік таңдау арқылы түсіндіруге болатынын атап өтті.

Морганның шағын мендельдік гендері Drosophila, 1912

1912 жылға қарай, бірнеше жыл бойы дрозофила жеміс шыбжықтарының генетикасымен айналысқан Томас Хант Морган, осы жануарларда Дарвиннің эволюциясы үздіксіз өзгеріс болғандай жұмыс істей алатын көптеген шағын мендель факторлары бар екенін көрсетті. Осылайша генетиктер менделизм дарвинизмді қолдайды деген қорытындыға келді.

Мюллердің Оенотера "мутацияларының" теңдестірілген өлімшіл түсіндірмесі, 1918

Де Вристің мутациялық теориясына 1918 жылы американдық генетик Герман Джозеф Мюллер ауыр, тіпті өлім соққысын берді. Ол Дрозофиладағы теңгерілген летальдардың қалып-құлқын Де Вристің Оенотерадағы деп есептеген мутацияларымен салыстырып, олардың бірдей механизммен жұмыс істейтінін көрсетті. Шын мәнінде мутациялар болған жоқ, бірақ сирек кездесетін хромосомалық кроссинговерлер бұрыннан гендерде бар белгілердің кенеттен пайда болуын түсіндірді.

Фишердің полиморфизмді түсіндіруі, 1927 жыл

1927 жылы Фишер Пуннеттің 1915 жылғы мимикрияның үзіліссіз эволюциясы теориясына тікелей қарсы шықты. Фишердің пікірінше, көбелектің фенотипіне (сыртқы түріне) шағын өзгерістер енгізетін гендерге табиғи іріктеу әсер етсе, полиморфизмнің көптеген түрлері қалыптасуы мүмкін.

Уиллис макромутациялары, 1923 жыл

1923 жылы ботаник Джон Кристофер Уиллис түрлердің табиғи іріктеу арқылы біртіндеп даму емес, ірі мутациялар арқылы қалыптасатынын, ал эволюцияны табиғи іріктеу емес, оны "дифференциация" деп атаған ортогенез қозғалысқа келтіретінін ұсынды.

Голдшмидттің үмітті жындылары, 1940 жыл

[[File:Masatoshi Nei 2013. jpg|thumb|upright|Масатоши Ней эволюция көбінесе мутациялармен шектеледі деп сарайды. Дегенмен, Голдшмидт идеяларына қызығушылық эволюциялық даму биологиясы саласында қайта жанданды.]

Нейдің мутациялық эволюциясы, 1987 жыл

Қазіргі заманғы биологтар мутация мен табиғи іріктеудің екеуі де эволюцияда рөл атқаратынын қабылдайды; басым көзқарас – мутация өзгергіштік нысанында табиғи іріктеуге материал ұсынады, бірақ кездейсоқ емес нәтижелердің бәрі табиғи іріктеудің нәтижесінде туындайды. Масатоси Ней керісінше, мутация арқылы тиімді генотиптердің өндірілуі эволюция үшін маңызды екенін, ал эволюция көбінесе мутациямен шектелетінін айтады. Нейдің кітабы ойлы пікірлерге ие болды; Райт Нейдің ой-пікірін қате деп есептесе, Брукфилд, Галтье, Вайс, Стольцфус, Гулдтың макромутация теориясы түр ішіндегі эволюция мен түр пайда болу арасындағы «Голдшмидт үзілісі» туралы алдын ала болжам жасау арқылы өзінің алдыңғысына құрмет көрсетті. Голдшмидт туралы оның пікірі «өте жағымсыз пікірлермен» және Алан Темплтонмен сынға ұшырады. Футуйма, К. Стерлний және А. Минелли сияқты осы саланы зерттеген басқа биологтардың қорытындысы бойынша, ірі мутациялармен қозғалатын эволюцияның барлық талаптарын Дарвиннің эволюциялық синтезі шеңберінде түсіндіруге болады. Джеймс А. Шапироның молекулалық генетика дарвинизмді жоққа шығарады деген пікірін зоолог Энди Гарднер мутационизм және экстремалды көзқарас деп сипаттады. Көрсетілген мутациялық бейімділік жағдайларын кеңейтілген эволюциялық синтездің мутационизм жақтастары келтіреді, олар мутациялық бейімділік – мүлдем жаңа эволюциялық принцип деп мәлімдейді. Бұл көзқарас Эрик Свенссонмен сынға алынды. Свенссон мен Дэвид Бергердің 2019 жылғы шолуында «біз адаптивті эволюциядағы тәуелсіз күш ретінде мутациялық бейімділікке аз қолдау табамыз, бірақ ол кішкентай популяция мөлшерінің жағдайында және тұрақты генетикалық өзгергіштік шектеулі болғанда стандартты эволюциялық теориямен толық сәйкес келеді» делінген. Свенссон мен Бергерге қарағанда, 2023 жылы Арлин Стольцфус және оның әріптестері жасаған шолуда мутациялық бейімділіктің бейімделуде бекітілген генетикалық өзгерістерге болжамды әсер ететініне қатысты мықты эмпирикалық дәлелдер мен теориялық аргументтер бар деген қорытындыға келді.

Тарихнама

20 ғасырдың басындағы биологтар эволюцияның болғанына келісім білдірді, бірақ Дарвин ұсынған механизмдер, соның ішінде табиғи іріктеу тиімді емес деп ойлады. Ірі мутациялар эволюцияны жылдамдата алатындай көрінді және Дарвиннің дұрыс алаңдаған қиындығын – тұқым қуалаудың араласуы кез келген шағын пайдалы өзгерістерді тегістеп тастайды – болдырмады. Сонымен қатар, бір қадамда жаңа түрлерді құра алатын үлкен тұздық мутациялар, қазба жәдітеліктерінде үлкен үзілістер мен қарқынды өзгерістердің болуын түсіндіруге ыңғайлы жағдай жасады. Бұл жаңалықтарды 20 ғасырдың ортасындағы қазіргі синтездің жақтаушылары, мысалы Джулиан Хаксли мен Эрнст Майр, ерте генетиктер – «менделисттер» (Бейтсон, Йохансен, де Врис, Морган және Пуннетт) менделизм мен мутацияны жақтаған және Дарвиннің бастапқы біртіндеп даму тұжырымына қарсы болған, сондай-ақ Пирсон мен Уэлдон сияқты биометриктер, менделизмге қарсы шығып, Дарвинге адал болғандар арасындағы пікір таласы ретінде қарастырды. Бұл тұжырымда дарвинизмнің тоқырауы кезінде аз ғана прогресс жасалды және де Врис сияқты мутациялық генетиктер мен Пирсон сияқты биометриктер арасындағы пікір таласы 1918-1950 жылдар аралығында қазіргі синтездің жеңісімен аяқталды. Осы деректерге сәйкес, 1940 жылдардың жаңа популяциялық генетикасы табиғи іріктеудің түсіндіру күшін көрсетті, ал мутациялық, ортогенез және структурализм сияқты дарвиндік емес басқа тәсілдер толығымен қабылданбады. Бұл көзқарас 20 ғасырдың екінші жартысында басым болды және оны биологтар мен тарихшылар қабылдады. Дегенмен, тарихшылар Арлин Стольцфус пен Келе Кейблдің жақындағы пікірінше, Бейтсон, де Врис, Морган және Пуннетт 1918 жылға қарай менделизм мен мутациялық синтезін құрған. Бұл генетиктердің жеткен түсінігі аллельдерге (геннің баламалы формалары) табиғи іріктеудің әсерін, Харди-Вайнберг тепе-теңдігін, үздіксіз өзгеретін белгілердің (мысалы, бойдың) эволюциясын және жаңа мутацияның бекітілу ықтималдығын қамтыды. Бұл көзқарас бойынша ерте генетиктер мутациямен қатар табиғи іріктеуді қабылдады, бірақ Дарвиннің вариация және тұқым қуалау туралы мендельдік емес идеяларын қабылдамады, ал синтез 1900 жылдан кейін көп ұзамай басталды. Менделистер үздіксіз өзгеріс идеясын мүлдем қабылдамаған деген дәстүрлі пікір жалған; 1902 жылы Бейтсон мен Эдит Сондерс «Егер төрт немесе бес жұп аллеломорфтар болса, әртүрлі гомо- және гетерозиготалық комбинациялар серияда үздіксіз қисыққа жақын болуы мүмкін, сондықтан элементтердің тазалығы күмәнді болады» деп жазды. Тарихшылар мутационизм тарихын әртүрлі интерпретациялады: генетика логикалық түрде қазіргі синтезге әкелді және мутациялық Дарвиннен қазіргі уақытқа дейінгі негізгі бағыттан бөлек бірнеше дарвинизмге қарсы «соқыр көшелердің» бірі болды. Ревизионисттік көзқарас бойынша, мутационистер мутация мен іріктеуді қабылдады, олардың қазіргі рөлдері шамамен бірдей, және ертеректе көп гендерге негізделген үздіксіз өзгеріс туралы дұрыс түсіндірме ұсынды, бұл біртіндеп эволюцияға жол ашты. 1909 жылы Кембриджде Дарвиннің жүз жылдық мерейтойында мутационизм мен ламаркизм табиғи іріктеумен бәсекелес идеялар ретінде салыстырылды; 50 жылдан кейін, 1959 жылы Чикаго университетінде «Тұқымның пайда болуы» еңбегінің жарық көргеніне жүз жыл толғанда, мутационизм енді маңызды қарастырылмады.