Высшая математика шелкопряда

Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком

Новую удивительную породу тутового шелкопряда вывели генетики под руководством доктора биологических наук В. А. Струнникова. Потомство, получающееся от скрещивания самцов этой породы с самками любой другой, состоит из гусениц одного только мужского пола, тогда как гусеницы женского пола погибают, не успев родиться, еще на стадии яйца. Такая порода бесценна для шелководов, так как им выгоднее выкармливать одних самцов, коконы которых намного шелконоснее коконов самок.

Введение породы в производство позволит при минимальных затратах в полтора раза повысить продукцию шелка. (А ведь шелк еще с древних времен имел важное экономическое значение, например, доклад на тему торговое дело на https://author24.ru/doklad_na_temu_torgovoe_delo/ имеет много интересных данных о торговле шелком еще в эпоху древнего Китая и так званного «великого шелкового пути», по которому шелк из Китая попадал в другие страны Европы и Азии).

Наша статья в самой общей форме иллюстрирует ход рассуждений и проделанную учеными работу.

Как известно, женский пол у тутового шелкопряда определяется сочетанием половых хромосом W и Z, а мужской — ZZ. Перед оплодотворением происходит редукционное деление, в результате которого парные хромосомы расходятся. Поэтому яички неоплодотворенной бабочки бывают двух сортов: в одних заключена женская половая хромосома W, в других — мужская Z, а каждый сперматозоид несет по одной Z хромосоме. После оплодотворения в одной половине яиц оказываются две Z хромосомы — из них вылупляются самцы, из яичек же, в которых сочетаются W и Z хромосомы, получаются самки.

Главная идея Струнникова заключалась в том, чтобы добиться гибели самок еще на стадии яиц с помощью самих сперматозоидов. Для этого действием ионизирующего облучения сперматозоидам шелкопряда было придано смертельное для самок оружие. Таким оружием явилась леталь — передающееся по наследству повреждение мужской Z хромосомы. Самим самцам леталь не страшна, так как они имеют две одинаковые Z хромосомы с одинаковым набором генов, и поврежденный участок одной хромосомы компенсируется за счет парных генов — аллелей другой Z хромосомы. В потомстве такого самца половина самок получает хромосому с леталью и гибнет — гены W хромосомы не могут заменить отсутствующие гены Z хромосомы. Остальные самки, получившие неповрежденную Z хромосому, выживают, как ни в чем не бывало.

Однако шелководов такое половинчатое решение не устраивает — они заинтересованы в гибели всех самок. А это возможно только в том случае, если каждая из двух Z хромосом самца будет нести по летали. Но как же получить такого самца? Генетики сумели преодолеть и это — путем прямо-таки невероятных ухищрений были выведены самцы с двумя леталями, по одной на каждую Z хромосому, подобранными таким образом, что действие каждой из них компенсировалось за счет другой хромосомы. Эти самцы безотказно убивали дочерей, еще не успевших родиться.

Но здесь возникло совсем, казалось бы, непреодолимое препятствие: без самок порода не может существовать, смертный приговор подписан ей с самого начала. И тогда был найден еще один великолепный ход. К женской W хромосоме действием гамма-лучей прицепили кусочек унаследованной от отца Z хромосомы с аллелями, которые своим действием компенсировали как ту, так и другую летали. Защищенные таким образом самки уже не боялись двухлетальных самцов и при скрещивании с ними удалось освободиться от обломка Z хромосомы, заменив его на целую Z хромосому с одной из леталей. При дальнейших скрещиваниях таких самок с двухлетальными самцами из яичек благополучно выводятся все самки, необходимые для поддержания рода, но половина самцов, которым достаются хромосомы с одинаковыми леталями, гибнут. Однако поскольку такое скрещивание применяется только для нужд племенного дела, где нужны, прежде всего, самки, потеря половины самцов не имеет значения.

Когда же нужны яички для промышленных выкормок гусениц, двухлетальных самцов скрещивают с самками любой другой породы. В этом случае бабочки откладывают гибридные яички, половина которых — женского пола — обречёна, а выходящие из другой половины гусеницы мужского пола прекрасно растут и дают превосходнейший урожай шелка.

P. S. Как видите, математика может найти свое применение и в такой казалось бы гуманитарной области как выращивание шелкопрядов, и порой и биологам необходимо знать математику. И к слову на сайте https://author24.ru/ можно найти много полезных материалов, а также помощь в обучении, как по математики, так и по биологии, и по другим интересным и важным наукам.

Автор: М. Черкасова.