Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза

Райан Фрэнк

В 1989 году Ева Яблонка, работавшая в Еврейском университете, Иерусалим, и Мэрион Дж. Лэмб, работавшая на факультете биологии в Биркбек-колледже при Лондонском университете, попытались дать ответ на часть этих вопросов. Во введении к своей новаторской статье они предложили, в сущности, принципиально новую концепцию наследственности [147] . Признавая, что генетическая информация содержится в закодированном виде в ДНК, исследователи предположили, что при наследственности переносится не только геном, но и сложная структура, известная теперь как «хроматин». Читателям хорошо известно, что человеческие гены — это линейные последовательности ДНК, занимающие определенные места в сорока шести хромосомах. Но хромосомы не плавают свободно в ядре, они тесно связаны с особыми РНК, протеинами и прочими молекулами, образуя плотно упакованные объекты, — вот они и составляют химическое содержание хроматина.

147

Jablonka E., Lamb M. J. The inheritance of acquired epigenetic variations. Journal of Theoretical Biology 1989; 139: 69–83.

Как

уже писалось, маркировка может осуществляться присоединением метиловой группы к молекуле нуклеотида цитозина. Как объяснили Яблонка и Лэмб, это всего лишь один (хотя и очень важный) механизм, посредством которого эпигенетическая система управляет генами. Многие годы генетики замечали: экспрессия гена, хромосомы или даже набора хромосом зависит от пола родителя, передавшего этот ген либо хромосому(ы). С точки зрения классической менделевской генетики это бессмысленно и необъяснимо. Это ведь подразумевает, что геном неким образом определяет, от матери или отца пришла каждая определенная ДНК. Выражаясь на эпигенетическом жаргоне, упакованная в хроматин ДНК неким образом «импринтирована», и геном может распознать ее происхождение. Мы вернемся к этой концепции в следующей главе, где я обсужу применение ее в медицине, а пока я хочу вкратце воспроизвести рассуждения Яблонки и Лэмб из их новаторской статьи.

Основываясь на предположении, что эпигенетическая система управления передается от родителей потомству, Яблонка и Лэмб предложили «модель наследования приобретенных эпигенетических изменений», согласно которой система эпигенетического управления (а управляет она генами) откликается на воздействия окружающей среды, а изменение, вызванное откликом, может наследоваться будущими поколениями. Предположение смелое, даже дерзкое, и сводится оно к тому, что внешние факторы способны привести к долговременным изменениям формы жизни — то есть к эволюционным изменениям.

Современная синтетическая концепция эволюции полагала, что действия естественного отбора на фоне постоянных небольших генетических изменений, происходящих вследствие мутаций, достаточно для возникновения новых видов. Яблонка и Лэмб же предположили, что накопление эпигенетических изменений в геноме может быть не менее важным источником создания новых биологических видов — за счет репродуктивной изоляции популяций, претерпевших разные эпигенетические изменения. Они хорошо понимали, что выдвинуть такую концепцию перед эволюционистами традиционного толка — все равно что махать красной тряпкой перед быком. Повторим еще раз: Яблонка и Лэмб предположили возможность образования новых видов через наследование приобретенных эпигенетических изменений, то есть оживили призрак давно осмеянной и отвергнутой ламарковской теории эволюции.

Со времен формирования синтетической концепции дарвинизма в тридцатых годах прошлого столетия любая попытка реанимировать предложенный Ламарком эволюционный механизм неизбежно встречала яростное неприятие. В 2009 году я взял интервью у Яблонки и Лэмб и поинтересовался, какова была реакция коллег, занимающихся эволюционной биологией, на то, что они приняли ламарковскую концепцию.

— Мы с самого начала думали о проблеме, формулировали ее и полученные результаты в терминах, разработанных Нэнни, — ответила Ева Яблонка. — А что касается слова «ламарковский», то употребление его было и осталось проблематичным. Но мы питаем активный интерес к истории науки, потому видим себя сторонниками неоламаркизма, продолжателями традиции этого учения. Я считаю, неправильно было бы это не признавать. Поэтому мы не избегаем упоминать имя Ламарка, причем отнюдь не из желания эпатировать — мы в самом деле считаем себя его последователями… Когда мы впервые послали статью о наследовании приобретенных изменений в различные биологические журналы, то встретились с полным безразличием, даже с враждебностью. Серьезно нас воспринял лишь Джон Мейнард Смит, и лишь благодаря его ободрению и помощи мы смогли опубликовать статью. Джон не согласился с нашими выводами и предположениями, но посчитал наши идеи в достаточной степени важными, чтобы их опубликовать.

Я был весьма заинтригован тем, что выдающийся неодарвинист Джон Мейнард Смит занял столь взвешенную позицию, хотя мог бы просто и бесповоротно отвергнуть идею, идущую вразрез с его убеждениями. Поэтому я посчитал своим долгом спросить, как же получилось, что Мейнард Смит решил помочь.

— Произошло так, — отвечала Ева, — что уже после нескольких отказов из журналов Мэрион случайно повстречалась с Мейнардом Смитом на конференции. Мэрион была его аспиранткой, и они остались в очень хороших отношениях, хотя не встречались уже очень долго. Вот Мэрион и рассказала про нашу отвергнутую журналами статью и дала ему рукопись. Он прочел ее в самолете и был впечатлен в достаточной мере, чтобы рекомендовать ее для публикации в «Журнал теоретической биологии». Позже он написал на нее критический комментарий [148] . Мы же, в свою очередь, привели в ответ доказательства, описание механизмов и моделей того, что понимали как наследование приобретенных свойств [149] . Приблизительно в это же время я написала статью «Системы наследования и эволюция новых уровней индивидуальности», которую также не пропускали в печать целых четыре года. Два с половиной года из них она лежала в единственном журнале по эволюционной биологии, в конце концов отвергнувшем

ее по причине «необоснованности» сделанных там выводов. Статья сообщала о переходах на новые уровни индивидуальности и по духу была близка к идеям книги, которую писал в то время Джон совместно с Ёрсом Шатмари, хотя в то время мы о ней не знали [150] . Затем в 1993 году на конференции эволюционистов в Монпелье я доложила результаты своей неопубликованной статьи. Джон присутствовал на конференции, и мой доклад произвел на него сильное впечатление. Он предложил мне присоединиться к группе теоретической биологии, организуемой Шатмари в Будапеште. Я согласилась. К нам приезжали с визитами и Мэрион, и сам Джон. Конечно же, споры об эволюции и роли наследования эпигенетических изменений продолжались, но тем большим они делали удовольствие от работы. Джон чудесный человек и великий ученый. За время моего пребывания в Будапеште я опубликовала несколько хороших статей, и одна из них была об эволюции путем эпигенетического наследования.

148

Maynard Smith J. Models of a dual inheritance system. Journal of Theoretical Biology 1990; 143: 41–53.

149

Jablonka E., Lachmann M., Lamb M.J. Evidence, mechanisms and models for the inheritance of acquire characteristics. Journal of Theoretical Biology 1992; 158: 245–68.

150

Smith J.M, Szathm'ary E. The Origins of Life. Oxford: Oxford University Press, 1999.

В 1995 году, невзирая на сопротивление сторонников традиционалистских взглядов, Яблонка и Лэмб опубликовали свою первую совместную книгу с вызывающим названием: «Эпигенетическое наследование и эволюция: ламаркианский взгляд» [151] .

Во введении они описали то смешение отрицания и энтузиазма со стороны коллег, которое подвигло написать книгу: «Эмоциональная и агрессивная реакция, столь часто встречаемая нами при рассказе о наших взглядах и идеях, не оставила сомнений: мы затрагиваем очень чувствительное место». Замечательным выглядит то, что Джон Мейнард Смит, несмотря на неприятие изложенных в книге взглядов, как и в случае со статьей, помог с публикацией.

151

Jablonka E., Lamb M.J. Epigenetic Inheritance and Evolution: The Lamarckian Dimension. Oxford University Press, Oxford, 1995.

— И что же происходит сейчас, спустя полтора десятилетия после опубликования книги? — спросил я. — Коллеги все так же агрессивно воспринимают неоламаркианские идеи, как и в девяностых годах прошлого века?

— Думаю, сейчас люди гораздо восприимчивее к нашим идеям, и тому есть несколько причин, — сказала Ева Яблонка. — Прежде всего наследование эпигенетических изменений стало общеизвестным и достоверным фактом. Постоянно появляются все новые его примеры, их трудно игнорировать. Молодое поколение исследователей не видит в нашей концепции ничего противоестественного, они могут промоделировать подобное наследование и вызванные им эволюционные изменения на компьютере. Так что смена научных поколений, численное моделирование и большое число обнаруженных случаев эпигенетического наследования сделали нашу точку зрения более приемлемой для исследователей.

В 2005 году Яблонка и Лэмб опубликовали вторую книгу, ставшую для любознательного читателя, профессионально не занимающегося биологией, введением в эпигенетику и эпигенетические системы наследования. Называется эта книга «Эволюция в четырех измерениях» [152] .

Сейчас уже ясно, что идея гена как отдельного участка ДНК, кодирующего единственный протеин, идея возможности узнать все об особи, посмотрев на ее гены, — идея, считавшаяся без малого священной в генетике и эволюционной биологии, — более не выдерживает критики. Она на самом деле заслуживает данного ей Яблонкой и Лэмб названия «генетической астрологии».

152

Jablonka E., Lamb M. J. Evolution in Four Dimensions. Cambridge, Massachusetts, and London: the MIT Press, 2005.

Еще в 1989 году они, несмотря на тогда еще весьма слабое понимание эпигенетических процессов, предположили, что эпигенетический контроль над экспрессией генов осуществляется не только посредством метилирования цитозина, но и через другие механизмы, влияющие на структуру и функции цитозина. Теперь известно, что существует несколько таких механизмов — химических реакций, действующих на ядерные белки (гистоны) на краях хромосом. Эти белки могут взаимодействовать с различными простыми химическими группами. Одна из этих групп — ацетиловая группа, и ацетилизация гистона — важный механизм эпигенетического контроля за экспрессией генов. Другой важный и весьма избирательный механизм известен как «регуляторные РНК» — речь идет о коротких молекулах РНК, способных интерферировать с процессом трансляции генов. Этот процесс часто называют «РНК-интерференцией», он способен уничтожать транспортные РНК, несущие код от определенного гена, — и тем препятствовать трансляции гена в определенный протеин. Эти три эпигенетических механизма — метилирование, модификация гистонов и РНК-интерференция — имеют чрезвычайно большое значение для медицины.