Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает - Эстейер Манель
Для своих экспериментов Мендель выбрал горох — дешевое растение, доступное на любом рынке, занимающее мало места, созревающее за короткое время и, что самое важное, представляющее большое количество вариантов цвета, размера и формы. То, что он сделал, было не так просто, хотя и не так сложно: сначала он наблюдал (и в этом он похож на Дарвина) и заметил, что существует семь признаков растения, которые никогда между собой не перемешиваются. Мендель — и это важно — был сыном садовника и тоже увлекался садоводством. Своими опытами он доказал, что горох может демонстрировать среди самых очевидных признаков белые или фиолетовые цветки, желтые или зеленые плоды, гладкие или морщинистые семена и высокие или низкие стебли. Однако ни разу не было такого, чтобы одно растение имело бы комбинацию из всех этих противоположных признаков одновременно, и это показалось Менделю таким любопытным, что он начал проводить опыты по скрещиванию растений с противоположными признаками, то есть горох с белыми цветками с горохом с пурпурными цветками или горох с коротким стеблем с горохом с длинным стеблем, горох с гладкими семенами с горохом с морщинистыми семенами и т. д.
И что же потом?
Растения — «дети» этих сочетаний не показали смешения генетических признаков, у них преобладал один признак, который Мендель назвал «доминантным», как например, длинный стебель или зеленый цвет плода… Однако когда он продолжил скрещивание, оказалось, что в четвертом поколении рецессивные признаки появлялись у потомков в малом количестве снова, то есть снова появился горох с желтым плодом или коротким стеблем.
Это позволило Менделю (который также был великолепным математиком и успешно применил статистику к анализу результатов скрещиваний и их последствий) понять, что признаки, которые не были доминантными, никуда не исчезли, но и не проявились. И благодаря этому после тысяч скрещиваний (согласно подсчетам, он посадил примерно тридцать тысяч растений гороха в течение 7 лет) Мендель смог сформулировать свои теории о наследственной передаче признаков через половые клетки. Сейчас, когда прошло уже более ста пятидесяти лет, ученые смогли доказать, что его законы наследования не всегда соблюдаются, но совершенно точно, что именно он, несмотря на использование терминологии, отличной от той, что используется сейчас, заслужил звание основателя генетики.
Жан Батист Ламарк, возможно, самый оспариваемый из трех ученых, о которых мы сейчас говорим, автор первой в истории книги на тему эволюции — «Философия эволюции». Можно сказать, именно он ввел спорную и в то время очень обсуждаемую концепцию «наследования приобретенных признаков». Согласно Ламарку, это наследство (то есть совокупность признаков, приобретенных родителями в течение их жизни) может быть передано следующему поколению и далее по генеалогическому древу.
На сегодняшний день эта теория (известная как ламаркизм, или трансформизм) не принята, хотя некоторые эпигенетические модификации являются здесь любопытным исключением. Позднее, в течение XX века, благодаря научному прогрессу, новым технологиям, лучшему качеству и большей точности инструментов ученые смогли более основательно проработать эти теории и результаты научных исследований, полученные в позапрошлом веке, так что ламаркизм уступил позиции (и достоверность) теории естественного отбора Дарвина.
Дарвин (и Уоллес) против Ламарка
В настоящее время общепринято мнение, что именно теория естественного отбора объясняет (или была первой теорией, объясняющей пусть не полностью, но и не ошибочно) механизмы эволюции. Эта теория была предложена Чарлзом Дарвином, а также Альфредом Уоллесом (1823–1913), наличности которого мы подробнее остановимся.
Альфред Уоллес был английским натуралистом, современником Дарвина, который, в каком-то смысле, двигался в параллельном с ним направлении. Он тоже был исследователем и в 1848 году на торговом паруснике отправился в путешествие в Бразилию для изучения амазонских флоры и фауны. Затем, с 1854 по 1862 год он пробыл на Малайском архипелаге, собирая коллекцию видов. Именно во время этого путешествия Уоллес начал разрабатывать теорию естественного отбора и по возвращении в Англию состоял в тесной переписке с Дарвином, с которым они обменивались идеями. И как по волшебному совпадению, оба сформулировали независимо друг от друга теории об эволюции видов путем естественного отбора. Отношения между ними были хорошими и даже дружескими Известно, что Уоллес отправил свои работы Дарвину, который, имея больше полезных контактов, способствовал их публикации в 1858 году. Более того, именно эта публикация сподвигла Дарвина завершить свой труд о происхождении видов, который увидел свет на год позднее.
В тени успеха Дарвина теории Уоллеса, скажем так, пошли на спад, и когда он перестал путешествовать и окончательно осел в Англии, их отношения, как и их дружба, только укрепились.
В чем же заключаются его эволюционные теории?
В целом они основаны на существовании дефектов в наследственной передаче информации от одного поколения другому. Эта нестабильность создает вариативность и определяется феноменом мутаций, большинство которых в результате не приводит к адаптивным преимуществам, а является нейтральным. То есть в определенных обстоятельствах некоторые варианты могут иметь преимущество перед другими в процессе естественного отбора, в котором, как мы уже сказали, выживают более приспособленные особи.
В наши дни имя Ламарка снова появилось в научной литературе из-за того факта, что эпигенетические изменения, эпимутации, могут быть переданы потомкам таким вопиющим способом, что, кажется, нарушают все правила менделевского наследования. Некоторые ученые предполагают, что они могут иметь адаптационную роль, укладывающуюся в концепцию Ламарка, хотя на самом деле знаменитый пример ученого о шеях жирафов некорректен. Последователи ламаркизма настаивают на том, что способность организмов адаптироваться к окружающей среде породила эволюцию и разнообразие видов, и самый известный пример, доказывающий эту теорию, о шее жирафов. Ученый сформулировал принцип, по которому использование или неиспользование частей тела приводит к тому, что части тела, используемые чаще, развиваются и усиливаются настолько, насколько менее используемые части слабеют и деградируют, иногда даже исчезают. Согласно Ламарку, поколение за поколением жирафы должны были вытягивать шею, чтобы достать до самых высоких веток деревьев, и, как следствие, их шея удлинялась. Затем, согласно второму принципу, основополагающему в его теории, принципу наследования приобретенных признаков, у жирафов с самой длинной шеей рождались дети с такой же длинной шеей, которая продолжала расти из поколения в поколение, так как потомки продолжали вытягиваться, чтобы достать до самых высоких ветвей.
Пятьдесят лет спустя в свете теорий Дарвина и Альфреда Уоллеса (последний из которых утверждал, что по линии отца был потомком великого шотландского героя Уильяма Уоллеса) постулаты Ламарка и этот конкретный пример были опровергнуты: жирафы, которые вытягивали шеи, чтобы есть листья на самых высоких ветвях деревьев, не передавали этот признак своему потомству. Согласно естественному отбору, то, что могло произойти с шеями жирафов, берет начало в существовании двух групп жирафов: с длинной и с короткой шеей. Первые доставали до листьев деревьев, питались и выжили, в то время как несчастные «короткошейки» умирали от недоедания, как и их потомство. Так что выживали и размножались особи с длинными шеями, в то время как другие вымирали.
Так какие выводы в свете современной науки можем сделать мы с вами?
Совершенно точно то, что единственная реальная возможность передачи приобретенного признака следующим поколениям заключается во внедрении этого признака в эмбриональную линию, другими словами, в сперматозоиды или яйцеклетки. Это новое изменение в половых клетках может быть эпигенетическим, а эпигенетические модификации отличаются быстродействием и могут сделать так, чтобы виды адаптировались к внезапным изменениям в окружающей среде, например к большим природным катаклизмам.
