Секс с учеными: Половое размножение и другие загадки биологии - Алексенко Алексей
Началась эта история с генетики человека. Есть такие наследственные болезни: синдром Ангельмана и синдром Прадера – Вилли. В первом случае дети рождаются очень активными, с высоким тонусом мышц, маленькой головой и большим ртом – и, к сожалению, умственно отсталыми. Во втором – детки рыхлые, заторможенные, с короткими руками и ногами, неестественно прожорливые и тоже демонстрируют нарушения умственного развития. Загадка состояла в том, что оба синдрома часто встречаются в одних и тех же семьях. Оказалось, что всему виной мутантная хромосома № 15. Разница же в том, что при синдроме Ангельмана дефект наследуется от матери, а при синдроме Прадера – Вилли – от отца. То, что хромосома помнит, от кого из родителей она попала к ребенку, слегка переворачивало основы молекулярной генетики, и явление тотчас заслужило собственное название.
А в 1980-х годах были опубликованы результаты странных опытов с мышами. Исследователи пытались получить детей от двух самцов или двух самок (это можно сделать, если в яйцеклетке сразу после зачатия заменить одно из так называемых «проядрышек» – родительских ядер, еще не успевших слиться друг с другом). Оказалось, что нормальная мышь от такого союза не рождается. Если оба ядра происходят от самца, то вместо эмбриона развивается одна огромная плацента. Если же оба ядра от самки, то плацента не образуется вовсе и эмбрион, едва начав развиваться, быстро погибает. Кстати, вплоть до успешного клонирования овцы Долли в 1996-м считалось, что именно по этой причине – из-за геномного импринтинга – клонирование млекопитающих невозможно в принципе (один из участников «проекта Долли» Джим Макуир заметил, что подобные результаты побудят некоторых людей сказать себе: «Погодите, я же говорил, что это невозможно! А про что еще я так говорю?»).
Из опытов следовало, что гены, полученные от отца, необходимы для формирования плаценты, а материнские – для развития тканей зародыша. Это и позволило Дэвиду Хейгу (род. 1958) из Гарварда выступить с мировоззренческой интерпретацией геномного импринтинга. Согласно его идее, нет ничего удивительного в том, что за плаценту отвечает папа: ведь смысл этого органа в том, чтобы высасывать материнские соки ради блага общего ребеночка, увеличивая тем самым материнский «родительский вклад». Можно посмотреть на ситуацию так: плод с помощью плаценты паразитирует на теле матери, и вполне естественно, что ее гены никак не хотят участвовать в этаком безобразии.
Хейг вскоре нашел еще один пример, подтверждающий его идею: ген «инсулиноподобного фактора роста» считывается у плода с отцовской хромосомы, а ген другого белка, его антагониста, – с материнской. Баланс этих белков определяет, насколько быстро будет расти зародыш. Натурально, отцу выгоднее, чтобы рос большим и сильным, ни в чем себе не отказывая, а матери хотелось бы чуть-чуть притормозить, чтобы не так тошнило.
Идея Хейга обладала предсказательной силой: если все дело в балансе интересов отца и матери во время внутриутробного развития, тогда геномного импринтинга не должно быть ни у птиц, ни даже у однопроходных (то есть у нашего любимого утконоса) – так и оказалось, его не нашли даже у сумчатых. Зато геномный импринтинг вполне можно ожидать найти у цветковых растений, где растение-мать вынуждено вкладываться в дорогостоящий «вторичный эндосперм» – богатую питательными веществами часть семени. И – да, у покрытосеменных растений он есть.
Геномный импринтинг часто приводят в качестве примера антагонистического конфликта полов. Это немного странно: уж скорее это пример удивительного сотрудничества отцовских и материнских генов. Вместо того чтобы работать наперебой, соперничая и мешая друг другу, эти гены в ряде случаев разделяют между собой роли. В один прекрасный день сам Дэвид Хейг так устал от искажения своей теории всевозможными любителями гендерных конфликтов, что написал статью с любопытным названием «Коадаптация и конфликт, недоразумения и путаница в эволюции геномного импринтинга». Недоразумение тут вот в чем: во-первых, об антагонизме отца и матери речь вообще не идет. Механизм импринтинга работает не у родителей, а у потомка, и это скорее его орудие борьбы за собственную выгоду в конфликте поколений. Во-вторых, импринтинг предполагает не только конфликт, но и сотрудничество в отношениях матери и потомства.
Согласно Хейгу, существует два взгляда на это явление, и оба имеют право на существование. Первый взгляд можно назвать «теорией фенотипического совпадения». Прямое следствие импринтинга в том, что потомок, у которого искусственно выключены некоторые гены одного из родителей, будет в чем-то больше похож на мать, а в чем-то на отца. Иногда это может быть выгодно: например, зародышу, растущему во чреве матери, полезно подстроить под нее свой метаболизм или погасить реакцию ее иммунитета на собственные непохожие белки. Или вот еще пример: оказалось, что материнские гены управляют развитием мозга у зародыша. Заманчиво предположить, что детенышу полезно приспособить свой мозг к материнскому: это облегчит коммуникацию с родительницей и упростит обучение жизненным премудростям. В теориях фенотипического совпадения никакого конфликта вообще не предполагается.
Вторую группу идей Хейг называет «дележкой материнского пирога». Дилемма такова: увеличить размер всего пирога или увеличить размер своего куска? При конкуренции между потомками разных родителей их генам выгодна первая стратегия, а при конкуренции между братьями и сестрами из одного помета – вторая. Отсюда может сложиться тот самый баланс давлений отбора, который будет благоприятствовать развитию и закреплению импринтинга. При этом, конечно, возникает конфликт между братьями (у которых к тому же еще и могут быть разные отцы), а также между матерью и детенышами, но и здесь антагонизм причудливо сочетается с необходимостью сотрудничества и альтруизма – точно как мы и видим в реальной жизни.
Уильям Хейг – биолог, которого по некоторым признакам легко принять за гуманитария. В своих статьях он обожает употреблять сложные и редкие английские слова и приводить примеры из истории или юриспруденции. Его собственная теория, закладывающая основу для объяснения геномного импринтинга, опасно балансирует на грани гуманитарных наук. Суть его идеи в том, что проявления импринтинга можно поискать в тех случаях, когда отношения индивидуума с родственниками по отцовской и материнской линии не симметричны. Беременность млекопитающих, конечно, явный случай такой асимметрии, однако другой неплохой пример – отношения в человеческих семьях. Хейг, в частности, рассматривает ужасающий случай насилия отца над дочерью. Это, конечно, вопиюще противоречит нормам человеческой морали, однако как на это смотрят гены дочери? Тем генам, что дочь унаследовала от матери, такая коллизия – в случае беременности – принесет явный вред, а вот отцовским генам это может быть и безразлично. Отсюда вывод: а не поискать ли геномный импринтинг в генах, определяющих человеческое отвращение к сексуальной связи с отцом? И уж особенно асимметрия должна проявляться в тех нередких случаях, когда семья распалась и родители вступили в новый брак. Все эти построения относятся скорее к области эволюционной психологии (Хейг сам употребил это слово в названии статьи), чем к генетике, так что нам разумнее признаться в собственном невежестве в обсуждаемой области и адресовать любознательного читателя к оригинальным научным статьям.
У популяризаторов принято по любому поводу говорить, что «в этой теме еще очень много непонятного». Так вот, в геномном импринтинге непонятно практически все, в том числе самое главное: как он работает и как появился в эволюции, причем как минимум на двух независимых ветвях древа жизни. Это еще одна причина, почему использовать геномный импринтинг как иллюстрацию антагонизма полов, мне кажется, как минимум преждевременно. Впрочем, мы начали главу с того, что эта идея автору вообще малосимпатична.
При этом некоторые ученые, так или иначе исследующие этот самый антагонизм, напротив, вызывают у меня столь сильную симпатию, что я просто не могу о них не упомянуть. Один из этих ученых – девушка индийского происхождения, опубликовавшая свою статью в журнале Nature в качестве единственного автора. Стать единственным автором научной статьи – далеко не пустяк. При этом сольная статья Павитры Муралидхар называется «Брачные предпочтения эгоистичных половых хромосом» – это ли не глобальная тема?!
