windows-1251Стил, Линдли, Бландэн. Что, если Ламарк прав? Глава 7.
Э.Стил, Р.Линдли, Р.Бландэн
Что, если Ламарк прав?
Иммуногенетика и эволюция
М.: Мир, 2002. 237 с.
(Edward J. Steele, Robyn A. Lindley and Robert V. Blanden.
Lamarck's signature. How retrogenes are changing Darwin's natural selection
paradigm. Allen & Unwin: 1998)
Глава 7
ЗА ПРЕДЕЛАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ
Эволюция по
Ламарку, не отвергая дарвиновского естественного отбора, требует следующей
причинно-следственной связи для «запоминания» приобретенного признака клетками в
зародышевой линии животных. Измененные условия внешней среды (например,
доступность пищи, новые хищники) могут приводить к изменениям поведения,
строения тела, физиологических функций. Новые иммунологические воздействия могут
приводить к появлению новых генов антител в В-лимфоцитах. Со временем такие
соматические мутации могли бы встроиться в ДНК половых клеток. А это расширило
бы репертуар наследственной изменчивости, на которую затем действует
естественный отбор, сохраняющий «наиболее приспособленных» и приводящий к
распространению адаптивных вариаций. Такая последовательность событий есть ни
что иное, как проницаемость барьера Вейсмана.
Чарлз Дарвин
придерживался именно этой точки зрения. Согласно его теории пангенезиса об
использовании и неиспользовании органов, измененные условия среды и/или привычки
дают значительный вклад в наследственную изменчивость, на которую действует
естественный отбор (рис. 1.1). Почему нам не удается легко получить какие-либо
свидетельства истинности или ложности такого важного предположения? В работах
Фредерика Вуда Джоунза, мы находим следующий ответ: «Природа
чрезвычайно медленно осуществляет постепенные изменения живых существ. Есть все
основания полагать, что если приобретенные признаки все-таки наследуются, их
включение в наследственные структуры животного, по-видимому, очень медленный
процесс. Вряд ли человек способен зафиксировать его завершение за время,
доступное для лабораторного эксперимента».
Таким образом,
необходимо длительное время для становления генетических адаптации. Успешная
интеграция приобретенного признака в зародышевую линию, возможно, требует
повторных воздействий в течение многих поколений, особенно, если это сложный
признак, включающий изменения ДНК-последовательностей многих генов. Тед Стил
начал такой эксперимент двадцать лет назад с целью доказать возможность передачи
соматически приобретенных иммунологических изменений с отцовской стороны. Он
сумел показать передачу уже во втором поколении. Эти попытки в какой-то мере
опровергают утверждение Вуда Джоунза. Фактор времени в таких экспериментах
заменялся одновременно проводимыми контрольными скрещиваниями в идентичных
условиях внешней среды «необработанных» отцов. Эти контрольные скрещивания как
бы выполняли функцию «часового», следящего за нежелательными изменениями среды,
например, за вирусом мышиного гепатита, который оказывает заметное воздействие
на иммунорегуляцию. (Это и происходило несколько раз, что влекло за собой
прекращение эксперимента.)
Сейчас мы
рассмотрим некоторые «эксперименты, поставленные природой», которые, возможно,
объясняются передачей приобретенных признаков. Рассмотрение этих примеров
полезно, поскольку они дают возможность рассуждать и обобщать и, таким образом,
стимулируют развитие идей о генетических механизмах, ответственных за
наследование приобретенных признаков.
Наследование
индуцированных химическими веществами метаболических нарушений
В 1960-х — начале
1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина
«приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением
эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей
диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого
нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В
Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет
развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому,
что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет
назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех
его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом
стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого
поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или
уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка
развился спонтанный диабет.
В других
экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс.
Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами
функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма
гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в
помете.
Как объяснить эти
явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты
вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако
не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в
функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток.
Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в
функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные
— предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный
статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из
крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в
половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень
активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот
механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом
(Campbell)).
Наследование
мозолистых утолщений
Сейчас мы
рассмотрим некоторые явления наследования анатомических признаков в
экспериментах, проведенных природой. Некоторые из них детально описаны Джоунзом
в его книге 1943 г. Поскольку животные «сами приноравливают себя к условиям окружающей среды»
вследствие повторяющихся привычных действий, можно попытаться найти
свидетельства «приобретенной наследственности», согласующейся с этими
привычками.
У некоторых
животных, например у страусов и африканских бородавочников, на разных частях
тела (грудине, передних и задних конечностях) обнаруживаются большие выпуклые
мозолистые утолщения, по-видимому, являющиеся результатом их привычек.
Разыскивая пищу, бородавочник становится передними ногами на колени, а страусы,
отдыхая, ложатся на ноги, при этом их грудина упирается в землю. Мозолистые
утолщения у этих животных можно обнаружить на всех тех частях тела, где кожа
соприкасается с землей. Появление мозолей можно считать «приобретенной»
соматической адаптацией. Но что особенно интересно, так это то, что все заметные
естественные мозоли, обнаруживаемые у взрослых страусов и бородавочников, уже
хорошо сформированы у эмбрионов в отсутствие трения. Это означает, что
мозоли, локализованные в стратегически важных местах, закодированы в
зародышевой линии. Для таких зоологов, как Вуд Джоунз, подобное
наблюдение является убедительным доказательством наследования приобретенных
признаков. Реакция неодарвинистов (последователей Дарвина, но не самого Дарвина)
на эти факты иная: эти мозолистые утолщения — результат естественного отбора.
Обладатели таких мозолей имеют явное селективное преимущество, поскольку риск
проникновения болезнетворных бактерий через поврежденную кожу для них
существенно меньше.
Единственный способ
решить, кто прав в этом споре — эксперимент, включающий скрещивания и
индуцирование мозолей в нетипичном месте в каждом поколении, однако вероятнее
всего этот эксперимент не принесет пользы по причине, сформулированной Вудом
Джоунзом. Проблема для ламаркистской интерпретации состоит в том, что трудно
представить, основываясь на современном знании, как информация о такой
анатомической структуре может попасть в ДНК половых клеток. Для этого необходимо
знать путь передачи от сомы в зародышевую линию, а также идентифицировать гены,
контролирующие этот процесс. На таком фоне экспериментирование с V-генами
выглядит очень легкой задачей!
Итак, образование
мозолей — процесс хорошо заметный, но не поддающийся анализу. В
противоположность этому V-гены антител нельзя
увидеть, но с ними можно экспериментировать, анализировать полученные результаты
и делать выводы.
Наследование
анатомических особенностей, связанных с привычкой сидеть на корточках
В книге Habit
and Heritage Вуд Джоунз обсуждал также манеру сидеть на корточках в разных
популяциях человека. У многих азиатских народов принято сидеть на корточках так,
что ступни стоят плоско на земле. Аборигены Австралии делают это иначе, их
ступни подобраны под ягодицы (рис. 7.1). У тех, кто сидит в азиатской позе (рис.
7.2), в месте соединения голени и таранной кости (ступни) есть хорошо выраженная
поверхность, которая, по-видимому, позволяет очень долго удобно сидеть на
корточках на рисовых полях и базарах (для большинства европеоидов это очень
трудное дело). Этой особенной суставной поверхности нет у аборигенов Австралии,
у них она совершенно другая.
Далее, ни той, ни другой поверхности нет у тех людей, которые привыкли сидеть на
стульях. И что самое интересное, все эти структуры уже присутствуют в
костях эмбрионов и маленьких детей у тех народов, которые имеют привычку сидеть
на корточках, но их нет у эмбрионов и маленьких детей в тех популяциях, где люди
для сидения используют стулья. Для объяснений с неодарвинистских позиций надо
признать наличие селективного преимущества (т. е. повышенный репродуктивный
успех) спонтанных генеративных мутаций, которые
затрагивают форму костей ноги и ступни. Ключевой вопрос: сколь пригодны такие
объяснения, поскольку указанные анатомические черты эволюционно должны были
возникнуть совсем недавно.
Рис. 7.1.
Манера сидеть на корточках у жителей востока и аборигенов Австралии.
А. Жители
Востока. Б. Аборигены Австралии. (Перепечатано из F. Wood Jones 1943 Habit
and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).
Рис. 7.2.
Структура костей и поза. Суставные
поверхности (показаны стрелкой), на большой берцовой и таранной кости у жителей
Востока, имеющих особую манеру сидеть на корточках. (F. Wood Jones 1943 Habit
and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).
Это очень
интересный пример. Цель будущего — организация и проведение новых экспериментов,
направленных непосредственно на выяснение механизма наследования таких
анатомических особенностей.
Приобретенная
наследственность у бактерий
Здесь мы хотим
коротко упомянуть спорное явление, впервые описанное в журнале Nature в 1988
году профессором Гарвардского университета Джоном Кэрнзом (Cairns) и его
коллегами. Не входя в детали, скажем, что они смогли генерировать в культуре
бактерий генные мутации, которые интерпретировались как направленные. Они
показали, что определенные классы мутаций в гене, кодирующем определенный
фермент, появлялись только в том случае, если в питательной среде присутствовали
химические субстраты, связанные с этим ферментом. Эти эксперименты были
оспорены, потому что другие ученые получили экспериментальные результаты,
которые позволяют дать традиционное неодарвинистское объяснение, т. е.
субстратный отбор функциональных мутантов. Однако первоначальное объяснение
появления этих мутантов интригующее: Кэрнз привлек обратную связь генов,
основанную на обратной транскрипции, предложенную Тедом Стилом для вариабельных
генов иммунной системы.
Приобретенная
наследственность у растений
А что же у
растений? У них нет барьера Вейсмана, отделяющего сому от зародышевой линии.
Приобретенные соматические модификации у растений, связанные с изменением генов,
могут, в принципе, передаваться потомству, если семена образуются из тех частей
растения, в которых возникла соматическая мутация. Итак, это уже не секрет:
эволюция по Ламарку была и есть, это факт из жизни растений! Можно легко
продемонстрировать, например, наследование индуцированной устойчивости к тяжелым
металлам. Особенно полезным для демонстрации роли стресса,
вызванного внешней средой и запускающего наследственные изменения в геноме
растений, оказался лен. Ценность изучения таких проблем на растениях
подчеркнула пионерская работа Нобелевского лауреата Барбары МакКлин-ток
(McClintock) о мобильных генетических элементах у кукурузы.
Можно ли
распространить нашу гипотезу за пределы иммунной системы ?
Картина
ламарковской обратной связи для появления и поддержания У-генов иммунной
системы, которую мы нарисовали в этой работе, основана на ясной и на наш взгляд
неоспоримой логике. Но можем ли мы распространить идею об обратной связи сомы и
зародышевой линии (основанной на обратной транскрипции) для генов, вовлеченных в
выполнение других функций?
Прежде всего, мы
должны сказать, что многие коллеги, которые считают наши аргументы в пользу
ламарковского наследования V-генов убедительными, ограничивают этот процесс
только V-генами. Так, доктор Арно Маллбачер (Mull-bacher) из Центра медицинских
исследований Джона Керти-на, замечательный полемист и критик, внесший
существенный вклад в успех нашей исследовательской программы, не принимает мысли
о том, что эта концепция справедлива за пределами имунной системы. Позицию Арно
разделяют сейчас многие другие ученые. Они готовы принять, хотя и неохотно, что
передача в зародышевую линию соматической генетической информации имеет место
для V-генов, но отвергают ее для генов, ответственных за другие функции, ткани и
органы.
В качестве
возражения этому взгляду можно привести такой аргумент. В живом мире уникальные
процессы и функции редки. Если какой-нибудь феномен обнаружен в одной живой
системе, рано или поздно его выявят и в других клетках, тканях или организмах.
Например, не так давно (в начале 1970-х годов) считалось, что обратная
транскрипция, впервые описанная Говардом Теминым, ограничивается только С-типом
РНК-содер-жащих опухолевых вирусов (Темину поначалу тоже пришлось вьвдержать
ожесточенную критику). Однако сейчас мы знаем, что РНК->ДНК
копирование широко распространено в вирусных и невирусных биологических
системах, от бактерий до человека и царства растений. Похожая история произошла
и с открытием широко распространенного ферментоподобного РНК-катализа (так
называемых рибозимов). О нем ничего не было известно до 1982 г., когда это
явление бьмо впервые описано для бактерий и одноклеточных простейших Томасом
Ке-чем (Cech) и Сиднеем Альтманом (Altman). Как мы увидим, невирусная,
обобщенная обратная транскрипция оказала значительное и всеобщее влияние на
создание структуры ДНК-последовательностей геномов высших позвоночных и
млекопитающих. Она играет не только ту роль, которую мы приписываем ей в
эволюции V-генов.
Модель миграции
В-лимфоцитов памяти: приложения для
генов «домашнего хозяйства»
Могут ли
соматические клетки проникать в репродуктивные органы и, таким образом, вступать
в тесный физический контакт с половыми клетками? По мнению Гарри Ротенфлу роль
такого «связника» могут играть В-лимфоциты. Они способны мигрировать в
репродуктивные ткани самцов и самок, доставляя возникшие в соме мутантные
информационные ДНК-последовательности вариабельных областей к мужским и женским
гаметам (сперматозоидам и яйцеклеткам). Для этого, возможно, требуются в
качестве генного вектора или источника обратной транскриптазы эндогенные
ретровирусы. А может быть, они и не нужны.
Из модели Ротенфлу
вытекает одно возможное следствие: мигрирующий
В-лимфоцит потенциально способен служить транспортным средством для доставки
ДНК-последовательностей любых генов в зародышевую линию. Данные, рассмотренные в
гл. 2, предполагают возможность того, что эндогенная ретровирусная обратная
транскриптаза могла бы продуцировать кДНК копии клеточных генов, которые еще
содержат инт-роны (некодирующие последовательности). Это может быть кДНК других,
не имеющих отношение к антителам генов, экс-прессирующихся в В-клетке. Их могут
быть сотни. Это могут быть гены, принадлежащие и к семействам тканеспецифичных
генов, которые определяют функции лимфоцитов, и гены «домашнего хозяйства»,
обеспечивающие жизнедеятельность клетки. Белковые продукты большинства генов
«домашнего хозяйства» высоко консервативны. Многие из этих генов эволюционно
очень древние, они необходимы для функционирования клетки. (К ним относятся,
например, гены, контролирующие энергетические пути, синтез новых мембран,
репликацию хромосомной ДНК, а также упаковку молекул ДНК в хромосомах.)
По определению,
пока не появится редкая полезная для генов «домашнего хозяйства» мутация, такие
гены должны иметь ДНК-последовательность, которая сохраняет функцию
генного продукта (обычно белка). Ожидается, что в ретротран-скриптах (кДНК)
должны часто встречаться замены оснований вследствие ошибок процесса копирования
от ДНК к РНК и обратно. Часть таких замен оснований в кДНК должна быть молчащей
(например, замена основания в третьем положении), и не влиять на аминокислотную
последовательность кодируемого белка из-за вырожденности генетического кода (см.
приложение). Остальные замены оснований должны изменять аминокислотную
последовательность белка и обычно они оказывают вредное влияние на функцию белка
[14]. Вероятнее всего, такие замены уменьшают приспособленность любого
организма, несущего мутантный ген, и естественный отбор будет элиминировать
такие мутации. Однако гены с молчащими заменами должны сохраняться. Итак, тот
факт, что функция генов «домашнего хозяйства» должна сохраняться, приводит к
очевидному предсказанию: предполагается, что в таких генах доля
молчащих замен будет больше, чем ожидается из предположения об отсутствии отбора
среди мутаций. Такая картина согласуется с кДНК, построенной по матрице
про-мРНК, включенной в ходе эволюции в зародышевую линию (однако повышенный
уровень молчащих замен можно объяснить также с неодарвинистских позиций,
предполагающих отбор против мутаций в зародышевой линии, приводящих к замене
аминокислоты).
Сейчас необходим
детальный анализ генов «домашнего хозяйства» в свете идеи обратной связи
соматических и половых клеток. Можно сделать несколько интересных предсказаний,
и предварительный анализ показывает, что они подтверждаются!. Например,
модель передачи генов от сомы к зародышевой линии,
основанная на мобильных клетках, предсказывает, что уровень замен оснований в
генах «домашнего хозяйства» и в тканеспецифичных генах, экспрессирующихся в
В-лимфоцитах (а их много), должен быть выше, чем в генах, экспрессирующихся в
немобильных клетках. Богатым источником данных могли бы быть тканеспецифичные
гены, которые кодируют цитокины и поверхностные белки только лимфоцитов. В этих
генах участки ДНК, которые транскрибируются в РНК и транслируются в белок,
должны иметь более высокую эволюционную скорость замен оснований, чем
нетранскрибируемые/нетранслируемые участки. Эта модель также предсказывает
интенсивность рекомбинационного сигнала Уайлера (след вторжения сомы в
зародышевую линию) в разных группах гомологичных генных последовательностей (гл.
6). Сигнал Уайлера будет слабее в семействах не-иммуноглобулиновых генов, так
как они не должны подвергаться соматическим гипермутациям. Следовательно, они не
должны часто проходить через склонную к ошибкам информационную петлю
ДНК-РНК-ДНК.
Есть свидетельства
того, что переход генов от сомы в зародышевую линию, основанный на обратной
транскрипции, происходил за эволюционное время для многих генов «домашнего
хозяйства». Поскольку все эти данные косвенные, им можно дать альтернативное
неодарвинистское объяснение. Но есть молекулярные свидетельства, предсказанные
теорией передачи генов от сомы к зародышевой линии, существенным элементом
которой является интеграция кДНК-ретротранскриптов. Имеющий к этому отношение
результат, полученный за последние двадцать лет при выделении и секвенировании
ДНК многих генов «домашнего хозяйства», состоит в том, что большинство этих
генов существует в виде одной (в крайнем случае, двух) функциональной копии на
хромосому (копии, которые транскрибируются в мРНК, а затем транслируются в
белок). К удивлению, во многих случаях обнаружены близкородственные
ДНК-последовательности в форме нефункциональных генов, названных псевдогенами
(они укорочены в результате одной или нескольких мутаций). Но самым интригующим
оказалось то, что эти псевдогены были копированы с мРНК (после вырезания
некодирующих интрон-ных последовательностей из про-мРНК) в кДНК обратной
транскриптазой и, таким образом, являются «интегрированными ретротранскриптами»,
или «ретропсевдогенами».
Исключительная
картина, которую мы сейчас имеем для многих генов «домашнего хозяйства»
млекопитающих, такова: единственную
функциональную высоко консервативную копию гена может сопровождать множество
родственных ре-тропсевдогенов, число которых в 10—100 раз больше. Часто они
локализованы в других частях генома (например, в другой хромосоме). Процитируем
авторитетный текст по молекулярной эволюции:
«Благодаря наличию
обратной транскриптазы, геномы млекопитающих буквально бомбардируются копиями
обратно транскрибированных последовательностей. Огромное большинство этих копий
с момента интеграции в геном нефункциональны ...[и] большей частью они
локализованы далеко от родительского функционального гена ...это явление подобно
вулканическому извержению, и такой эволюционный процесс назван моделью Везувия».
Это общая черта
многих видов высших животных. В некоторых случаях можно обнаружить от тысяч до
сотен тысяч копий ретропоследовательностей, разбросанных по всему геному.
Стандартная неодарвин истекая или неовейсманистская модель этого явления такова.
Некоторые формы синтеза про-мРНК, продуцирующие множество РНК-копий гена и
использующие в качестве матрицы ДНК генов, происходят в половых клетках. Затем
гипотетический процесс обратной транскрипции должен создавать много
нефункциональных кДНК-ре-тротранскриптов, которые встраиваются в разные места
хромосомной ДНК тех половых клеток, в которых они образовались. Поскольку
образуются ретропсевдогены, требуется сплайсинг про-мРНК для удаления интронов;
это событие связано с нормальной экспрессией гена (транскрипцией и трансляцией).
Согласно этой модели, фактически все гены «домашнего хозяйства» и
тканеспецифичные гены подвергаются транскрипции, сплайсингу и обратной
транскрипции в клетках репродуктивных тканей, из которых образуются
сперматозоиды и яйцеклетки. Однако не известно каких-либо доказательств такого
механизма. Кроме того, содержащие ошибки кодирующие последовательности могут
заменить путем гомологичной рекомбинации стандартный ген, и значит, многие из
этих новых генов должны быть летальными или эволюционно невыгодными.
Мы обнаруживаем
ретропсевдогены, потому что они являются своего рода реликтами, «молекулярными
ископаемыми». Их широкое распространение также может свидетельствовать в пользу
интеграции сомы в зародышевую плазму с участием ретротранскрипта, образованного
в соматических клетках путем обратной транскрипции несплайсированной про-мРНК.
Такие кДНК-последовательности могут быть мутантными, с молчащими и кодирующими
заменами оснований. Гомологичная рекомбинация в соматических клетках, заменяющая
исходный ген, дала бы возможность проверить функцию нового гена. Выживут и
размножатся только соматические клетки с молчащими заменами (функционально
консервативные). Некоторые из этих мутантных соматических клеток могли бы иногда
передавать новый ген в половые клетки или в результате миграции (например,
лимфоцитов), или с помощью ретровирусного вектора, подобно тому, как обсуждалось
для генов антител. Однако частота таких событий должна быть много ниже, чем для
V-генов антител, потому что только V-гены подвергаются соматическому
гипермутированию. Замещение исходного гена новым в результате гомологичной
рекомбинации нельзя было бы идентифицировать именно как событие
ретротранспозиции от сомы к зародышевой линии, потому что нет способов отличить
его от генеративной мутации и естественного отбора: ген будет классифицирован
как «аллель» (альтернативный функциональный вариант) исходного гена.
Следовательно,
общая теория обратной связи сомы и зародышевой линии утверждает, что за
эволюционное время в соматических клетках возникают кДНК-последовательности (и
функциональные гены с интронами, и нефункциональные ретропсевдогены) и что они
способны встраиваться в ДНК зародышевой линии. Она предполагает также, что
случайная интеграция сомы в зародышевую линию (гомологичная рекомбинация) — это
событие, которое в ходе эволюции поддерживает функционально консервативное
состояние генов «домашнего хозяйства» (так как последовательность сразу
проверяется на приспособленность в жизнеспособной соматической клетке) и,
следовательно, создает новые функциональные аллели. Однако, нефункциональные
кДНК-посдедовательности, возможно, встраиваются в разные места генома,
увеличивая число ретропсевдогенов.
Как сделать выбор
между этой неоламаркистской моделью и моделью Везувия, которая придерживается
строгой неодар-винистской или неовейсманистской парадигмы? Почему мы должны
считать, что предполагаемый механизм передачи генов от сомы к зародышевой линии
ограничен только V-генами иммунной системы, когда общность природы обратной
транскрипции — факт, установленный для многих генов? Масштаб распространения
геномных ретропоследовательно-стей говорит о том, что нет видимых причин, по
которым этот процесс должен быть ограничен только генами иммунной системы.
По нашему мнению,
данные, рассмотренные в этой книге, поддерживают, скорее, обратную связь сомы и
зародышевой линии, чем альтернативную модель Везувия. Кажется вероятным, что
перенос кДНК от сомы к зародышевой линии поддерживает и разнообразие открытых
рамок считывания в V-генах зародышевой линии, и функционально консервативное
состояние генов «домашнего хозяйства» и тканеспецифичных генов.
Ретротранскрипты
характерны не только для геномов животных и растений. В вирусных геномах
обнаружены функциональные гены с высокой степенью сходства с
последовательностями клеточных генов. При этом вирусные гены не имеют интронов,
это четкий показатель того, что в какой-то момент эволюции они возникли в клетке
хозяина из зрелой мРНК в результате обратной транскрипции. Эти гены используются
вирусом в клетке животного-хозяина. Возможно, они кодируют аналоги
исходного животного белка, которые действуют в пользу вируса, снижая
эффективность иммунного ответа. Существование таких генов приводит нас к
предположению о межвидовом (горизонтальном) переносе генов вирусами, что мы
детально обсуждали раньше. Насколько нам известно, это
предположение не вызывает отторжения у неодарвинистов, что удивительно, ибо для
такого переноса требуется проницаемость барьера Вейсмана. Для того, чтобы обеспечить возможность интеграции гена в хромосомную ДНК .зародышевой линии другого
вида, вирус, содержащий ген одного вида, должен внедриться в половые клетки
другого вида. Если это может происходить между видами, то почему бы этому не
случиться в одном организме?
Эпигенетическое
наследование
Нашу
экспериментальную и теоретическую работу по «ретрогенетике» V-генов иммунной
системы можно рассматривать как пример жесткого наследования, затрагивающего
генетическую информацию, воплощенную в последовательности оснований ДНК. Однако
существуют и другие формы структурного и функционального наследования у
животных, растений и свободно-живущих одноклеточных организмов, разные этапы
которых не включают прямого изменения последовательности оснований в ДНК.
Существует обширная литература о таких явлениях, кстати широко распространенных
у растений. Мы их не касались в этой книге не потому, что мы не считаем их
важными для понимания происхождения эволюционно значимых признаков. Просто нашей
целью было обсуждение проницаемости барьера Вейсмана, так как это дает самые
яркие примеры ламарковско-го феномена, который вовсе не отвергает установленных
принципов генетики и естественного отбора. Эта тема была прекрасно освещена в
книге Евы Яблонки ( Jablonka) и Марион Лам (Lamb) Epigenetic Inheritance and
Evolution: The Lamarckian Dimension (1994) («Эпигенетическое наследование и
эволюция: ламаркистское
измерение»).
Будущие
эксперименты
Очевидно, что для
исследования механизмов «приобретенного наследования» необходимы тщательные
эксперименты. Новые молекулярные методы обеспечивают нам не имеющую себе равной
возможность работать практически с любым интересующим геном, и мы использовали
информацию о ДНК-последовательностях для поиска «следов» возможной обратной
связи сомы и зародышевой линии. Однако такие свидетельства будут всегда
оставаться косвенными. Программа скрещиваний, необходимая для получения прямых
свидетельств, требует жесткого контроля и, возможно, очень большого числа
животных и очень длительного времени. В настоящее время мы пытаемся решить эту
проблему, анализируя изменения V-генов линий мышей, происходящих от одной
инбредной генетической линии, но разводимых в разных лабораториях мира в течение
40 и более лет.
Сейчас наука должна
оставить в стороне догматические, идеологические и эмоциональные споры прошлого
и сосредоточиться на объективном анализе. Ламарковские идеи могут не только
объяснять, но и стимулировать изучение наследственных явлений, связанных с
адаптивным соматическим ответом, например иммунным. Мы надеемся, что
представленные нами гипотезы и умозаключения послужат стимулом к дальнейшим
теоретическим и экспериментальным исследованиям. В основе нашего подхода лежит
тот факт, что РНК может служить матрицей для синтеза ДНК. Этот факт,
установленный Говардом Теминым, поколебал центральную догму молекулярной
биологии, какой она формулировалась в шестидесятые годы. Работа Темина касалась
преимущественно ретровирусов, но он увидел ее широкие приложения в биологии и
эволюции. Мы верим, что значение его открытия еще грандиознее, чем он мог себе
представить.
Консультации как выбрать мотоблок в нашем магазине. У нас самые низкие цены. . Никелированные перила для балконов из лучших комплектующих. . Коллагенарий цена в Москве.
