Ирина Лагунина: Сегодня мы продолжаем разговор о так называемых «биологических догмах», которые в последние несколько лет подверглись серьезным дополнениям и изменения. Еще до расшифровки структуры ДНК у биологов сформировалось представление о том, что признаки, приобретенные организмом за время его жизни, никогда не передаются по наследству. Сегодня ученые утверждают, что и у этого очевидного правила есть свои исключения. О них рассказывает доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков. С ним беседует Ольга Орлова.
Ольга Орлова: Александр, вы рассказывали о том, что в последние годы знания о том, как предается наследственная информация у живых существ, эти знания ученых существенно расширились. Явилось ли расширение представлений о том, как передается наследственная информация, в данном случае ударом по эволюционным представлениям?
Александр Марков: Нет, конечно, ни в коем случае, это просто детальная модель того, что происходит в живой клетке, вот и все. То есть основа осталась, никто не опроверг транскрипцию, трансляцию и так далее.
Ольга Орлова: Давайте как раз поговорим о второй догме, которая связана непосредственно с первой. Мы уж говорили о том, что пока не удается передавать информацию от белков к РНК и, соответственно, приобретенные признаки поэтому никогда не наследуются, как утверждалось. Как возникла эта вторая догма?
Александр Марков: Это представление о ненаследовании приобретенных признаков, сразу скажу, в своей основе абсолютно правильное, сформировалось еще раньше, до расшифровки структуры ДНК, в основном благодаря работам Августа Вейсмана, который, в частности, отрубал крысам хвосты из поколения в поколение и убедился, что это не приводит к рождению бесхвостых крысят, крысята все равно рождаются с хвостами. Так же ряд других экспериментов в таком же духе проводился. И стало ясно, что действительно такого рода приобретенные признаки, как травмы или натренированные мышцы, они не передаются по наследству. Когда была сформулирована предыдущая догма молекулярной биологии об однонаправленной передаче наследственной информации, это представление о ненаследуемости приобретенных признаков укрепилось. Потому что подумали, что и на молекулярном механизме нет способа переносить информацию от строения организма в ДНК, не существует.
Ольга Орлова: То есть если у нас есть один индивид, живой организм, то мы не можем сделать так, чтобы все его признаки были зафиксированы в ДНК и дальше транслировались в следующее поколение.
Александр Марков: Признаки, приобретенные в течение жизни. Он передаст своим потомкам только те признаки, которые сам получил от своих родителей, плюс мутации, которые возникнут. Но потом оказалось, что все-таки есть кое-какие способы менять геном даже в половых клетках. Высшие организмы, такие как животные, например, они выработали ряд приспособлений, чтобы оградить свои половые клетки от каких бы то ни было несанкционированных изменений, чтобы туда не проникали вирусы, бактерии, зародышевая линия так называемая, те клетки, которые становятся потом половыми, чтобы туда ничего не проникло, никакой гадости генетической. Но эти барьеры иногда не срабатывают. Простейший пример – вирусная инфекция. Что будет, если мать заболеет какой-нибудь вирусной инфекцией? Вирусы встраиваются в бином, обычно они, к счастью, не проникают в яйцеклетки, но иногда все-таки проникают или зародыш может заразиться этим вирусом от матери на более поздней стадии, когда не яйцеклетка, уже зародыш маленький, и вирус проникнет в будущие половые клетки этого зародыша. Вирусная инфекция унаследует. Вот вам, пожалуйста, разве это не наследование приобретенного признака?
Ольга Орлова: Но ВИЧ-инфицированные дети так и появляются.
Александр Марков: Совершенно верно. Вирусная инфекция, встроенный в геном вирус – это признак приобретенный, и он может наследоваться. Один пример. Помимо вирусов существует еще другие способы горизонтального генетического обмена, то есть обмена генами между взрослыми организмами, это очень широко распространено у бактерий, у одноклеточных, у простейших так называемых одноклеточных, имеющих одно ядро, эукариотов, это встречается реже, но тоже встречается. И понятно, что у одноклеточных нет разделения на зародышевую линию и соматические клетки. У них единственная клетка, она же соматическая, она же и половая, поэтому все мутации или все вирусы, которые выстроятся в этот геном, все это передается потомству без всяких оговорок. То есть одноклеточные все приобретенные генетические изменения передают потомству. А у многоклеточных могут ли мутации, возникающие в клетках тела, передаться потомству, соматические мутации? У животных нет, а у растений - пожалуйста, потому что у них есть вегетативное размножение. Произошла мутация в какой-то части растений, возникает участок измененной ткани. Если вегетативное размножение, возьмем веточку от мутантной части растения, посадим, пожалуйста, соматическая мутация передалась потомству. Хорошие возможности для наследования приобретенных признаков дает обратная транскрипция, то есть переписывание информации с РНК на ДНК. Дело в том, что РНК после того, как она считывается с молекулы ДНК, она может подвергаться редактированию, различным модификациям. Много есть вариантов, как редактируется РНК, и некоторые элементы этого редактирования зависят от внешних условий. РНК редактируется в зависимости от условий по-разному. И если есть обратная транскрипция, то эти отредактированные молекулы РНК могут быть переписаны обратно в ДНК.
Ольга Орлова: И таким образом в следующем поколении, которое появляется, которое наследуется от следующего ДНК, они уже получают измененный геном от предыдущего РНК.
Александр Марков: Да, совершенно верно. Таким образом возникают ретро-гены, обратная транскрипция. Ретро-гены – это с нормального гена считалась ДНК, отредактирована была каким-то образом, а потом отредактированная версия была переписана в форму ДНК и вставлена в геном. Возникает новый ген. Скорее всего по функции будет как старый, но с какими-то вариациями. И таких генов на самом деле полно в нашем геноме, которые возникли таким путем. То есть это иногда происходит. Таким образом открывается некоторая возможность для наследования некоторых приобретенных признаков. Теперь приобретенные признаки никогда не наследуются. Есть еще такая вещь, как эпигенетическая наследственность, особенно развита у млекопитающих и цветковых растений. Это фактически разметка генома при помощи особых знаков пунктуации, можно сказать, в половых клетках гены проявляются таким образом, что они потом не работают или проявляют меньшую активность.
Ольга Орлова: Их маркируют, чтобы они не включились.
Александр Марков: Причем самки одни гены в своих яйцеклетках могут отключить, самцы в сперматозоидах другие гены могут исключать.
Ольга Орлова: В чем цель подобных исключений, почему так в организме устроено?
Александр Марков: Вот это явление связано с тем, что у млекопитающих большой родительский вклад в потомство. Самка вынашивает детеныша страшно долго, отдавая ему кучу энергии. И здесь возникает масса проблем в связи с этим. Самка заинтересована поменьше отдать своих соков детенышу, чтобы родить других, а самец заинтересован в обратном, чтобы самка отдала как можно больше соков этому зародышу, потому что этот зародыш – это его ребенок, а следующий, кого она родит и от кого - большой вопрос. Поэтому самцы в своих сперматозоидах отключают те гены, которые играют в пользу самки в этой игре, а самки отключают те гены, которые играют в пользу самца или в пользу зародыша. То есть если гены, регулирующие, управляющее развитием плаценты, они отключены в яйцеклетке, но они на полную катушку включены в сперматозоидах. Поэтому млекопитающие, в отличие от других животных, принципиально не могут размножаться без оплодотворения, из неоплодотворенных яиц, плацента не разовьется.
Ольга Орлова: Плацента - это как раз источник для эмбриона.
Александр Марков: Плацента - это тот орган, с помощью которого эмбрион сосет соки из матери.
Ольга Орлова: То есть это источник всех жизненных сил для эмбриона и поэтому, соответственно, самец заинтересован в том, чтобы плацента была как можно лучшего качества, а самка наоборот хотела бы ее оптимизировать, чтобы для остальных, для следующего потомства что-то осталось.
Александр Марков: Совершенно верно. Это явление, оно в принципе теоретически открывает некоторые возможности для наследственности приобретенных признаков, но эта возможность не очень используется. По-видимому, дело в том, что ламарковского наследования почти нет в природе не потому, что это технически невозможно, а потому что это оказывается невыгодно в большинстве случаев.
Ольга Орлова: Почему невыгодно наследование приобретенных признаков? Почему чаще всего все-таки они не наследуются?
Александр Марков: Два примера можно взять. Вот тренировка мышц, например. Хорошо бы у теннисистов рождались дети с большой правой рукой, у бегунов рождались бы дети с переразвитыми ногами сразу. Какой в этом смысл, если ребенок может сам тренировкой любую мышцу развить. Понимаете, в одном случае есть универсальная способность тренировать те или иные мышцы и гармонично развиваться в зависимости от рода занятий. А в другом случае мы фиксируем какой-то один вариант. То есть так у нас есть свобода выбора и возможность приспосабливаться к условиям жизни.
Ольга Орлова: Рожденный бегать, играть в хоккей не сможет.
Александр Марков: Или с иммунитетом. Нам приходится к большинству заразы приобретать иммунитет в течение жизни. Его можно было бы унаследовать технически, сделать врожденным. Но зачем? Гораздо эффективнее универсальная система адоптивного иммунитета, которая позволяет нам выработать устойчивость к новым инфекциям, которых раньше не было. Хотя в некоторых случаях, конечно, против особо тяжелых болезней, наверное, было бы полезно иметь врожденный иммунитет. Но в общем случае универсальная способность к адаптивной модификационной изменчивости, то есть приспосабливаться в течение жизни, она лучше, она эффективнее, чем какое-то одно фиксированное раз и навсегда приспособление, то есть это упрощение, специализация - это не хорошо.
Ольга Орлова: Конечно, организму и поколениям организмам, разным видам выгоднее быть универсальными в этом смысле. И если следующее поколение попадает в другие условия обитания, то хорошо бы, если бы оно умело приспосабливаться в течение жизни.
Александр Марков: Обычно естественный отбор сделает то же самое, но он сделает медленнее и только в том случае, если из поколения в поколение повторяется типичная ситуация. Например, все время одна и та же болезнь уносит значительную часть популяции, может выработаться врожденный иммунитет. Или все время приходится быстро бегать, за сто тысяч лет могут зафиксироваться изменения в мышцах, стать наследственными.
