Происхождение эволюции. Идея естественного отбора до и после Дарвина - Джон Гриббин

Метилированию могут также подвергаться молекулы РНК, а кроме того, есть немного более загадочный механизм, благодаря которому нити РНК, которые плавают внутри клетки, модифицируют гистоны или влияют на экспрессию генов. Хотя все эти процессы изучены далеко не полностью, очевидно, что геном не всегда активен одинаковым образом, и, несмотря на то что «книга жизни» остается неизменной, то, какие ее фрагменты будут прочитаны и использованы в качестве руководства к действию, зависит от обстоятельств, в которых оказывается клетка, — от окружающей среды. Процесс выбора таких фрагментов называется эпигенетикой[61]; общепринятого определения этого термина на данный момент не существует, но нам это не особо важно.

Один эксперимент с мышами демонстрирует, как может происходить этот процесс. Существует порода мышей с интересным окрасом шерсти, который контролируется одним геном под названием агути, или сокращенно а. У обычных мышей агути шерсть черная у корней, желтая посредине и черная на кончике волосков, потому что ген а активируется только в середине процесса роста шерсти. Но существует мутантная линия, в которой потомство одной пары родителей из одного помета может иметь разный окрас шерсти — иногда полностью желтый, иногда полностью черный, а иногда промежуточных оттенков. Причем доля разных типов окраса среди потомства меняется, когда беременных мышей кормят пищей, богатой источниками метильных групп. Питание матерей напрямую влияет на цвет шерсти детенышей, выключая (целиком или частично) ген а. Такие эксперименты, естественно, нельзя проводить на людях в научных лабораториях. Но пара исторических примеров доказывает не только то, что диета беременных женщин может влиять на работу генов их детей, но и то, что эти эффекты, к огромному удивлению биологов, могут передаваться последующим поколениям, то есть наследоваться. Еще более поразительным открытием стало то, что похожий эффект наблюдается, когда необычное питание получают отцы.

Мрачным примером влияния эпигенетики являются события, произошедшие в конце Второй мировой войны, зимой 1944 г. В ответ на объявленную голландскими железнодорожниками забастовку и преждевременное ликование местных жителей, которые ошибочно посчитали, что их скоро освободят наступающие армии союзников, власти нацистской Германии намеренно создали дефицит продовольствия в оккупированных ими Нидерландах. Ситуацию усугубили необычно суровые морозы. Во время этой так называемой Голодной зимы около 4,5 млн человек получали всего по 580 калорий в день, и более 22 000 из них умерли от голода. Поскольку в Нидерландах была хорошо развита система здравоохранения и медицинского учета, вследствие этого незапланированного «эксперимента» ученые получили доступ к значительному массиву данных и изучили влияние голода на детей, родившихся после него.

Прежде всего выяснилось, что если мать хорошо питалась в первые несколько месяцев после зачатия, но голодала на более поздних стадиях беременности, то ребенок, вероятнее всего, рождался с небольшим весом. Но если она голодала в первые три месяца беременности, а затем питалась нормально, то ребенок рождался с нормальным весом. Эти дети как бы догоняли «нормальное» развитие и быстрее росли в утробе, когда еды становилось достаточно. Эта закономерность сохранялась и после рождения. Дети, родившиеся с низким весом, оставались маленькими, но многие из детей, которые пережили скачок запоздалого роста в утробе матери, в более позднем возрасте страдали ожирением, как если бы их организм по-прежнему пытался компенсировать недоедание на ранней стадии эмбрионального развития. Кроме того, такие люди с избыточным весом также страдали от различных болезней (в том числе от шизофрении), которые реже встречались у людей с недостаточным весом. Явно, что нечто произошедшее на ранних стадиях эмбрионального развития оказало воздействие не на сам генетический код, а на то, как этот код реализовывался. Само по себе это было неудивительно, но действительно удивительным стало то, что этот эффект передался дальше — дети детей с недостаточным весом (внуки матерей, переживших Голодную зиму во второй половине беременности) также имели недостаточный вес, хотя они и их матери хорошо питались. Когда биологи захотели узнать, что происходит, они провели аналогичный эксперимент на червях. Он подтвердил, что такое голодание может сказываться на последующих поколениях — что эпигенетический фактор может передаваться по наследству.

Этот конкретный эффект был связан не с метилированием, а с активностью коротких молекул РНК, которые также влияют на экспрессию генов. Некоторые такие молекулы, которые теперь называются «реагирующие на голод малые РНК», воздействуют на то, как клетки усваивают питательные вещества в условиях нехватки пищи. Если эта ответная реакция была запущена, то она продолжала действовать как минимум в трех поколениях червей, даже если их потомство не голодало. Затем было сделано еще одно потрясающее открытие. Легко понять, что питание женщины влияет на развитие ребенка в ее утробе, даже если и удивительно, что последствия такого влияния передаются последующим поколениям. Но никто не предполагал, что питание отцов влияет на детей аналогичным образом. Тем не менее сегодня это установленный факт. Это подтвердил анализ сведений о другом голоде, или череде голодных лет, в изолированной общине на севере Швеции в конце XIX и в начале XX в. Эта община периодически переживала смену урожайных и неурожайных лет, и ее члены, которые страдали от голода, естественно были склонны переедать в сытые годы.

На этот раз медицинские данные охватывали несколько поколений потомков людей, переживших голодные годы. Оказалось, что существует связь между состоянием здоровья этих потомков и доступностью пищи для их предков мужского пола в предподростковом возрасте, во время так называемого периода медленного роста (ПМР), который является нормальной стадией развития непосредственно перед половым созреванием. Если мальчик недоедал во время ПМР, то его внуки, как правило, были меньше предрасположены к смерти от инсульта, гипертонии и сердечных заболеваний. Но если мальчик обильно питался, особенно мясом и молочными продуктами, и переедал во время ПМР, его внуки гораздо чаще страдали ожирением и диабетом, а их продолжительность жизни была примерно на шесть лет меньше, чем у внуков мальчиков, которые недоедали в предподростковом возрасте. Это было интригующее открытие, но оно опиралось на данные из старых записей о небольшой группе людей. Поэтому ученые, естественно, занялись лабораторными исследованиями, чтобы проверить свои выводы.

Во время одного такого эксперимента самцов крыс-альбиносов стандартной лабораторной породы кормили пищей с высоким содержанием жиров, а затем давали им спариться с самками, которые питались обычной пищей. У потомков был нормальный вес, но наблюдались симптомы диабета. В другом эксперименте самцов мышей кормили пищей с низким содержанием белка, но с повышенным содержанием сахара для компенсации