Брюс Блумберг - ЖироГен. Почему мы едим все меньше, тренируемся все больше, а худеем все хуже

Эта теория эволюции отличалась от более поздних заявлений Чарльза Дарвина о том, что живые организмы не могут сами изменить свой генетический материал. В то время как Ламарк предполагает, что адаптация происходит по мере необходимости в ответ на изменения окружающей среды и приобретенные черты затем передаются потомству, теория естественного отбора Дарвина утверждает, что эволюционные изменения являются следствием выборочного размножения или выживания в меняющихся условиях окружающей среды. То есть естественный отбор как бы пробуждал уже существующие задатки. Организмы, лучше приспособленные к жизни, производили более выносливое и многочисленное потомство и в конце концов стали доминировать. А менее жизнеспособные организмы постепенно исчезали из популяции. С этой точки зрения антилопы с длинными шеями получали бы больше еды, активнее размножались и в конечном итоге вытеснили бы своих короткошеих собратьев.

Большинство биологов отрицают гипотезу наследственности Ламарка, поскольку на первый взгляд она не имеет смысла, к тому же нет готовых механизмов, чтобы объяснить ее [30]. И хотя долгое время в теории эволюции доминировали идеи Дарвина о естественном отборе [31], некоторые ученые вновь обратились к трудам Ламарка.

Как это часто бывает в науке, выдающиеся умы редко оказываются совершенно неправы. Конечно, трудно поверить, что у антилоп вырастет шея, но как насчет влияния изменений окружающей среды на живых существ? Не разумно ли предположить с точки зрения эволюции, что организмы могут быстро реагировать на перемены? Ламарк неверно расставил акценты, но в широком смысле он, возможно, был прав. Эпигенетическое наследование – это, по сути, наследование приобретенных признаков. Несмотря на то что теория естественного отбора хорошо подтверждается окаменелостями и данными многочисленных исследований, Дарвин также ошибся в некоторых деталях. Например, он верил в модную в середине 1800-х годов теорию смешанного (или слитного) наследования. Она предполагает, что изменения в людях происходили случайным образом, но ограничивались индивидуальными особенностями их родителей. «Кровь» или наследственные черты обоих родителей смешивались у потомства, как краски на палитре. В некоторых случаях это может быть правдой, но совершенно не работает для обоснования постоянно меняющихся индивидуальных черт, например роста. Так, у высокого отца и невысокой матери должны были бы рождаться дети среднего роста. Если бы речь шла о смешанном наследовании, то каждое последующее поколение получало бы усредненные черты родителей, и в конце концов все мы выглядели бы примерно одинаково. Это полностью противоречит тому, что мы видим в реальном мире, а также теории постепенной эволюции путем естественного отбора.

Эпигенетика изучает изменения в работе генов, которые не влекут за собой изменений в основной последовательности ДНК. Эти изменения могут быть унаследованы при делении клеток или даже передаваться через поколения. Взаимодействие с окружающей средой может привести к изменениям в ДНК, только меняться будет не последовательность, а экспрессия генов. Химические метки в эпигеноме изменяют функции генов – активируют или деактивируют их, увеличивая или уменьшая их экспрессию.

Термин «эпигенетика» (что буквально означает «поверх генетики») впервые употребил в 1942 году британский ученый Конрад Хэл Уоддингтон. Он предложил теорию генетической ассимиляции, чтобы объяснить некоторые загадки в результатах своих исследований. Речь шла о признаке (фенотипе), который изначально возникал в ответ на условия окружающей среды, однако впоследствии закреплялся в геноме. Уоддингтон считал, что во время своего развития клетка похожа на шар, скатывающийся с холма, усеянного мелкими овражками. От удара о камень или порыва ветра он попадает в одну из ямок. И выбраться оттуда уже совсем непросто. То же происходит у эмбриональных клеток, которые изначально могут образовывать все типы клеток в организме (то есть являются плюрипотентными), но впоследствии их возможность превращаться из одного типа клеток в другой ограничивается (например, мышечные клетки не могут стать мозговыми). На них оказывается так называемое эпигенетическое воздействие, не затрагивающее генетическую информацию. Уоддингтон обнаружил, что может получать экстремальные фенотипы у плодовых мух (дополнительный набор крыльев), обрабатывая их эфиром, и затем размножать их, увеличивая частоту появления таких эффектов. Со временем двойные крылья будут появляться и без воздействия эфира. Хотя Уоддингтон показал, что такие изменения становятся более стабильными у каждого последующего поколения в результате отбора, он был подвергнут резкой критике со стороны своих коллег. Биолог-эволюционист Эрнст Майр считал, что Уоддингтон слишком увлекся трудами Ламарка о наследовании. Но его идеи стали пророческими и подтвердились опытами Майка Скиннера, сотрудников нашей лаборатории и других ученых.

Эпигенетика отвечает за изменения экспрессии генов без изменения основной последовательности ДНК (тех самых букв А, Т, Ц и Г). Она влияет на время и характер экспрессии генов. Эпигенетические метки определяют, будет ли доступен хроматин – материал, из которого состоят наши хромосомы, – комплексу белков, который контролирует экспрессию генов (это называется «транскрипционный механизм»). Если хроматин недоступен, экспрессии близлежащих генов не произойдет даже при наличии всех остальных необходимых факторов. Такие эпигенетические метки могут появляться, исчезать и меняться в ответ на то, что происходит в окружающей среде. То есть ген может атрофироваться в результате мутации (изменения в последовательности ДНК), и это приведет к производству усеченного или дефектного белка. Эпимутация (изменение эпигенетических меток), которая препятствует экспрессии гена, имеет точно такой же эффект – отсутствие функционального белка. Но это происходит по совершенно другой схеме и может привести к экспрессии гена не в том месте или не в то время. Любой из этих процессов может повлиять на работу организма и его реакцию на окружающую среду.

Эпигенетическое воздействие помогает объяснить, почему однояйцевые близнецы могут выглядеть и вести себя по-разному, когда вырастут, и почему у каждого из них есть свои факторы риска, несмотря на то что последовательность ДНК у них одинаковая. Получается, что эпигенетические изменения, которые они приобретают на протяжении всей жизни под влиянием окружающей среды, меняют экспрессию генов их ДНК. Хотите пример? Более 90 % однояйцевых близнецов примерно одного роста, но, если их разлучить, у них вряд ли будут развиваться одинаковые патологии, например алкоголизм, диабет, рак молочной железы или ревматоидный артрит. Это убедительно доказывает силу эпигенетического воздействия.