Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

Мы думаем, что наследственность ограничена тем, что обычно происходит в человеческих семьях. Два родителя объединяют по половине своих ДНК, чтобы создать новое потомство, и их гены подчиняются законам Менделя. На самом деле наследственность не ограничивается зачатием. Клетки продолжают делиться, и дочерние клетки наследуют от родительских всё: митохондрии, белки, хромосомы, эпигенетические изменения, которые определят состояние каждой клетки. Наши тела представляют собой ходячие родословные, разные ветви которых различаются сетями работающих генов, мозаичными мутациями и даже химерным происхождением. Не исключены и другие способы передачи – вейсмановский барьер отнюдь не идеален. Бессчетное количество животных обрело раковое бессмертие, разослав на тысячелетия свои раковые клетки новым хозяевам – как на суше, так и на море.

Все это не означает, что Вейсман неправ. Он предложил науке новый способ размышлять о наследственности, подготовив почву для признания открытий Менделя. В начале XX в. менделевские законы позволили генетикам понять человеческую наследственность, объяснив появление и исчезновение признаков через поколения, что озадачивало даже Дарвина. Простейшими решенными с их помощью загадками оказались заболевания, вызываемые одиночным доминантным аллелем или парой рецессивных, как ФКУ. Но для других характеристик, в том числе такой простой, на первый взгляд, как рост, наследственность оказалась очень сложной. Наше биологическое прошлое влияет на него тысячами разных способов.

Законы Менделя, как выяснилось, поразительно хрупки. Они регулярно нарушаются. Генный драйв постоянно одерживает верх над этими законами, распространяя гены в популяциях, чем рискует даже подтолкнуть виды к вымиранию. Многие виды животных, растений и грибов иногда подчиняются законам Менделя, а иногда находят новые пути передачи генов следующим поколениям. Некоторые виды становятся одновременно матерью и отцом. Они используют собственные сперматозоиды для оплодотворения собственных яйцеклеток. Или просто рекомбинируют хромосомы в одной клетке, из которой затем развивается их потомок. Другие вообще обходятся без гамет, клонируя сами себя. Такие виды не редкость: они живут рядом с нами. Они растут в лесах и на коралловых рифах. Они делают нам хлеб и пиво.

Наш антропоцентризм легко позволяет нам забыть, что законы Менделя молоды. Вселенная зародилась, имея скорость света 300 000 км/с и определенную массу электрона. И нигде в космосе не было никаких законов Менделя. Они появились гораздо позже и, насколько нам известно, всего лишь на одной планете. Но на покрытом водой камне наследственность развивалась уже миллиарды лет – задолго до возникновения законов Менделя. Микробы и вирусы, которые были единственными жителями Земли на протяжении половины всего существования жизни, размножались вовсе не путем слияния половых клеток. Они до сих пор так и не начали этого делать. Микроорганизмы следуют своим собственным правилам. Они создают почти идентичные копии своей ДНК. Но эта ДНК может передаваться от одного микроба к другому, формируя смесь, которая никогда бы не возникла, если бы наследственность передавалась только вертикально. У микробов развился собственный способ наследования. Ученые только в начале 2000-х гг. обнаружили, что многие виды бактерий используют систему CRISPR для получения защиты от вирусов – защиты, которую могут унаследовать их потомки.

Мы не сможем понять мир природы, исходя из упрощенного представления о генетической наследственности. Некоторые ученые утверждают, что следует снова расширить понятие «наследственность», чтобы учесть и другие пути ее передачи – культуру, эпигенетические маркеры, перемещающихся микробов и наверняка еще что-то, о чем мы пока даже не знаем. В 1980-х гг. Маркус Фельдман совместно с рядом исследователей осторожно приступил к постройке такой теории наследственности, которая включала бы в себя одновременно и культуру, и гены. С тех пор эту теорию пытались расширить и другие ученые. Рассел Бондуриански из австралийского университета Нового Южного Уэльса и Трой Дей из канадского Университета Куинс в Онтарио считают, что пришло время строить математические уравнения, которые смогут объединить генетические и негенетические формы наследственности. Они изложили свою точку зрения в книге «Не только гены», вышедшей в 2018 г. [1023] Bonduriansky and Day 2018.

Бондуриански и Дей утверждают, что весь предыдущий век исследования наследственности основывались на некоем заблуждении. Генетики не просто защищали концепцию генов, находя ей множество подтверждений. Они отвергали саму возможность того, что носителем наследственной информации может быть нечто иное, не ген. Однако существование одного пути необязательно исключает другой. «Чисто генетическая концепция наследственности никогда не была надежно подкреплена доказательствами или логикой», – заявляют Бондуриански и Дей.

По мере того как все сильнее утверждалась генетическая концепция, исследования негенетических форм сошли на нет. Их репутация была запятнана скандалами, поскольку некоторые эксперименты, предположительно поддерживающие негенетическую наследственность, оказались некачественными или даже откровенно сфальсифицированными. Однако даже добросовестные ученые попадали в невыгодное положение. Гены могут оказывать влияние с прямо-таки арифметической точностью. Простое разведение гороха или мух открывает глубокие закономерности наследования генов. Негенетические формы наследственности сложнее отделить от влияния окружающей среды, и они менее заметны. Таким образом, исследователи, пытавшиеся задокументировать проявления негенетической наследственности, были вынуждены долго за ними гоняться. Линней заметил монстра – пелорию – в 1740-х гг. Я посетил Роберта Мартиенсена через 170 лет после того открытия, и он все еще пытался выяснить, почему цветки сохраняли такую форму на протяжении стольких поколений.

Споры о наследственности вышли на новый уровень. Каждая сторона признала существование другой. Ни один сторонник негенетической наследственности не отрицает силу генов. И среди генетиков, с которыми я говорил, никто не отверг идею, что наследственность может обеспечиваться чем-то кроме генов. Сейчас идут баталии об их важности. Некоторые генетики в действительности не считают, что, исследуя негенетическую наследственность, можно многое понять. Другие же биологи полагают, что единственный способ разобраться в сути присущих организмам признаков – это понять, как они передаются по наследству, и иногда этот поиск уводит их от генов.