Эдвард Стил - Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

• Мутации

Изредка в ДНК возникают стойкие изменения - мутации. Чарлз Дарвин называл такие изменения наследственной информации спортами. Например, замена А основания на G приводит к появлению новой последовательности нуклеотидов в данном участке хромосомы, и, соответственно, в информационной РНК. Это приводит к изменению последовательности аминокислот в белке и, следовательно, к изменению его структуры и/или функции. Мутации служат постоянным источником новой генетической информации, на которую может действовать отбор. Полагают, что подобные изменения последовательностей нуклеотидов редки.

• Случайная передача отцовских и материнских хромосом потомку

Оплодотворенная яйцеклетка, из которой развивается человеческий эмбрион, имеет 46 хромосом. В репродуктивных органах (семенниках и яичниках) половозрелых людей происходит особое деление клеток (мейоз), в результате которого число хромосом уменьшается вдвое (гаплоидное число 23). Гаплоидный набор хромосом упаковывается в сперматозоиды у мужчин и в яйцеклетки у женщин. При оплодотворении число хромосом восстанавливается до 46 (диплоидное число). Потомок получает от каждого из родителей 23 случайно выбранные хромосомы, которые родители в свою очередь унаследовали от своих родителей. Все яйцеклетки содержат половую хромосому одного типа, а именно Х-хромосому. В сперматозоидах содержатся либо Х-, либо Y- хромосома. Набор половых хромосом XX определяет женский пол плода, XY - мужской. Все остальные признаки детерминируются случайным сочетанием хромосом. Таким образом, наши обычные житейские наблюдения над детьми справедливы, и если нам кажется, что у «Тома мамино лицо, но папины руки!», значит так оно и есть.

• Рекомбинация

У видов, размножающихся половым путем, физический обмен (кроссинговер, или рекомбинация) между отцовскими и материнскими хромосомами, который происходит во время образования гамет (сперматозоидов и яйцеклеток), вызывает перетасовку существующих последовательностей ДНК. Этот процесс приводит к появлению новых комбинаций наследственных признаков у потомков.

• Естественный отбор и эволюция

Не все генетически разные организмы размножаются одинаково, т.е. с одинаковой скоростью. Условия среды отбирают более приспособленные организмы и дают им селективные преимущества. Если бы не было отбора, не было бы и общих генетических изменений. Эволюция, следовательно, является результатом взаимодействия генетического материала с внутренними (клеточными, внутри организма) и с внешними условиями развития организма и может быть представлена как отбор комбинаций генов, имеющих наибольшую приспособленность.

• Изоляция

В больших популяциях свободное скрещивание между разными генотипами, расширяющее пул генов, в котором действует естественный отбор, невозможно из-за внутренних и внешних изолирующих факторов. Самым простым является географическое отделение потомков от общего предка. Например, некогда единая популяция вьюрков на островах Галапагосского архипелага со временем разделилась на изолированные, небольшие, инбредные популяции. Дарвин заметил, что именно это оказалось важнейшим условием появления новых видов.

• Дрейф

Последовательности ДНК, различаются ли они по большому участку или по одному нуклеотиду, могут быть потеряны по случайным причинам. Генетический дрейф является частью случайного фонового шума, изменяющего сложившийся состав последовательностей ДНК в популяции.

• Барьер Вейсмана

Приобретенные соматические модификации у многоклеточных организмов не могут наследоваться.

Итак, мы представили вам две, отнюдь не несовместимые, концепции. Первая — традиционная неодарвинистская теория о том, что важная для эволюции генетическая изменчивость существует до того, как подействует селективная сила (естественный отбор). И вторая — традиционно отвергаемая ламарков-ская теория о том, что генетическая изменчивость возникает одновременно с отбором. Последняя концепция особенно важна для процессов, протекающих в иммунной системе, для которых селективная сила, или стимул внешней среды (инфекционное заболевание), действует одновременно с появлением новых генетических вариантов.

Таким образом, исторически всегда существовал альтернативный (ламаркисткий) взгляд на механизм эволюционных изменений. Этот механизм легко объясняет, почему некоторые виды смогли очень быстро генетически измениться при внезапных изменениях среды, во время катастроф; также легко объяснить быстрое создание разных пород домашних животных. В этой книге мы рассмотрим, насколько реальны такие изменения с позиций молекулярной генетики. Мы ни в коем случае не утверждаем, что идея Дарвина о естественном отборе случайной предсуществующей изменчивости неверна. Наоборот, мы стремимся доказать, что дарвиновская идея чрезвычайно важна для ламаркистской концепции обратной связи генов сомы и зародышевой линии. По-видимому, правы и Дарвин, и Ламарк. Их взгляды дополняют друг друга. Именно это мы попытаемся продемонстрировать с помощью создаваемой нами теории эво-люционно-генетических изменений иммунной системы.

Это же исторический факт, что сам Чарлз Дарвин, а до него его дед, были ламаркистами. Дарвин разделял идею Ламарка о наследования приобретенных признаков. Ламаркистские доводы об упражнении и неупражнении органов появляются во многих местах его Происхождения видов (1859). Через десять лет после выхода этой книги он публикует теорию пангенезиса [З]. Этот его вклад в науку часто вычеркивается из научной литературы неодарвинистами, которых, по-видимому, сильно задевает тот факт, что основатель теории естественного отбора нашел необходимым воспользоваться ламаркистской «ересью» для объяснения причин генетической изменчивости. Основой для этой теории послужили прекрасные наблюдения Дарвина над изменчивостью и приспособленностью растений и особенно животных в ходе одомашнивания: «Измененные условия вызывают последствия, передающиеся по наследству, например, изменение периода цветения растений, перенесенных из одного климата в другой. У животных усиленная работа или неиспользование каких-то органов оказывают существенное влияние; так, я заметил, что у домашней утки кости крыла весят меньше, а кости ног больше по отношению ко всему скелету, чем те же кости у дикой утки, и это отличие можно с уверенностью приписать тому, что домашняя утка гораздо меньше летает и больше ходит, чем ее дикие предки... .Значительное наследуемое развитие вымени у коров и коз в тех странах, где этих животных обычно доят, по сравнению с животными в других странах, представляет, вероятно, другой пример последствий активной работы, органа»