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

Итак, образование мозолей — процесс хорошо заметный, но не поддающийся анализу. В противоположность этому V-гены антител нельзя увидеть, но с ними можно экспериментировать, анализировать полученные результаты и делать выводы.

В книге Habit and Heritage Вуд Джоунз обсуждал также манеру сидеть на корточках в разных популяциях человека. У многих азиатских народов принято сидеть на корточках так, что ступни стоят плоско на земле. Аборигены Австралии делают это иначе, их ступни подобраны под ягодицы (рис. 7.1). У тех, кто сидит в азиатской позе (рис. 7.2), в месте соединения голени и таранной кости (ступни) есть хорошо выраженная поверхность, которая, по-видимому, позволяет очень долго удобно сидеть на корточках на рисовых полях и базарах (для большинства европеоидов это очень трудное дело). Этой особенной суставной поверхности нет у аборигенов Австралии, у них она совершенно другая. Далее, ни той, ни другой поверхности нет у тех людей, которые привыкли сидеть на стульях. И что самое интересное, все эти структуры уже присутствуют в костях эмбрионов и маленьких детей у тех народов, которые имеют привычку сидеть на корточках, но их нет у эмбрионов и маленьких детей в тех популяциях, где люди для сидения используют стулья. Для объяснений с неодарвинистских позиций надо признать наличие селективного преимущества (т. е. повышенный репродуктивный успех) спонтанных генеративных мутаций, которые затрагивают форму костей ноги и ступни. Ключевой вопрос: сколь пригодны такие объяснения, поскольку указанные анатомические черты эволюционно должны были возникнуть совсем недавно.

Рис. 7.1. Манера сидеть на корточках у жителей востока и аборигенов Австралии. А. Жители Востока. Б. Аборигены Австралии. (Перепечатано из F. Wood Jones 1943 Habit and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).

Рис. 7.2. Структура костей и поза. Суставные поверхности (показаны стрелкой), на большой берцовой и таранной кости у жителей Востока, имеющих особую манеру сидеть на корточках. (F. Wood Jones 1943 Habit and Heritage, с разрешения издателя, Kegan Paul International Ltd.).

Это очень интересный пример. Цель будущего — организация и проведение новых экспериментов, направленных непосредственно на выяснение механизма наследования таких анатомических особенностей.

Здесь мы хотим коротко упомянуть спорное явление, впервые описанное в журнале Nature в 1988 году профессором Гарвардского университета Джоном Кэрнзом (Cairns) и его коллегами. Не входя в детали, скажем, что они смогли генерировать в культуре бактерий генные мутации, которые интерпретировались как направленные. Они показали, что определенные классы мутаций в гене, кодирующем определенный фермент, появлялись только в том случае, если в питательной среде присутствовали химические субстраты, связанные с этим ферментом. Эти эксперименты были оспорены, потому что другие ученые получили экспериментальные результаты, которые позволяют дать традиционное неодарвинистское объяснение, т. е. субстратный отбор функциональных мутантов. Однако первоначальное объяснение появления этих мутантов интригующее: Кэрнз привлек обратную связь генов, основанную на обратной транскрипции, предложенную Тедом Стилом для вариабельных генов иммунной системы.

А что же у растений? У них нет барьера Вейсмана, отделяющего сому от зародышевой линии. Приобретенные соматические модификации у растений, связанные с изменением генов, могут, в принципе, передаваться потомству, если семена образуются из тех частей растения, в которых возникла соматическая мутация. Итак, это уже не секрет: эволюция по Ламарку была и есть, это факт из жизни растений! Можно легко продемонстрировать, например, наследование индуцированной устойчивости к тяжелым металлам. Особенно полезным для демонстрации роли стресса, вызванного внешней средой и запускающего наследственные изменения в геноме растений, оказался лен. Ценность изучения таких проблем на растениях подчеркнула пионерская работа Нобелевского лауреата Барбары МакКлин-ток (McClintock) о мобильных генетических элементах у кукурузы.

Картина ламарковской обратной связи для появления и поддержания У-генов иммунной системы, которую мы нарисовали в этой работе, основана на ясной и на наш взгляд неоспоримой логике. Но можем ли мы распространить идею об обратной связи сомы и зародышевой линии (основанной на обратной транскрипции) для генов, вовлеченных в выполнение других функций?

Прежде всего, мы должны сказать, что многие коллеги, которые считают наши аргументы в пользу ламарковского наследования V-генов убедительными, ограничивают этот процесс только V-генами. Так, доктор Арно Маллбачер (Mull-bacher) из Центра медицинских исследований Джона Керти-на, замечательный полемист и критик, внесший существенный вклад в успех нашей исследовательской программы, не принимает мысли о том, что эта концепция справедлива за пределами имунной системы. Позицию Арно разделяют сейчас многие другие ученые. Они готовы принять, хотя и неохотно, что передача в зародышевую линию соматической генетической информации имеет место для V-генов, но отвергают ее для генов, ответственных за другие функции, ткани и органы.

В качестве возражения этому взгляду можно привести такой аргумент. В живом мире уникальные процессы и функции редки. Если какой-нибудь феномен обнаружен в одной живой системе, рано или поздно его выявят и в других клетках, тканях или организмах. Например, не так давно (в начале 1970-х годов) считалось, что обратная транскрипция, впервые описанная Говардом Теминым, ограничивается только С-типом РНК-содер-жащих опухолевых вирусов (Темину поначалу тоже пришлось вьвдержать ожесточенную критику). Однако сейчас мы знаем, что РНК->ДНК копирование широко распространено в вирусных и невирусных биологических системах, от бактерий до человека и царства растений. Похожая история произошла и с открытием широко распространенного ферментоподобного РНК-катализа (так называемых рибозимов). О нем ничего не было известно до 1982 г., когда это явление бьмо впервые описано для бактерий и одноклеточных простейших Томасом Ке-чем (Cech) и Сиднеем Альтманом (Altman). Как мы увидим, невирусная, обобщенная обратная транскрипция оказала значительное и всеобщее влияние на создание структуры ДНК-последовательностей геномов высших позвоночных и млекопитающих. Она играет не только ту роль, которую мы приписываем ей в эволюции V-генов.