Знание-сила, 2002 № 08 (902)

Устойчивость двойной спирали ДНК в составе хромосомы оказалась вовсе не подобна устойчивости атома. Стабильность ДНК постоянно регулируется целой системой ферментов, за которые отвечают особые гены «домашнего хозяйства» и гены метаболизма ДНК. Продукты этих генов образуют белковые комплексы, которые зорко следят за устойчивостью каждого звена ДНК и непрерывно исправляют повреждения в них. Они же обеспечивают относительную надежность и точность воспроизведения молекул ДНК. Степень активности этих комплексов весьма чувствительна к физиологическому состоянию клетки. Устойчивость ДНК и темп ее мутаций могут в случае клеточного стресса (голодание, действие агентов, останавливающих деление) меняться в десятки раз. При этом активируются открытые американской исследовательницей Мак'Клинток семейства мобильных элементов, и клетка переходит в режим поиска, удачно названный «природная генетическая инженерия».

Геном содержит парный набор хромосом, и гены-гомологи, вопреки одному из основных менделевских постулатов, способны вести диалог, изменяясь сами или наследственно меняя партнера. Хромосомы и их элементы способны хранить память о том, побывали они в составе женского или мужского организма. Отдельные сегменты способны увеличиваться в числе, покидать лоно хромосомы, функционировать и воспроизводиться самостоятельно. Регуляция состояний генетических блоков, передаваемая в ряду поколений, образует мало исследованную сферу динамической или надгенной (эпигенетической) наследственности. Во многих случаях нельзя сказать, связан определенный наследственный признак (фенотип) с изменениями в тексте ДНК или с изменениями состояния данного участка хромосомы. Эти и другие открытия в молекулярной генетике привели к ревизии многих положений классической генетики. И, говоря юридически, «дело», стоящее в заголовке, принято к пересмотру по вновь открывшимся обстоятельствам.

Мобильность генома: единство целого при свободе частей.

Геном эунариот не является закрытой системой. Носители чужеродных ДНИ и РНК способны проникать в цитоплазму (а), затем происходит либо их исключение из состава генома, либо адаптация (6), когда они стабильно сосуществуют в цитоплазме генома-хозяина, переходя в разряд факультативных элементов. Геном эукариот устроен по принципу «единство целого при свободе частей». Р.В. Хесин впервые пришел к выводу, что благодаря мобильным элементам генофонды всех организмов потенциально объединены в один общий генофонд всего живого мира.

Наследственная система – лишь часть организации клетки. В ней за последние два-три десятилетия открыта непредвиденная сфера сложности и координации, совместимая с компьютерной технологией и целеполаганием. Клетка непрерывно собирает и анализирует информацию о своем внутреннем состоянии и внешней среде, принимая решения о росте, движении, дифференцировке.

Клетки способны ответить на вызов среды активным генетическим поиском, а не пассивно ждать случайного возникновения мутации, которая будет угодна «всемогущему» отбору. Клеточный поиск может включать и создание новых текстов, и перемены в количественном составе и расположении генетических элементов, и запуск программ, координирующих одномоментно работу десятков генов, и создание новых устойчивых систем генной регуляции. Рассмотрим примеры.

Скажем, устойчивость клеток (организмов) к яду в некоторых случаях может повышаться в сотни раз, чего нельзя достигнуть никакой мутацией. Оказалось, что сегменты хромосом с геном устойчивости способны отрываться от своего лона, увеличиваться в числе (амплификация), воспроизводиться в цитоплазме в большом количестве, принимая разные внешние воплощения, вплоть до так называемых мини-хромосом. Чем больше доза яда, тем больше возникает защитных копий. В модельных опытах по химическому блокированию деления одноклеточного паразита лейшмании устойчивость этого простейшего организма к яду могла возрастать в 1000 раз! При этом доля размноженных сегментов с геном устойчивости достигала 10 процентов генома! Когда действие яда прекращалось, пропорционально уменьшалось число свободных копий. Но некоторая часть их оставалась в цитоплазме и после полного исчезновения яда. Это своего рода материализованная память о бывшем испытании. Когда возобновляли действие яда, оставшиеся защитные копии гена быстро преумножались (амплифицировались) по уже накатанному сценарию.

Позвольте, да это ж явная модель известной жирафы Ламарка!

По дарвиновской теории эволюции приспособительные преобразования создаются шаг за шагом путем отбора тех, у которых случайно возникли «нужные» наследственные изменения. Но это оказалось упрощением, совершенно неверным представлением о степени сложности клетки и ее способности к целесообразному поведен ию.

Цена дарвиновской селективной эволюции и время (число поколений), нужные для перебора случайных признаков, постоянно вызывали сомнение у биологов. С другой стороны, эволюционный сценарий Ламарка избавляет or унизительной необходимости верить, что «все живое лишь помарка за короткий вымороченный день». Вот почему Осип Мандельштам, который под влиянием своего друга эволюциониста Б.С. Кузина прочитал труды многих великих натуралистов, в своем поэтическом шедевре назвал Ламарка фехтовальщиком за честь природы. Выморочный день и помарка – это поэтические метафоры естественного отбора и борьбы за существование, в жертву которым должны приноситься живые организмы за каждый щаг эволюции.

В 1994 году к 250-му юбилею Ламарка (1744-1829) профессор Петербургского университета известный зоолог-эволюционист Лев Николаевич Серавин опубликовал вдохновенную статью, названную «Похвальное слово Ламарку». Он напомнил, что роль Ламарка в биологии колоссальна. Здесь и открытия в систематике животных, которые впервые были подразделены на две резко различные линии – позвоночные и беспозвоночные, и принцип биологического прогресса, свойственное живой природе повышение уровня организации («лестница существ Ламарка»), и первая, выдвинутая за 50 лет до Дарвина, теория эволюции путем трансформации видов, и, наконец, изобретение самого термина «биология». Но случилось так, что возобладала свойственная людям психологическая особенность упрощать явления подобно детям, дающим друг другу клички, выпячивая какую-либо одну внешнюю и порой маловажную особенность. Так и в случае с Ламарком – его вспоминают больше всего в связи с термином «ламаркизм», понимая под этим феномен наследования результатов упражнений или модификаций фенотипа, вызванных средой.