Кирилл Жернаков

Высылаю вам развёрнутую версию своего эссе: Продолжая нашу переписку, я бы хотел без лишних вступлений перейти к обсуждению пятой главы – о законах вариации.

Эта глава мне показалась особенно интересной в свете последних исследований, о которых я узнал совсем недавно, но об этом позже. Сначала я предпочту пройтись по основным тезисам главы и кратко обсудить каждый из них с точки зрения современной науки. Не буду слишком вдаваться в подробности, поскольку наверняка вы уже познакомились с ними из писем других студентов, но и просто опустить эти моменты я не могу.

Пойдём по порядку, когда вы говорите о действии изменённых условий, то выделяете два фактора – природа самого организма и природа действующих условий. Из дальнейших рассуждений становится понятно, что речь идёт о том, что в наше время принято называть модификационной и наследственной изменчивостями. Действительно, модификационная изменчивость проявляется практически одинаково у всех особей вида при одинаковых условиях, но не передаётся по наследству. В то время как наследственную изменчивость можно наблюдать лишь в ряду поколений, когда из имеющихся аллелей и новых мутаций отбираются те, что более приспособлены к изменённым условиям, и эта изменчивость передаётся по наследству.

Нельзя не обратить внимание на упоминание вами упражнения и неупражнения органов. Конечно я понимаю, что здесь речь идёт не о ламарковском упражнении, а о подхвате тех или иных признаков естественным отбором. Ведь если нет условий для упражнения, то орган, по сути, не влияет на выживание, а значит и отбор не может его контролировать, а дальше, само собой, начинается накопление мутаций и редукция органа. Я бы не стал так акцентировать внимание на этом моменте, если бы он не был ближе всего к тому, что я хочу обсудить с вами в конце этого письма.

Прошу прощения, что так интригую. Хочу вас обрадовать, природа коррелятивных изменений в наше время по большей части стала известна благодаря развитию эмбриологии. Большинство таких изменений начинаются на ранних этапах эмбрионального развития и, зная его закономерности, причины корреляции становятся очевидными.

Приведу пример, чтобы не быть голословным, на ранней стадии онтогенеза у всех позвоночных присутствует структура под названием нервный гребень, клетки из неё расселяются почти по всему организму и участвуют в формировании множества важных органов. Неудивительно, что мутации, влияющие на эти клетки, проявляются в виде множественных, казалось бы, не связанных изменений по всему организму. В частности именно этим фактом объясняется так интересовавшая вас корреляция между альбинизмом, голубым цветом глаз и глухотой у кошек.

Насчёт многократно повторяющихся частей могу сказать, что и здесь генетика и молекулярная биология многому нашли объяснения. Многократно повторённые части образуются вследствие определённых генетических алгоритмов, многократно повторяющихся, что объясняет лёгкое изменение числа таких частей. Напротив, части повторённые небольшое количество раз, скорее всего, возникли в результате дупликаций генов, в этом случае можно наблюдать независимые изменения отдельных частей.

Приведу в пример одно из недавних исследований мутации Danforth's short tail, которая вызывает укорочение хвоста у мышей вследствие уменьшения размера и количества хвостовых позвонков. Это аутосомная полудоминантная мутация. Как выяснилось, она представляет собой дупликацию микросаттелитной последовательности в регуляторной области гена Ptf1a. У здоровых мышей в этой области имеется 15 TATC повторов, а у мутантных 16. Это вызывает гиперэкспрессию гена Ptf1a, в 9 раз у гомозигот по мутации и примерно в 5 раз у гетерозигот, отсюда становится понятно, почему мутация полудоминантная. Ген Ptf1a кодирует транскрипционный фактор – связывающийся с ДНК белок. Этот ген активен на ранних этапах эмбрионального развития в клетках хвостовой мезодермы. Его белковый продукт работает с двумя другими белками в комплексе под названием PTF1 и регулирует пролиферацию клеток хвостовой мезодермы. При избыточной экспрессии пролиферация клеток подавляется и вследствие этого в дальнейшем образуется меньшее количество хвостовых позвонков меньшего размера.

Заканчивая разговор о пятой главе, хочу выразить восхищение вашими аналитическими способностями. Предположением о сохранении предковых признаков в скрытом виде вы опередили своё время на десятки лет. Даже сейчас современной науке практически нечего добавить по этому вопросу, кроме конкретных молекулярно-генетических данных, которые открывают дополнительные подробности, но не меняют суть.

А теперь я хотел бы рассказать вам о том исследовании, что меня так заинтересовало. Речь пойдёт об эпигенетике, но сразу оговорюсь, что современная эпигенетика не имеет ничего общего с идеями Ламарка, более того, она не пытается объяснить эволюцию и встать на место современной эволюционной теории. Эта наука лишь описывает некоторые специфические механизмы изменчивости, которые подтверждаются фактами.

Суть в следующем – было обнаружено, что внуки людей, переживших сильный голод реже подвергаются сердечно-сосудистым заболеваниям, но чаще болеют диабетом. Почему же именно внуки, но не дети, спросите вы? Как выяснилось, причина этого явления очень проста. Дело в том, что у взрослой женщины яйцеклетки уже сформированы и не подвержены эпигенетическим влияниям, поэтому у детей этой женщины не обнаружится никаких изменений. Но в период беременности формируются яйцеклетки дочерей, те яйцеклетки – что станут внуками, и вот именно они подвержены эпигенетическим влияниям.

Точные молекулярные механизмы конкретно этого явления ещё не изучены, но есть информация об эпигенетических механизмах у животных. Например, были исследованы особенности наследования фенотипа Axin Fu – изломанного хвоста у мышей. Этот фенотип определяется одноимённой мутацией в локусе Axin, которая может проявляться или не проявляться у потомства. Причём наблюдаемые результаты проявления и не проявления не удавалось объяснить ни генетическими механизмами, ни условиями, в которых развивался организм (как в случае обычной пенетрантности), но удалось объяснить эпигенетическими механизмами.

Непосредственно перед локусом Axin расположена вставка ретровируса с длинным концевым повтором (ДКП) на 3'-конце, гиперметилирование этого повтора приводит к инактивации промотора мутантного гена Axin, что выражается в пониженной его экспрессии и нормальном фенотипе. Причём было обнаружено, что состояние метилирования ДКП в половых клетках самцов мышей совпадает с таковым в соматических, и, как следствие, передаётся от отцов к детям, что совпадает с наблюдаемой наследственностью.

Эпигенетическая модификация генома половых клеток может объясняться воздействием гормонов, что подтверждается другим исследованием, где беременным мышам вводили дексаметазон и это приводило к уменьшению веса и некоторым изменениям в метаболизме не только в первом, но и во втором поколении. Однако точные механизмы этого явления также пока что не изучены.

В заключение добавлю, что эпигенетические изменения длятся в течение нескольких поколений и постепенно угасают, поэтому вклада в эволюцию не вносят. Можно сказать, что это просто более мощная модификационная изменчивость, чем обычно, однако ей стоит уделить внимание. С нетерпением жду ответа.