Я — не моя ДНК. Генетика предполагает, эпигенетика располагает

Немного истории

Напомним, что первые более серьезные теории о механизмах эволюции берут начало в XIX веке. Именно Ламарк и Дарвин предложили две теории, которые дожили до наших дней, хотя ламаркизм, по крайней мере его наиболее радикальная версия, имел меньшее влияние. Начнем с Дарвина, не зря же из этих трех ученых именно его имя наиболее известно для среднестатистического человека.

Естественный отбор — механизм, согласно которому особи, более адаптированные к определенной окружающей среде, будут иметь преимущество в выживании и передаче генов по наследству. Этот процесс происходит не только на уровне высших организмов, но и на уровне клеток.

Чарлз Дарвин родился в обеспеченной английской семье. Его отец был известным на всю округу врачом, а дед по отцовской линии, Эразм Дарвин, тоже был выдающимся медиком и знаменитым натуралистом, который сформулировал несколько теорий о наследовании приобретенных признаков, которые по иронии судьбы были опровергнуты его собственным внуком.

Уже в детстве Дарвин интересовался естественной историей и коллекционировал минералы и раковины, он хорошо учился и, следуя семейной традиции, начал изучать медицину в Эдинбургском университете. Однако он был настоящим ипохондриком и, даже будучи старательным студентом, не смог выдержать натуралистичности занятий по анатомии и с ужасом обнаружил, что хирургические операции вызывают у него непреодолимые приступы отвращения. По истечении двух лет он бросил учебу и, не без отцовской помощи, поступил в Кембридж, чтобы впоследствии стать священником. Там он посещал занятия Джона Генслоу, ботаника и энтомолога, который восхищал его своими знаниями. Их дружба изменила жизнь Дарвина навсегда, так как по окончании учебы Генслоу порекомендовал ему участвовать в качестве натуралиста в морской кругосветной экспедиции на борту «Бигля». Это позволило ему за пять лет исследовать берега Южной Америки, Галапагосские острова, Таити, Океанию, Маврикий и Южную Африку. Благодаря этой поездке он стал экспертом-геологом, натуралистом и, конечно, великим коллекционером, который собрал тысячи экземпляров разных видов. Их каталогизация заняла немало времени, но именно этот долгий процесс помог ему сделать предположение, а затем сформулировать свою эволюционную теорию, изложенную в книге «Происхождение видов», опубликованной в 1859 году. С первого дня продажи книги она вызвала большой ажиотаж и стала бестселлером в Англии. В ней Дарвин выдвигает новую теорию о том, что виды эволюционируют из поколения в поколение благодаря процессу, известному как «естественный отбор». Дарвин утверждал, что особи, менее адаптированные к окружающей среде, имеют меньше шансов выжить, а наиболее приспособленные выживают, размножаются и передают по наследству свои признаки. Это, в конечном счете, приводит к медленному процессу естественного отбора, который способствует изменениям, необходимым для адаптации к окружающей среде, а также к тому, что эти изменения накапливаются и со временем приводят к появлению новых видов.

Вокруг новой теории разгорелись яростные споры. Дарвин умышленно писал свою книгу простым языком, чтобы не только ученые мужи, а любой желающий смог ее понять. При этом автор утверждал, что человек, как и другие виды, происходит от одного далекого общего предка, что простому англичанину казалось невероятной ересью. Главенствующая в то время теория гласила, что человек доминирует среди прочих видов и не имеет — не может иметь — не только по теологическим, но и по политическим причинам ничего общего с ними.

В настоящее время Дарвин считается (помимо звания автора первого в мире научного бестселлера, написанного простым языком) одним из предшественников теории эволюционной биологии. Мы говорим «один из» потому, что хотя сегодня его концепция адаптации в процессе естественного отбора действительно является одним из столпов современных эволюционных теорий, он не был первым, кто сформулировал теорию, связанную с эволюцией видов. И это обязывает нас поговорить о Ламарке и Менделе.

Грегор Мендель был австрийским монахом, который благодаря экспериментам по скрещиванию разновидностей гороха в 1865 году сформулировал законы, в которых первым раскрыл основы генетического наследования; теперь они известны как законы Менделя. Однако когда он представил свои эксперименты в Обществе естественной истории в Брюнне (организация с давней традицией, прославившая этот город, ныне Брно, в котором находился Августинский монастырь, аббатом которого и был Мендель), назвав их «Опытами над растительными гибридами», его труды не были оценены современниками. И прошло еще тридцать лет, пока они были поняты и признаны.

Для своих экспериментов Мендель выбрал горох — дешевое растение, доступное на любом рынке, занимающее мало места, созревающее за короткое время и, что самое важное, представляющее большое количество вариантов цвета, размера и формы. То, что он сделал, было не так просто, хотя и не так сложно: сначала он наблюдал (и в этом он похож на Дарвина) и заметил, что существует семь признаков растения, которые никогда между собой не перемешиваются. Мендель — и это важно — был сыном садовника и тоже увлекался садоводством. Своими опытами он доказал, что горох может демонстрировать среди самых очевидных признаков белые или фиолетовые цветки, желтые или зеленые плоды, гладкие или морщинистые семена и высокие или низкие стебли. Однако ни разу не было такого, чтобы одно растение имело бы комбинацию из всех этих противоположных признаков одновременно, и это показалось Менделю таким любопытным, что он начал проводить опыты по скрещиванию растений с противоположными признаками, то есть горох с белыми цветками с горохом с пурпурными цветками или горох с коротким стеблем с горохом с длинным стеблем, горох с гладкими семенами с горохом с морщинистыми семенами и т. д.

И что же потом?

Растения — «дети» этих сочетаний не показали смешения генетических признаков, у них преобладал один признак, который Мендель назвал «доминантным», как например, длинный стебель или зеленый цвет плода… Однако когда он продолжил скрещивание, оказалось, что в четвертом поколении рецессивные признаки появлялись у потомков в малом количестве снова, то есть снова появился горох с желтым плодом или коротким стеблем.

Это позволило Менделю (который также был великолепным математиком и успешно применил статистику к анализу результатов скрещиваний и их последствий) понять, что признаки, которые не были доминантными, никуда не исчезли, но и не проявились. И благодаря этому после тысяч скрещиваний (согласно подсчетам, он посадил примерно тридцать тысяч растений гороха в течение 7 лет) Мендель смог сформулировать свои теории о наследственной передаче признаков через половые клетки. Сейчас, когда прошло уже более ста пятидесяти лет, ученые смогли доказать, что его законы наследования не всегда соблюдаются, но совершенно точно, что именно он, несмотря на использование терминологии, отличной от той, что используется сейчас, заслужил звание основателя генетики.

Жан Батист Ламарк, возможно, самый оспариваемый из трех ученых, о которых мы сейчас говорим, автор первой в истории книги на тему эволюции — «Философия эволюции». Можно сказать, именно он ввел спорную и в то время очень обсуждаемую концепцию «наследования приобретенных признаков». Согласно Ламарку, это наследство (то есть совокупность признаков, приобретенных родителями в течение их жизни) может быть передано следующему поколению и далее по генеалогическому древу.

На сегодняшний день эта теория (известная как ламаркизм, или трансформизм) не принята, хотя некоторые эпигенетические модификации являются здесь любопытным исключением. Позднее, в течение XX века, благодаря научному прогрессу, новым технологиям, лучшему качеству и большей точности инструментов ученые смогли более основательно проработать эти теории и результаты научных исследований, полученные в позапрошлом веке, так что ламаркизм уступил позиции (и достоверность) теории естественного отбора Дарвина.