Белые полосы – характерная черта зебр, а также рыбок-зебр (данио). Их исследованием занималась лауреат Нобелевской премии Кристиана Нюсляйн-Фольхард с целью изучить особенности развития. Эти полосы обусловлены не вирусом или средовыми факторами, а в основном двумя-тремя видами клеток, а в основе этого явления лежат генетические факторы. Мутантную рыбку данио можно использовать для демонстрации вертикальных полос, повернутых на 90°! Даже крапчатость может быть результатом мутаций.
Дарвин предположил, что окрас влияет на сексуальную привлекательность и репродуктивность. Кроме того, цвет выполняет важную социальную функцию: например, жители африканских племен раскрашивают кожу, чтобы показать свою принадлежность к определенному сообществу. Нам, людям, приходится краситься, носить унифицированную одежду, соблюдать дресс-код и делать тому подобные вещи, поскольку у нас нет паттернов (структур), за исключением разве что меланоцитов, отвечающих за темную или светлую кожу, и, вероятно, еще одного типа клеток, определяющих рыжий цвет волос. Все полоски, обусловленные как генетическими, так и эпигенетическими факторами, предусматривают периодическое образование паттернов, имеющих активатор и ингибитор. Знаменитый английский математик Алан Тьюринг, известный своим вкладом во взлом кода Enigma, который во время Второй мировой войны использовали на немецких подводных лодках, а также Джон Мюррей из Принстонского университета в своей статье «Откуда у леопарда пятна» рассматривают вопрос о том, как образуются паттерны. Это меня очень заинтересовало, поскольку существует вирус пестролепестности тюльпанов, вирус кольцевой пятнистости дынного дерева и вирус кольцевой пятнистости картофеля, которые отвечают за полоски, точки, кольцевую пятнистость и крапчатость, при этом в формировании паттернов участвуют даже мелкие вироиды, такие как вироид веретеновидности клубней картофеля. Возможно, мутации, парамутации и вирусные инфекции имеют нечто общее. Мы до сих пор недостаточно хорошо представляем себе молекулярные механизмы, включая сайленсинг.
Трансгенерационный эффект проявляется и у растений. Если при выращивании помидоров и картофеля на их листья положить гусениц, то растения начинают бороться с ними, вырабатывая токсины, и в следующем поколении оба этих растения продолжают вырабатывать токсины в отсутствие опасных гусениц. Даже арабидорсис – растение, имеющее очень небольшой геном, в течение многих поколений помнит, как справляться с избыточным количеством соли в почве или жарой. Это пример быстрой реакции и памяти, сохраняющейся несколько поколений. Может ли быстрая переходная коррекция предшествовать долговременной памяти? Можно ли говорить о памяти, сохраняющейся более трех поколений?
И в конце я хотела бы поговорить о «чудесах», о том, что мы до сих пор не понимаем, но чем все равно интересуемся. Червей C. elegans привлекает капля феромона, которая служит сигналом к спариванию; происходит это в лабораторных условиях в чашке для культивирования. А вот теперь начинается «чудо»: через несколько поколений потомство червей собирается на том же месте, даже когда запах феромона уже исчез. Им не нужны никакие сигналы. Установлено, что такая память сохраняется у червей в течение 50 поколений. Это кажется невероятным. Второй эксперимент подтвердил этот результат. Черви C. elegans любят жить во фруктовых садах, например, в таких как в Орсе под Парижем, где их и изучали. Обычно в садах черви с удовольствием питаются упавшими на землю гнилыми яблоками, в которых содержится некоторое количество алкоголя. «Алкозависимые» черви запоминают места в чашке Петри, куда был налит спирт, и следующие 30 поколений этих животных приползают в эти места, когда алкоголя там уже не осталось.
В данном случае «подозреваемым» является небольшая РНК, которая, вероятно, вызывает изменения хроматина и хранит эту информацию. В связи с таким поведением возникает вопрос: найдут ли внуки бордели, которые за много лет до этого часто посещали их деды? Нет. Человек – очень сложноорганизованное существо. Могут ли черви быть совершенным исключением или их можно использовать как модель для других организмов, для изучения алкогольной зависимости?
Хорошо известно, что у пчел существует четко отлаженная социальная структура, и в настоящее время ее изучают на предмет передаваемой РНК. Только пчеломатка получает маточное молочко. Имеются данные, что маточное молочко содержит ингредиент, определяющий социальное поведение следующих поколений. В настоящее время составляющие маточного молочка препарируются и анализируются в поиске piРНК. В немецких супермаркетах маточное молочко можно купить за €5. Это что, для совершенствования нашего социального поведения? Было бы слишком просто. Но на примере червей и растений достоверно доказано, что существует пища, приводящая к трансгенерационному эффекту или парамутации, но у человека такие изменения носят не столь долгосрочный характер.
Содержащаяся в сперме РНК уже получила название – PIWI-взаимодействующая РНК, или piРНК. Это означает, что РНК может взаимодействовать с белком PIWI, «ножницами», РНКаза Н-подобной молекулой. Что разрезают эти «ножницы»? Транспозоны, «прыгающие» гены, и РНК транспозонов подвергается сайленсингу, разрезается. piРНК немного длиннее siРНК, характерна для зародышевых клеток, отвечает за «приручение» «прыгающих» генов и является «охранником» наших геномов в зародышевых клетках. Это необходимо для обеспечения фертильности. Возможно, это служит профилактикой «катастрофы ошибок», слишком большого количества ошибок. Влияет ли это на обучаемость и память (на клетки головного мозга, нейроны), а также на наследование способности к обучению, соответствующего социального поведения и долголетия? И наконец, связано ли это с сексуальной активностью, спариванием и производством потомства? Полагаю, что да. Возможно, в подобном исследовании захотят поучаствовать молодые ученые. Если да, то нужно обращаться в Кембриджский университет (Великобритания) к Эрику Миска.
piРНК могут находиться где угодно. Возможно, специализация piРНК – спаривание и выживание разных видов организмов.
Это нам звоночек, напоминание о наследовании приобретенных свойств – такую гипотезу выдвинул французский ботаник и зоолог Жан Батист Ламарк (1744–1829). Он опубликовал книгу «Философия зоологии» (1809), в которой высказывает точку зрения, противоречащую позиции Дарвина и тому, что тот пишет в книге «Происхождение видов» (1859), основываясь на адаптации путем селекции. Эти вопросы в настоящее время активно обсуждаются. Возможно, разногласия между этими двумя учеными не столь серьезны, как кажется. Может ли быть так, что приобретенные свойства, то есть парамутации, через несколько поколений генетически фиксируются, становясь настоящей мутацией? РНК может превратиться в ДНК, и с некоторых пор мы это знаем. Этому может способствовать чудесная и вездесущая обратная транскриптаза.
Вероятно, то же самое происходит с piРНК, но возможно, это лишь мой досужий вымысел. Таким образом, круг замыкается, связывая первичные пре- и про-РНК, РНК вироидного типа, рибозимы и кольцевую РНК, а теперь еще и piРНК, находящуюся в сперме, все шпилько-петлеобразные структуры настолько прочно, что, как оказалось, они были способны противодействовать всем опасностям в течение примерно 3,8 млрд лет – с самого начала появления жизни на Земле и по настоящее время. Так мы закольцевали вопросы, рассматриваемые в этой книге.
