Одно исследование показало, что люди, чьи бабушки или дедушки пережили голод в подростковом поколении, в среднем умирали раньше, если были того же пола, что и голодавший предок. Считается, что подобный опыт (голод) изменяет эпигеном, и этот эффект неизменно передается двум последующим поколениям, что ставит под угрозу здоровье внуков. Исследования такого рода являются статистическими и ретроспективными, поэтому трудно понять, что происходит на молекулярном уровне. Кроме того, невозможно исключить вероятность того, что такие эффекты передаются через культуру, а не эпигенетику. Сейчас активно проводится широкомасштабное картирование эпигеномов человека, отражающее его опыт и имеющиеся заболевания. Это может помочь нам в решении данной проблемы. Но даже тогда нельзя будет исключать возможность того, что за передачу признаков отвечает культура и модель поведения в семье, а не эпигенетика.
Эволюция через эпигенетику?
А вдруг окажется, что особи могут приобретать какие-то черты при взаимодействии с окружающей средой, а затем передавать их своим потомкам? Следует ли нам тогда переосмыслить геноцентричный взгляд на эволюцию и саму идею о том, что ген является основной единицей наследований? Все большее число биологов уверены, что пересмотр основ неизбежен (подробнее см. главу 11). Но не все ученые разделяют это мнение.
«В некоторых кругах возможность того, что признаки, приобретенные при жизни особи, могут эпигенетически запоминаться и передаваться следующему поколению, привела к возрождению веры в давно дискредитированную эволюционную теорию ламаркизма, – рассказывает генетик Эдриан Берд из Эдинбургского университета. – Общее мнение, подкрепленное огромным количеством фактов, все еще сводится к тому, что эволюция происходит посредством естественного отбора случайно возникающих генетических вариантов. Большая часть имеющихся данных ненадежна. Однако это не остановило распространение идеи о том, что среда "общается" с эпигеномом и способна обеспечить передачу благоприятных или, чаще, неблагоприятных признаков без мутаций. Но все-таки эпигенетические механизмы могут играть второстепенную роль в эволюции».
А что об этом думает Ричард Докинз, автор книги «Эгоистичный ген»?
«"Трансгенерационные" эффекты сейчас мало кого интересуют, но они не ставят под сомнение теорию эгоистичного гена», – говорит он. И все же Докинз предлагает заменить слово «ген» на понятие «репликатор». Этому эгоистичному репликатору, действующему как единица отбора, не обязательно быть геном, однако он должен четко реплицироваться, игнорируя случайные мутации. А уж получится ли сделать так, что в конечном итоге эпигенетические метки будут считаться «эгоистичными репликаторами», целиком и полностью зависит от того, действительно ли они являются репликаторами с высокой достоверностью воспроизведения, способными «работать» вечно. Это важно, потому как в противном случае сотрутся все интересные различия между теми, кто успешен в естественном отборе, и теми, кто нет. «Если в течение нескольких первых поколений все эффекты пропадают, то нельзя говорить о том, что они действительно отобраны», – подводит итог Докинз.
Предсказуема ли эволюция?
Биологи-эволюционисты уже давно обсуждают, что случится, если отмотать назад и заново воспроизвести ленту жизни: получатся ли те же результаты или же итог будет зависеть от случайных событий, которые могли бы повести ход эволюции совершенно другим путем?
Две противоположные точки зрения предлагают совершенно разные взгляды на историю развития жизни на Земле. При этом Саймон Конвей Моррис и другие выдающиеся биологи считают, то неизбежным продуктом эволюции должно было стать развитие разумных человекоподобных существ.
Другие ученые, как, например, палеонтолог Стивен Джей Гулд, который популяризировал метафору ленты жизни, утверждают, что будь у нас возможность повернуть время вспять, история жизни не повторилась бы. Мир был бы совершенно другим, и люди в нем, скорее всего, отсутствовали бы.
Многочисленные исследования проверяли воспроизводимость эволюции на генетическом уровне. В одном исследовании международная команда прибегла к естественному эксперименту. В какой-то момент эволюции три разные группы земноводных млекопитающих заселили океан, образовав ныне известных нам китов, моржей и ламантинов. Сравнение генетических изменений в трех линиях, по мнению ученых, должно было показать, каким путем шла эволюция: одинаковым или совершенно разным.
Они секвенировали геномы ламантинов, касаток и афалин. Сравнительный анализ показал, что в каждой линии многие гены изменялись независимо. Это указывало на то, что случайность действительно играла важную роль в эволюции.
Но в 15 генах естественный отбор вызвал одинаковые изменения во всех трех линиях. Получается, что некоторые специфические проблемы морского образа жизни эволюция решала примерно одинаково. То есть многократная перемотка ленты действительно дала бы один и тот же результат. Это воспроизведение ленты с высоким разрешением, которое показывает нам «судьбу» отдельных линий, а не конечный результат общего развития биоразнообразия, который виделся Гулду.
Однако такой результат может указать не столько на прогнозируемую изобретательность эволюции, сколько на нехватку жизнеспособных вариантов. При проведении схожего анализа геномов собак, слонов и коров – родственных млекопитающих, оставшихся жить на суше, – отмечалась та же степень конвергенции в мутациях, даже несмотря на существенные отличия в образе жизни животных.
Отсутствие вариантов
Это говорит о том, что подавляющее большинство мутаций – смертельны. Поэтому эволюция снова и снова находит одни и те же жизнеспособные варианты. Возможно, существует не так уж много вариантов, которые могли бы изменяться и продолжать функционировать.
В другом исследовании предсказуемости эволюции изучались популяции бактерии Pseudomonas fluorescens, которые выращивались в пробирке и под влиянием мутаций и отбора быстро разделялись на различные типы, или морфы. Было установлено, что если эти мини-миры заселялись крупными популяциями (от 1 миллиарда клеток на миллилитр) генетически идентичных микробов, то эволюционные изменения в каждом «воспроизведении» демонстрировали чрезвычайно схожие закономерности. Всего через неделю P. fluorescens эволюционировала в две новые морфы с «морщинистыми» и «размытыми» распространителями. Но этого не происходило при ограничении частоты мутации с уменьшение ее значения более чем на два порядка. Эволюция повторяется лишь в том случае, когда определенные фенотипические новшества имеют высокую вероятность возникновения и хорошо поддерживаются отбором.
Бактериальные колонии, которые начинаются как идентичные клоны, развиваются по разным путям и достигают общей конечной точки. Но как эволюционируют изначально разные колонии? С этой целью проводилось другое исследование стартовых культур P. fluorescens с удаленными генами, кодирующими важнейшие компоненты распространителей морщинистости, а затем позволяющими этим «дефектным» колониям эволюционировать. Постепенно во всех примерах возникали распространители морщинистости, которые образовывались путем поглощения альтернативных генетических систем и структурных компонентов, необходимых для осуществления изменений. Так что при равных условиях отбора разные линии могут находить схожие решения одинаковых проблем.
