Точку в дискуссии о дихотомическом делении поведения млекопитающих поставила довольно молодая наука — эпигенетика (Эпигенетика, 2010; Эпигенетика, 2012; Несса К., 2012; Шпорк П., 2018) и еще более молодой раздел этой науки — эпигенетика поведения или поведенческая эпигенетика (Behavioral Epigenetics) (Brain, Behavior and Epigenetics., 2011; Moore D. S., 2015).
Эпигенетика — это наука, изучающая изменения экспрессии генов и, соответственно, фенотипа, вызванных механизмами, не затрагивающими последовательности ДНК. Считается, что эпигенетические факторы воздействуют вдобавок или помимо традиционных генетических факторов наследственности. По мнению D. S. Moore (2015), «когда ученые говорят об эпигенетике, они имеют в виду механизмы воздействия всех ненаследственных факторов, влияющих на развитие организма, включая такие факторы как гормоны или социальный контекст, в котором осуществляют свою жизнедеятельность животные».
Как известно, экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация, заключенная в гене (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. И некоторые этапы экспрессии генов могут регулироваться: это транскрипция, трансляция, сплайсинг РНК и стадия посттрансляционных модификаций белков.
Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль над временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме.
Таким образом, согласно эпигенетической концепции экспрессия тех или иных генов в ходе онтогенеза, может изменяться под влиянием внешних факторов: от внутриклеточных факторов до факторов внешней по отношению к субъекту среды.
Поведенческая эпигенетика — это область исследований, изучающая роль эпигенетики в формировании поведения животных (в том числе человека). Это экспериментальная наука, которая стремится объяснить, как окружающая среда (опыт, воспитание) участвует в формировании фенотипа.
В отличие от биологической наследственности, которая жестко записана в генотипе, под опытом подразумевается практически все, что происходит в течение жизни субъекта (например, социальный опыт, диета и питание, а также воздействие токсинов и т. п.). Поведенческая эпигенетика пытается понять, как экспрессия генов зависит от опыта и окружающей среды и как это влияет на появление индивидуальных различий в поведение.
Согласно современным представлениям, развитие вызывает эпигенетические процессы, а это означает, что все поведение является продуктом непрерывного и динамичного взаимодействия развивающегося организма, его генотипа и среды обитания. Среда обитания так же важна для развития организма и его видотипичное поведения, как и для формирования любых других паттернов поведения. Критически важным в представлении о видотипичном поведении является то, что оно развивается лишь в процессе активного взаимодействия индивидов со своим окружением. Более того, по мнению Е. Ю. Федорович (2011), поведение высших животных формируется на всех стадиях онтогенеза в ходе активных взаимодействий развивающихся детёнышей с окружающим их миром.
Развитие не является прямым следствием развертывания генетической программы. Эпигенез представляет развитие как системный динамический процесс, в котором гены могут играть роль своеобразных триггеров (своего рода спусковых крючков) в процессах дифференцировки клеток, направляющих развитие клеток по тому или иному пути, но при этом существует множество негенетических факторов (клеточное окружение, поступление различных сигналов от других клеточных систем и из внешней среды, различные случайности развития и т. д.), которые модифицируют развитие. Таким образом, эпигенетику можно определить, и как процесс взаимодействия генотипа организма со средой при формировании фенотипа.
Как известно, процессы, происходящие при считывании генетической информации с ДНК и при последующем синтезе белка, являются многоступенчатыми, и на каждой ступени возможна регуляция. (Рис. 2) В данном случае регуляция определяет, будет ли ген экспрессирован, когда, где и в какой степени, какой белок будет синтезирован на основе данного гена, как он будет модифицирован и где будет локализован. Регуляция может происходить на любой ступени экспрессии гена.
Рисунок 2. Процессы, лежащие в основе формирования фенотипа. (по О. Н. Тиходееву, 2015). Под ДНК подразумевается исходная совокупность дезоксирибонуклеиновых молекул, характерная для одноклеточной структуры: зиготы, неоплодотворенной яйцеклетки, споры и т. п., с которой начинается развитие данного организма. В онтогенезе возможны случайные или закономерные изменения первичной структуры или количества ДНК. 1 — регуляция экспрессии генов путем изменения первичной структуры или количества ДНК; 2 — регуляция синтеза и созревания генных продуктов; 3 — регуляция функционирования зрелых генных продуктов за счет их транспорта, фолдинга, активации, деградации и т. п.; 4 — авторегуляция зрелых генных продуктов при участии их непосредственной функции. Серый цвет — эпигенетические процессы. Они могут быть обусловлены детерминирующими воздействиями внешней среды, закономерностями онтогенеза или молекулярной стохастикой.
Эпигенетическая регуляция экспрессии генов включает в себя модификации, без изменения последовательности ДНК. Эпигенетические факторы могут влиять на рост нейронов в развивающемся мозге, а также изменять активность нейронов во взрослом мозге. Вместе эти эпигенетические изменения в структуре и функции нейронов могут оказывать заметное влияние на поведение организма.
К настоящему времени к эпигенетическим механизмам регуляции относят метилирование цитозиновых оснований ДНК, модификацию гистонов, ремоделирование хроматина, транскрипционная и трансляционная репрессия генов малыми РНК.
Метилирование ДНК может не только снижать активность генов, но и в некоторых случаях способно приводить к «замалчиванию» генов.
Некоторые из эпигенетических процессов связаны с друг другом и даже взаимозависимы — это помогает надёжно осуществлять эпигенетический контроль за избирательным функционированием генов, например, в процессе развития организма.
Факторами, запускающими эпигенетические механизмы, могут быть материнское поведение, психологические и физиологические стрессы, токсические вещества и т. п.
Таким образом, экспрессия генов охватывает любые процессы, обеспечивающие синтез функциональных генных продуктов. Как уже было отмечено выше, к процессам такого рода относят транскрипцию, созревание различных типов РНК, трансляцию и, наконец, созревание белков. Но даже наличие зрелого генного продукта не гарантирует его адекватного функционирования. Судьба продукта зависит от многих нюансов: необходимо доставить его к месту назначения, придать ему нужную конформацию, вовремя активировать, вовремя разрушить и т. п. Регуляция каждого из этих молекулярных процессов (например, под действием факторов внешней среды) тоже заметно влияет на фенотип, не затрагивая первичную структуру и количество ДНК, т. е. тоже относится к эпигенетическим явлениям (О. Н.Тиходеев, 2015).
