Эпигенетика - эпическая проблема для эволюции

Развивающаяся дисциплина бросает вызов ‘святым коровам’ неодарвинизма

Марк Амблер

Изогенные мыши агути одинакового возраста и пола. Окраска и размеры зависят от эпигенетического статуса специфической аллели.

Зимой 1944 г. войска союзников наступали на Германию. В оккупированной нацистами территории Голландии шоферы бастовали, чтобы препятствовать немецкой военной силе. В отместку немцы начали блокаду Западной части Нидерландов, что, вместе с суровой зимой, привело к сильному голоду. Население вынуждено было потреблять всего лишь третью часть от необходимой суточной дозы калорий, в результате чего в период с ноября 1944 г. по май 1945 г. умерло примерно 20 000 человек. Люди были вынуждены питаться травой и луковицами тюльпанов. Для того чтобы согреться и не умереть от холода, они жгли мебель. Этот период известен как голландская «Голодная зима». Известная актриса Одри Хепбёрн1 была в то время подростком. Она и её семья жили в Голландии. Слабое здоровье, которым она страдала на протяжении всей своей жизни, скорее всего, было результатом голода и испытаний в то трудное время.

Можно легко представить, как острая нехватка питания могла повлиять на здоровье людей. А как насчет жизни детей, которые во время голода находились еще в материнской утробе. Как насчет последующих поколений? Благодаря реестру и медицинским записям, ученые смогли использовать этот период истории как «живую лабораторию». Они оценили массу тела при рождении и проблемы со здоровьем людей в течение многих десятилетий после окончания Второй мировой войны. Результаты были поразительными.

Оказалось, что дети, мамы которых были тогда в начале беременности, имели нормальный вес при рождении, но в более зрелом возрасте чаще страдали от ожирения. Малыши, которые подвергались голоду в последние месяцы беременности, рождались с весом меньше среднего и на протяжении всей жизни не были склонны к ожирению. Т.е. на фоне всей популяции шансы страдать ожирением были у них очень малы.2 Еще более поразительным было то, что эти же характеристики передавались следующим поколениям, внукам женщин, голодавших в течение тех ужасных шести месяцев. И всё это было, несмотря на то, что после снятия блокады эти женщины, а потом и их потомки, вернулись к нормальному питанию.

Эти и другие отклонения от средней нормы предполагали, что изменения были не только результатом плохого питания во время развития этих детей, но и изменения ‘окружающей среды’, т.е. голод привел к изменению экспрессии их генетической информации. Другими словами, внешние изменения привели к длительным наследственным последствиям.

Вряд ли изменения в окружающей среде могли изменить последовательности в коде ДНК, ведь они являются результатом комбинации кодов, полученных от матери и отца. Изменения внешних условий могли изменить только способ экспрессии генов. Т.е. в то время как последовательность ДНК оставалась прежней, внешние раздражители включали или выключали некоторые гены. Ученые определили, что важную роль в этом играет инсулиноподобный фактор роста II (белок, кодируемый геном IGF2).3

Эпигенетика: новая дисциплина

Так появилась новая дисциплина, эпигенетика (т.е. исследование того, что находится вне генетики). Один из исследователей этого захватывающего механизма, д-р Бастиан Хейманс, говорит: «Эпигенетика может быть механизмом, который позволяет индивидууму быстро адаптироваться к изменившимся обстоятельствам ... Возможно, что метаболизм детей Голодной зимы был установлен на более экономном уровне, обусловленном эпигенетическими изменениями».4 Нейробиолог Одед Речави из Тель-Авивского университета отметил, что «дети жертв голода в Голландии имели различные последствия на их наследственность, ставшие своего рода компенсацией за голод родителей».5

Число исследований, указывающих на изменения в доступе к генетической информации в ДНК (генотип), которые вызываются внешними раздражителями и приводят к изменениям в организме (фенотип), растёт. Эксперименты проводились на червях: «Раньше никто не мог показать, что для того чтобы вызвать наследственность, которая не зависит от ДНК, достаточно изменить условия обитания червей... Поскольку ограничение калорий явно продлевает жизнь, правнуки наших голодающих червей жили в 1,5 раза дольше, чем обычные черви, несмотря на то, что они ели не меньше, чем другие черви».6

В другом случае глушитель РНК, вызванный у червей в ответ на введенный вирус, продолжал экспрессироваться на протяжении более 100 поколений.7

Исследования костей зубров, найденных в вечной мерзлоте в канадском золотом прииске, показали, что именно эпигенетические изменения в популяции бизона позволили им быстро адаптироваться к изменениям климата. Эти изменения слишком быстрые чтобы их могли объяснить традиционные модели дарвиновского естественного отбора. «Эти кости играют важную роль в исследованиях, проводимых учёными из университета Аделаиды, которые анализируют генетические изменения, включающие и выключающие гены, не меняя саму последовательность ДНК. Эти «эпигенетические» изменения могут происходить быстро между поколениями, не требуя времени на стандартные эволюционные процессы».8

Ученые, проводящие эксперименты на мышах агути, показали, что, регулируя питание, они могут выключить определенный ген. Когда ген активен (т.е. «включен») мыши, как правило, тучные и имеют рыжеватую окраску. Выключение гена делает мышей более худыми и придает им коричневатый цвет. Введение до спаривания в рацион мыши различных питательных веществ, включая витамин B12, выключает ген у её потомства.9

Эволюционисты, придерживающиеся синтетической теории эволюции (неодарвинизм, в основе которого лежит идея о том, что разнообразие жизни на земле объясняется мутациями и естественным отбором), как правило, противостоят выводам эпигенетических исследований. По их мнению, эволюция – это медленный процесс случайных мутаций в геноме, иногда дающий фенотипу небольшие преимущества. Этот процесс поддерживается естественным отбором, и по законам наследования Менделя передается будущим поколениям. Ген рассматривается как главный элемент управления внешней экспрессии в клетке и во всём организме – идея, получившая популярность после публикации книги Докинза «Эгоистичный ген». Мысль о том, что взаимодействие внешней формы организма с окружающей средой передает информацию обратно в геном, или просто влияет на то, как «действует» геном, является для них настоящим кошмаром.

Но самое страшное для эволюционистов – это то, что согласно принципам эпигенетики скрытая генетическая информация «сидит» в ДНК и ждёт подходящего момента, чтобы включиться или выключиться. Представьте книгу, в которой некоторые страницы сшиты вместе и могут быть расшиты только при определенных условиях. Ведь если эволюция происходит путем отбора или сохранения эффекта случайных мутаций, как она может объяснить происхождение генетической информации, которая только и ждет, чтобы «включиться» условиями, которым организм до сих пор не подвергался? Это еще одна загадка типа «яйцо или курица», которая также как и множеств других бросает вызов эволюционистам.

Идея о «мусорной ДНК» оказалась на мусоре (снова!)

Эпигенетика является последним ударом по идее о так называемой «мусорной ДНК». Поскольку лишь небольшая часть ДНК кодирует белок, эволюционисты быстро придумали понятие «мусорной ДНК». По их мнению, большая часть ДНК является ‘рудиментарной’, т.е. остатком огромного множества случайных проб и ошибочных мутаций. На самом деле, неодарвиновская эволюция требует этого потому, что огромное количество мутаций предположительно не дает ни селективного преимущества, ни селективного недостатка, и поэтому они просто хранятся в ДНК.

Следствием этой идеи является существование ‘псевдогенов’ – последовательностей ДНК, которые выглядят как гены, но, в отличие от нормальных генов, не кодируют белок. Считается, что псевдогены мутировали от некогда функциональных генов, а затем перестали выполнять какую-либо функцию. Эта идея, которая, надо сказать, строится на полном невежестве, используется такими учёными, как Фрэнсис Коллинс. Он утверждает, что, поскольку у человекообразных обезьян есть псевдогены, современные люди являются их родственниками. Если бы это были гены, которые и в самом деле выродились в результате случайных ошибок копирования, это могло бы иметь хоть какой-то смысл.

Общие функциональные гены указывают на общий замысел общего Создателя, но организмы с одинаковыми генами, которые являются результатом случайных ошибок, должны, по законам вероятности, указывать на то, что они родственно связаны, так же как и общие ошибки в экзаменационных заданиях указывают на списывание между теми, у кого эти ошибки встречаются. Однако, было обнаружено, что «псевдогены» выполняют множество различных функций, среди которых эпигенетическая модификация экспрессии генов.10 Эти открытия безжалостно уничтожают один из главных «доказательств» родства обезьян и людей.

Денис Нобл, британский биолог, заведующий кафедрой сердечно-сосудистой физиологии в Оксфордском университете в период с 1984 по 2004 гг., написал работу о последствиях эпигенетики для неодарвинизма. Несмотря на то, что он эволюционист, он сказал: «Учёные явно поторопились назвать эту ДНК мусорной».11 Он советует им полностью переосмыслить неодарвиновские механизмы эволюции – случайную мутацию и естественный отбор. Неудивительно, что он подвергся критике, ведь он осмелился нарушить существующее положение вещей.

Еще одна причина, почему многие эволюционисты настроены против эпигенетики (хотя неопровержимые доказательства вынуждают их, по крайней мере, неохотно принять её), это то, что она воскрешает идею о «наследовании приобретенных признаков». Впервые её выдвинул французский натуралист Жан-Батист Ламарк. Он считал, что характеристики, приобретенные организмом в течение жизни (например, животное «приобретает» длинную шею из-за того, чтобы вынуждено тянуться высоко за листьями на деревьях) могут передаваться его потомкам. Для Ламарка это был эволюционный механизм. Сам Дарвин с пониманием относится к этой идее и несколько раз упоминал её в своей работе Происхождение видов. Но неодарвинисты отклонили это понятие из-за того, что видели в подразумеваемой «жизненной силе» (термин, введенный Ламарком) метафизический подтекст.

Нобл утверждает, что эпигенетика оправдывает идеи Ламарка. Он цитирует Джона Мейнарда Смита, влиятельного неодарвиниста, который в 1998 году сказал, что ламаркизм «не настолько ошибочен, как о нём часто думают».12 Нобл продолжает использовать термин «наследование приобретенных признаков». Но он, кажется, не совсем понимает суть! Эпигенетические исследования показывают, что новые характеристики являются не приобретенными, а лишь «включенными». Вся информация, необходимая для новой характеристики, уже присутствует в ДНК. Она активируется раздражителями окружающей среды. Тот, кто из-за жары включает в автомобиле кондиционер, не будет утверждать, что автомобиль «приобрел» кондиционер. Автомобиль уже был изготовлен с кондиционером. Активация кондиционера произошла в ответ на условия окружающей среды, улучшив условия «выживания» в автомобиле. Наверное, название «наследование включенных характеристик» как нельзя лучше описывает эпигенетику.

Профессор Алан Купер из Австралийского Центра исследований древней ДНК (университет Аделаиды) говорит: «Регистрация климатических данных показывает, что в недавнем прошлом произошло очень быстрое изменение климата, поэтому организмы должны были быстро адаптироваться к этим изменениям в окружающей среде. Стандартные процессы мутации и отбора были бы слишком медленными во многих из этих ситуаций».13 И так эпигенетика обещает ответить на многие вопросы ученых, работающих на основе моделей библейского Сотворения. Возможно это один из механизмов, который наш всеведущий и всемогущий Бог использовал для подготовки сотворённых Им видов к адаптации в различных условиях после грехопадения (и после Потопа).

Дети, рожденные в Голландии после Голодной зимы, а затем их внуки и правнуки, со своим хрупким телосложением, имели бы больше шансов выжить во время голода. Подобным образом, эпигенетические процессы с «запуском» и «выключением» определенных генов могли быть одним из механизмов, с помощью которых Божьи творения быстро могли реагировать на изменения окружающей среды. Это явно отличается от простой «случайной» экспрессии различных комбинаций в рамках механизма генетики Менделя, «отбираемых» в результате выживания сильнейшего.

Мог ли цвет кожи, перьев и шерсти быть результатом эпигенетического предварительного программирования, активированного после Потопа у животных и после Вавилона у человека, и «включившего» гены, которые впоследствии передавались следующим поколениям путем традиционной генетики (трансгенерационной эпигенетики)? Могли ли явно существенные различия у разных видов, а во всём остальном очень похожие друг на друга, быть результатом эпигенетических переключений в пределах одного сотворенного рода, но в различных средах? Например, густой мех и сальные железы у покрытых шерстью мамонтов позволили им выжить в условиях очень холодного климата. У современных слонов эти характеристики отсутствуют, но во многих других отношениях они очень похожи.

Возможно, что эпигенетика может объяснить и физиологию плотоядных животных, т.е. строение зубов, укороченный пищеварительный тракт и т.д. Вполне вероятно, что эти характеристики были «включены» одновременно у многих членов популяции в ответ на изменения среды после грехопадения мира.14

Исследования в области эпигенетики набирают темпы, раскрывая новые уровни захватывающего замысла. Идеи о «мусорной ДНК» и «псевдогенах» разрушаются так же быстро, как и сам неодарвинизм. Похоже, учёные лишь начали касаться тайны «дивно устроенного»15 явления под названием «жизнь».

Ссылки и примечания

1. Кэри Н. Революция эпигенетики: как современная биология меняет наше понимание Is генетики, болезней и наследственности, Columbia University Press, 2012, accessed http://www.naturalhistorymag.com/features/142195/beyond-dna-epigenetics, 2 апреля, 2015. Вернуться к тексту.
2. Люмей Л.Г. Репродуктивные последствия у женщин, которые во время беременности плохо питались: обзор данных возрастной когорты Голодной зимы // Proceedings of the Nutrition Society 57(1):129-135, февраль 1998; doi: http://dx.doi.org/10.1079/PNS19980019. Вернуться к тексту.
3. Бастиаан T., и др. Длительные эпигенетические отличия, связанные с голоданием в время беременности // PNAS 105(44):17046–17049, doi: 10.1073/pnas.0806560105. Вернуться к тексту.
4. Люмей, ссылка 1. Вернуться к тексту.
5. Эфрати И. Исследование: последствия голода могут влиять на несколько последующих поколений (во всяком случае, у червей), 29 июля 2014; haartez.com.  Вернуться к тексту.
6. Эфрати, ссылка 4. Вернуться к тексту.
7. Нобл Д., Физиология расшатывает основы эволюционной биологии, Исследование Речави и др., процитировано в Experimental Physiology 98(8):1235–1243, август 2013; doi: 10.1113/expphysiol.2012.071134. Вернуться к тексту.
8. Университет Аделаиды, ДНК хранит ключ к разгадке адаптации к изменению климата, 2 июня 2012; jpost.com.  Вернуться к тексту.
9. Уотерленд Р.A., Джиртл Р.Л., Взаимозаменяемые элементы: мишени для влияния питания на эпигенетическую регуляцию генов // Mol Cell Biol. 23(15):5293-300, 2003. Вернуться к тексту.
10. Робертс T. C. и Моррис K. В., Больше не псевдо: псевдогены как терапевтические мишени // Pharmacogenomics 14(16):2023–2034. doi:10.2217/pgs.13.172, 2013. Вернуться к тексту.
11. Нобл Денис, Физиология расшатывает основы эволюционной биологии // Experimental Physiology 98(8):1235–1243, August 2013; doi: 10.1113/expphysiol.2012.071134. Вернуться к тексту.
12. Нобл, ссылка 6. Вернуться к тексту.
13. Купер A., Древняя ДНК хранит ключ к разгадке адаптации к изменению климата, январь 2012; adelaide.edu.au.  Вернуться к тексту.
14. Нобл, ссылка 6. Вернуться к тексту.
15. Псалом 138:14. Вернуться к тексту.