Пчелы способны эпигенетически менять модели поведения
Впервые ученые стали свидетелями изменения в поведении пчел вследствие воздействия эпигенетических маркеров без изменения самих генов.
Медоносные пчелы начинают свою жизнь в качестве воспитателей, заботясь о яйцах королевы-пчелы. Через две или три недели они отправляются в поле уже в новой роли собирателей. Ученых всегда интересовало, как насекомое, обладающее одним и тем же генетическим потенциалом, может совершать переход к совершенно новой модели поведения. Как будто в одной пчеле живут две! Решение этой загадки нашлось в эпигенетическом коде.
Издание Science Daily опубликовало открытие, сделанное университетом Джона Хопкинса. («Как пчелы решают, кем им быть: изменяемые «эпигенетические» маркеры связаны с определенными моделями поведения»). Это открытие предполагает кардинальные перемены в том, как биологам следует с этого момента рассматривать генетику: «То, что, как считалось, было первым доказательством этих сложных, изменяемых моделей поведения у пчел (и, предположительно, у других животных), связано с изменяемыми химическими связями в генах» (жирный шрифт добавлен).
Используя новую методику поиска, исследователи определили местоположение метиловых маркеров (вид эпигенетических маркеров) на генах пчел-воспитателей и пчел-собирателей. Хотя сами гены были теми же, 155 метиловых маркеров у них различались. Ученые считают, что эти маркеры находятся в регуляторных генах, которые, как известно, влияют на состояние других генов. Эти маркеры регулируют движение экспрессии генов: «Последовательности генов без этих маркеров напоминают дорогу без светофоров», - отметил Энди Файнберг, директор центра эпигенетики при Университете Джона Хопкинса.
Затем команда убрала из улея пчел-воспитателей, и позволила возвращающимся пчелам-собирателям восполнить нехватку воспитателей. Пчел, которые вернулись к роли воспитателей, снова подвергли исследованиям. Примечателен тот факт, что более половины метиловых маркеров вернулись в прежнее состояние, в котором они находились, когда пчелы исполняли роль воспитателей. Из всех маркеров, вернувшихся к прежнему состоянию, 57 находились в генах, отвечающих за поведение при исполнении различных ролей. Одна из ученых, член исследовательской команды по имени Гро Эмдам, прокомментировала эту ситуацию следующим образом:
«Это как будто голографическая фотография, на которой можно увидеть два различных изображения, в зависимости от того, под каким углом на нее посмотреть, - отмечает она. – Геном пчелы содержит в себе изображения как воспитателей, так и собирателей. Определенные маркеры ДНК посылают мозгу определенные координаты, чтобы он знал, какую модель поведения следует избрать».
В издании
Эти результаты подразумевают, что поведенческие изменения (у людей, точно так же, как и у пчел), могут происходить в изменяемых эпигенетических условиях. «Насколько нам известно, это является первым доказательством того, что эпигенетические изменения связаны с изменением поведения у любого организма, - отметил Файнберг. Оно открывает перед нами двери для нового восприятия таких проблем у человека, как различного рода зависимости, а также для понимания обучаемости и памяти».
Такие психиатрические нарушения, как зависимости, шизофрения, биполярное расстройство личности, возрастные психиатрические нарушения, а также различные хронические заболевания, например ожирение, имеют под собой эпигенетический компонент. Поэтому улучшенное понимание того, как взаимосвязаны между собой эпигенетика и поведение, может дать нам новые способы лечения.
Удивительно. Однако одна загадка по-прежнему остается без объяснения: что известно главной панели управления о том, когда включать и выключать эти определенные 155 метиловых маркеров? Это не может происходить случайно. Представьте себе шимпанзе, сидящую за пультом управления, и переключающую рычажки без определенного плана, при чем каждое переключение вызывает определенные изменения в системах организма. В результате получился бы только хаос.
Определенные роли у пчел подразумевают различные иерархии контроля. Пчела-воспитатель, выполняющая определенную роль, предполагающую определенные модели поведения и наличие определенных навыков, должна пережить радикальные изменения, чтобы перейти к выполнению другой четко определенной роли (собирателя), подразумевающей выполнение совершенно других задач и наличие совершенно других навыков. Что именно перепрограммирует нужные маркеры в нужное время? Некая панель управления, напоминающая пальцы на клавиатуре, посылает им сигналы «перестать заниматься воспитанием и отправляться на поле, приносить нектар и исполнять брачные танцы».
Кажется очевидным тот факт, что эволюционная теория, зависящая от генетических точечных мутаций и других незапланированных случайных изменений, безнадежно не подходит для того, чтобы объяснить эти данные. Если кажется весьма маловероятным, что единичная мутация в гене способна привести к возникновению некоего преимущества, то еще более невероятно предположение о том, что случайное изменение просто не в состоянии правильно отдать сигналы всем переключателям, которые должны сработать одновременно, чтобы вызвать определенную комплексную модель поведения, такую как собирание пыльцы?
Если задуматься, собирание пыльцы подразумевает использование множества различных навыков: навигацию, передачу ощущений на расстоянии, определение цели, запоминание, коммуникацию – и это всего лишь некоторые из них. В еще одной статье, недавно опубликованной в издании Science Daily, было продемонстрировано, что шмели, каким бы крошечным не казался их мозг, решают «задачу коммивояжера» - сложный алгоритм в теории вычислительной сложности.
Здесь рассмотрены два новых уровня, которые по своей сложности стоят выше уровня и без этого сложных генов: эпигенетическая панель управления,
Источник - www.evolutionnews.org