19.03.2012 | Наука

Грехи отцов

Длительные модификации обычно наблюдаются у бактерий, но известны также и у более продвинутых существ.

Из школьного курса биологии мы помним, что есть два типа изменений организмов: мутации и модификации. Мутации происходят у отдельных особей, они разнообразны, случайны, как правило, нейтральны или вредны, а главное – однажды возникнув, в дальнейшем наследуются. Модификации возникают сразу у многих или даже у всех особей, подвергшихся действию того или иного фактора, однотипны, закономерны, обычно адаптивны (чаще всего – по отношению к вызвавшему их фактору). И не наследуются: у загорелых родителей ребенок рождается с обычным младенческим цветом кожи, а из семян бонсаи в благоприятных условиях вырастают нормальные деревья.

В это разграничение, правда, плохо вписывается один странный феномен, получивший название «длительных модификаций». Эти изменения во всем сходны с обычными модификациями за одним исключением: даже в случае прекращения действия вызвавшего их фактора они способны передаваться нескольким поколениям потомков, постепенно сходя на нет.

Феномен этот известен с 1920-х годов, однако и до сих пор его механизмы изучены слабо – отчасти из-за того, что он проваливается в зазор между физиологией, эмбриологией и генетикой, отчасти из-за своей «неудобности» базовых положений современной биологии: уж больно длительные модификации похожи на пресловутое «наследование приобретенных признаков». Конечно, это явление очень популярно у всякого рода неоламаркистов – однако предлагаемые ими возможные «механизмы» его обычно крайне неконкретны.

Длительные модификации обычно наблюдаются у бактерий, а среди эукариот – у простейших (инфузорий), но известны и у более продвинутых существ – например, у насекомых. Там это явление часто наследуется строго по материнской линии: если куколок колорадского жука подвергнуть краткому температурному шоку, окраска вышедших из них жуков будет отличаться от типичной, причем это изменение (в ослабленном виде) будет заметно и у детей «шокированных» самок – но не самцов. На этом основана традиционная трактовка длительных модификаций: это, мол, какие-то цитоплазматические перестройки, не имеющие отношения к генетическому аппарату. У одноклеточных они хорошо наследуются, потому что дочерняя клетка получает от материнской не только гены, но и цитоплазму.

У насекомых «цитоплазматический» дар матери потомству ничтожен – но все же многократно превышает отцовский: как известно, в яйцеклетке цитоплазмы много, а в сперматозоиде почти нет.

Однако недавняя работа австралийских биологов заставляет усомниться в этой интерпретации. Они держали самцов крыс на диете с высоким содержанием жиров. Крысаки от этого толстели: жировой ткани у них было больше, а мышечной – меньше, чем у самцов в контрольной группе, питавшихся обычным кормом. (Обычную еду получали и самки в обеих группах, а также родившиеся в них крысята обоего пола.) Кроме того, у подопытных самцов уровень инсулина в крови был выше, чем у контрольных, но при этом уровень глюкозы после приема пищи снижался гораздо медленнее. Налицо было снижение чувствительности клеток к инсулину – ключевой симптом сахарного диабета 2 типа.

У детей крысаков-диабетиков содержание глюкозы и инсулина в крови не отличалось от нормального. Однако когда исследователи скормили им ударную дозу глюкозы (так называемый «тест с сахарной нагрузкой», часто применяемый в диагностике диабета), оказалось, что самки, рожденные от откормленных самцов, справляются с утилизацией сахара гораздо хуже своих ровесниц из контрольной группы: они не могут быстро выбросить в кровь адекватное количество инсулина. Дальнейшие исследования показали, что у дочерей толстяков уменьшен как размер островков Лангерганса (участков гормональной ткани в поджелудочной железе), так и содержание в них клеток, производящих инсулин. Что интересно – у сыновей подопытных самцов достоверных изменений сахарного метаболизма не обнаружилось.

Ученым удалось идентифицировать 642 гена, работа которых в островковых клетках дочерей толстяков отличалась от нормальной. Продукты большинства из них, как и следовало ожидать, так или иначе участвовали в метаболизме углеводов. Однако наиболее сильные изменения были обнаружены у гена Il13ra2, кодирующего одну из частей рецептора к интерлейкину-13 – межклеточному сигнальному веществу, участвующему в организации иммунного ответа. Оказалось, что у обычных крыс к некоторым нуклеотидам в этом гене присоединена метильная группа СН3–, что снижает его активность.

У дочерей толстяков метилирование отсутствовало, и ген работал на всю катушку.

Метилирование некоторых участков ДНК – известный способ регуляции их активности. Такое изменение может наследоваться и потому тоже иногда рассматривается как возможный механизм длительных модификаций (правда, для этого надо, чтобы метилирование гена каким-то образом передавалось из клеток, где он работает, в половые). Но словно в насмешку над всеми рассуждениями о возможном эволюционном значении этого феномена в опытах австралийцев потомству передавались не адаптивные изменения, а наоборот – сниженная устойчивость к фактору, провоцирующему болезнь.

Источник: «Знание – сила» № 3, 2011,