ать, что эпигеномы пчелиных маток и рабочих пчел различны, поскольку, например, существуют различия в метилировании генов, связанных с гормональной реакцией.
С другой стороны, то, что мы только что рассмотрели на примере пчел, можно перенести на других насекомых, которые также имеют структурированное общество, например на муравьев или термитов, которые в пределах колонии имеют максимальную генетическую схожесть, но при этом распределяются по кастам.
ДНК-метилтранферазы, или DNMT и DNMT de novo, — ферменты, ответственные за метилирование ДНК. Среди них семейство DNMT1 (которые осуществляют поддерживающее метилирование после репликации ДНК), DNMT3a и DNMT3b (которые отвечают за метилирование ДНК de novo, то есть на участках, где ДНК метилирована не была).
Репликация — процесс, в ходе которого генетический материал клетки удваивается перед клеточным делением. Таким образом, после деления клетки обе дочерние клетки будут иметь то же генетическое содержимое, что и первоначальная клетка.
Вывод: если ты термит, пчела или муравей, то судьба стать королевой, воином или рабочим тесно связана с твоей эпигенетикой: все зависит от того, какой именно из твоих генов метилирован, а какой нет.
Метилирование ДНК жизненно необходимо
Ранее мы уже несколько раз упомянули о важных аспектах метилирования ДНК (о котором, кстати, вы можете узнать еще больше, если заглянете в «Базовое пособие»). Однако важно напомнить, что хотя оно присуще различным живым существам — от людей до пчел, у других оно практически отсутствует, например у назойливой мухи или у крошечных червей.
Как так происходит, что у некоторых животных метилирование ДНК отсутствует, а у целых инфраклассов, например у сумчатых, выполняет важнейшие функции во время их особенного вынашивания плода?
А у людей что?
Что касается нас, правильное метилирование ДНК жизненно важно для существования нашего рода. В основном потому, что оно необходимо для того, чтобы различные клетки, из которых состоит организм, имели назначение и конкретную функцию, так как именно оно определяет, какие гены должны быть активными, а какие — выключенными в каждый отдельно взятый момент развития организма. Как мы уже убедились, изменение стандартного хода метилирования ДНК может стать причиной появления различных заболеваний.
Что касается социальных навыков, возможно, метилирование ДНК также влияет и на наши коммуникативные и профессиональные навыки, хотя научных доказательств этого пока нет. Но если это так, если бы мы были особенным видом муравьев, роль которых в обществе определяется на основе метилирования, можете не сомневаться, что эпигенетические таблетки для подъема по социальной лестнице были бы наиболее востребованными в аптеке каждого района.
А сейчас повторим
Похоже, метилирование ДНК играет ключевую роль в превращении личинки в королеву или в рабочую пчелу. Однако метилирование ДНК, возможно, не единственный важный эпигенетический механизм в этом процессе.
Недавно было доказано, что маточное молочко содержит вещество, действующее как ингибитор одного из семейств гистонов (ингибитор гистондеацетилазы).
И не только это: среди веществ, представленных в маточном молочке, мы также найдем микроРНК, те самые маленькие РНК, которые так важны во время регуляции экспрессии многих генов. В конечном счете, видимо, существует много эпигенетических механизмов, которые определяют кастовую принадлежность пчелы.
Недавно было выявлено, что в мозге пчелиных маток и пчел-рабочих происходят разные процессы метилирования ДНК, что могло бы объяснить разницу в их поведении. Похоже, в этом случае метилирование ДНК связано не с тем фактом, что гены выключаются, а с так называемым альтернативным сплайсингом (экспрессия генов происходит тем или иным образом с разными наборами информации).
Сплайсинг также называют альтернативным сплайсингом. Как только матричная РНК формируется в процессе транскрипции ДНК, эта мРНК может подвергнуться модификациям, в процессе которых удаляются некоторые ее последовательности. Это влияет на информацию, которую содержит РНК, а значит, и на белок, который производится на основе этой РНК. Благодаря сплайсингу становится возможным то, что на основе одного и того же гена (одной и той же информации) могут быть сгенерированы разные мРНК, а следовательно, разные белки (так называемые изоформы).
Транскрипция (синтез РНК) — процесс, с помощью которого клетка копирует последовательность ДНК на молекулу РНК, называемую матричной РНК (мРНК). Она происходит в ядре клетки.
Не только пчелиные матки, но и рабочие пчелы подчиняются законам эпигенетики, так как выполняют различные функции внутри улья. Некоторые рабочие пчелы, так называемые няньки, занимаются кормлением личинок, в то время как другие — в прямом смысле рабочие — отправляются на поиски пропитания от цветка к цветку. Взяв за основу это распределение задач, ученые сравнили метилирование ДНК мозговых клеток этих двух типов и обнаружили существенные различия в метилировании, определяющие рабочий функционал пчел. Самым интересным (и здесь опять появляется концепция обратимости) оказалось то, что если исследователи изымали из улья пчел-кормилиц, некоторые рабочие пчелы, ответственные за поиск еды, переставали работать и превращались в нянек, чтобы восполнить их отсутствие. Однако если бы мы в тот момент рассмотрели метилирование ДНК новообращенных, то обнаружили бы, что оно очень похоже на метилирование ДНК первоначальных пчел-кормилиц.
Трутни — особая часть пчелиного общества, о которой мы еще не говорили в рамках этой главы. Их появление в улье не обусловлено эпигенетическими механизмами, так как эти экземпляры (самцы, оплодотворяющие матку) происходят из яиц, которые не были оплодотворены, в результате процесса, известного под названием партеногенез. То есть у нас есть пчелы, происходящие из оплодотворенных яиц (матки или рабочие, в зависимости от их питания), и пчелы, происходящие из неоплодотворенных яиц (трутни).
Глава 6Об эволюции и братьях наших приматах
Одна из самых больших загадок, которые окружают эволюцию живых существ, связана с механизмами, участвующими в адаптации видов к быстрым изменениям. Эта тема была одной из главных составляющих теории выдающегося натуралиста Чарльза Дарвина, который изучал эволюцию и способность к выживанию более приспособленных видов. Ему же приписывают выражение Survival of the fittest, которое принято переводить как «Выживает сильнейший», хотя более точно, наверное, будет сказать «Выживание наиболее приспособленных». Согласно Дарвину, выживают только те особи, которые проворны настолько, что могут убежать от врага, готовы защищаться или способны так замаскироваться в окружающей среде, что хищник их не найдет.
По всей видимости, его знаменитое выражение верно и заключает в себе очень важный нюанс. Зачастую его интерпретируют ошибочным образом, когда полагают, что особи, обладающие «лучшей генетикой», имеют больше шансов выжить, и отождествляют «лучшую генетику» и «лучшую адаптацию», когда в действительности не обязательно дела обстоят именно так. Дарвин не Мендель, и естественный отбор — это не только генетика, но и, скорее всего, эпигенетика. Вывод: только виды с более адаптированным эпигеномом выживут и увидят зарю нового дня. Хотя прежде чем рассмотреть это утверждение более подробно, возможно, стоит немного вспомнить историю, вернуться во времена, когда создавали свои теории Чарлз Дарвин (1809–1882), Грегор Мендель (1822–1884) и Жан Батист Ламарк (1744–1829), и подробно рассмотреть, в чем именно эти теории заключаются. Ведь у нас даже не возникает сомнения, что мы прекрасно понимаем их общеизвестные принципы, но в то же время часто страдаем склонностью к упрощениям и обобщениям, которые нас только путают.
Немного истории
Напомним, что первые более серьезные теории о механизмах эволюции берут начало в XIX веке. Именно Ламарк и Дарвин предложили две теории, которые дожили до наших дней, хотя ламаркизм, по крайней мере его наиболее радикальная версия, имел меньшее влияние. Начнем с Дарвина, не зря же из этих трех ученых именно его имя наиболее известно для среднестатистического человека.
Естественный отбор — механизм, согласно которому особи, более адаптированные к определенной окружающей среде, будут иметь преимущество в выживании и передаче генов по наследству. Этот процесс происходит не только на уровне высших организмов, но и на уровне клеток.
Чарлз Дарвин родился в обеспеченной английской семье. Его отец был известным на всю округу врачом, а дед по отцовской линии, Эразм Дарвин, тоже был выдающимся медиком и знаменитым натуралистом, который сформулировал несколько теорий о наследовании приобретенных признаков, которые по иронии судьбы были опровергнуты его собственным внуком.
Уже в детстве Дарвин интересовался естественной историей и коллекционировал минералы и раковины, он хорошо учился и, следуя семейной традиции, начал изучать медицину в Эдинбургском университете. Однако он был настоящим ипохондриком и, даже будучи старательным студентом, не смог выдержать натуралистичности занятий по анатомии и с ужасом обнаружил, что хирургические операции вызывают у него непреодолимые приступы отвращения. По истечении двух лет он бросил учебу и, не без отцовской помощи, поступил в Кембридж, чтобы впоследствии стать священником. Там он посещал занятия Джона Генслоу, ботаника и энтомолога, который восхищал его своими знаниями. Их дружба изменила жизнь Дарвина навсегда, так как по окончании учебы Генслоу порекомендовал ему участвовать в качестве натуралиста в морской кругосветной экспедиции на борту «Бигля». Это позволило ему за пять лет исследовать берега Южной Америки, Галапагосские острова, Таити, Океанию, Маврикий и Южную Африку. Благодаря этой поездке он стал экспертом-геологом, натуралистом и, конечно, великим коллекционером, который собрал тысячи экземпляров разных видов. Их каталогизация заняла немало времени, но именно этот долгий процесс помог ему сделать предположение, а затем сформулировать свою эволюционную теорию, изложенную в книге «Происхождение видов», опубликованной в 1859 году. С первого дня продажи книги она вызвала большой ажиотаж и стала бестселлером в Англии. В ней Дарвин выдвигает новую теорию о том, что виды эволюционируют из поколения в поколение благодаря процессу, известному как «естественный отбор». Дарвин утверждал, что особи, менее адаптированные к ок