Сейчас уже ясно, что идея гена как отдельного участка ДНК, кодирующего единственный протеин, идея возможности узнать все об особи, посмотрев на ее гены, — идея, считавшаяся без малого священной в генетике и эволюционной биологии, — более не выдерживает критики. Она на самом деле заслуживает данного ей Яблонкой и Лэмб названия «генетической астрологии».
Еще в 1989 году они, несмотря на тогда еще весьма слабое понимание эпигенетических процессов, предположили, что эпигенетический контроль над экспрессией генов осуществляется не только посредством метилирования цитозина, но и через другие механизмы, влияющие на структуру и функции цитозина. Теперь известно, что существует несколько таких механизмов — химических реакций, действующих на ядерные белки (гистоны) на краях хромосом. Эти белки могут взаимодействовать с различными простыми химическими группами. Одна из этих групп — ацетиловая группа, и ацетилизация гистона — важный механизм эпигенетического контроля за экспрессией генов. Другой важный и весьма избирательный механизм известен как «регуляторные РНК» — речь идет о коротких молекулах РНК, способных интерферировать с процессом трансляции генов. Этот процесс часто называют «РНК-интерференцией», он способен уничтожать транспортные РНК, несущие код от определенного гена, — и тем препятствовать трансляции гена в определенный протеин. Эти три эпигенетических механизма — метилирование, модификация гистонов и РНК-интерференция — имеют чрезвычайно большое значение для медицины.
Яблонка и Рац из университета Тель-Авива изучили широкий спектр разновидностей эпигенетического наследования у различных форм жизни, включая бактерии, протесты, растения и животных. Опубликованная ими по результатам этих исследований статья весьма обширна и содержит примеры эпигенетического наследования, осуществляемого посредством различных механизмов — таких, как метилирование, модификация гистонов, РНК-интерференция и некоторые другие[153]. В заключение статьи авторы просчитали нужным поставить под сомнение прежние концепции эволюции.
Как мы уже видели на примере генетики митохондрий, эпигенетическое наследование нарушает каноны классической генетики и не следует правилам Менделя. Несмотря на это, появляется все больше оснований полагать, что эпигенетические изменения, хотя и не имеют мутационной природы, сыграли весьма важную роль в эволюции жизни на Земле. Мы уже поняли и узнали, сопоставляя мутационный механизм эволюционных изменений с генетическим симбиогенезом, что эпигенетические механизмы могут действовать одновременно и притом влиять друг на друга, вместе составляя совокупность правил и инструкций для развития и дифференциации клеток. Примите к тому же во внимание, что эпигенетические механизмы необходимо как-то контролировать и упорядочивать и что они подвержены влиянию окружающей среды — ведь они и развились в качестве реакции на такие влияния. Таким образом, получается картина, важность которой не уступает ее сложности.
В 1989 году легендарный открыватель ДНК Джеймс Уотсон провозгласил: «Раньше мы считали, что нашей судьбой управляют звезды. Теперь нам известно: в значительной мере судьбой нашей управляют наши гены»[154]. Это утверждение не потеряло своей верности — но теперь оно видится хотя и неотъемлемой частью общей картины, но далеко не всей картиной. А картина эта весьма удивительна: она включает не только генетику с ее экстраполяцией на «эво-дево», но и стремительно развивающуюся эпигенетику, повлекшую за собой переосмысление многих аспектов развития организма от зиготы до старости. Эпигенетика развивается сейчас настолько интенсивно и влечет за собой настолько далеко идущие последствия для нашего понимания биологии и эволюции, что два оксфордских исследователя, Роберт Грант-Даунтон и профессор Хью Р. Дикинсон, пропели настоящую хвалебную оду ей во введении к своей фундаментальной обзорной работе об отношении эпигенетики к эволюции, морфологии и таксономии растений: «Мы верим, что, когда исключительную значимость новой исследовательской дисциплины — эпигенетики — признает большинство ботаников, это повлечет за собой революционное переосмысление традиционных ботанических дисциплин»[155].
14. Приближающаяся революция
Важность эпигенома в патогенезе распространенных человеческих заболеваний, скорее всего, столь же значительна, как и роль мутаций.
А. Г. Уилсон [156] Синеголовый губан обитает на коралловых рифах Карибского моря. Дерзкие и агрессивные самцы губана щеголяют яркой раскраской — узкие зеленые, белые, синие полосы с широкими черными полосами между ними. А самки, составляющие их гаремы, меньше размером и куда скромнее на вид — окраска их мягкого желтого тона, брюшко серебристое. Но если самец погибает либо по какой-то причине оставляет гарем, наибольшая по размеру самка меняет пол: ее яичники уменьшаются, разрастаются семенники — все за день-другой. И вот она уже щеголяет дерзкой раскраской: зеленой, белой, синей с широкими черными полосами. Вдобавок она начинает вести себя по-мужски задиристо и становится по духу и плоти новым властным хозяином гарема. Заинтригованный столь впечатляющей способностью к метаморфозе, я написал доктору Джону Годвину, изучающему смену пола у таких рыб, как синеголовый губан, и спросил: быть может, в эту перемену вовлечены эпигенетические факторы?[157]
— Я удивлюсь, если эпигенетика окажется ни при чем, — ответил он, — но пока у меня нет совсем никаких данных, подтверждающих это. Возможно, они появятся в ближайшем будущем, когда станет доступным новое поколение генетических секвенсоров и мы начнем получать новые данные.
Поскольку ДНК губанов остается неизменной, весьма вероятно, что в удивительном явлении смены пола задействованы эпигенетические механизмы, подобные метилированию ДНК, модификации гистонов и РНК-интерференции. Если и в самом деле так, разве не поражает воображение масштаб изменений, произведенных простейшим химическим соединением? Присоединение метиловой группы к одной из четырех «букв», составляющих нашу ДНК, небольшое изменение белка, экспрессия коротенькой РНК могут вызвать фундаментальные изменения внешнего вида и жизнедеятельности организма. Конечно, мы знаем: эпигеном способен реагировать на внешние воздействия; в случае губанов — на потерю доминирующего самца, хозяина гарема. Существует огромное число примеров подобного рода и у животных, и у растений, реагирующих на изменения температуры, длительность светового дня и качество освещения, на уровень кислорода в окружающей среде или на присутствие гормона. Так, у головастиков определенных видов древесных лягушек для эпигенетических изменений достаточно лишь присутствия слюны либо мочи хищника в луже, где растет головастик. Разнообразие, чувствительность и интенсивность реакции эпигенетической системы поразительны — она словно бы служит легендарным «шестым чувством», распознает сигналы внешней среды и тут же на них реагирует, заставляет действовать определенным образом области управления нужными генами.
