Человеческий суперорганизм

Неплохая аналогия с переключениями генов в разные периоды жизни генов — железнодорожные стрелки, благодаря переводу которых поезда могут переходить с одного пути на другой. Самая длинная железная дорога в мире — Транссибирская магистраль протяженностью примерно 9300 км. Она проходит через Уральские горы и соединяет Москву с российским Дальним Востоком, портовым городом Владивостоком и Японским морем. В Забайкалье, в восточносибирском городе Улан-Удэ, находится узловая станция Транссиба со стрелками. От главного пути здесь отходит ветка, переходящая в Трансмонгольскую магистраль и соединяющая Улан-Удэ со столицей Монголии, городом Улан-Батором. Она проходит через всю Монголию, затем направляется в Китай и в конечном итоге достигает Пекина. Следующий такой узел находится в Восточной Сибири примерно в 60 км от города Читы; ветка, отходящая здесь от главного пути, направляется прямо на юго-восток, в Китай, и достигает Пекина в обход Монголии. Таким образом, перевод («переключение») стрелок на этих двух станциях направляет поезда в разные регионы Азии.

Переключения генов (эпигенетика) контролируют многие сложные биологические процессы. Среди них — такие жизненно важные функции человека, как формирование и работа памяти, эффективность иммунных ответов, уровень специфических гормонов в теле и наши реакции на эти гормоны, количество и качество вырабатываемых семенниками сперматозоидов.

Особый интерес ученых к переключениям генов связан с тем, что они поддаются программированию. Программирование начинается в ранний период жизни человека, но может происходить и во время жизни его родителей и даже бабушек и дедушек. По сути дела, они связывают нас и с нашим прошлым, и с возможным будущим. И, разумеется, в некоторых случаях микробы нашего микробиома могут «подсказать» нашим человеческим генам, следует ли им оставаться включенными или выключенными в тот или иной момент жизни на данном ее этапе, в более позднем возрасте и даже во время жизни наших внуков и правнуков.

Переключения генов, обусловленные эпигенетическими метками (маркерами), обладают собственной памятью. Память об этих переключениях имеет такое же важное значение, как и любой из наследуемых нами человеческих хромосомных или митохондриальных генов. Эти эпигенетические «следы памяти» могут храниться поколениями.

Ламарк и жирафы

Один из самых ярких примеров превратностей идей в биологии, а возможно, и в науке вообще, — судьба научного наследия французского биолога и натуралиста Жана Батиста Ламарка. Теория эволюции этого предшественника Дарвина утверждала, что адаптации организмов к окружающей среде, то есть полезные приобретенные признаки, передаются по наследству потомкам и закрепляются в поколениях. Так, например, шеи у жирафов стали такими длинными, потому что животные постоянно вытягивали их, пытаясь дотянуться до листвы на верхушках деревьев. Признак «длинношейности», приобретенный в зрелом возрасте, животные передавали по наследству потомкам и в конце концов шеи у всех жирафов стали длинными. Такое представление, мягко говоря, противоречит идеям Дарвина.

Жан Батист Пьер Антуан де Моне, шевалье де Ламарк родился в 1744 г. на севере Франции в большой небогатой дворянской семье. В молодости он хорошо зарекомендовал себя на военной службе, но после ранения был вынужден уйти в отставку. После этого он начал изучать медицину и ботанику и в 1778 г. опубликовал книгу о французских растениях, хорошо принятую общественностью. Затем он был назначен на должность профессора естествознания, но в той его области, которая особой популярностью в те времена не пользовалась — зоологии насекомых, червей и прочих беспозвоночных животных. Изучая разнообразие низших форм животного мира, Ламарк и начал формировать свои представления об адаптациях. Он считал, что влияния окружающей среды на живые организмы способны вызывать долгосрочные эффекты, поскольку организмы вынуждены иначе использовать («упражнять») свои клетки, ткани и органы. В конечном итоге ученый пришел к выводу, что, если эти «упражнения» продолжаются достаточно долгое время, возникшие в организме изменения могут передаваться по наследству и проявляться в следующих поколениях.

Ламарк был исключительно плодотворным исследователем, опубликовавшим множество научных трудов. Круг его научных интересов охватывал медицину, зоологию, ботанику и даже физику. Тем не менее умер он в нищете и безвестности. Лишь в последние несколько десятилетий, когда ученые начали постигать механизмы эпигенетики, на свет были извлечены и труды Ламарка. В них содержатся идеи, которые прежде отвергались наукой, а в наше время приобретают новую значимость. Сегодня эти идеи во многом определяют наш подход к охране здоровья человека и лечению его болезней на несколько ближайших десятилетий.