Что, если Ламарк прав? Иммуногенетика и эволюция

Чарлз Дарвин придерживался именно этой точки зрения. Согласно его теории пангенезиса об использовании и неиспользовании органов, измененные условия среды и/или привычки дают значительный вклад в наследственную изменчивость, на которую действует естественный отбор (рис. 1.1). Почему нам не удается легко получить какие-либо свидетельства истинности или ложности такого важного предположения? В работах Фредерика Вуда Джоунза, мы находим следующий ответ: «Природа чрезвычайно медленно осуществляет постепенные изменения живых существ. Есть все основания полагать, что если приобретенные признаки все-таки наследуются, их включение в наследственные структуры животного, по-видимому, очень медленный процесс. Вряд ли человек способен зафиксировать его завершение за время, доступное для лабораторного эксперимента».

Таким образом, необходимо длительное время для становления генетических адаптации. Успешная интеграция приобретенного признака в зародышевую линию, возможно, требует повторных воздействий в течение многих поколений, особенно, если это сложный признак, включающий изменения ДНК-последовательностей многих генов. Тед Стил начал такой эксперимент двадцать лет назад с целью доказать возможность передачи соматически приобретенных иммунологических изменений с отцовской стороны. Он сумел показать передачу уже во втором поколении. Эти попытки в какой-то мере опровергают утверждение Вуда Джоунза. Фактор времени в таких экспериментах заменялся одновременно проводимыми контрольными скрещиваниями в идентичных условиях внешней среды «необработанных» отцов. Эти контрольные скрещивания как бы выполняли функцию «часового», следящего за нежелательными изменениями среды, например, за вирусом мышиного гепатита, который оказывает заметное воздействие на иммунорегуляцию. (Это и происходило несколько раз, что влекло за собой прекращение эксперимента.)

Сейчас мы рассмотрим некоторые «эксперименты, поставленные природой», которые, возможно, объясняются передачей приобретенных признаков. Рассмотрение этих примеров полезно, поскольку они дают возможность рассуждать и обобщать и, таким образом, стимулируют развитие идей о генетических механизмах, ответственных за наследование приобретенных признаков.

Наследование индуцированных химическими веществами метаболических нарушений

В 1960-х — начале 1970-х гг. в опытах на лабораторных крысах была получена отчетливая картина «приобретенного наследования», или трансгенерации, вызванного нарушением эндокринных органов. Известно, что препарат аллоксан вызывает у крыс и мышей диабет (очень высокую концентрацию сахара в крови) вследствие необратимого нарушения клеток поджелудочной железы, синтезирующих инсулин (р-клеток). В Японии (Okamoto), а затем в США (Goldner, Spergel) было показано, что диабет развивается и у потомков заболевших крыс. Инбридинг приводил к тому, что болезнь становилась все тяжелее от поколения к поколению. Несколько лет назад Тед Стил попытался повторить этот опыт на инбредных мышах, однако успех его эксперимента был ограниченным. Диабет индуцировали у самцов препаратом стрептозацин, влияющим на р-клетки. На ранних стадиях развития потомков первого поколения был обнаружен значительный диабетогенный эффект (увеличение или уменьшение среднего веса тела у новорожденных), однако, только у одного мышонка развился спонтанный диабет.

В других экспериментах (Bakke et al.) изучали функцию щитовидной железы у крыс. Оказалось, что в потомстве самцов и самок с нарушенной химическими веществами функцией щитовидной железы регистрируются спонтанные нарушения метаболизма гормонов щитовидной железы, причем проявляются они у большинства потомков в помете.

Как объяснить эти явления? Конечно, можно предположить, что описанные наследственные эффекты вызваны прямым мутагенным действием химических веществ на половые клетки; однако не исключено и то, что соматические мутации генов, вовлеченных в функционирование эндокринной системы, могли быть переданы генам половых клеток. Этот процесс должен был приводить к спонтанным и геноспецифичным изменениям в функции генов в следующем поколении. Еще один способ объяснить полученные данные — предположить, что измененный в результате специфической обработки гормональный статус меняет «условия регуляции» генов зародышевой линии. Молекулы гормонов из крови проникают в репродуктивные ткани, связываются с рецепторами гормонов в половых клетках, которые в свою очередь, возможно, прямо изменяют уровень активности соответствующих генов, когда они экс-прессируются в эмбрионе (этот механизм предложен профессором медицинского факультета UCLA Джоном Кэмпбелом (Campbell)).

Наследование мозолистых утолщений