Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности

В англоязычных странах большой популярностью пользуется викторина «Животное, растение или минерал». В самом названии этой игры заложено допущение, что растения и животные принципиально отличаются друг от друга. Действительно, и те, и другие представляют собой живые организмы, но на этом их сходство, по-видимому, и заканчивается. Мы могли бы взять на вооружение предположение, что когда-то давным-давно, на заре эволюции люди и микроскопические черви имели некоего общего предка. Но насколько часто мы задумываемся о том, имеем ли мы что-то общее с растениями? Почему нам никогда не приходит в голову считать гвоздики своими дальними родственницами?

Тем не менее, животные и растения во многом удивительно похожи. И это сходство проявляется наиболее ярко, когда мы рассматриваем самые сложные из наших «зеленых родственников» — цветковые растения. К ним относятся травы и злаки, на которые мы полагаемся в первую очередь как на главный и основной источник пищи, и широколистные растения от капусты до дуба, от рододендрона до кресс-салата.

Животные и цветковые растения состоят из множества клеток и поэтому называются многоклеточными организмами. Многие из этих клеток специализированны для выполнения определенных функций. У цветковых растений к ним принадлежат клетки, переносящие воду или сахара по растению, клетки, обеспечивающие фотосинтез в листьях, и клетки, хранящие питательные вещества в корнях. Подобно животным, растения имеют специализированные клетки, участвующие в половом размножении. Ядра спермия переносятся пыльцой и оплодотворяют крупную яйцеклетку, из которой в результате этого получается зигота и возникает новое самостоятельное растение.

Сходства между растениями и животными более фундаментальны, чем эти очевидные признаки. У растений есть много генов, эквивалентных тем, которыми обладают животные. Для нашей же темы главное то, что растения также имеют и высокоразвитую эпигенетическую систему. Они способны модифицировать гистоновые белки и ДНК практически так же, как это делают животные, и во многих случаях используют эпигенетические ферменты, очень подобные тем, которые встречаются у животных и даже у человека.

Эти генетические и эпигенетические сходства заставляют предположить, что животные и растения имеют общих предков. Именно благодаря некому общему прародителю мы унаследовали похожий генетический и эпигенетический инструментарий.

Разумеется, между растениями и животными существуют и глобальные различия. Растения способны сами создавать для себя пищу, тогда как животные этого не умеют. Растения поглощают основные химические вещества из окружающей среды, главным образом воду и углекислый газ. Используя энергию солнечного света, растения способны преобразовывать эти простые химические вещества в сложные сахара, такие как глюкоза. Практически вся жизнь на нашей планете зависит прямо или косвенно от этого удивительного процесса фотосинтеза.

Есть еще два аспекта, в которых растения и животные разительно отличаются друг от друга. Большинству садоводов известно, что если взять от растущего растения отводок — пусть даже маленький побег, — то из него можно вырастить совершенно новое растение. Способных на то же самое животных очень мало, и их никак нельзя причислить к высшим. Действительно, если ящерица определенного вида теряет хвост, то она сможет отрастить себе новый. Но в противоположном направлении процесс развиваться не будет. У нас не получится вырастить ящерицу из отброшенного другим животным кусочка хвоста.

Невозможно это по той причине, что у большинства взрослых животных единственными действительно плюрипотентными стволовыми клетками являются жестко контролируемые клетки зародышевой линии, из которых образуются яйцеклетки или сперматозоиды. Но активные плюрипотентные стволовые клетки — совершенно нормальное явление для растений. У них эти плюрипотентные стволовые клетки находятся на кончиках стеблей и корней. В подходящих условиях эти стволовые клетки могут продолжать делиться, что позволяет растению расти. А в других условиях стволовые клетки будут дифференцироваться в специализированные типы клеток, такие как цветки. Как только какая-либо из таких клеток «примет решение» стать частью, например, лепестка, она больше не сможет превратиться опять в стволовую клетку. Даже клетки растений в конечном итоге скатываются на дно уоддингтоновского эпигенетического ландшафта.

Еще одно различие между растениями и животными совершенно очевидно. Растения не могут передвигаться. Когда условия окружающей среды меняются, растения вынуждены адаптироваться к ним или погибнуть. Они не способны убежать или улететь из неблагоприятного для них климата. Растениям приходится искать способы реагирования на то и дело возникающие раздражители окружающей среды. Они должны быть уверены, что проживут достаточно долго, чтобы возродиться в нужное время года, чтобы их юные отпрыски могли иметь наибольшие шансы вырасти в полноценные и самостоятельные растения.