Нет, эпигенетика и реакция на среду не подрывают дарвиновскую эволюцию

Способность осьминогов изменять информацию, копируемую с их ДНК, — пример эпигенетики: модификации экспрессии генов факторами "над" ДНК.

Но подрывает ли это теорию эволюции Чарльза Дарвина путём естественного отбора? По мере того как эпигенетика становится модным словом в обсуждениях человеческих различий и болезней, эта идея проникла в популярную прессу и была охотно принята креационистами.

Некоторые утверждают, что наследуемые изменения в экспрессии генов, на которые влияет среда, полностью опровергают теорию Дарвина и вместо этого подтверждают давно дискредитированную идею Жана-Батиста Ламарка о том, что полезные признаки, усиленные использованием, передаются потомству.

Но это полное непонимание как того, что такое эпигенетика, так и эволюционной теории. Это заблуждение относительно идей как Дарвина, так и Ламарка.

Что такое эпигенетика?

Эпигенетика — едва ли новая идея или даже новое слово.

Термин ввёл Конрад Уоддингтон в 1942 году, до того как мы узнали, что ДНК является молекулярной основой генов. Он предположил, что гены по-разному включаются и выключаются другим уровнем "эпигенетических" процессов для создания разных клеток и органов в развивающемся эмбрионе.

У нас много примеров дифференциальной экспрессии генов, происходящей в течение жизни животного или растения.

Например, некоторые человеческие гены активны в мозге, но выключены в почках, другие активны в почках, но не в крови.

Некоторые растения могут претерпевать эпигенетические изменения, чтобы производить жёсткие листья в молодости, а затем переключаться на более сочные листья в старшем возрасте. Долгосрочное отключение генов на одной X-хромосоме у самок млекопитающих компенсирует наличие только одной X у самцов.

Эпигенетика может работать на нескольких уровнях, блокируя, усиливая или изменяя способ считывания ДНК. Это осуществляется путём присоединения небольших молекул к ДНК или её РНК-копии. Все эти процессы контролируются ферментами, которые сами являются продуктами ДНК.

Некоторые изменения в активности генов зависят от среды. Например, рептилии, такие как аллигаторы и некоторые черепахи, определяют пол по температуре инкубации яиц. Это влияет на экспрессию генов, определяющих мужской или женский пол.

Во всех этих ситуациях репрессированное состояние гена передаётся через клеточные деления в пределах одного животного или растения, но обычно сбрасывается в яйцеклетках или сперматозоидах, поэтому не передаётся между поколениями.

Но теперь мы знаем несколько ситуаций, в которых эпигенетическое состояние переносится, по крайней мере частично, в потомство.

Например, цвет шерсти у мышей частично контролируется малыми молекулами, связывающимися с ДНК, и это состояние наследуется потомством. У людей голод после Второй мировой войны, по-видимому, запускал ожирение посредством механизма, который наследуется детьми и даже внуками недоедавших матерей.

Индуцировано ли эпигенетическое изменение использованием или отобрано отбором?

Взгляды Ламарка обычно чрезмерно упрощают, но его основная идея заключалась в том, что полезные признаки усиливаются использованием, и это усиление может наследоваться потомством.

Классический приводимый пример — примитивный жираф с короткими ногами и шеей. Ему приходилось тянуться, чтобы дотянуться до сочной листвы, и у него развивались более длинные конечности и шея, и эта черта передавалась потомству. Таким образом, потребности организма удовлетворялись бы у потомства.

Дарвиновский взгляд заключается в том, что прото-жирафы со слегка более длинными шеями и ногами лучше питались, успешнее размножались и имели больше детёнышей, которые унаследовали их гены роста костей.

Так индуцировано ли эпигенетическое изменение использованием или отобрано? Доказательства поддерживают последнее.

Отбор может благоприятствовать повышенной активности ферментов, которые добавляют малые молекулы к ДНК и формируют их реакцию на средовые сигналы.

Например, легко понять, почему изменение экспрессии генов для создания жёстких молодых листьев, которые трудно съесть, может быть преимуществом для уязвимого проростка. Или инактивация гена на X-хромосоме у самок может избежать вредного неравенства между полами.

Таким образом, склонность гена подвергаться эпигенетической модификации может отбираться, как и любая другая дарвиновская черта.

Новые данные об осьминогах дают хороший пример отбора на повышенную активность редактирующего фермента и "редактируемых" последовательностей, окружающих редактируемые сайты.

Эти сайты высококонсервативны между видами осьминогов и кальмаров, демонстрирующими повышенное редактирование, но почти отсутствуют у более дальних родственников без редактирования. Они сконцентрированы в генах, участвующих в работе мозга и нервной функции осьминога, что согласуется с естественным отбором на интеллект у этих сложных существ.

Есть доказательства, что эпигенетические изменения отбираются у таких видов, как растения солончаков, для создания локально адаптированных линий, справляющихся с разной солёностью.

Эпигенетические модификации ДНК также зарегистрированы у локально адаптированных дубов. Температура, производящая самцов у каймановой черепахи, варьирует для поддержания стабильного соотношения полов в более тёплых и прохладных регионах.

Много доказательств, что эпигенетическая модуляция генетических характеристик отбирается у животных и растений. Эти изменения используют существующую наследуемую генетическую изменчивость и передаются. Это позволяет популяциям эволюционировать в ответ на вызовы среды.

Таким образом, мы можем легко включить эпигенетику как ещё один источник наследуемой естественной изменчивости, чтобы объяснить, как популяции становятся разными и в конечном итоге возникают новые виды.

Дарвин был бы в восторге. Фактически, чтобы охватить возможность наследования приобретённых признаков, он предложил в 1868 году идею "Пангенезиса", посредством которой крошечные частицы ("геммулы") передавались от соматических к репродуктивным тканям.

Так что если окажется, что поток информации от опыта к наследованию предоставляет больше изменчивости для работы естественного отбора, Дарвин снова оказался прав.