Эпигенетическое наследование: «Серебряная пуля» против изменения климата?

Текущие темпы изменения климата превосходят исторические события на 1–2 порядка величины, что затруднит адаптацию организмов и экосистем. Долгое время считалось, что адаптация возможна только за счёт изменений генетического состава — последовательности оснований ДНК. Недавно в фокусе внимания оказался другой информационный уровень ДНК — эпигенетика.

Используя вид рыб из Балтийского моря, трёхиглую колюшку, международная команда исследовала, способствует ли эпигенетика адаптации и как именно. «Наш эксперимент показывает, что эпигенетические модификации влияют на адаптацию, но также и то, что изменения от одного поколения к другому меньше, чем предполагалось ранее», — говорит биолог доктор Мелани Хеквольф из GEOMAR. Она является одним из авторов исследования, опубликованного в Science Advances.

Чем изменения в ДНК отличаются от эпигенетических?

• Генетическая адаптация (ДНК): Особи с определёнными наследуемыми признаками, закодированными в ДНК, лучше справляются с преобладающими условиями среды. В долгосрочной перспективе их характеристики, закодированные в ДНК, преобладают благодаря естественному отбору. Однако отбор требует времени, которого не хватает при быстром изменении климата.
• Эпигенетическая адаптация: Эпигенетические процессы химически влияют на структуру ДНК, активируя или деактивируя области генома, ответственные за определённые признаки или реакции на условия среды.
  • «Стабильные» маркеры через естественный отбор способствуют адаптации аналогично самой ДНК.
  • «Индуцируемые» маркеры могут меняться в течение жизни особи. В теории, если это происходит в гаметах родителей, их потомство получает преимущество для выживания в своей среде. Многие учёные ожидают, что индуцируемые маркеры будут реагировать особенно быстро, обеспечивая выживание организмов.

Эксперимент с трёхиглой колюшкой

Исследовательские группы профессора Торстена Ройша (GEOMAR, Германия) и доктора Кристофа Эйзагирра (Университет Королевы Марии в Лондоне, Великобритания) изучили вклад стабильных и индуцируемых маркеров в адаптацию. Они использовали балтийскую трёхиглую колюшку, поскольку она уже адаптирована к разным условиям солёности — от солёной до пресной воды. Балтийское море является естественной лабораторией для изучения изменения климата, так как его последствия там уже очевидны.

Команда собрала популяции колюшки из разных регионов Северного и Балтийского морей с разным уровнем солёности. Было обнаружено, что популяции различаются по генетическому и эпигенетическому составу, а также имеют разную толерантность к изменениям солёности.

Результаты

Эксперимент с участием двух поколений колюшек показал, что индуцируемые маркеры улучшают реакцию второго поколения на изменение среды, но в меньшей степени, чем предполагалось изначально.

Вывод

Исследование показывает, что организмы в конечном итоге достигнут своих пределов в реакции на изменение климата, даже с учётом эпигенетических механизмов адаптации.

«Мы должны быть осторожны, чтобы не переоценивать это захватывающее, но плохо изученное поле исследований в эпигенетике как „серебряную пулю“ против изменения климата для всех видов», — говорит Мелани Хеквольф. — «Изменение климата — одна из величайших проблем для видов и экосистем, и естественные механизмы, доступные видам для ответа, могут оказаться недостаточными, если изменение климата останется столь сильным и быстрым».