Сны мух и границы эволюционной науки
Современная эволюционная биология, опираясь на идеи Дарвина, накопила множество фактов, относящихся к категориям «известных известностей» и «известных неизвестностей». Однако механизмы, породившие жизнь и продолжающие её преобразовывать, остаются в области «неизвестных неизвестностей». Строгое следование концепциям случайных генетических мутаций и естественного отбора создаёт барьер для полного понимания изменчивости в природе. Чтобы преодолеть его, учёные обращаются к идеям Ламарка.
Новое исследование нейрохирурга из Гарварда Зива Уильямса, опубликованное на сервере препринтов arxiv, исследует генетическое наследование индивидуального опыта на примере мух. Эта работа следует за провокационными данными о наследовании приобретённых страхов у мышей, которые установили высокую планку для подобных экспериментов.
Хотя у мышей можно изолировать механизм передачи опыта через сперму с помощью экстракорпорального оплодотворения, работа с мухами имеет ключевое преимущество — возможность экспериментов с большим размером выборки (высоким значением n). Это критически важно для выявления сложных, но часто слабых эффектов.
Принцип, согласно которому наследственная информация передаётся только от половых клеток к соматическим (барьер Вейсмана), считается эволюционным «диодом». Нарушение этого барьера (обратная связь от соматических клеток к половым) ожидаемо будет слабым эффектом, так как пропускная способность для передачи опыта половым клеткам изначально ограничена.
В эксперименте Зив Уильямс обучал мух в течение нескольких дней ассоциировать определённые запахи (3-октанол (OCT) или 4-метилциклогексанол (MCH)) либо с отталкивающим стимулом (удар тока через медную сетку), либо с привлекательным (кукурузная мука и сахар).
Используя Т-образный лабиринт, учёный показал, что потомство обученных мух демонстрировало повышенную чувствительность к тем же запахам. Однако эффект был сильным только для запаха MCH в паре с отталкивающим стимулом. Более того, реакция потомства на MCH была противоположной выученной родителями: потомство предпочитало двигаться к источнику MCH, а не избегать его.
Зив Уильямс предполагает, что, поскольку унаследована лишь чувствительность к MCH, а не полезная поведенческая реакция (избегание), наследования изменений на уровне нейронных цепей не происходит.
Для дальнейшего изучения этих поведенческих феноменов предлагается блокировать обонятельные процессы на разных этапах у взрослых особей, например, с помощью доминантных термочувствительных трансгенов вроде UAS-Shi.
В конечном счёте, учёные хотят выйти за рамки временных эффектов и исследовать наследование реальных физических характеристик. Оппоненты могут утверждать, что любые значимые результаты лишь выявят уже существующие генетические пути. Однако если рассматривать весь организм как объём молекулярных вычислений вплоть до мельчайшего масштаба, а не только несколько ограниченных мембраной каналов, можно приблизиться к пониманию источника этой изменчивости.