Глава 6 ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ

Глава 6

ОБРАТНАЯ СВЯЗЬ СОМЫ И ЗАРОДЫШЕВОЙ ЛИНИИ

В этой главе мы рассматриваем, как могли изменяться последовательности ДНК вариабельных генов антител в клетках зародышевой линии за эволюционное время. Некоторые данные указывают на существование обратной связи генов, т. е. движения генетической информации от соматических клеток (лимфоцитов) к половым. Начнем с вопроса, впервые поставленного Тэдом Стилом лет двадцать назад  в связи с состоянием знаний того времени по эволюционной генетике антител: «Как согласовать передачу с ДНК половых клеток тех признаков, которые по всем критериям возникают только в соме?»

Такого же типа вопрос не раз ставили философы и биологи, неудовлетворенные традиционным объяснением механизма эволюции. Со времени публикации дарвиновской теории подобный вопрос появлялся в трудах философа XIX века Герберта Спенсера, писателя Самюэля Батлера, писателя и философа Артура Кестлера, зоолога Фредерика Вуда Джоунза (Jones).

Неодарвинисты всегда отбрасывали этот вопрос как неуместный: раз доктрина Вейсмана закрывает дорогу наследованию приобретенных признаков — значит, вопросы такого рода неправомерны. Замкнутый круг рассуждений, подобных этому, очень часто встречается в современной научной литературе; даже крупные биологи, например, С. Дж. Гулд (Gould), делают категорические заявления:

«Природа... работает по дарвиновским, а не по ламарков-ским принципам. Приобретенные признаки не наследуются, и желанные улучшения происходят путем неумолимого отбора с исключением огромного большинства из репродуктивного потока».

Гулд даже не упоминает дарвиновскую теорию пангенезиса. Проблема, таким образом, вынесена за скобки, а все возражения рассматриваются как «бессвязная демагогия сумасшедшего» (читай «ламаркиста» с приставкой нео- или без нее). Однако будем справедливы к Гулду, он очень четко показывает, где ламарковские законы наследственности могут действовать:

«Но с другой стороны, основной механизм культурных изменений ламарковский. Любое знание, приобретенное в одном поколении, может прямо передаваться следующему с помощью того, что мы называем наиболее благородным словом — образование. ...Этот отчетливо ламаркистский характер культурной наследственности придает нашей технологической истории направленный и накопительный характер, чего не может дать дарвиновская эволюция».

В начале 1950-х гг. Вуд Джоунс в книге «Trends of Life» (Направление жизни) уже высказывал удивление, как долго может сохраняться это трагическое непонимание. Артур Кестлер в своей последней книге «Janus: a Summing up» (Двуликий Янус: Итоги), опубликованной в 1978 г., определил свойственные неодарвинистским взглядам противоречия и сделал вывод, что для ламаркистских представлений в биологии дверь должна быть слегка приоткрыта. Почему нельзя принять, что барьер Вейсмана мог быть селективно проницаем для соматической генетической информации за эволюционное время? Когда молекулярные биологи завершат секвенирование ДНК генома человека и других видов, противникам Ламарка вряд ли удастся игнорировать парадоксальное появление в зародышевой линии такой структуры генов, которая существует только в соме. Новые данные о последовательностях ДНК потребуют новых, непредвзятых интерпретаций. Мы уверены, что ламаркистские взгляды придется включить в научные интерпретации в биологии. В истории науки хорошо известны факты, когда ранее отброшенные идеи подтверждались.

Итак, мы вновь формулируем вопрос (впервые поставленный в 1992 г.) о вариабельных генах иммунной системы. Как объяснить высоко неслучайную структуру последовательностей ДНК V-генов зародышевой линии, которая возникает только в ходе прямого антигенсвязывающего отбора белкового продукта гена (антитела), а не прямо в ДНК?

Если структуры Ву—Кэбота могут сформироваться только в результате отбора на уровне связывания антигена функциональным гетеродимером (комплементарное складывание вариабельных областей Н- и L-цепей, составляющих антигенсвязы-вающий центр), то как получилось, что неэкспрессирующиеся элементы V-генов в зародышевой линии несут следы антиген-связывающего отбора? Наши исследования в настоящее время направлены на получение ответа на этот вопрос.

Наследование соматических мутаций

Итак, мы можем спросить, есть ли польза от антигензависимых соматических событий (мутаций и отбора) для ДНК-последовательностей V-генов зародышевой линии следующих поколений? В предьщущей главе мы уже рассказали, как много появляется новых мутантных ДНК-последовательностей в В-лимфоцитах и как они проходят отбор на успешность связывания антигена. Сейчас мы спросим, могут ли эти новые последовательности вливаться в ДНК зародышевой линии — в ДНК половых клеток, яйцеклеток и сперматозоидов?

Теория соматического отбора предполагает передачу приобретенных соматических мутаций V-генов антител половым клеткам. Эта передача может осуществляться при участии обратной транскриптазы (копирование соматической РНК в ДНК) и эндогенных РНК-ретровирусов (продуцируемых лимфоцитами), действующих как «генные челноки», перевозящие мутантные последовательности V-генов в половые клетки. После этого должна происходить интеграция возникшей в соматических клетках генетической информации в ДНК зародышевой линии и замещение ею ранее существовавшей ДНК-последовательности (рис. 1.2). Когда мы формулировали свою гипотезу, мы подчеркивали, что она — «полезный эвристический инструмент», подобный использованным в теоретической физике. Наша теория обращает внимание исследователя на возможность наследования приобретенных признаков. Она убедительно показывает, что теоретически барьер Вейсмана легко преодолим, а, следовательно, он может быть преодолимым и в реальности.

Книга Somatic Selection and Adaptive Evolution вызвала полярные реакции: от резкой критики до щедрой похвалы. Некоторые сочли ее просто фантастической, так как она требовала принятия ламаркистской «ереси», другие приняли ее. Философ Карл Поппер посчитал нашу книгу самой захватывающей из всех, что он читал в том году, а Питер Медавар выразил надежду, что Стил в конце концов окажется прав. Ричард Докинз в своей книге The Extended Phenotype назвал все происходящее тогда «ламаркистским психозом». Позже мы вернемся к критике гипотезы соматического отбора, которую дал Докинз.

Некоторые критики считают идею соматического отбора слишком сложной, так как она требует последовательного наступления слишком многих независимых, если не невероятных, событий. Это — появление мутации в соматических ДНК/РНК, клеточный отбор антигеном, доставка в половые клетки, копирование РНК в ДНК и, наконец, генетическая рекомбинация, приводящая к интеграции мутантной соматической копии кДНК в ДНК зародышевой линии (рис. 1.2). Однако ко времени создания этой теории было хорошо известно, что В-лимфоциты, стимулированные антигеном, продуцируют большое количество эндогенных ретровирусов (предположительно безвредных), несущих обратную транскриптазу. И мы утверждаем, что теория соматического отбора имеет один положительный момент — эволюционное преимущество возвращения мутантных V-последовательностей назад в зародышевую линию. Эндогенные ретровирусы могут рассматриваться в качестве векторов, обеспечивающих генетическую связь между генами соматических и половых клеток.

Тем не менее, главное оправдание теории соматического отбора — в том, что она позволяет критически оценить и интерпретировать весь набор молекулярных фактов, которые иначе бы остались невостребованными. Это то же самое, что аргументы в пользу эволюционной концепции «прерывистого равновесия», использованные недавно С. Дж. Гулдом. Идея обратной связи сомы и зародышевой линии в не меньшей степени полезна, потому что она отвергает непроницаемость барьера Вейсмана на основе научных данных.

В 1994 г. в престижном американском журнале Proceedings of the National Academy of Sciences Симона Бард (Bard), Дэвид Балтимор и Ирвин Вейсман (Weismann) высказали предположение о том, что гены могут перемещаться от вида к виду в результате вирусной инфекции и что этот процесс вносит вклад в эволюцию иммунной системы позвоночных. Эта идея подразумевает, что барьер Августа Вейсмана проницаем, и значит — еще более ответственна, чем идея Тэда Стила, которая не привлекает гипотезу вирусного переноса генов от одного животного к другому. Примечательно, что на эти рассуждения не было столь сильной реакции научной общественности и неодарвинистов, как на теорию соматического отбора. Возможно, потому что Ламарк не был упомянут. А, возможно, еще и потому что Дэвид Балтимор — Нобелевский лауреат, и он, и Ирвин Вейсман — члены Академии. Какими бы ни были причины, это интересный пример из жизни научного сообщества.