«…Австрийский биолог Пауль Каммерер открыл удивительное явление: оказывается, наследственность живых существ можно изменить, изменяя внешние условия – и появившиеся изменения передаются по наследству… Каммерер пришел к тому же выводу, что и русские ученые: Мичурин и Трофим Лысенко. А именно: все живое меняется под влиянием окружающей среды. Изменяя эти условия, человек может заставить организмы приобретать новые свойства. Черты, которых раньше в них не было. А эти черты передаются далее по наследству…» М. Калашников - http://aloban75.livejournal.com/243600.html. Однако, здравствуйте!
Самое первое впечатление от статьи Максима Калашникова: к сожалению, автор смотрит на генетику сквозь призму политики. Это плохо. Потому что я уважаю Максима Калашникова и как историка, и как личность. А вот генетика как наука к (прости-господи) политике никакого отношения не имеет. К ней другой раздел биологии – этология – может какое-то отношение иметь. И такая гадость эта политика, что всё, к чему она свои ручонки тянет, искажается до неузнаваемости, вызывая к жизни заблуждения. Итак, что же открыл Каммерер?
1. «Каммерер брал слепых от природы рыб-протеев, живущих в пещерных озерах, подвергая их в лабораториях попеременному облучению то красным, то обычным дневным светом. И у протеев развивались хорошо сформированные глаза!..» Уточню. Протеи — семейство хвостатых земноводных. Ведут водный образ жизни. Предположительно, протеи представляют собой неотенические личинки неизвестных древних саламандр. Глаза маленькие, лишенные век или скрыты под кожей. Проявляет отрицательный фототропизм даже после обезглавливания (светочувствительна вся поверхность тела, особенно голова и хвост). Поэтому «обработка» такого существа светом – на грани живодёрства. И глаза… Как видим, они у протея есть, просто редуцированы за ненадобностью при жизни в темноте. Он так решил. Ни о каком новоприобретённом признаке тут речи быть не может. Только регенерация! Та самая, которая приводит к появлению нового ущербного хвостика у ящерицы в замен оторванному или культи у геккончика вместо утраченной конечности. Конечно, ящерица не земноводное. Тогда познакомьтесь с аксолотлем: неотеническая личинка некоторых видов амбистом (саламандр), эти животные обладают способностью регенерировать утраченную часть тела. Именно потому, что и протей, и аксолотль – личиночные стадии (по каким-то причинам обрётшие способность к размножению) и при определённых условиях должны быть способны к метаморфозу во взрослый организм (аксолотль точно умеет), у них высокая способность к регенерации заложена уже в теории. Как головастик легко превращается в лягушку. Потому что земноводные. У нас тоже есть способность к регенерации, но очень низкая (максимум, к рубцам приводит). Потому что мы приматы. Вопрос: рождалось ли у «прозревших» протеев потомство с развитыми глазами? В описании опытов Каммерера на это указаний нет. Вроде как он решил зрячих протеев «зафиксировать» (заспиртовать) вместо попытки разведения. Зато я нашла другое указание: «А всего несколько лет назад Й.В. Арнтцен и Б. Скет обнаружили целую популяцию (а может быть, новый подвид или вид?) европейского протея с пигментированным телом и нормально развитыми глазами. Впрочем, отдельные особи с такими признаками были известны еще в прошлом веке и сейчас хранятся в Естественноисторическом музее Вены…» - http://www.zooclub.ru/amfib/10-10.shtml. О чём это говорит? О том, что нормально развитые глаза для протея нельзя считать новым приобретением. Они для протея – атавизм (возвращение к признаку предков). Причем, в качестве рудимента глаза у протея имелись и на начало эксперимента.
2. Жаба-повитуха. Это небольшое земноводное живет в Западной Европе и обладает уникальным способом размножения. В отличие от многих других бесхвостых амфибий спаривание у жабы-повитухи происходит не в воде, а на суше. В это время самец удерживает самку своими передними конечностями, та откладывает яйца, а самец их оплодотворяет. У земноводных, размножающихся в воде, самка во время спаривания может выскользнуть из объятий самца. Чтобы избежать этого, у самцов имеются так называемые брачные мозоли - небольшие шершавые припухлости эпидермиса, расположенные обычно на передних конечностях. Однако у самца жабы-повитухи их нет: при спаривании на суше кожа самки остается сухой и довольно шершавой, поэтому риск, что она выскользнет из объятий, гораздо меньше. Каммерер решил заставить жабу-повитуху в течение нескольких поколений спариваться, подобно другим бесхвостым земноводным, в воде, чтобы добиться развития брачных мозолей и их наследования. Основой для этого было логичное предположение, что у предков жабы-повитухи спаривание происходило в воде и были брачные мозоли - они и должны были проявиться при эксперименте как атавизм. Кстати, сам Каммерер не считал опыт с жабой-повитухой решающим для доказательства наследования приобретенных признаков. А вот в глазах противников Каммерера именно этот эксперимент почему-то имел решающее значение. Ученый поместил повитух в террариум с весьма высокой для этих земноводных температурой воздуха (25-30 С) и относительно прохладной водой в бассейне. Не будучи теплолюбивыми, жабы были вынуждены проводить в бассейне все больше и больше времени и в конце концов спарились в воде. Насколько известно, все попытки других людей повторить эксперимент были безуспешными. А дальше очень загадочная история. Почему-то открытию в 1909 г. брачных мозолей у самцов третьего поколения, происходящих от размножавшейся в воде пары, Каммерер не придавал большого значения. Лишь в 1919 г. он опубликовал их описание. Заспиртованными оказалось только два экземпляра. Один признан грубой подделкой (иньекция туши). Найденный значительно позднее второй экземпляр почему-то не изучался. А Каммерер покончил с собой. Я не вижу причин сомневаться в результатах опыта. «Кестлер пишет, что в 1924 г. Р.Кандлер описал пойманную в природе особь жабы-повитухи с рудиментами брачных мозолей. Препараты этих рудиментов оказались похожими на препараты Каммерера - те, которые были переданы Бэтсону и демонстрировались в Англии…» - http://www.zooclub.ru/amfib/10-10.shtml. Лучше давайте разберёмся, с чем мы имеем дело. У большинства самцов лягушек в определённые периоды развиваются брачные мозоли. У жаб-повитух этого не происходит, потому что они заняли новую для земноводных экологическую нишу. Генетически заложенные брачные мозоли стали не нужны и со временем перестали проявляться. Жаб загнали в воду, действительно виртуозным образом «уговорили» спариться и, о чудо, снова брачные мозоли! Можно ли их считать новым признаком? Сам Каммерер не дал на этот вопрос однозначно положительного ответа.
Настало время заглянуть в мир хромосом.
Избыточность генетической информации присуща уже ДНК бактерий - у них экспрессируется всего лишь до 40% генов. Остальные гены в норме бездействуют, но они тоже могут «заработать», например, при переносе бактерии в необычную среду обитания.
Еще больше «генов-бездельников» у высших организмов. Так, у человека за все время его индивидуального развития срабатывает всего 1% генов (Б. Албертс, Д. Брей и другие). Остальная часть ДНК пребывает в бездействии на протяжении всей жизни человека! «Зачем нужны такие «молчащие» участки ДНК, такие «бессмысленные» гены? Мы этого не знаем», - пишут А. А. Нейфах и Е. Р. Лозовская. «Действительно ли «сорная» ДНК лишена какой бы то ни было функции или мы просто до сих пор не сумели эту функцию обнаружить?» - задается вопросом П. Кейлоу. «По-видимому, - высказали предположение А. Д. Браун и М. Д. Фаддеева, - существование «молчащей» ДНК - это плата за какое-то исключительное новшество».
Доказано, что гены, молчащие в клетках организмов одного вида, могут «заговорить», то есть начать синтезировать белки, будучи имплантированы в клетки другого вида организмов, подвергнувшись в этих клетках воздействию изменившейся эпигенетической среды. «Игра генов» - обычное дело и в онтогенезе: в разных тканях, на разных стадиях развития срабатывают разные участки базовых ДНК, разные гены их. За этими изменениями в работе базовых ДНК иногда можно проследить по изменению локализации пуффов - вздутий политенных хромосом, маркирующих места наиболее активного синтеза белка (И. Б. Збарский).
Поэтому логично предположить, что генетическая основа, ответственная за образование брачных мозолей у жабы-повитухи существовала всегда, но в «выключенном» состоянии (в отличие от её сородичей, использующих эти гены до сих пор). Каммерер лишь сумел запустить активацию данного механизма. Атавизм.
«При изучении уникальных и повторяющихся последовательностей ДНК у разных видов земноводных обнаружилось, что набор повторяющихся ДНК видоспецифичен, в то время как уникальные последовательности в высшей степени гомологичны. У таких внешне резко различающихся видов, как шпорцевая лягушка, серая жаба, гребенчатый тритон, пятнистая саламандра, одинаковым оказалось даже число повторов генов - меняется лишь число копий генов в каждом повторе…
…Пробудить» спящие гены базовых ДНК могут не только скрещивание, отдаленная гибридизация, но и непосредственное воздействие эпигенетических факторов. В опытах Г. X. Шапошникова тлям вида Майкопика вместо купыря лесного, которым они обычно кормятся, «подсунули» бутень пятнистый и бутень бульбоносный. Группа несекомых, поселенная на первом растении, быстро погибла. На втором виде часть (правда, очень малая) не только выжила, но и дала потомство. После восьмого поколения потомки тлей Майкопика почти потеряли способность развиваться на «предковом» хозяине - купыре. Но самое интересное, что перестройка обменных процессов в их организме сопровождалась изменениями внешних их признаков: они стали неотличимы от тлей вида Херофиллина…»
Международная группа занималась изучением генома муравьев из обширного и очень разнообразного рода Pheidole, который насчитывает свыше 1100 видов. Для начала исследователи изучили влияние гормона роста метопрена на виды, у которых встречаются суперсолдаты. Из обычных «рабочих» личинок под влиянием гормона появлялись суперсолдаты. Следующий шаг ученые сделали, воздействуя на виды, у которых суперсолдаты в естественных условиях не встречаются. И здесь им также удалось получить суперсолдат, до сих пор не известных науке! Ученые полагают, что им удалось активировать «спящие» гены и воссоздать древнюю касту, которая существовала у разных видов около 35 млн. лет назад. В те времена суперсолдаты были обычным явлением для многих муравьев, но постепенно надобность в них исчезала, и супермуравьи тоже постепенно исчезали… Однако гены в длинных цепочках ДНК сохранились, хотя и не использовались больше (подобных генов много у любого животного). И вот ученые нашли способ разбудить древнего монстра, используя гормон метапрен. Оригинальная статья: Rajendhran Rajakumar, Diego San Mauro, Michiel B. Dijkstra, Ming H. Huang, Diana E. Wheeler, Francois Hiou-Tim, Abderrahman Khila, Michael Cournoyea, and Ehab Abouheif Ancestral Developmental Potential Facilitates Parallel Evolution in Ants // Science, 2012.- 6.- 79-82. DOI:10.1126/science.1211451
3. К концу своей жизни Каммерер считал, что решающее значение для доказательства наследования приобретенных признаков имеют его эксперименты с асцидией, которая живет на дне моря и имеет два трубковидных сифона, через которые, соответственно, всасывает и выпускает воду. Каммерер обрезал эти сифоны и обнаружил, что, регенерируя, они отрастают на еще большую длину. Чем чаще обрезали сифон, тем длиннее он отрастал, пока не становился "как длинный слоновый хобот". Каммерер считал, что ему удалось доказать наследуемость удлинения. К настоящему времени сам факт удлинения обрезанных сифонов этой асцидии считается доказанным, а вот наследуемость – пока нет. Опять ламаркизм не подтверждён. Выиграл ли от этого дарвинизм? Для меня – нет. Но гены как материальная основа наследственности были и продолжают быть. А регенерация по-прежнему творит чудеса. Знаете, как поступают, чтобы легче было веточку привить? Проводят на кусте осеннюю обрезку. А весной на новый побег делают прививку, и она легче приживается.
4. «Австрийский биолог взял для опыта огненную саламандру, ящерицу, с причудливым сочетанием ярко-желтых и черных пятен. В ходе экспериментов он выяснил, что, коли долго держать саламандр в террариуме с желтым грунтом, расцветка кожи ящериц меняется. Они буквально желтеют под цвет почвы. А потом желтоватый окрас передается потомству…»
А кто ещё умеет менять окраску? Головоногий моллюск осьминог. Ящерица Хамелеон. Аквариумные рыбки могут менять окраску в качестве ответной реакции на стресс-фактор. Из экзотики: «В болотах индонезийской части острова Калимантан (Борнео) учёным удалось обнаружить ядовитую змею, которая способна менять цвет кожи. Две полуметровые особи ядовитой змеи-хамелеона были пойманы в заболоченных лесах национального парка острова Борнео «Бетунг Керихун». Ученые дали новому виду название «капуасская грязевая змея» по названию местной реки Капуас. По словам специалистов, обычно эта змея имеет коричневый окрас с переливчатым отблеском, но буквально на глазах может становиться белой…» Саламандра – земноводное? Идём к ним!
«У амфибий некоторых видов окраска тела может тоже меняться, как и у хамелеонов, хотя и гораздо более медленно. Так, травяные лягушки могут менять цвет своей кожи от красно-коричневого — до почти чёрного цвета. Эти возможности их кожи претворяются в жизнь благодаря наличию в ней пигментных клеток — хроматофоров. Изменение окраса происходит по разным причинам. Вот одна из таких причин: для упомянутых амфибий, как и для многих других видов животных, характерна способность к предчувствию изменений погоды. Это проявляется тем, что даже цвет кожи у лягушки меняется: перед дождём кожа приобретает сероватый оттенок, а к ясной погоде становится заметно желтее…»
Ещё: «Некоторые квакши, которые, в основном, обитают на деревьях, обладают удивительной способностью менять цвет своей кожи в зависимости от окружающей обстановки, в связи с чем окрашены в самые разные цвета…» Вопрос: действительно ли то, что доступно лягушкам, невозможно для их достаточно близких родственниц саламандр?
Итак, что сделал Каммемер? У него первая группа саламандр выращивалась на черной почве, а другая на желтой. Эксперимент длился 11 лет! Согласно сообщению исследователя в первой группе желтые пятна постепенно уменьшались и по достижении половой зрелости в возрасте около 6 лет стали очень маленькими. Во второй группе желтые пятна, напротив, увеличивались и превратились в желтые полосы. Таким образом, здесь Каммерер проделал то, что повторяют и другие. Полученные результаты свидетельствуют о том, что указанные изменения окраски определяются не прямым химическим или фотохимическим действием среды, а реализуются через центральную нервную систему животного.
Однако сенсационные данные были получены во второй части опыта по наследованию приобретенного признака. Потомство саламандр, адаптированных к черному цвету, выращиваемое на черной почве, родилось с единственным рядом мелких желтых пятен вдоль середины спины, которые оказались мельче, чем у родителей, и почти исчезли по мере роста саламандр. Напротив, потомство родителей, адаптированных к желтому цвету, помещенное на желтую почву, родилось с двумя симметричными рядами желтых пятен, которые позже объединились в две широкие желтые полосы. В третьем поколении саламандры сверху были окрашены в "однообразный канареечно-желтый цвет". Нет смысла вдаваться в дальнейшие детали экспериментов, например, выращивание половины потомства родителей, адаптированных к желтому фону, на черной почве и, наоборот, перекрестное скрещивание потомков, трансплантация яичников и т.п. с целью выяснения соответствия ламаркизма законам Менделя. Часть из этих опытов, по словам ученого, удалась, часть - нет, но проверить это оказалось невозможным - разводить саламандр в неволе на протяжении многих поколений никогда и никому, кроме Каммерера, не удавалось.
У меня нет причин оспаривать результаты эксперимента. Но… Вопрос: является ли для родительских особей изменение окраски новоприобретённым признаком? Нет. Чёрный и желтый цвета присутствовали в окраске животных и на начало эксперимента. Изменилось лишь распределение и процентное соотношение исходных цветов. Говорят, нервная система виновата. Мы тоже слегка можем изменять свою окраску (если что не так, краснеем или бледнеем). Но у нас задействованы нервная система и кровеносная. Мне думается, в случае с саламандрами могла измениться и экспрессия (сила проявления) генов, отвечающих за окраску. Да, экспрессия генов тоже регулируется, внутри хромосом.
Второй вопрос: почему изменение окраски передалось потомству? В случае изменения экспрессии, передача новой окраски обусловлена именно генетически. Но есть и второй момент. Физиология саламандр. В отличие от большинства земноводных, Обыкновенная саламандра не откладывает икру, а рождает в воду живых личинок с наружными жабрами, которые до этого развиваются в расширенных яйцеводах самки. Это примерно как внутриутробное развитие. Понятно, что организм матери в таком случае оказывает непосредственное влияние на среду, в которой формируются зародыши. Каково это влияние? Лично я ответить не могу. Но, опять же, никаким ламаркизмом здесь и не пахнет.
Для меня интересней другой эксперимент Каммерера. Как размножается Обыкновенная саламандра, я уже описала. А вот Альпийская саламандра живет только в высокогорьях Альп. Она рождает полностью сформировавшихся, готовых к жизни на суше и относительно крупных детенышей, все эмбриональное и личиночное развитие которых, включая метаморфоз, происходит в яйцеводах самки. Поскольку это длится долго и требует много энергии, у альпийской саламандры рождается обычно всего два детёныша. В последние годы установлено, что это происходит в основном за счет так называемого внутриматочного каннибализма. Личинки в яйцеводах поедают своих менее развитых сородичей - как личинок, так и яйца. Кроме того, у них есть специальные адаптации, позволяющие "объедать" эпителий стенок яйцеводов самки в особой области - так называемой трофической зоне.
Суть экспериментов Каммерера состояла в том, чтобы в течение ряда поколений разводить обыкновенных саламандр в холодных и сухих условиях, имитирующих альпийский климат, а альпийских саламандр, наоборот, в условиях, имитирующих теплый и влажный климат предгорий и равнин. По мнению Каммерера, был установлен "полный и наследуемый взаимный обмен репродуктивными признаками". Обыкновенные саламандры в условиях, напоминающих климат альпийских высокогорий, в конце концов (после нескольких абортивных рождений личинок) стали рождать двух полностью сформированных молодых потомков. А альпийские саламандры, помещенные в условия теплого и влажного климата, стали рождать личинок в воду, причем их число увеличивалось от помета к помету.
Могли ли подопытные животные обменяться нужной информацией? У людей телепатия возможна. Могли ли обратиться к информационному полю Земли? Осознанно, думаю, нет. Мог ли измениться инстинкт? Но ведь здесь изменения затрагивают физиологию… А знаете, что такое Гомологические ряды?
Гомологические ряды в наследственной изменчивости — понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости. «Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов…» Правда, Вавилов работал с растениями. Но чем чёрт не шутит! Ведь генетический код на Земле для всего живого – общий…
Вопрос: подтвердили ли опыты Каммерера положения ламаркизма? Я отвечаю: нет.