Наследование признаков Вопрос, который призвана прояснить
advertisement
Наследование признаков Вопрос, который призвана прояснить статья: какие свойства (качества) наследуются организмом, т.е. проявляются всегда ровно так же как и во всех других организмах данной популяции вне зависимости от условий. Фактически, речь идет об оценке жесткости программы строения и развития организма или, точнее, о понимании базовой основы механизмов наследственности, принципа, реализующегося в эволюции вида. Вопрос этот значим потому, что от его понимания зависит понимание и того, наследуются ли приобретенные качества, что в этом смысле влияет на эволюцию и способности ближайшего потомства. Кроме того, от этого зависит и понимание вообще возможностей и свойств генетической программы, передаваемой из поколение в поколение, возможность оценки рационального в теориях, затрагивающих генетический код (например, <a href="/mist/gariaev/gariaev.php" target="blank">Волновой геном Гаряева</a>). Что вообще представляет собой генетический код? Собственно с его помощью воспроизводятся только молекулы белков. Без определенного окружения, сами по себе эти молекулы ничего да способны дать. Им нужно некое начальное окружение: кроме самого кода должен быть еще и механизм, обеспечивающий его считывание и формирование молекул белка. Т.е. кроме собственно генетического кода от организма к организму передается и этот механизм, встроенный в ядро клетки. Механизм и способ кодирования настолько универсальны, что взаимозаменяемы у любых существ, обладающих ими. Различие - в собственно коде. Поэтому можно считать, что только он и больше ничего обеспечивает воспроизведение свойств организма в условиях, границы которых не слишком сильно отличаются от тех, в которых развивается вид. Механизм деления клеток рассматривать здесь не будем, важно просто знать, что именно он обеспечивает дублирование генетического кода, синтез тех белков, которые необходимы для удвоения содержимого клетки с учетом того, какое окружение у этой клетки имеется - что заставляет выбирать тот участок генетического кода, который содержит информацию об этих белках и обеспечивать специализацию делящихся клеток в организме, создавая в определенной последовательности различные ткани. Вот это окружение - самое важное условие того, как именно будет считываться код, как именно будет специализироваться клетка. Почему не будут рассматриваться конкретные механизмы и особенности репликации станет понятно после рассмотрения самого главного эффекта, который проявляется в эволюции живых существ. Обозначим его заранее: эффект скачкообразности изменения форм существ в данных условиях при любом изменении наследственного кода (приоритет открытия - Гуго Де Фриз). При этом формы, способные существовать в данных условиях не теряя способность к воспроизводству, продолжают эволюционировать. Пример: у мухидрозофилы есть мутация «tetraptera», при которой мухи приобретают лишнюю пару крыльев. А ведь это признак отряда — количество крыльев! У перепончатокрылых их как раз 4 — вот и начало превращения мухи в осу. Этот эффект далеко не очевиден, поэтому делаю конкретное утверждение, что любое изменение генетического кода приводит к довольно резким изменениям определенных свойств и качеств существ в данных, неизменных условиях. Невозможно так изменять генетический код, чтобы обеспечить плавное перетекание признаков через все промежуточные состояния. Причиной этого является очень незначительный объем информации, который может быть записан на уровне генетического кода. Так, геном человека может быть записан примерно на носителе в 600 мегабайт. В то же время один только мозг содержит около 10 миллиардов нейронов, каждый из которых имеет около 10 тысяч связей с другими нейронами (т.е. информация, необходимая для записи только структуры нейронной сети необходима в объеме 10 в 14 степени единиц). А кроме нейронов в мозге человека есть и вспомогательные клетки, например, глия - около 100 миллиардов клеток. А еще и клетки тела, самого разного вида. Генетическая же информация имеет всего около 3*10 в 8 степени единиц (в миллион раз меньше, чем необходимо для кодирования только структуры нейронной сети мозга и в сотни миллиардов раз меньше, необходимого для кодирования всего тела.). В ходе эволюции изменение генома под влиянием мутирующих факторов приводит сразу к довольно резким изменениям соответствующих этому качеств тела. Мы имеем свой существующий вид не потому, что к этому привела некая Целесообразность и Этика Эволюции, а просто потому, что вот такой вид приобрели наши организмы, выживая в таком качестве в существующих условиях. Береза за полярным кругом или высоко в горах имеет вид низкорослого кустарника и мало похожа на равнинную березу средней полосы, несмотря на то, что может иметь тот же самый генетический код (на самом деле он очень незначительно отличается, обеспечивая свойство выживать в тяжелых условиях). Именно условия способны менять результат реализации генетического кода в последовательности запуска синтеза белков в различных делящихся клетках организма, если только эти условия не оказываются настолько не обычны для вида, что возникающий в результате организм уже несовместим с ними. Известны всего несколько мутирующих факторов, способных изменить генетический код. Самый изощренный из них (см. подробнее <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance5.php" target="blank"> Горизонтальный перенос генов и его роль в эволюции </a>) позволяет переносить часть информации непосредственно во время жизни организма, закрепляя некие приобретенные свойства. Эти свойства касаются лишь отдельных специализированных клеток (их некоторых свойств) и никак не способны передать приобретенных поведенческие особенности организма и вот почему. Поведение формируется как изменение состояния нейронной сети мозга, управляющей этим поведением. Это затрагивает как самую первичную рецепцию (первичные распознаватели, формирующиеся в анализаторах мозга), так и почти все другие структуры нейронной сети. Это невообразимо большое количество информации просто не может никаким образом быть помещено в относительно небольшой генетический код и, кроме того, просто не существует механизма такого считывания состояния этой сети и записи ее куда-либо. Это не значит, что его "пока что не найдено и стоит поискать". Это означает принципиальную невозможность вообще существования такого механизма ввиду специфики формирования связей мозга и сложности организации его памяти (см. <a href="/neuro/neuro_sys/illustration.php" target="blank"> Иллюстрация организации памяти мозга </a>). Эффект скачкообразности изменения наследуемых признаков при изменении генетического кода не позволяет реализовать передачу по наследству никаких поведенческих свойств, которые бы могли проявляться неизменно и вне зависимости от окружающих условий. Все "инстинкты" являются лишь результатами особенно облегченных путей развития некоего поведения, обусловленное особенностями строения тела и особенностями строения мозга (ветвления аксонов и дендритов нейронов). Обычно то, что определяет особенности развития психики, называют задатками - это врожденные анатомо-физиологические особенности нервной системы, составляющие индивидуальные психологические предпосылки формирования и развития способностей. Они обусловлены генетическим раскладом и во многом передаются по наследству (но далеко не во всем, так как некоторые особенности сочетания генов перетасовываются очень индивидуально). Но эти врожденные особенности вовсе не являются уже готовыми прототипами психики, иначе их не называли бы задатками, а можно было бы говорить о передаче по наследству психических качеств (инстинктов, навыков, повадок). На самом деле ничего такого по наследству не передается (объема генетического кода не хватит для этого). Клетки мозга новорожденного ребенка относительно бедны дендритами - отростками, которые служат для возможности приема нервных импульсов. Когда мозг начинает получать сигналы от органов чувств, дендриты усиленно ветвятся в сторону этой активности, оставляющий биохимический след, и образуют целевую систему сложных межнейронных связей ветвлений, способных к установлению связей. Были бы другие раздражители в этот период и характер ветвления, а значит и индивидуальные особенности, оказались бы иными, несмотря на идентичность генетического кода (поэтому чрезвычайно важно для более всестороннего развития как можно более богатый, но не хаотический, а реально используемый, ассортимент раздражителей еще тогда, когда плод развивается до рождения). Сотрудники Калифорнийского университета и университета Джонса Гопкинса обнаружили, что ген CREST непосредственно управляет процессом формирования новых дендритов. Мыши, лишенные этого гена, появлялись на свет точно с таким же мозгом, как и контрольные животные. Однако по мере взросления эти мыши все больше отставали от своих ровесников по уровню способностей к запоминанию и обучению. Эта работа напечатана в журнале "Science". Т.е. этот ген задает всего лишь общую, пока ни к чему конкретно не привязанную интенсивность ветвления дендридов. И, понятно, что особи, у которых она будет больше, получат преимущество в образовании распознавателей различных признаков. Другой ген 5-HT2A влияет на объем мозга и способность к запоминанию Вариация в гене серотонинового рецептора 5-HT2A ассоциируется с уменьшением объема головного мозга и с пониженной способностью к запоминанию, т.е. здесь уже варьируется способность образовывать связи между нейронами и как бы дендриты не ветвились, без такой способности не обойтись. Ученые из Университета Колорадо (США) в последнем номере журнала Science опубликовали статью о дупликациях гена MGC8902 в геномах человека и некоторых животных, предположительно отвечающего за когнитивные функции. В неврологии и нейропсихологии под когнитивными функциями принято понимать наиболее сложные функции головного мозга, необходимые для осуществления процесса рационального познания мира. К таким функциям относятся восприятие информации (гнозис), ее анализ и обработка (так называемые исполнительные функции), хранение информации (память) и передача информации (праксис и речь). В пользу гипотезы об ассоциации гена MGC8902 с функцией познания окружающего мира свидетельствует высокая экспрессия этого гена в отделах мозга, связанных с когнитивными функциями. В телах и дендритах нейронов, расположенных в этих отделах мозга также обнаружен продукт экспрессии - белок DUF1220 (DUF - домен с неизвестной функцией). Ученые также сравнили количество копий этого гена между людьми и некоторыми животными. Оказалось, что больше всего таких копий (212) содержится в геноме человека. Для сравнения: у шимпанзе их 37, а у мышей и крыс - всего одна. Предполагается, что такая особенность генома человека является одной из многих причин, отличающих человека разумного от других представителей животного мира. Разные гены задают самые общие особенности строения и свойств нейронной сети (которая у каждого совершенно не такая как у других). Они могут делать более легкое сочетание одних признаков, (например, слухового анализатора, что определит повышенные музыкальные и другие слуховые способности) и окажется беднее в отношении других. Как возникают первые сочетания рецепторов с эффекторами через управляющие структуры, регулирующие поведение и, в частности, определяющие "инстинкты"? Первые мышечные движения взрослеющий плод совершает еще в матке вследствие спонтанной (пейсмеккерной) активности созревающих мотонейронов, связанных с мышечными волокнами. Рядом с волокнами имеются мышечные рецепторы (проприорецепторы). Активность мотонейронов и последовавшая активность мышечных рецепторов, образует связь между ними так, что впоследствии эти рецепторы станут источником стимулирующего подвозбуждения мотонейрона для организации плавной фазы движения в которой рецепторы окажутся возбуждены предыдущей фазой движения (см. <a href="/neuro/science/recept2/in_out.php" target="blank"> Рецепторы и эффекторы</a>, <a href="/neuro/science/recept2/1.php" target="blank"> Организация движения</a>, <a href="/neuro/science/recept2/6.php" target="blank">Функциональная анатомия сенсорных систем</a>). Существующие к этому моменты мышечные волокна и особенности строения органа, выполняющего движение, станут основой для наиболее естественных особенностей движений данного существа. Так, почти все животные от хомячков до львов характерно вычесывают за ушами задней лапой не потому, что у них это генетически запрограммировано, а потому, что для них такое движение - наиболее удобно и, естественно реализуясь, оно развивается индивидуальным опытом, приобретая личные особенности. С такой точки зрения стоит рассматривать этиологию любых других "инстинктов" и основных эмоциональных состояний. Так, непуганое зверье не обладает боязнью перед лицом даже крупного хищника. Воспитанные в домашних условиях м.свинки, хомячки и т.п. не пугаются, когда встречаются с кошкой. Только если кошка проявит агрессивность, возникает страх. Птицы и звери не боятся людей на островах и местах, где раньше людей не было. В контексте сказанного рассмотрим несколько статей, касающихся передачи наследственной информации (начиная с самых ранних авторов). <b>Статья Крушинского <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance1.php" target="blank"> Наследуются ли условные рефлексы?</a>:</b> <font color="#993300">Современной наукой накоплено бесчисленное количество доказательств того, что, несмотря на огромную индивидуальную приспособительную изменчивость организма, эволюция тем не менее идет в результате отбора мутаций и рекомбинаций генов. С сожалением надо отметить, что среди ряда физиологов еще распространены наивные взгляды на вопросы видообразования, давно отброшенные генетиками-эволюционистами. Так, в недавно вышедшей брошюре К.В. Судакова "Тайны инстинкта" в категорической форме утверждается существование наследственной передачи условных рефлексов и перехода условных рефлексов в безусловные. Одним из поводов для распространения среди физиологов представлений о наследовании условных рефлексов могли послужить некоторые высказывания И.П. Павлова по этому вопросу, отвергнутые позднее им же самим в широкой прессе. ... Поучительным примером служат результаты тщательной проверки широко известных опытов Мак-Дугала по изучению влияния обучения родителей на скорость образования условных рефлексов у потомков. История этого вопроса детально изложена Робинсоном. Методика основных опытов Мак-Дугала заключалась в том, что крысы, помещенные в камеру, наполненную водой, обучались вылезать на одну из двух симметрично расположенных платформ. При вылезании из воды на освещенную платформу крыса получала удар электрическим током, что вынуждало ее влезать на затемненную платформу. Основными критериями обучаемости служило время образования условных рефлексов и число ошибок, сделанных крысой в процессе обучения. Было изучено 46 поколений крыс. Для исключения возможности селекции на хорошую обучаемость была поставлена серия, в которой велась обратная селекция на плохую обучаемость. Фактический материал опытов Мак-Дугала показал, что как скорость образования условных рефлексов, так и число делаемых крысой ошибок имеет ясно выраженную тенденцию к сильной флуктуации от поколения к поколению. Однако общей тенденцией является ускорение образования условных рефлексов от поколения к поколению. На основании своих опытов Мак-Дугал приходит к выводу о наследовании индивидуально приобретенного опыта. Опыты Мак-Дугала были проверены известным генетиком Кру. Были применены все меры для исключения возможности неосознаваемого отбора. Как опытные, так и контрольные (необучавшиеся) линии велись путем строгого инбридинга. Была изучена обучаемость в 18 поколениях крыс. Фактический материал Кру показал наличие значительных отклонений в быстроте обучаемости как опытных, так и контрольных крыс. Однако никакого эффекта от обучения родителей на способность потомков к обучению он не обнаружил. Восемнадцатое поколение обеих групп крыс обладало сходной обучаемостью и не отличалось от крыс первой генерации. ... Опыты Мак-Дугала в течение 20 лет проверялись также Эгером и сотрудниками, методика экспериментов которых была максимально сближена с методикой Мак-Дугала. Все крысы, использованные для опытов, происходили от одной единственной пары крыс. Потомки этой пары были разделены на две группы, одни из которых явились предками обучающихся крыс, другие - контрольной группы. Опыты были проведены на 50 поколениях крыс. В обеих линиях продолжался инбридинг. Результаты проведенных исследований показали, что по скорости обучения и числу делаемых ошибок в процессе выработки навыка как в опытной, так и в контрольной группе крыс произошли совершенно сходные изменения. ... В настоящее время прекрасно изучен тот путь, который дает возможность любой популяции животных быстро перестроить как свою морфологию, так и свою функциональную реактивность в соответствии с постоянно изменяющимися условиями внешней среды. Этот путь - отбор генотипов, наиболее соответствующих наступившим изменениям среды. Таким образом, только в самом генетическом аппарате заложен тот механизм, который дает возможность перестройки путем отбора генотипического состава популяции в соответствии с изменениями среды ее обитания. Эта перестройка генотипа популяции под влиянием естественного отбора, совершающаяся на фоне возникших ненаследственных приспособительных реакций к изменившимся условиям среды, может создать иллюзию наследования приобретенных признаков, о которых в современной эволюционногенетической литературе упоминается только как об анахронизме, представляющем лишь исторический интерес.</font> <b> Мачей Кучиньский <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance2.php" target="blank">Как стать бабочкой</a>:</b> <font color="#993300">Птица ткач — африканская разновидность зяблика; от Восточного Конго до южноафриканских саванн встречаются поселения этих пернатых. Словно экзотические плоды, висят на деревьях десятки шарообразных гнезд, сплетенных из травы и других гибких волокон. Гнездо, занятое парой взрослых птиц и несколькими подрастающими птенцами, уже имеет приличный вес. К тому же оно набухает от дождей и раскачивается ветрами. Чтобы постройка в конце концов не рухнула, ткачи дополнительно прикрепляют ее к ветке крепким волосом животных, чаще всего взятым из хвоста зебры или антилопы гну. При этом птица клювом завязывает волос особым, всегда одинаковым, узлом. Известный любитель-природовед Эжен Марэ, живший в начале века в тогдашнем Трансваале и обладавший невероятным даром мгновенной наблюдательности, заметил, что юные пары ткачей, строя новые гнезда, не берут пример со своих старших товарищей по колонии. Тогда он задал себе вопрос: кто и как их обучает? Ведь при строительстве гнезд птицы всегда придерживаются одного и того же плана. Начал месье Эжен с того, что исключил фактор обучения. Для этого он вынул из гнезда несколько яичек ткачей и подложил их на высиживание канарейкам, жившим в его просторном бунгало. Когда юные ткачики проклюнулись и выросли, он не выпустил их на свободу, а перенес из канареечных клеток в «персональные», где они соединились в пары и, не имея доступа к каким-либо материалам, пригодным для плетения гнезда, снесли яйца прямо на пол клетки. Яйца у них снова отобрали и опять передали на высиживание канарейкам, и так далее. Таким образом четыре поколения ткачей были лишены не только контакта со старшим поколением и природной средой, но даже вскормлены искусственной пищей. Марэ решил, что если четвертое поколение ткачей ухитрится построить такие же гнезда, как и неведомые им пращуры, это будет доказательством того, что таковые способности обретены иным путем, нежели наблюдение, пример и обучение. Он подбросил в клетки горсточки травы, тонкие веточки, волокна и увидел, что ткачи тут же взялись за работу. Вскоре птицы сплели висячие гнезда, ничем не отличающиеся от гнезд, построенных в буше их вольными предками. При этом они не хуже пра-пра-прадедов знали, зачем нужен оказавшийся в клетке конский волос. Они отнюдь не вплели его в стенку гнезда! Оставленный на потом, он был использован для прикрепления постройки к верхнему пруту клетки и завязан «фирменным» узлом! Из своего эксперимента Марэ сделал вывод, что умение строить гнезда должно быть наследственным. ... Сегодня мы точно знаем, что единственный носитель информации, передаваемой новому поколению, — нить ДНК с зашифрованной генной записью. Однако попытка представить себе механизм записи-зашифровки формы гнезда, а затем прочтения шифра и замены его на движение клюва птицы наталкивается на такие трудности биологического и информационного характера, что они делают такой способ передачи невозможным. ... Не вдаваясь в дальнейшие детали, скажу: передачу инструкции построения гнезда генетическим путем приходится полностью исключить. ... К точно таким же выводам ведет и анализ поведения пауков, ткущих свои сети. У большинства видов молодые паучки, покинув яйцо, больше не сталкиваются с родителями. Вообще не знают их. Более того, по мере сил избегают контактов со взрослыми пауками, чтобы не окончить свою младую жизнь в их желудках. Они вырастают в одиночестве, не пользуясь ничьим примером, и все же, достигнув определенного возраста, принимаются за ткачество, прекрасно зная, как это делать, хотя, возможно, до того вообще ни разу в жизни не видели паутины. Они, не колеблясь, изготовляют сети в соответствии с извечными образцами, причем сразу в окончательном виде. Вдобавок, в отличие от птиц, они не могут охватить свое произведение взглядом по той простой причине, что работают в плоскости сети! Приступая к работе, паук прикрепляет нитку к стволу дерева. Выделяя нить паутины расположенными в брюшке железками, он переходит на соседнее дерево, на ту же высоту, после чего, подтягивая к себе, натягивает эту нить, более толстую, нежели другие, так как к ней будет подвешиваться вся паутина. Теперь с обоих ее концов он опускает нити, достигающие земли, затем соединяет их на определенной высоте так, чтобы они образовали букву «Y». Точка, в которой сходятся три плеча, будет центром паутины. Следующее действие — выведение радиусов. Они расходятся из центра под одинаковыми углами. Радиусы-лучи соединяются спиралью. Паук перемещается от центра по часовой стрелке и кратчайшим путем переходит от луча к лучу. Получающаяся логарифмическая спираль пересекает лучи всегда под постоянным углом. Сети различных видов пауков ткутся по особым, характерным для данного вида планам. Очередность действий точно определена. Чтобы возвести конструкцию, необходимо проделать ряд измерений: углов, расстояний, натяжения нитей, их изменяющейся толщины. Исследователи в один голос утверждают, что спиральную структуру сети можно объяснить исключительно внутренними причинами, ибо в окружающем пространстве не обнаружено ничего, что могло бы заставить паука располагать радиальные и спиральные нити именно так, как он это делает. ... Рассмотрим сказанное на особо наглядном примере бабочек. Зрелая самка откладывает оплодотворенные яички, из которых вылупляются гусеницы. Прожорливые детишки во много раз увеличивают свою массу, попутно сбрасывая очередные, уже слишком тесные шкурки. Решив в определенный момент, что пора оторваться от стола с яствами, они укутывают себя одеждой из шелковистой массы, которая, застывая, превращается в неподвижный, твердый кокон. И там, в тиши кокона, совершается таинственнейшая мистерия полного преобразования. Гусеница перестает существовать. Она не умирает, а распадается на миллионы единичных клеток. Образуется кашицеобразная масса, состоящая из физиологических жидкостей, воды, отдельных клеток и небольших фрагментов тканей. Клетки продолжают жить, хоть ничем и не напоминают ни клетки гусеницы, ни, уж тем более бабочки. С определенного момента, приводимые в действие таинственным приказом, они начинают сгруппировываться в новую форму, ничем не похожую на предыдущий организм. ... Что же происходит в коконе? Часть клеток идет в пищу другим. Остальные строят из себя органы, которых не было у гусеницы: голову насекомого с сосущим эластичным полым хоботком, фасетчатые глаза, туловище и брюшко, а сверх того пару сказочно расцвеченных крылышек, чудо аэродинамики, вершину авиационной технологии и в то же время художественной выразительности. ... Крылышки бабочки, вынырнувшей из куколки, распластываются и натягиваются на рамках из наполняемых воздухом трубок. ... Гены в клетках обоих этих существ одинаковы. Это должно бы означать, что на лентах ДНК гусеницы записаны сразу два плана построения. Один — задающий тело гусеницы, второй — тело имаго, то есть зрелой бабочки. После того, как гусеница вылупилась из яйца, гены запускают в дело первый проект — план конструкции ползающего на присосках, мясистого жирового мешочка, поглощающего гигантское количество пищи. Потом же, когда в тиши кокона этот ползающий кусок сала развалится от обжорства на составляющие его клетки, приходит в действие второй план — легкого, воздушного, разноцветного и веселого, порхающего на вольных просторах, питающегося солнцем и нектаром, беззаботного существа.</font> <b><a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance3.php" target="blank"> Белковая наследственность - новая глава генетики</a>:</b> <font color="#993300">На рубеже второго и третьего тысячелетий открыта особая форма наследственности. Так называемые прионные белки способны передавать информацию о своей пространственной форме от одного белка к другому без участия ДНК. ...Викнер предположил, что мы имеем дело с прямой передачей информации от белка к белку... получалось, что признак может наследоваться без участия ДНК. .. на примере дрожжевого белка открыт новый принцип наследственной передачи признаков. "Белковая наследственность" - так назвали ученые свойство прионоподобных белков передавать информацию о своей пространствен ной форме без участия ДНК. Насколько широко распространено это явление? Прионоподобные белки уже обнаружены у некоторых грибов, возможно, в скором времени они будут найдены и у других организмов. ... Есть теория, что прионоподобные белки участвуют в формировании долговременной памяти человека. Если это действительно так, то белковая наследственность, возможно, связана с важнейшей функцией мозга. ... Пока неясно функциональное назначение той или иной формы, но в природе нет ничего лишнего - следовательно, этот механизм для чего-то нужен. В случае дрожжей он, вероятно, служит целям адаптации.</font> <b>Александр Марков <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance1.php" target="blank"> Еще раз о наследовании приобретенных признаков</a>:</b> <font color="#993300">Было установлено, что наследственная информация записана в молекулах ДНК особым кодом, который был расшифрован в 60-е годы 20-го века. Информация, записанная в ДНК, сначала должна быть "переписана" на молекулу РНК (этот процесс называется "транскрипция"). Затем специальные сложные молекулярные комплексы – рибосомы – "считывают" информацию с молекулы РНК, синтезируя молекулу белка в точном соответствии записанной в РНК "инструкцией". Этот процесс называется "трансляцией". Белки выполняют огромное множество функций и, в конечном счете, именно они определяют строение организма (фенотип). Таким образом, информация движется в одном направлении – от ДНК к РНК, от РНК - к белкам. Никаких механизмов переноса информации в обратную сторону – от белков к РНК или от РНК к ДНК – поначалу обнаружено не было, что и укрепило веру в невозможность такого переноса. Потом, правда, оказалось, что есть вирусы, у которых хранилищем наследственной информации служат молекулы РНК (а не ДНК, как у всех прочих организмов), и у них есть специальные ферменты, которые умеют осуществлять "обратную транскрипцию", т.е. переписывать информацию из РНК в ДНК. Созданная таким путем ДНК встраивается в хромосомы клетки-хозяина и размножается вместе с ними. Поэтому с такими вирусами очень трудно бороться (один из них – это вирус ВИЧ). Но вот "обратной трансляции" – переписывания информации из белков в РНК – так и не обнаружили. По-видимому, такого явления в природе действительно не существует. ... У одноклеточных организмов, понятное дело, нет разделения "соматические" и "половые" клетки. Их единственная клетка является одновременно и "половой", и "соматической", и любые произошедшие в ней изменения генов, естественно, немедленно передаются потомкам. А гены у одноклеточных организмов изменяются довольно часто. И это не только мутации. У них очень широко распространен так называемый "горизонтальный обмен" генетическим материалом. Бактерии выделяют в окружающую среду фрагменты своей ДНК, могут поглощать такие фрагменты, выделенные другими бактериями (в том числе и относящимися к совершенно другим видам!) и "встраивать" эти кусочки чужого генома в свой собственный. У многоклеточных организмов "горизонтальный обмен", по-видимому, играет гораздо меньшую роль. Вместо него развились более совершенные механизмы "перемешивания" и перекомбинирования наследственной информации, связанные с половым размножением. К тому же половые железы у многоклеточных, особенно высших, действительно ограждены от влияний внешней среды особым барьером, через который могут проникать только очень немногие вещества (в основном, это небольшие молекулы). Один из способов "горизонтального обмена" генами, от которого не защищены даже многоклеточные, – это вирусный перенос. Известно, что ДНК вируса может встраиваться в геном клетки-хозяина, а потом снова отделяться от него и формировать новые вирусные частицы, которые могут заражать другие клетки. При этом вместе с собственной ДНК вирус может случайно "захватить" и кусочек ДНК хозяина и таким образом перенести этот кусочек в другую клетку, в том числе – и в клетку другого организма. В большинстве случаев вирусы, размножающиеся в клетках организма (например, человеческого), все-таки не могут пробраться сквозь "барьер Вейсмана" и заразить половые клетки. Но все же иногда вирусная инфекция передается потомству1[1]. А ведь это не что иное, как наследование приобретенного признака! И не важно, что от такого "признака" обычно один только вред. Вирус ведь может "прихватить" с собой и какой-нибудь полезный кусочек ДНК (хотя вероятность этого, конечно, крайне мала!). ... Недавно открыто еще несколько способов передачи по наследству приобретенных признаков. Эти способы не связаны напрямую с изменениями самого "текста", записанного в структуре молекул ДНК, то есть с мутациями. ... Один из таких "эпигенетических" механизмов – метилирование ДНК. Оказалось, что в процессе жизнедеятельности к молекулам ДНК в клетках (в том числе, и в половых) специальные ферменты "пришивают" метильные группы (-CH3). Причем к одним генам метильных групп пришивают больше, к другим – меньше. Распределение метильных групп по генам ("паттерн метилирования") зависит от того, насколько активно тот или иной ген используется. Получается совсем как с "упражнением" и "неупражнением" органов, которое Ламарк считал причиной наследственных изменений. Поскольку "паттерн метилирования" передается по наследству и поскольку он, в свою очередь, влияет на активность генов у потомства, легко заметить, что здесь может работать совершенно ламарковский механизм наследования: "натренированные" предками гены будут и у потомства работать активнее, чем "ослабевшие" от долгого неиспользования. Другой вариант "эпигенетического" наследования приобретенных признаков основан на системах взаимной активации и инактивации генов. Допустим, ген А производит белок, одно из действий которого состоит в блокировании работы гена Б, а ген Б, в свою очередь, кодирует другой белок, способный "выключать" ген А. Такая система может находиться в одном из двух состояний: либо ген А работает, и тогда ген Б выключен, либо наоборот. Допустим, что переход системы из одного состояния в другое может происходить только в результате какого-то особенного внешнего воздействия, и случается такое редко. То состояние, в котором находится эта двухгенная система в клетках матери, будет через яйцеклетку передаваться ее потомству (поскольку сперматозоид содержит пренебрежимо малое количество белков). Если же в течение жизни матери система переключится в другое состояние, то этот приобретенный признак передастся потомству, родившемуся после "переключения". Опять получается наследование по Ламарку. ... Группа австралийских иммунологов собрала довольно убедительные данные, показывающие, что изменения, приобретенные генами иммунных белков в течение жизни организма, иногда могут передаваться по наследству. И тогда потомство оказывается прямо от рождения более устойчивым к некоторым возбудителям. Австралийцы предположили даже механизм, благодаря которому приобретенный признак (ген нового антитела) может быть передан из лимфоцитов в половые клетки. По их мнению, лимфоциты образуют внутри себя некое подобие РНК-содержащих вирусов, которые захватывают молекулы РНК, несущие информацию о строении нового антитела. Эти "вирусы собственного изготовления" выходят из лимофцитов и разносятся с кровью по организму, попадая в разные клетки, в том числе и половые. Здесь методом "обратной транскрипции" генетическая информация переписывается с РНК на ДНК, и получившийся фрагмент ДНК встраивается в одну из хромосом половой клетки. </font> Еще по "горизонтальному переносу генов" читайте в <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance5.php" target="blank"> Горизонтальный перенос генов и его роль в эволюции</a>. <b>Статья Крушинского <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance6.php" target="blank"> Биологическая Обратная Связь</a>:</b> <font color="#993300">Необычайное и, можно сказать, сенсационное открытие сделали нейробиологи университета Дюка, проанализировав эксперименты, в ходе которых обезьян обучали управлять механическими манипуляторами "силой мысли". Выяснилось, что обезьяны стали воспринимать подчиняющиеся им механические манипуляторы как свои собственные дополнительные конечности. Суть эксперимента сводилась к следующему. Для начала мартышек научили играть в простенькую видеоигру, управляемую джойстиком. В мозг этим мартышкам вмонтировали специальные электроды, воспринимавшие импульсы, отвечающие за сокращения мышц при движении обезьяньей руки. Так что, когда джойстик отключили, обезьяна продолжала полагать, что она играет с помощью джойстика. Впрочем, недолго: очень быстро мартышки поняли, что могут управлять игрой, и не используя конечности. Следующей задачей стала передача команд механической руке, способной двигаться и осуществлять хватательные движения. Всего два дня потребовалось для того, чтобы обезьяны смогли сопоставить особенности движения руки с собственными двигательными импульсами. К концу обучения обезьяны владели искусственной рукой не хуже, чем настоящими конечностями. И вот сейчас, после анализа колоссального массива данных по нейроимпульсам, полученных в ходе экспериментов, стало ясно, что обезьяны воспринимали и воспринимают эти механические манипуляторы не как замену собственным конечностям, но как дополнение, как третью руку, которой они могут орудовать одновременно со своими натуральными руками. Таким образом, мозг этих животных продемонстрировал, в буквальном смысле, замечательный потенциал к "расширяемости". "Наша гипотеза состоит в следующем: структуры мозга способны адаптироваться так, чтобы расширять возможности организма и использовать искусственные манипуляционные дополнения без потери функциональности (натуральных конечностей). В зависимости от цели, животное может использовать и свою руку, и механический манипулятор, а иногда - и то, и другое", - заявил один из основных участников исследований, доктор Мигель Николелис. Результаты их опытов доказывают теорию, которая в научных кругах считалась весьма сомнительной: что мозг высших приматов, включая человека, способен подстраиваться под использование искусственного инструментария вне зависимости от того, контролируются ли они мозгом напрямую, или с помощью каких-то дополнительных приспособлений. Это касается и механического манипулятора, это касается компьютерной клавиатуры и теннисной ракетки - всего, чего угодно. Все эти инструменты внедряются в наше нейронное "пространство" и воспринимаются мозгом фактически как часть организма. "Немногие исследователи демонстрировали готовность постулировать такой выдающийся потенциал мозга к адаптации", - говорит Николелис. По его словам, долгое время считалось, что нашей способностью обучаться использованию искусственных инструментов, изготавливать их самостоятельно, а также самими творческими способностями мы обязаны коре фронтовой доли мозга, и что это характерно только для мозга человека. "Мы предполагаем, что на самом деле способность "встраивать" новые инструменты в саму структуру мозга является фундаментальной особенностью высших приматов", - говорит Николелис. По его мнению, способность воспринимать инструменты как часть самое себя, лежит в области самосознания человека (или другого высшего примата). Что же касается сугубо практической стороны вопроса, то очевидно, что в первую очередь результаты опытов Николелиса, его коллеги Михаила Лебедева и их сотрудников пригодятся для того, чтобы реабилитировать инвалидов, возвращая им возможность передвигаться и использовать необходимые им предметы.</font> <b>Статья Крушинского <a href="/neuro/neuro_sys/inheritance/inheritance7.php" target="blank">Физиологические основы поведения</a>:</b> <font color="#993300"> </font>
