Читал что все признаки приобретенные в течение жизни наследуются потомками
Основные положения эволюционной теории Ж. Б. Ламарка
Вопрос 1. Какой вклад в биологию внес Ж. Б. Ламарк? Изложите основные положения его эволюционной теории.
Ж. Б. Ламарк (1744—1829) создал первую целостную эволюционную теорию. Он определил предпосылки эволюции (наследственность и изменчивость) и указал ее направление (усложнение организации). Перечислим основные положения теории Ж. Б. Ламарка.
• Первые организмы произошли из неорганической природы путем самозарождения. Их дальнейшее развитие привело к усложнению живых существ.
• У всех организмов существует стремление к совершенствованию, изначально заложенное в них Богом. Этим объясняется механизм усложнения живых существ.
• Процесс самозарождения жизни продолжается постоянно, что объясняет одновременное наличие в природе и простых, и более сложных организмов.
• Закон упражнения и неупражнения органов: постоянное употребление органа ведет к его усиленному развитию, а неупотребление — к ослаблению и исчезновению.
• Закон наследования благоприобретенных признаков: изменения, возникшие под действием постоянных упражнений и неупражнений органов, наследуются. Так, считал Ламарк, сформировалась, например, длинная шея жирафа и слепота крота.
Вопрос 2. Охарактеризуйте верные и ошибочные положения теории эволюции Ж. Б. Ламарка.
К верным положениям следует отнести утверждение об усложнении организации в процессе развития организмов, а также закон упражнения и неупражнения органов. Положение о постоянном самозарождении жизни из неорганической природы неверно. Неверен и принцип наследования благоприобретенных признаков, который был экспериментально опровергнут опытами Августа Вейсмана (1834— 1914). Исследователь отрезал хвосты мышам в течение двадцати двух поколений, однако укорочения хвостов потомков так и не произошло.
Вопрос 3. Могут ли наследоваться признаки, приобретенные в течение жизни организма?
Признаки, приобретенные в течение жизни организма, наследуются, только если их причиной является мутация, затрагивающая генетический материал гамет. Во всех иных случаях наследование признаков, приобретенных в течение жизни (например, в результате упражнения и неупражнения органов), невозможно.
Вопрос 4. Как объяснял Ж. Кювье палеонтологические данные о смене форм животных на Земле? Изложите его теорию катастроф.
Для объяснения исчезновения видов, встречающихся в более древних геологических отложениях, французский зоолог Жорж Кювье выдвинул теорию катастроф. Согласно ей, в результате стихийных бедствий на значительной части земного шара погибали все растения и животные. Затем на их место переселялись организмы, уцелевшие на других территориях и никак не связанные с предыдущими. Ученики Кювье впоследствии дополнили его теорию предположением, что после глобальных катастроф совершались новые акты божественного творения.
Почему некоторые приобретенные организмом признаки все-таки передаются по наследству
Ирина Лагунина: Сегодня мы продолжаем разговор о так называемых «биологических догмах», которые в последние несколько лет подверглись серьезным дополнениям и изменения. Еще до расшифровки структуры ДНК у биологов сформировалось представление о том, что признаки, приобретенные организмом за время его жизни, никогда не передаются по наследству. Сегодня ученые утверждают, что и у этого очевидного правила есть свои исключения. О них рассказывает доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Палеонтологического института РАН Александр Марков. С ним беседует Ольга Орлова.
Ольга Орлова: Александр, вы рассказывали о том, что в последние годы знания о том, как предается наследственная информация у живых существ, эти знания ученых существенно расширились. Явилось ли расширение представлений о том, как передается наследственная информация, в данном случае ударом по эволюционным представлениям?
Александр Марков: Нет, конечно, ни в коем случае, это просто детальная модель того, что происходит в живой клетке, вот и все. То есть основа осталась, никто не опроверг транскрипцию, трансляцию и так далее.
Ольга Орлова: Давайте как раз поговорим о второй догме, которая связана непосредственно с первой. Мы уж говорили о том, что пока не удается передавать информацию от белков к РНК и, соответственно, приобретенные признаки поэтому никогда не наследуются, как утверждалось. Как возникла эта вторая догма?
Александр Марков: Это представление о ненаследовании приобретенных признаков, сразу скажу, в своей основе абсолютно правильное, сформировалось еще раньше, до расшифровки структуры ДНК, в основном благодаря работам Августа Вейсмана, который, в частности, отрубал крысам хвосты из поколения в поколение и убедился, что это не приводит к рождению бесхвостых крысят, крысята все равно рождаются с хвостами. Так же ряд других экспериментов в таком же духе проводился. И стало ясно, что действительно такого рода приобретенные признаки, как травмы или натренированные мышцы, они не передаются по наследству. Когда была сформулирована предыдущая догма молекулярной биологии об однонаправленной передаче наследственной информации, это представление о ненаследуемости приобретенных признаков укрепилось. Потому что подумали, что и на молекулярном механизме нет способа переносить информацию от строения организма в ДНК, не существует.
Ольга Орлова: То есть если у нас есть один индивид, живой организм, то мы не можем сделать так, чтобы все его признаки были зафиксированы в ДНК и дальше транслировались в следующее поколение.
Александр Марков: Признаки, приобретенные в течение жизни. Он передаст своим потомкам только те признаки, которые сам получил от своих родителей, плюс мутации, которые возникнут. Но потом оказалось, что все-таки есть кое-какие способы менять геном даже в половых клетках. Высшие организмы, такие как животные, например, они выработали ряд приспособлений, чтобы оградить свои половые клетки от каких бы то ни было несанкционированных изменений, чтобы туда не проникали вирусы, бактерии, зародышевая линия так называемая, те клетки, которые становятся потом половыми, чтобы туда ничего не проникло, никакой гадости генетической. Но эти барьеры иногда не срабатывают. Простейший пример – вирусная инфекция. Что будет, если мать заболеет какой-нибудь вирусной инфекцией? Вирусы встраиваются в бином, обычно они, к счастью, не проникают в яйцеклетки, но иногда все-таки проникают или зародыш может заразиться этим вирусом от матери на более поздней стадии, когда не яйцеклетка, уже зародыш маленький, и вирус проникнет в будущие половые клетки этого зародыша. Вирусная инфекция унаследует. Вот вам, пожалуйста, разве это не наследование приобретенного признака?
Ольга Орлова: Но ВИЧ-инфицированные дети так и появляются.
Ольга Орлова: И таким образом в следующем поколении, которое появляется, которое наследуется от следующего ДНК, они уже получают измененный геном от предыдущего РНК.
Александр Марков: Да, совершенно верно. Таким образом возникают ретро-гены, обратная транскрипция. Ретро-гены – это с нормального гена считалась ДНК, отредактирована была каким-то образом, а потом отредактированная версия была переписана в форму ДНК и вставлена в геном. Возникает новый ген. Скорее всего по функции будет как старый, но с какими-то вариациями. И таких генов на самом деле полно в нашем геноме, которые возникли таким путем. То есть это иногда происходит. Таким образом открывается некоторая возможность для наследования некоторых приобретенных признаков. Теперь приобретенные признаки никогда не наследуются. Есть еще такая вещь, как эпигенетическая наследственность, особенно развита у млекопитающих и цветковых растений. Это фактически разметка генома при помощи особых знаков пунктуации, можно сказать, в половых клетках гены проявляются таким образом, что они потом не работают или проявляют меньшую активность.
Ольга Орлова: Их маркируют, чтобы они не включились.
Александр Марков: Причем самки одни гены в своих яйцеклетках могут отключить, самцы в сперматозоидах другие гены могут исключать.
Ольга Орлова: В чем цель подобных исключений, почему так в организме устроено?
Ольга Орлова: То есть это источник всех жизненных сил для эмбриона и поэтому, соответственно, самец заинтересован в том, чтобы плацента была как можно лучшего качества, а самка наоборот хотела бы ее оптимизировать, чтобы для остальных, для следующего потомства что-то осталось.
Александр Марков: Совершенно верно. Это явление, оно в принципе теоретически открывает некоторые возможности для наследственности приобретенных признаков, но эта возможность не очень используется. По-видимому, дело в том, что ламарковского наследования почти нет в природе не потому, что это технически невозможно, а потому что это оказывается невыгодно в большинстве случаев.
Ольга Орлова: Почему невыгодно наследование приобретенных признаков? Почему чаще всего все-таки они не наследуются?
Александр Марков: Два примера можно взять. Вот тренировка мышц, например. Хорошо бы у теннисистов рождались дети с большой правой рукой, у бегунов рождались бы дети с переразвитыми ногами сразу. Какой в этом смысл, если ребенок может сам тренировкой любую мышцу развить. Понимаете, в одном случае есть универсальная способность тренировать те или иные мышцы и гармонично развиваться в зависимости от рода занятий. А в другом случае мы фиксируем какой-то один вариант. То есть так у нас есть свобода выбора и возможность приспосабливаться к условиям жизни.
Ольга Орлова: Рожденный бегать, играть в хоккей не сможет.
Ольга Орлова: Конечно, организму и поколениям организмам, разным видам выгоднее быть универсальными в этом смысле. И если следующее поколение попадает в другие условия обитания, то хорошо бы, если бы оно умело приспосабливаться в течение жизни.
Александр Марков: Обычно естественный отбор сделает то же самое, но он сделает медленнее и только в том случае, если из поколения в поколение повторяется типичная ситуация. Например, все время одна и та же болезнь уносит значительную часть популяции, может выработаться врожденный иммунитет. Или все время приходится быстро бегать, за сто тысяч лет могут зафиксироваться изменения в мышцах, стать наследственными.
Ирина Лагунина
Руководитель специальных проектов Русской службы Радио Свобода
Наследование приобретенных признаков
В прошлых статьях мы разобрали несколько мифов о теории эволюции и опровергли некоторые аргументы креационистов. Сегодня же мы обратимся к теме, которая на протяжении полутора веков вызывает нешуточные споры среди самих эволюционистов.
Речь у нас пойдет о наследовании приобретенных признаков. Вопрос обычно ставится так: если животное при жизни приобрело некое качество, то передаст ли оно его своим потомкам? Или это качество останется лишь индивидуальным достижением особи, а ее детям так ничего и не перепадет?
Последние полвека наука отвечала так: нет, приобретенные признаки не наследуются. В школах и вузах нам рассказывали, что эволюционные изменения происходят исключительно благодаря генетическим мутациям, а все альтернативные идеи — это ламаркизм, лысенковщина и мракобесие.
В этой статье мы с вами рассмотрим историю вопроса, а заодно узнаем, как на него отвечает современная наука.
Учение Ламарка
Как мы помним, первая эволюционная теория была разработана Жаном-Батистом Ламарком. Держалась она на двух китах:
1. Стремление к совершенству. Согласно Ламарку, все живое последовательно движется от примитивных существ к более продвинутым и «плох тот микроб, которые не мечтает стать млекопитающим».
2. Наследование приобретенных признаков (далее — просто НПП). Ламарк считал, что изменения, которые происходят с животным в течение жизни, передаются его потомкам.
Что же заставляет животных меняться? Ламарк утверждал, что все эволюционные преобразования происходят под воздействием окружающий среды. Если животное, например, поселилось в воде, оно отрастит плавники и жабры. А если оно обосновалось в лесу, то научится лазить по деревьям или маскироваться среди ветвей и листьев.
И это не сильно бы противоречило современной теории эволюции, если бы не одно но. Дело в том, что Ламарк ничего не говорил о естественном отборе. По его словам, животные меняются благодаря тренировке того или иного органа.
Например, жираф тянется к листве на высоких деревьях и тем самым тренирует свою шею. Эту натренированную шею он передаст потомкам. А те, в свою очередь, продолжат «выполнять упражнение» и сделают свои шеи еще длиннее.
Если животное по какой-то причине перестанет ходить в качалку не будет тренировать свои органы, те постепенно атрофируются. Именно это произошло с крыльями страусов, пингвинов и прочих нелетающих птиц.
Ни о какой ДНК и ни о каких генах Ламарк, естественно, не знал. На дворе стояло начало XIX века, и эти теории казались ученому чем-то вполне логичным и очевидным. И, возможно, именно так они выглядят до сих пор, поскольку идеи НПП оказались на редкость жизнеспособными.
А как считал Дарвин?
В наше время многие уверены, что Чарльз Дарвин полностью отрицал учение Ламарка, включая НПП. Вызвано это тем, что в школах и вузах сегодня преподают синтетическую теорию эволюции, однако связывают ее с именем Дарвина.
На самом деле первоначальный дарвинизм не был столь близок к современной науке. Расхождение у Дарвина с Ламарком было в основном по первому пункту — о стремлении жизни к совершенству. Всю эту метафизику Дарвин поменял на естественный отбор и оказался абсолютно прав.
А вот с НПП он вовсе и не спорил (это видно даже в его книге «Происхождение видов»). Для Дарвина, как и для Ламарка, эта идея по-прежнему была логичной и очевидной. Более того, для объяснения механизмов НПП Дарвин разработал целую теорию — теорию пангенеза.
Пангенез был очень похож на генетику, которую вывернули наизнанку. По словам Дарвина, в каждой живой клетке содержатся мельчайшие частицы — геммулы, которые накапливают информацию об изменениях, происходящих в организме. Эти частицы разносятся вместе с кровью по всему телу и постепенно проникают в половые клетки. Таким нехитрым способом хранящаяся в них информация передается следующему поколению.
В отличие от самой теории эволюции, эта идея Дарвина не оказала никакого влияния на науку. О геммулах вскоре почти забыли, поскольку они противоречили последующим открытиям.
Порог Вейсмана и неодарвинизм
В 1860-х годах немецкий зоолог Август Вейсман пересмотрел теорию Дарвина и положил начало неодарвинизму. Это учение с некоторыми поправками и дополнениями вполне успешно дожило до наших дней. Главным же нововведением Вейсмана как раз и стало отрицание НПП.
Ученый пришел к этому не сразу. Первоначально он разделял взгляды Ламарка и Дарвина на наследственность. Но в отличие от них, он решил не ограничиваться умозрительными рассуждениями, а проверил все с помощью опытов.
В одном из экспериментов ученый на протяжении нескольких поколений отрубал крысам хвосты. Он ждал, что рано или поздно у них начнут рождаться бесхвостые крысята. Этого, естественно, не произошло (в этом месте автор хотел пошутить про иудеев, но передумал).
В другом эксперименте Вейсман пересаживал яичники от белых мышей к черным. В результате все черные особи (которые сумели после такого выжить) внезапно начали производить на свет белое потомство.
После серии этих опытов Вейсман провозгласил НПП абсурдом. Он отверг теорию Ламарка и выдвинул новое правило, которое позднее стали называть «барьером Вейсмана». Звучит оно так:
Соматические клетки не могут передавать информацию половым клеткам.
Почему так происходит? Ответ на этот вопрос дала в XX веке молекулярная биология. Оказалось, что информация в организме может передаваться только от ДНК к белкам, но никак не наоборот.
Сам процесс передачи информации проходит в два этапа:
1. Транскрипция. Информация переписывается из ДНК на молекулу РНК.
2. Трансляция. На основе информации из РНК создаются белки, от которых и зависит строение организма.
Схематически все это можно обозначить так:
Впрочем, позже выяснилось, что у этой последовательности бывают исключения. Оказалось, что некоторые вирусы умеют переписывать информацию со своей РНК в ДНК хозяина. Именно по такому принципу работает печально известный ВИЧ — вирус СПИДа.
С учетом этого, схему можно переписать так:
Сведений о передаче информации от белков к РНК или ДНК до сих пор нет.
Лысенковщина и ее последствия
Барьер Вейсмана был подтвержден молекулярной биологией и надолго превратился в догму. А любые попытки заявить о возможности НПП вызывали у научного сообщества раздражение и неприязнь. Почему? Дело в том, что в развитие эволюционной теории вмешалась политика.
И тут нам придется затронуть такую непростую тему, как деятельность академика Трофима Денисовича Лысенко, который долгие годы фактически возглавлял советскую биологическую науку.
К сожалению, создать объективную картину того, что происходило в то время, у нас не получится. Проблема в том, что все разговоры о Лысенко велись и ведутся исключительно через призму политики и идеологии.
Первоначально Лысенко всячески восхваляли и превозносили. Затем академика начали демонизировать, сделав его символом воинствующего невежества (обычно критика Лысенко соседствует с критикой сталинского СССР). И даже сегодня все попытки разобраться в его деятельности ничем хорошим не заканчиваются. Современные авторы или опять скатываются в бездумное восхваление, с замалчиванием ошибок, или в такую же бездумную демонизацию.
Так или иначе, но Лысенко и его соратники последовательно отстаивали принцип НПП. Они отрицали хромосомную теорию наследственности, законы Менделя и даже пользу молекулярной биологии для сельского хозяйства. Вот некоторые высказывания Лысенко:
Мичуринская генетика признаёт хромосомы, не отрицает их наличия. Но она не признаёт хромосомной теории наследственности, не признаёт менделизма-морганизма….Согласно же мичуринскому учению, организм состоит только из обычного тела. Никакого отдельного от обычного тела наследственного вещества в организме и в клетках не имеется.
— Лысенко Т. Д. Агробиология, статья «Генетика», 1946 год
В ответ на Ваше отношение ещё раз заявляю, что никаких идей и методов молекулярной генетики в своих работах мы не применяли и не намерены их применять. Я хотел бы посоветовать всем биологам, селекционерам, а также студентам Советского Союза не воспринимать эти идеи и методы, так как они только тормозят познание сущности живого, то есть развитие теоретической биологии.
— Лысенко Т.Д. Из письма Н.П. Дубинину (1974).
Лысенко считал, что главный фактор наследственности — это не «мифические гены», а действие внешней среды. То есть свет, температура, почвенные и другие условия в сочетание с наследственностью и формируют растение. Саму же наследственность Лысенко определял так:
«Наследственность есть свойство живого тела требовать определенных условий для своей жизни, своего развития и определенно реагировать на те или иные условия».
— Лысенко Т.Д. О наследственности и её изменчивости (1943)
Именно этому и посвящены главные работы Лысенко: о яровизации и о стадийном развитии растений.
(Примечание: Забегая вперед, замечу, что сегодня некоторые публицисты пытаются преподносить теории Лысенко как опередившие свое время. Дескать, талантливый ученый предвосхитил открытия в области эпигенетики и использовал метилирование ДНК еще до того, как до этого дошла молекулярная биология. Так это или нет — вопрос очень спорный).
По поводу НПП между советскими агробиологами, которых возглавлял Лысенко, и советскими генетиками-неодарвинистами долгие годы шел нешуточный спор.
Какими экспериментами ученые подтверждали свою правоту? Если какие-то эксперименты и проводились, то о них мало что известно. Дискуссии в основном ограничивались теорией и велись примерно на таком уровне:
«Снова подняло голову ламаркистское течение в нашей агрономии и животноводстве, течение архаическое, объективно реакционное и потому вредное»
— А. С. Серебровский, «Спорные вопросы генетики и селекции», стр. 72, 73.
«… а знамя дрозофилы, украшающее грудь многих генетиков, мы оставляем тем из генетиков, для которых дрозофила стала кумиром, заслоняющим от них всю замечательную радость построения обновленной советской науки, науки социализма»
— И.И. Презент, «Спорные вопросы генетики и селекции», стр. 398
Как мы помним, в противостоянии генетиков и агробиологов победили последние (и к науке это опять же никого отношения не имело). В результате идеи Лысенко безраздельно царили в СССР долгие годы, а когда маятник качнулся в другую сторону, все они были преданы анафеме.
Эти события нанесли серьезный ущерб не только советской науке, но и западной. Проблема НПП отныне перешла в область идеологии, и любые разговоры о ней еще долго вызывали у генетиков стойкое отвращение.
Что говорит современная наука?
Итак, правило Вейсмана на несколько десятилетий стало аксиомой. Однако эволюционные механизмы были гораздо сложнее, чем казалось ученым на первый взгляд. Постепенно у них появлялись все новые и новые «нестыковки» с барьером Вейсмана.
Например, в эту картину совсем не вписывался вирусный перенос генетической информации. Оказалось, что вирусы, покидая клетку-хозяина, могут захватывать из нее кусочки ДНК и переносить их в другие клетки.
Да, как правило, вирусы тоже не способны «пробиться» сквозь барьер Вейсмана. Но если они заражают плод на ранних стадиях эмбрионального развития, то легко проникают и в половые клетки. А это значит, что и вирусы, и принесенная ими информация, начинают передаваться из поколения в поколение вместе с остальными генами.
Чаще всего такое «наследование приобретенных признаков» бывает вредным для организма. Но иногда вирусы переносят и полезную информацию из соматических клеток.
Эпигенетическое наследование
Вскоре ученым стало понятно, что врожденные признаки организма зависят не только от ДНК. Вот только несколько примеров:
— Мыши-полевки в период похолодания рождаются с более густой шерстью. Эти изменения не затрагивают строение ДНК и зависят от концентрации мелатонина в организме матери.
— В 1998 году швейцарский ученый Ренато Паро обнаружил аналогичный эффект у дрозофил. Он проводил опыты с мушками, у которых в результате мутации глаза стали желтого цвета. Когда же ученый повысил температуру среды, на свет снова начали появляться особи с нормальными глазами. И этот признак передавался в течение еще четырех поколений.
— Нечто похожее можно наблюдать и у людей. Оказалось, что предрасположенность взрослого человека к диабету 2-го типа зависит от месяца его рождения. При этом сама болезнь часто проявляется только в возрасте 50-60 лет.
Чтобы объяснить все эти явления, ученые выдвинули интересную гипотезу. Они предположили, что таким способом организм родителей помогает детям быстро приспособиться к изменениям окружающей среды.
Например, если организм матери не получает достаточного количества питательных веществ, то у ее детей будет проявляться склонность к ожирению. Ведь с точки зрения природы, это качество поможет им выжить в голодные годы.
Самое интересное, что эти изменения вообще не затрагивают структуру ДНК, но при этом часто передаются по наследству. Изучением таких изменений занимается эпигенетика — одно из самых молодых и перспективных направлений биологии.
Главный механизм эпигенетического наследования называется метилированием ДНК. Оказалось, что в процессе жизни организма к его молекулам ДНК «прилипают» метиловые группы (-CH3). Их расположение («рисунок метилирования») непосредственно влияет на активность того или иного гена.
Рисунок метилирования передается по наследству. Например, дети, родившиеся во время последнего сильного голода в Голландии (1944-1945 годы), оказались склонны к ожирению и диабету.
Их дети, в свою очередь, тоже унаследовали все эти заболевания. А те, кто родились в 1943 или в 1946 году подобных отклонений не имели, поэтому и дети у них рождались здоровыми.
Кроме метилирования ДНК, есть и другие механизмы эпигенетического наследования: инактивация X-хромосомы, РНК-интерференция и ремоделирование хроматина. При этом эпигенетика в наши дни еще только набирает обороты. В ее развитие ученые видят залог будущей победы над старением и онкологическими заболеваниями.
Иммунная система
Наша иммунная система — одно из самых удивительных изобретений эволюции. Ученые долго ломали голову, как лимфоциты умудряются создавать столько разнообразных антител. Ведь в организме человека их может быть до одного миллиона, и чтобы их произвести нам понадобилось бы почти два миллиона генов.
Но у людей их всего около 30 тысяч. Как же так?
Оказалось, что антитела не запрограммированы заранее, а создаются по мере необходимости из специальных генов-заготовок. Когда наш организм сталкивается с неизвестным возбудителем заболеваний, заготовки начинают интенсивно мутировать. Рано или поздно из них получается необходимое антитело, которое и побеждает врага.
Но это еще не все. Недавно группа австралийских биологов выдвинула интересную версию, что эти иммунные изменения способны передаваться по наследству. Судя по некоторым данным, лимфоциты умеют создавать подобия вирусов, которые несут в себе информацию о строении антитела.
Эти «хорошие вирусы» разносятся по организму и со временем проникают в половые клетки. С помощью обратной транскрипции они встраивают свою РНК в геном, и информация об антителах передается следующему поколению. Если эта гипотеза окажется верной, она отчасти подтвердит теорию Дарвина о геммулах.
Несмотря на все эти открытия, барьер Вейсмана по-прежнему работает для большинства случаев. И именно генетические мутации являются главной движущей силой эволюции.
Однако даже сам Вейсман не пытался представить свое открытие как аксиому. Он справедливо полагал, что будущие исследования и эксперименты помогут нам гораздо лучше понять, как происходит наследование.
Познание нельзя сводить к догмам. Любые догмы, не подкрепленные надежной экспериментальной базой, способны серьезно затормозить развитие науки.
Тем более что эволюция — это явление сложное и многогранное. И за миллионы лет природа сумела создать множество удивительных механизмов, которые помогают организмам выживать и приспосабливаться к окружающей среде.