В утробе матери происходит дарвиновский отбор
Иногда в науке полезно быть упертым догматиком. «Единственная причина существования всего живого и всех его свойств — естественный отбор», — гласит дарвиновская догма. Но биология — сложная наука, в ней пока много непонятного, и нередко это непонятное складывается в такие причудливые тени, будто бы, кроме отбора, там есть кто-то еще.
Некоторым биологам, из любителей мистических триллеров, это даже кажется увлекательным: а вдруг правда? Мало у кого хватает упертости и узколобости, чтобы просто сжать зубы и повторять мантру про отбор, какие бы образы ни мерещились в полутьме. И поскольку мы-то сами не любим всей этой мистической ерунды, нас страшно обрадовала заметка голландских ученых, опубликованная недавно в Cell Reports. Чтобы поделиться радостью с читателями, нам придется объяснить все по порядку.
Голодные голландцы
Зимой 1944–45 года в Голландии случился экономический коллапс. Страна оказалась отрезанной от всех поставок фронтами и морской блокадой. С ноября до весны в крохотной стране был самый настоящий голод, унесший почти два десятка тысяч жизней. Рацион снизился до 500 калорий.
Однако жизнь продолжается, несмотря на перипетии истории: кого-то из добрых голландок эти месяцы застали в период беременности, а кто-то даже ухитрился забеременеть прямо в разгар катаклизма. Потом, после того как весной пришли союзники и всех накормили досыта, родились дети. И вот эти-то дети задали биологам загадку.
Те, что родились первыми, — то есть были зачаты еще летом — оказались как-то мельче обычного. Оно и понятно: недокормыши. Но вот следующая волна детей — из тех, кого голод застиг в момент зачатия или первые месяцы внутриутробного развития, — всех удивила: они были существенно жирнее и крупнее, чем средний человеческий младенец. Интересно, что они оставались такими до конца жизни. Еще интереснее, что они передали это качество своим потомкам.
История человечества, казалось бы, предоставляла ученым массу возможностей, чтобы поэкспериментировать с голодом. В наших краях были украинский голодомор и ленинградская блокада, в Юго-Восточной Азии — великий китайский голод 1959–1961 годов и голод 1975 года в полпотовской Кампучии. Однако голландский «эксперимент» оказался уникальным по двум причинам. Во-первых, он продолжался строго фиксированное и недолгое время, а до этого и после питание было совершенно нормальным. Во-вторых, речь идет о цивилизованной стране с развитой медициной: судьбы всех детей голодной зимы, а также их детей и внуков отслежены и документированы вплоть до сегодняшнего дня.
Самая интересная часть истории — дети (а впоследствии люди) с избыточным весом, рожденные поздним летом и осенью 1945-го. Кроме массы тела, у них обнаружены и другие статистические аномалии, например, склонность к гипертонии и определенным психическим расстройствам. А самое главное, что эти свойства они отчасти передали по наследству собственным детям. Приобретенные качества были унаследованы — вопреки Дарвину, в точном соответствии с учением Жан-Батиста Ламарка и академика Лысенко.
Эпигенетика, Потоп и Вавилон
Если кому-то не нравятся спойлеры, можно прочитать прекрасную книжку Нессы Кэри, где медленно и со вкусом рассказано о том, как биологи распутывали загадку голландской голодной зимы и к каким фундаментальным открытиям это привело. Но нам, ввиду нашей суетливости и поспешности, достаточно будет знать, что во всем виновата эпигенетика. В самом популярном изложении дело выглядит так: наследственная информация заключена в генах, то есть в последовательности «букв»-нуклеотидов ДНК. Однако в эту информацию могут вноситься коррективы: на некоторые буквы организм навешивает дополнительные метки (химические группы), уточняющие, как именно этим генам надо работать.
В начале 2000-х голландские ученые более или менее сформулировали свою гипотезу: главное отличие детей голодной зимы — именно в эпигенетических метках. В частности, ими был затронут ген инсулиноподобного фактора роста (ИФР). Один из авторов исследования, Бастиан Хейманс, предположил, что «эпигенетика может быть механизмом, который позволяет человеку быстро приспособиться к изменившимся обстоятельствам». То есть человеческие эмбрионы, застигнутые голодом в утробе матери, ловко перестроили свою эпигенетику так, чтобы приспособиться к лишениям. Поскольку лишения оказались кратковременными, эта перестройка принесла им во взрослой жизни скорее вред, чем пользу. Тем не менее, они передали некоторые эпигенетические метки своим детям. Вуаля! Мы имеем механизм направленной наследственной адаптации, противоречащий концепции естественного отбора.
Несса Кэри — очень серьезный биолог, чуждый идеологическим заморочкам, — заканчивает свой рассказ о голландской зиме следующей фразой: «Поколение голландской голодной зимы показывает, что, как это ни парадоксально, еретическое учение Ламарка о наследственности может, пусть и иногда, попадать точно в цель». А те, что сильно глупее Кэри, уж совсем без стеснения заявили, что эпигенетика «бросает вызов святым коровам дарвинизма». «Мог ли цвет кожи, перьев и шерсти быть результатом эпигенетического предварительного программирования, активированного после Потопа у животных и после Вавилона у человека?» — да уж теперь-то, конечно, мог, семь бед — один ответ, раз Дарвин так показательно сел в лужу со своей хваленой теорией.
Катарсис
Конечно, наука обязана следовать фактам без оглядки на то, как эти факты может интерпретировать идиот. Тем не менее практически все биологи, кому пришлось пересказывать широкой аудитории эту эпигенетическую эпопею, не могли обойтись без какого-то вежливого реверанса в сторону ламаркизма или по крайней мере «непостижимой сложности жизни» (за которой в конечном счете всегда скрывается какой-нибудь Потоп, Вавилон, верные мичуринцы или память воды).
Но, слава мирозданию, кого-то такая ситуация все же сильно бесила. Среди них оказались и те самые голландские биологи, с работы которых начался хайп. Они-то и опубликовали в этом месяце статью, которая внесла чуть больше ясности в нашу историю.
В распоряжении голландцев были не только медицинские данные потомков голодной зимы, но теперь уже и детальные результаты изучения их «эпигеномов» — картины метилирования ДНК. Еще у них был хороший компьютер и три альтернативные гипотезы. Первая: эпигенетика потомков голодной зимы — результат направленного приспособления к недостатку питательных веществ в период внутриутробного развития (это то, о чем говорил Бастиан Хейманс, цитата выше). Вторая гипотеза: изменение картины метилирования у жертв голода — просто побочный эффект, ошибка, сбой, своего рода «шрам» на ДНК (такую гипотезу высказала другая исследовательница и автор той статьи, Элин Слагбом). Наконец, третий вариант: все, что произошло с крупными младенцами, рожденными в 1945-м, — следствие дарвиновского естественного отбора, и не надо множить сущности.
Потом было компьютерное моделирование и сравнение предсказаний модели с наблюдаемыми результатами. Вторую гипотезу можно было отбросить сразу: если у голодных эмбрионов просто происходил сбой в системе метилирования, можно было бы ожидать, что разброс разных вариантов у них окажется больше, чем в контрольной группе. А на самом деле он был существенно меньше.
А чуть более детальный анализ позволил отклонить и первую гипотезу. Все данные идеально согласовывались с последним вариантом: наблюдаемая картина — последствия внутриутробного естественного отбора спонтанных вариаций в метилировании ДНК.
Дело обстоит так: при метилировании ДНК на ранней стадии развития эмбриона происходят естественные вариации — такие же спонтанные «малые изменения», что и в классической дарвиновской парадигме. В эти же дни решается судьба зародыша: пройдет ли он свой путь по трубам в матку, достигнет ли к концу пути нужной стадии, прикрепится ли, не абортируется ли в первые же дни или недели? Очевидно, что в неблагоприятных условиях (в том числе зимой 1944–1945 года) эти вопросы стояли перед зародышем особенно остро. Надо полагать, что этот отбор благоприятствовал одному конкретному варианту метилирования ДНК. Он-то и привел к тому, что у детей, рожденных сразу после испытания, преобладал тип метилирования, приводивший к тем самым последствиям, которые побудили было биологов сделать из всего этого еретический вывод.
Повторим еще раз: провидение ни к чему не приспосабливало этих несчастных младенцев намеренно. Не было никакой изначально заложенной инструкции: «Если голодаешь, сделай со своим геном ИФР то-то и то-то». Природа действовала своим обычным жестоким способом: наделать много случайных отличий, потом убить всех, кто не подходит. Именно такому механизму наилучшим образом соответствовала вся совокупность статистических данных по эпигеномам потомков голодной зимы.
Нравоучение
Наверное, прояви научное сообщество чуть больше упертой, догматичной, не рассуждающей веры в дарвинизм — оно могло бы прийти к этой идее чуть раньше. Впрочем, чтобы доказать свою правоту, фанатикам отбора все равно пришлось бы дожидаться определенного уровня развития биоинформатики, так что никто ничего не потерял. Любители Шестоднева и прочих альтернативных биологических концепций получили возможность почесать языки — ну так они и так занимаются этим, ни у кого не спрашивая разрешения, и, очевидно, будут продолжать в том же духе, благо в биологии осталось много непонятного. Например, то, первое поколение голландских младенцев-недомерков: вот у них-то, похоже, действительно включилась какая-то программа экономии ресурсов, хоть и ненаследуемая. По крайней мере, отклонить эту гипотезу пока не получается.
Конечно, если бы этот результат появился чуть раньше, возможно, сами собой отсохли бы некоторые тупиковые направления мысли. Так, вдохновившись историей «голландской зимы» в ее ламаркистской интерпретации, в 1990-х годах британский врач Дэвид Баркер выдвинул идею о том, что питание матери (и даже отца!) в период зачатия и беременности сильно влияет на судьбу и здоровье детей. Публика с восторгом приняла эту идею, вполне соответствующую популярной религии «главное в жизни — не съесть что-нибудь не то». При всем почтении лично к покойному доктору Баркеру, нам было бы приятнее, если бы научные идеи, питающие самоуважение сидящих на диете невежд, опровергались чуть быстрее, а выдвигались пореже.
О том, что в голландском исследовании осталось много непоняток, авторы сами говорят в заключении к своей статье. Вот, например, одна из них: достаточно ли для обнаруженного ими естественного отбора в утробе просто предположить дифференциальное выживание эмбрионов? Или, может быть, надо допустить и другой вид конкуренции — между отдельными клетками зародыша (на стадии бластоцисты, то есть мешочка из почти одинаковых клеток)? То, что такая конкуренция происходит, достоверно известно. Очевидно и то, что эпигенетические метки в этих клетках могут различаться. Что непонятно, так это как учесть все эти варианты в компьютерных моделях и повлияет ли это на результаты.
Впрочем, ученым за то и деньги платят, чтобы они разбирались во всяких сложностях. А вот нам, широкой публике, никто не платит денег за то, чтобы мы делали из недопонятых или перевранных научных открытий дурацкие, но при этом непоколебимые мировоззренческие выводы. Так зачем же мы этим все время занимаемся?
Автор статьи — научный редактор Forbes