Un set de date care dezvăluie reacții biochimice și mecanisme moleculare atât ale moștenirii proprietăților dobândite de organism în timpul vieții, cât și ale auto-organizării aparatului ereditar.
Primele date experimentale despre NPS care aveau nevoie de explicație au apărut cu mult înaintea metodelor care au făcut posibilă darea acestuia, prin urmare au fost ignorate mult timp, iar autorii lor au fost adesea persecutați. Cu toate acestea, noul manual afirmă: „Lamarck și ideile lui au fost ridiculizate și discreditate. Într-o întorsătură ciudată a sorții, Lamarck poate avea ultimul râs. Epigenetica, un nou domeniu al geneticii, arată că Lamarck poate fi considerat, cel puțin parțial, drept, fără îndoială, ceea ce este important atât pentru genetică în sine, cât și pentru biologia și medicina dezvoltării [1] . Aceasta se referă atât la DM ( modificări pe termen lung , adică acte de moștenire într-un număr mic de generații), cât și la NPS (moștenire soft, moștenire soft [2] ).
Chiar și Charles Brown-Séquard, un om de știință medical celebru, în 1869 [3] a obținut diverse DM-uri de la cobai. De exemplu, transecția nervului sciatic a dus la ceva asemănător epilepsiei, care a fost moștenită la copii și, ocazional, la nepoți. Contemporanii s-au limitat la diverse interpretări ale acestor experimente, care nu au necesitat recunoașterea NPS. Deci, August Weisman a permis infectarea cu niște microbi în timpul operației. Sekar a infirmat acest lucru cu un experiment steril, dar nu a obținut recunoașterea, iar istoricii științei nu menționează de obicei aceste lucrări. Situația, din păcate, este obișnuită, iar experiența nu învață nimic pe cea mai mare parte a oamenilor de știință.
Victor Yollos a cercetat cu succes DM (el deține termenul) în lucrările din 1913-1939. [4] . Din Germania fascistă, a plecat în Statele Unite, dar nici acolo nu a putut lucra, iar în 1941 s-a sinucis. Odată cu moartea sa, acest cerc de muncă a încetat mult timp, pentru că. efectul a fost considerat neimportant.
În anii 1950, Evgeny Smirnov și colegii săi au crescut afide portocalii-rin pe o plantă furajeră nepotrivită și au observat o restabilire treptată a fertilității pe parcursul a zece generații [5] . Creșterea numărului în fiecare generație a eliminat rolul selecției mutațiilor aleatorii. Curând , Georgy Shaposhnikov a exacerbat condițiile experimentului și a obținut un rezultat care l-a glorificat (și l-a rănit foarte mult): după ce a plantat afidele din genul dizaphis pe o plantă care era aproape nepotrivită pentru ei, a obținut o nouă specie a acestora în 8 asexuate. generații, de altfel, asemănătoare cu speciile care au trăit inițial pe această plantă. Împreună, cele două rezultate sugerează tranziția DM la moștenirea persistentă, dar nu a fost efectuată nicio analiză genetică - dimpotrivă, experimentul în sine a fost încheiat în mod nepoliticos.
În zilele noastre, fenomenul DM este general recunoscut, explicându-se fie prin moștenirea stării active a genei [6] , fie prin metilarea ADN [7] . Deoarece nu există modificări în secvența de nucleotide a ADN-ului, mulți nu recunosc o astfel de ereditate ca fiind autentică, ceea ce duce la evoluție. Cu toate acestea, există prea puține gene într-un organism superior pentru a moșteni proprietățile existente (de exemplu, o persoană are doar 30 de mii de gene, în timp ce numai în creier există un trilion de celule și conexiunile lor), iar modelul de evoluție prin selecția mutațiile se ocupă doar de ele. Trebuie să căutăm alte mecanisme, iar metilarea ADN-ului este unul dintre ele.
Multă vreme, datele despre NPS ca activitate intrinsecă a aparatului ereditar au fost rare și au fost citate fără a menționa Lamarck sau Lamarckism [8] Otto Landman [9] și alte câteva excepții și mai rare.
Cel mai important și indiscutabil fenomen al NPS a fost descoperit (fără să-l bănuim) de imunologul austriac Karl Landsteiner. El a introdus în sângele animalelor antigene artificiale, adică substanțe chimice care nu ar fi putut exista în istoria anterioară a animalelor. Pe ei au fost produși și anticorpi. „Specificitatea anticorpilor s-a dovedit a fi atât de mare încât a fost posibil să se obțină seruri care să facă distincția între izomerii orto și para ai aceleiași molecule” [10] .
Faptul că acesta este un NPC, adică. procesul genetic, a devenit posibil de înțeles abia după 1961 (când prima polipeptidă a fost sintetizată pe un șablon ARN): întrucât un anticorp este un complex de proteine sintetizate pe copiile ARN ale genelor, apariția unui nou anticorp indică apariția o nouă genă sau gene noi. Evident, dacă numărul de variante posibile de anticorpi este nelimitat de mare, atunci prezența lor simultană la fiecare individ este imposibilă și trebuie să recunoaștem că sistemul imunitar recunoaște cumva structura antigenului introdus și face gena anticorpului dorită. Cu alte cuvinte, antigenul, așa cum spune, dă sistemului imunitar instrucțiuni pe baza cărora se formează anticorpul. (Ideea instructivă a sintezei de anticorpi a fost opusă timp de 80 de ani de ideea selectivă că anticorpii preexistă în organism și apariția unui antigen doar îi selectează.)
Landsteiner și colaboratorul său Hans Lampl și-au publicat rezultatele uimitoare în 1917 [11] . Războiul, prăbușirea Imperiului Austro-Ungar și revoluția din Germania au fost un moment nefericit pentru publicare, dar și mai importantă a fost inconsecvența descoperirii cu viziunea asupra lumii a epocii (tot ce există este rezultatul selecției), si a trecut neobservat. Nici măcar nu este menționat de istoricii care se ocupă în mod specific de opera lui Landsteiner. El însuși, după ce a primit Premiul Nobel în 1930, a citit cu uimire în diploma sa că a fost distins doar pentru descoperirea îndelungată (1901) a grupelor sanguine, în timp ce el însuși a considerat să obțină anticorpi împotriva antigenelor artificiale și să le analizeze ca fiind ai lui. principala activitate a vieții.proprietăți [12] .
Fenomenul anticorpilor la antigenele artificiale a căzut din circulația științifică (ca argument al lamarckismului) timp de 70 de ani, ceea ce a încetinit foarte mult dezvoltarea atât a imunologiei, cât și a înțelegerii evoluției și este încă vizibil.
Cu toate acestea, în același 1930, a fost publicată prima încercare de a da datelor lui Landsteiner o explicație biochimică. Friedrich Breinl și Felix Gaurowitz [13] au sugerat că „antigenele perturbă sinteza proteinelor serice „normale” (care nu au proprietățile anticorpilor), în urma cărora aranjarea aminoacizilor în molecula proteică se modifică și se modifică se formează proteină cu proprietăți de anticorpi” [14] . Această ipoteză a dat naștere multor modele conformaționale de sinteză a anticorpilor, dar toate au fost respinse atunci când imunogenetica a arătat că diferența dintre anticorpi este, în primul rând, diferența în compoziția lor de aminoacizi. Înlocuirea unui reziduu de aminoacizi este o consecință a unei mutații a genei care codifică această proteină, astfel încât formarea de anticorpi a început să fie interpretată ca selectarea mutațiilor de succes.
După cum scrie Elena Aronova, înțelegerea sintezei anticorpilor în termeni de selecție a fost de natura unei metafore și a ocolit problema naturii fenomenului. Autorul principal al acestui subiect, Frank Burnet, a considerat că această abordare este corectă, crezând că „ideea matricei antigenice”, adică. transmiterea informațiilor despre structura unui antigen către un anticorp este „un anacronism lamarckian irelevant” [15] . (Deși Landsteiner a arătat, de asemenea, afinitatea anticorpilor pentru antigenele lor [16] .)
Această poziție (metaforă) a devenit comună. Fără calcule numerice, s-a crezut de mult timp că mutațiile aleatoare pot asigura detectarea rapidă a anticorpilor la orice antigen, deși acest lucru este nerealist din punct de vedere aritmetic [17] . Doar 30 de ani mai târziu s-a dovedit că „matricea” încă există aici. Ceva ca o matrice a fost găsit în procedura de prezentare a antigenului . Descoperirea acestui proces (lucrarea multor autori în 1978-1995) [18] a arătat că fragmentele de antigen pregătite pentru prezentare servesc de fapt împreună ca ceva asemănător unei matrice. Mecanismul interacțiunii lor cu celulele B (surse de anticorpi) este încă departe de a fi înțeles, dar Alexander Deichman a propus cu mult timp în urmă o ipoteză interesantă [19] .
El a atras atenția asupra faptului că proteina antigenă, în pregătirea prezentării, este împărțită în fragmente (epitopi) din 5-10 aminoacizi, iar unii dintre aceștia vor fi ulterior recunoscuți de sistemul imunitar ca fiind străini. El a sugerat că un aminoacid este separat de epitop, care este recunoscut de ARNt -ul corespunzător . Toate aceste ARNt (5-10 bucăți) formează cu capetele lor opuse o „mini-matrice pe care este sintetizat echivalentul nucleic” al epitopului. Urmează transcrierea inversă obișnuită .
Toate acestea sunt frumoase și chiar, poate, funcționează. Dar Alexander Markusovich nu a ținut cont de lucrările lui Landsteiner și arată că nu numai proteinele pot fi antigene. Modelul lui Deichman nu rezolvă problema în ansamblu. El însuși scrie că sunt de dorit diverse ipoteze și că „epitopul poate fi nu numai proteină” [20] . Noul model ar trebui să recunoască structura spațială a moleculelor.
Fenomenul de prezentare a antigenului este bine documentat și general recunoscut și este clar că aici are loc un act de novație (apariția unei molecule de anticorp, așa cum nu a existat anterior). Apariția unei gene care codifică un nou anticorp este actul NPS.
Problema NPS a fost tratată în detaliu de Edward Steel și colab .[21] . Modelul de imunogeneză conturat acolo era depășit: la acea vreme se știa deja că imunitatea adaptativă a animalelor cu sânge cald nu este un mecanism independent, ci o extensie a imunității înnăscute (vezi: Yarilin. Imunologie ); acest lucru nu a fost luat în considerare de către autori, iar prezentarea antigenului nu a fost menționată. Dar, în sfârșit, se indică faptul că experimentele lui Landsteiner implică inadecvarea ideii de selectare a anticorpilor preexistenți și că de fapt „în cursul evoluției a apărut o strategie biologică care este capabilă să producă un răspuns imun la neașteptat. „ [22] . Însăși problema inovațiilor a început să fie discutată deschis, fără metafore, interpretări și omisiuni.
Curând a devenit clar că literatura era plină de date despre NPS (respinse anterior), în special în bacterii. Bacteriile au fost cele care au ajutat să se apropie de înțelegerea prezentării antigenului, care în forma sa pură este cunoscut doar la animalele cu sânge cald. Astfel, paragraful „Fenomene lamarckiene și cvasi-lamarckiene în evoluție” al cărții [23] Evgeny Kunin a început cu cuvintele: „Sistemul de protecție antiviral și imunitate adaptivă în arhee și bacterii... aparent funcționează direct prin mecanismul propus. de Lamarck. Un astfel de sistem este cunoscut sub numele de CRISPR/Cas.” Kunin a continuat explicând: „S-a emis ipoteza că sistemul CRISPR folosește secvențe obținute din fagi ca molecule șablon pentru a distruge ARNm-ul fagului”, similar cu modul în care se întâmplă în fagii superioare. Și a concluzionat: „Sistemul de protecție antivirală și imunitate adaptivă la arhee și bacterii..., se pare, funcționează direct prin mecanismul propus de Lamarck” [24] .
Konstantin Severinov clarifică: „Toate acestea seamănă destul de mult cu munca anticorpilor la animalele superioare. Dar... în sistemul CRISPR/Cas nu există nici schimbări aleatorii, nici selecție: intrarea în genom care asigură adaptarea la un nou factor de mediu (care este fagul) se face direct de acest factor însuși. Și în viitor este moștenit de toți descendenții bacteriei care a dobândit-o... exact așa cum a postulat Lamarck” [25] . De remarcat faptul că memoria pe termen lung a anticorpilor (permițând un răspuns rapid la reinfecție) se realizează plasmatic, fără „înregistrare în genom”, înregistrare care în cazul CRISPR încă nu a fost stabilită.
Dacă în acest caz, imunitatea bacteriilor este doar „amintește destul de mult de activitatea anticorpilor la animalele superioare” (imunitate dobândită a animalelor cu sânge cald), atunci restul imunității (în principal înnăscută) este pur și simplu aceeași în baza sa în toate organismele multicelulare și, în plus, așa cum Karl (Charles) a arătat Genevey și școala sa sunt fantastic de complexe [26] [27] [28] [29] . Poate că este comun tuturor viețuitoarelor în general. A fost așa încă de la începutul vieții (aceasta, în esență, înseamnă recunoașterea creaționismului), s-a dezvoltat în același mod datorită unității legilor naturii (nomogeneza) sau s-a format ca un întreg prin transfer orizontal de gene (HLT)? Mulți oameni decid acum această problemă în favoarea NPS.
Se pot aștepta multe de la NPS, dar nu trebuie să ne așteptăm (contrar opiniei multor, în special a popularizatorilor) la o înțelegere a evoluției ca atare - va necesita o teorie mai complexă bazată pe ideile de auto-organizare - moleculară, intracelulară, etc.
Au existat multe articole precum „Darwin sau Lamarck?” [30] , totuși, o astfel de afirmație a întrebării simplifică prea mult situația. De fapt, recunoașterea NPS ajută la înțelegerea ratei ultra-înalte de evoluție (o nouă specie de afide în 8 generații în experimentul lui G.Kh. Shaposhnikov, un nou organ în sistemul digestiv al șopârlelor în 36 de generații [31] ] , etc.), dar nu clarifică esența evoluției.
Nici mutațiile și recombinările, nici NPS nu oferă în sine o înțelegere a evoluției, de vreme ce se referă la acumularea de semne, și nu la sinteza organismelor integrale și interrelațiile lor. Este necesar să se studieze autoorganizarea celor vii ca principal factor de evoluție (Stuart Kaufman [32] a afirmat despre acest factor încă din 1991), iar pentru aceasta este necesar să se cunoască nu numai modul în care se transmit informațiile despre schimbările ereditare. la descendenţi, dar şi modul în care o astfel de schimbare generează una nouă.formă şi funcţie. În urmă cu o sută de ani, Alexander Gavrilovici Gurvich a cerut [33] să nu confunde problema binecunoscută a transferului de proprietăți cu problema implementării (Verwirklichung), sau actualizării, a eredității, lipsită de atenția biologilor. Odată cu apariția teoriei informației (1948 și mai târziu), au început să vorbească despre realizarea informațiilor ereditare.
În ultimul secol, succesul în rezolvarea primei probleme (inclusiv NPS) a fost enorm. Pe de altă parte, succesul acestuia din urmă s-a limitat la descifrarea mecanismului sintezei proteinelor pe șablonul ARN, identificând lanțuri de astfel de sinteze, fiecare dintre acestea putând fi pornit și oprit. Acea. implementarea în sine (conversia textului de ereditate într-o construcție de lucru tridimensională) nu este afectată. Odată cu apariția teoriei informațiilor, noțiunea că exercițiul poate fi înțeles în termeni de activare și dezactivare a genelor a luat rădăcină. Acest lucru este însă imposibil, fie și doar pentru că există prea puține gene.
În consecință, activitățile genelor pot funcționa (cu excepția sintezei proteinelor) doar ca comutatoare pentru alte procese moleculare [34] și mai multe astfel de gene comutatoare sunt cunoscute, de exemplu, genele homeozei . Altfel, munca sistemului genetic este de autoorganizare [35] .
Toată ontogeneza este și auto-organizare. Un exemplu simplu și ilustrativ de auto-organizare a sistemului genetic dă culoarea acelor animale în care este individuală (adică moștenirea sa nu poate fi descrisă), dar este obișnuită pentru fiecare individ. Astfel, de exemplu, sunt leoparzii [36] și girafele. Este firesc să legăm acest fapt cu un fapt din natura neînsuflețită: fiecare fulg de nea este unic, iar modelul fiecăruia este creat de creșterea fractală, strict același în fiecare dintre cele șase direcții de simetrie ale sale [37] . Aici avem o ontogeneză corectă, în care genele nu sunt necesare pentru repetarea exactă a formelor.
În 1972, biomatematicianul René Thom a remarcat [38] că „unde se vorbește de obicei despre informație, ar trebui folosit cuvântul „formă”” (p. 97). Și „principalul lucru în furnizarea genetică a unui animal nu constă în morfologia sa - majoritatea detaliilor anatomice sunt secundare - ci mai degrabă în mecanica homeostaziei, reglarea fiziologică... Aderăm aici la viziunea lamarckiană... această funcție creează un organ sau, mai exact, că formarea unui organ este rezultatul conflictului dintre un câmp funcțional elementar și materia organică primară, care i se opune și îi impune metode de implementare predeterminate genetic” (p. 154-155).
O ilustrare bună a poziției lui Tom este setul de diviziuni celulare în timpul creșterii embrionului: fiecare celulă se împarte după propriile legi, dar se împarte apoi și în așa fel încât să se formeze țesutul necesar, care, la rândul său, face parte. a organului, iar acest organ începe să funcționeze (îndeplinește funcția). Mai mult, fiecare organism și fiecare dintre organele sale au anumite forme, al căror număr este limitat. Formele se aliniază în rânduri (acesta nu mai este lamarckism, ci nomogeneză), iar cele mai multe dintre diferențele lor nu dau naștere la diferențe de funcții.
În următorii patruzeci de ani, viziunea lamarckiană a fost respinsă, iar problema implementării nu a fost luată în considerare. „Care este insuficiența formulei de mai sus despre relația fenotipului cu mediul și fenotipul și cum să o eliminăm? Răspunsul la această întrebare este dat în esență de Lamarck: această formulă nu conține elementul principal al vieții – un organism viu activ”, scrie Anatoly Shatalkin [39] . Activitatea și rolul ei în ontogenie și evoluție sunt dedicate capitolului 12 al cărții sale. Una dintre formele de activitate este tocmai autoorganizarea.
Cel mai simplu exemplu de auto-organizare este auto-asamblarea unui întreg din părți. „Nu există loc în lume pentru enumerarea tuturor opțiunilor posibile - nu există timp pentru asta, nu numai în evoluție, ci chiar și în timpul auto-asamblarii proteinelor: vârsta Universului nu este suficientă pentru a enumera conformațiile unui scurt. proteină, și este asamblată rapid, adică aproape sau complet fără „încercări și greșeli”” [40] . Aceasta înseamnă că gena determină doar un lanț de reziduuri de aminoacizi și orice altceva este auto-asamblare. În mod similar, auto-asamblarea este asamblarea moleculelor de proteină tubulină într-un microtubul și asamblarea lanțurilor de imunoglobuline într-un anticorp.
Mai complex decât auto-asamblarea, un exemplu de auto-organizare este creșterea fiecărui microtubul în direcția necesară celulei. Și mai complex este asamblarea macromoleculelor în nucleoproteina unui cromozom sau ribozom etc. Toate acestea sunt doar într-o mică măsură determinate de gene, fiind astfel subiectul de interes al lamarckismului molecular. Ideea de mult respinsă a propriei activități a ființei vii, care duce la NPS și autoorganizare, s-a dovedit a fi din nou utilă.