Дни Дарвина:

Двух факторная наследственность - фантазия или реальность?

Базовым для общепринятой (генетической) теории наследственности является утверждение, что элементарной материальной единицей наследственного осуществления у живых форм является участок молекул ДНК - ген. Эту дефиницию обнаружишь в любом из сотен и сотен существующих ныне руководств по генетике. И эта догма кажется самоочевидной как пишущим упомянутые учебники, так и обучающимся по ним. Но так ли это на самом деле?

Генетическая трактовка механизмов наследственности с самого своего зарождения вызывала ожесточенные споры, поскольку логически следовавшие из неё выводы (важные не только в теоретическом, но и в практическом отношении!) уж слишком явно противоречили реальности. "Становым хребтом" генетики, например, объективно является концепция "двух начал" или "зародышевого пути".

В соответствии с концепцией "двух начал" необходимо выделять в качестве особого канал генетической информации, сконцентрированной в половых клетках живых организмах и представленная генами их ДНК. Подразумевается, что эта "вертикаль генетической власти" монопольно ответственна за передачу наследственной информации в чреде поколений. Вся остальная составляющая живых организмов, начиная с негенетических частей тех же половых клеток и включая все прочее, из чего состоят живые организмы, все их ткани, органы, то есть всё их тело (сома) - это всего лишь "чехол" для структур "зародышевого пути" (для ДНК половых клеток). Поток биологической информации в телесном "чехле" (в соме), с позиции генетической концепции "двух начал", "по умолчанию", то есть исходя из самих основ генетической теории наследственности, не может иметь никакого отношения к передаче признаков в чреде поколений.

Основоположником концепции "двух начал" является немецкий натуралист Август Вейсман. Он показал, что клетки, ответственные за формирование зачатков половых структур зародышей, очень рано обособляются от клеток, формирующих остальную (не половую, телесную) часть зародыша. Первые получили название "клетки зародышевого пути", что с самого начала было неверно, поскольку, как это теперь известно, основой формирования полноценных зародышей даже у животных (у растений это всегда было известно!) могут являться практически любые телесные клетки (явление соматического эмбриогенеза).

Неудивительно, что концепция двух начал с момента своего зарождения прямо или косвенно оказывала весьма негативное влияние на развитие самых разных подразделов общей биологии. Со слов известного историка науки З.М.Рубцовой не без влияния этой концепции в России, например, изучение цитоплазматической составляющей строения клеток оказалось в стороне от магистральных путей развития отечественной цитологии: неоспоримым фаворитом здесь всю первую половину ХХ-го века была цитогенетика! В итоге, пишет автор книги "Эволюция и прогресс" В.А.Бердников, "до середины ХХ-го века (!!! - Е.П.), сохранялся взгляд на клетку, как на весьма простое, по существу - бесструктурное (!!! - Е.П.) образование" (стр. 4). И именно с этим он связывает факт появления "теории" ближайшего сподвижника "народного академика" Т.Д.Лысенко О.Б.Лепешинской, согласно которой клетка может возникать из "живого вещества" перетертых тканей растений и животных.

Ныне от концепции двух начал генетики на словах открещиваются, но на деле не только продолжают ссылаться, допустим, на повсеместно цитируемый труд "Зарождение генетики" А.Е.Гайсиновича, в котором упомянутая концепция подробно изложена, а существование "зародышевого пути" подается как нечто само собой разумеющееся. Как руководство к действию концепция двух начал рекомендуется и практикам! Читаем в публикации 2009-го (!!) года: "В основе клонирования лежит идея об одинаковом генетическом потенциале всех клеток человеческого организма, кроме половых". Таким образом, не сделано ровным счетом ничего, чтобы однозначно признать не только ошибочность противопоставления соматического начала так называемому генетическому (половому), но и крайне вредоносные практические последствия использования концепции двух начал.

А ложность посылок в данном случае налицо! Упомянутая концепция, как уже сказано, попросту противоречит, допустим, наблюдениям над размножением растений. Ведь размножение из не половых структур (вегетативное) в мире растений дело широчайше распространенное! Но генетики попросту игнорировали эти наблюдения, тем более, что у их излюбленного объекта - дрозофилы, как и у других представителей животного мира не половое размножение дело весьма и весьма не популярное.

К настоящему времени получены неопровержимые экспериментальные данные, свидетельствующие о тотипотентности (равноценности в наследственном отношении) клеток любых частей организма не только растений, но и животных, в том числе высших, вплоть до человека. Оказалось, что даже узкоспециализированные клетки самых разных типов в состоянии при определенных условиях проявлять поразительные способности к формообразованию, то есть способны давать жизнь клеткам тканей совершенно иного типа и строения. И в том числе - зачатковым клеткам!

Надо сказать, что такого рода данные, правда, применительно к не самым высокоорганизованным животным, были известны уже давно. Проанализировав эти данные и поставив ряд важных экспериментов на эту тему, ленинградский ученый - эмбриолог, профессор Б.П.Токин ещё более полувека назад сформулировал концепцию соматического эмбриогенеза. Этой концепцией постулируется универсальность наследственных свойств клеток всех тканей живых организмов, и в том числе - отсутствие принципиальных различий между половыми и соматическими клетками. Эта гипотеза Токина была встречена генетиками в штыки, подверглась остракизму и осмеянию.

Неудивительно! Ведь концепция соматического эмбриогенеза, подразумевавшая возможность формировании зачатковых структур не только из половых клеток, но и из клеток тела /из соматических клеток/ не оставляла камня на камне в том числе и от концепции "двух начал". Наши дни стали эпохой множества невероятных открытий, подтверждающих справедливость предсказаний Токина. Достаточно упомянуть исследования в области получения стволовых клеток из самых разных телесных структур и явления взаимопревращаемости клеток тканей животных. В итоге все более ясно, что современная наука о наследственности ну уж никак не может именоваться генетической теорией! Скорее было бы уместно поименовать ее эмбриологической (или там морфогенетической и т.п.) теорией наследственности.

Фактов нестыковок практических данных и наблюдений с генетической теорией наследственности, подобных упомянутым - масса. И сейчас, как никогда, ясно, что истинную, теоретически правильную и практически работоспособную теорию наследственности можно создать, только обобщив данные сотен, если не тысяч исследователей, результаты работ которых не представлены и не учтены в генетической концепции наследственности. Такая работа проведена. И к каким же выводам она привела?

Прежде всего стало очевидно, что по иному должна выглядеть уже сама история будущей - правильной, дееспособной теории наследственности.

Так, во все учебники по теории наследственности должны вновь войти данные о работах английской и американской школ биометриков (Ф.Гальтон, В.Уэлдон, К.Пирсон, Давенпорт и др.). Ведь их вклад в разработку статистических методов изучения количественных признаков, заложивших основу современной научной селекции, ну уж ничуть не менее значим, чем весьма примитивные арифметические расчеты Менделя по изучению комбинаций вариаций качественных признаков. Пользующиеся и поныне огромным спросом у практиков различные математические показатели - коэффициенты регрессии, корреляции, дифференциальные уравнения и т.п. (откройте любой учебник по селекции животных или растений, любое руководство по биометрии!)- это все восходит к работам Гальтона и Пирсона. Но в большинстве рутинных учебников по генетике вы не найдете даже ссылки на этих авторов, на их методы…

Огромнейшее значение для современной теории наследственности имеют данные различных школ (немецкой, французской, отечественной и др.) в области экспериментальной эмбриологии и морфологической физиологии. Не стоит забывать об учении о скрытых признаках, которое восходит к трудам Жоффруа Сент - Илера. И снова в учебниках по генетике вы не найдете ссылок на соответствующие исследования, которых сотни.

А что же нового может внести в само учение о биологической наследственности учет незаслуженно игнорировавшихся генетиками работ негенетических школ и научных подходов? Выводы в ряде случаев просто потрясающие. И главным итогом этих выводов стало формулирование концепций двухфакторной наследственности и единой (базовой) ДНК.

В соответствии с концепцией единой ДНК предполагается (основания - огромный массив косвенных данных: экспериментальных и полевых), что в клетках всех современных живых организмов содержится в совершенно неизмененном виде копия ДНК из самой первой - пра-клетки. То есть даже в клетках современного человека в неизменном виде содержится копия ДНК того реального одноклеточного организма, от которого произошли все виды последующих - высших форм жизни на Земле. Необходимо лишь одно допущение - признание монофилетического происхождения многоклеточных организмов. Но большинство разумно мыслящих современных биологов-эволюционистов - как раз за эту теорию. Базовые ДНК - это именно те ДНК, которые являются основой хромосом, составляют первичную нуклеиновую структуру этих генетических фетишей.

Из концепции единой (базовой, предковой) ДНК логически следует, что биологическая эволюция - это процесс, обусловленный теснейшим взаимодействием двух совершенно равноценных начал. С одной стороны - это гены базовой ДНК (пресловутое "генетическое начало", о коем шла речь выше). С другой стороны - это биохимия и даже - биофизика жидкой плазмы и иных компонентов, окружающих базовую молекулу ДНК. Вслед за М.М.Камшиловым я называю этот компонент "декодирующей организацией" (декоргом). Еще раз повторю и уточню - эти два компонента - гены базовой ДНК и декорг для биологической наследственности имеют абсолютно равноправное значение. Понятно, что декорг, если несколько обобщить, как раз и олицетворяет собой поток той "соматической информации", которой генетики не придают никакого значения.

И вот здесь-то и кроется самое важное, самое "революционное" в концепции единой ДНК. Анализ выводов экспериментальных работ многочисленных исследователей наводит на мысль, что в ходе эволюции базовая ДНК вообще не изменяла свою первичную структуру. Ни о каких мутациях, ни о каком перекраивании "генетического начала" - первичной структуры базовой ДНК и речи быть не может! В ходе эволюции могут изменяться (и изменяются) только биохимические и физические параметры "соматического начала" - декорга, управляющего работой базовой ДНК. Сама же базовая ДНК абсолютно одинакова у миллионов организмов всех видов - как ныне живущих на Земле, так и вымерших. К сожалению, используемые ныне методики анализа молекул ДНК не позволяют "прощупать" нить ДНК, составляющую основу монотенной (однонитевой) хромосомы (в том случае, когда таковые существуют) или аналогичным образом персонифицировать отдельные ДНК-фрагменты политенных (многонитевых) хромосом.

Но если все сказанное выше верно, то основной вывод будущей - синтетической, системной теории биологической наследственности остается поразительным: в ходе эволюции необратимо (или обратимо!) изменяются не базовые ДНК: наследственно изменяется ("мутирует") либо же модифицируется обратимо ДЕКОРГ, декодирующая (дешифрующая информацию ДНК) организация клеток-зачатков! Для обозначения стойких наследственных изменений структуры декорга (аналогичных по значению мутационным изменениям молекул ДНК) был предложен термин - "эпитация" (Е. Попов, 1992 г., "За семью замками наследственности", Агропромиздат, М.). Сами же гено-регуляторные факторы биохимической и биофизической природы, содержащиеся в цито- и кариоплазме клеток и относящиеся к декоргу, получили в работах уже многих известных исследователей название локальные информационные детерминанты (ЛИД). О существовании такого рода факторов пишут давно, но изучены они очень скудно - в ущерб делу (см. ниже) основное внимание и поныне уделяется расшифровке структур генов, ДНК.

Признав приоритет соматических факторов - декорга, его ЛИД в управлении работой молекул ДНК, генов, мы поймем, наконец, почему наблюдается столь поразительное (и совершенное не объяснимое генетикой!) разнообразие зародышевых зачатков - семян, спор, пыльцевых зерен и пр. Причина проста - само разнообразие всех форм жизни на Земле, сами процессы видообразования - это всего лишь внешне (морфологически) выраженное и наследственно закрепленное следствие эволюции локальных информационных детерминант, окружающих базовые ДНК - основу генетических аппаратов клетки!

Разумеется, базовая ДНК в клетке может продуцировать свои полные копии (явления политении и полиплоидии). Могут сниматься (ученые говорят в таких случаях - амплифицироваться) и частичные копии, наводняя клетку кусочками тех или иных фрагментов базовой ДНК. Но и здесь все определяется декоргом!

Но какие бы пертурбации не происходили в цито- и кариоплазме клеток, цепочка нуклеотидов (первичная структура) самой базовой ДНК сохраняется как при передаче из поколения в поколение, так и в ходе индивидуального развития - при размножении клеток тех или иных органов и тканей. Не изменяющаяся в своем строении ни в ходе эволюции, ни в ходе индивидуального развития организмов базовая ДНК - это как бы эстафетная палочка наследственности, передающаяся из глубины веков и от клетки к клетке!

Из сказанного выше понятно, что, в соответствии с концепцией базовой ДНК, придется радикально менять представление о существе процессов наследственных изменений. Генетикой в основу этих процессов положено изменение первичных структур самих молекул ДНК и их фрагментов - генов. Настала пора поспорить с этим предрассудком! Изменение структуры генов, как копий с тех или иных фрагментов базовых ДНК - вещь действительно реальная. Напомним хотя бы такое поразившее генетиков явления, как сплайсинг - "склеивание" копий с ДНК (генов) из фрагментов. Причем и процессами сплайсинга, несомненно, управляют опять же регуляторные факторы не генетической природы, то есть все тот же декорг. Однако (это теперь ясно однозначно!), было бы недопустимым заблуждением трансформировать идею изменяемости первичных структур копий с генов ДНК, на первичные структуры самих молекул ДНК. Как вещал классик - здесь "две большие разницы"! Меж тем этот момент абсолютно не учитывается в господствующей ныне в официальной (генетической) теории наследственности концепции молекулярного редукционизма.

Из вышеизложенного следуют и другие выводы, "грозящие" далеко идущими последствиями для традиционной теории наследственности. Нетрудно понять, например, что с позиций концепции единой (базовой, предковой ) ДНК наследуемость или ненаследуемость того или иного признака, свойства вовсе не определена однозначно на уровне молекул ДНК! Наследственность - прерогатива процессов регуляции, реализуемых на уровне организма как целого. При этом регуляция любых наследственных изменений носит двух ступенчатый характер.

Первая ступень - появление изменений (то есть биохимических и (или) физических эпитаций ) в строении декодирующей организации (декорга). Это влечет за собой изменение в работе отдельных участков (генов) базовой ДНК - а именно активируется или подавляется синтез копий с этих участков. В итоге изменяется морфогенетический потенциал клетки, ее способность к формированию тех или иных биологических структур, признаков. Если речь идет о зародышевой клетке (гамете, зиготе), то меняется и её "матрица наследственности" (термин Е.Попова). В итоге из такого зачатка с изменённой системой взаимоотношений - "Базовая ДНК - Декорг" может сформироваться живой организм, вовсе не похожий на своего предка!

Второй этап - фиксация или не фиксация нарушений наследственности в ходе развития клетки с измененным соотношением параметров ДНК - Декорг. В случае, если речь идет, опять же, о зачатковых клетках (то есть о генетической или соматической гамете или зиготе и т.п.), то здесь, в свою очередь, возможны три варианта.

Первый - наследуемая в чреде поколений фиксация признаков, возникших в результате развития зачатка с измененной системой отношений ДНК - декорг. Внешне это выглядит как мутация, хотя, как шла речь, в основе здесь в действительности - стойкие эпитационные изменения декорга.

Второй - не наследуемая в чреде поколений /или плохо наследуемая/ картина изменений, то есть модификации.

Третий - невозможность развития зародыша вообще (далее стадии бластулы) в виду биохимической и физиологической несовместимости морфогенетических процессов, протекающих в зародышевом зачатке с измененной системой отношений ДНК - декорг.

Упомянутая схема становится действительно новаторской только при условии сопровождения её рядом дополнительных представлений.

Во-первых, с позиций концепции единой ДНК обязательным является признание равноценности двух основных факторов наследственности - базовых ДНК и декорга. При допущении, что в ходе эволюции первичным, определяющим (да и попросту единственным!) является "мутирование" (эпитации!) структур декорга, а отнюдь не изменение (мутирование) первичных структур базовых ДНК. Как это общепринято считать.

Во-вторых, двух факторная (ДНК-Декорг) концепция наследственности (ДД-концепт) подразумевает абсолютную необходимость использовать не на словах, а на деле исторический подхода при изучении явлений конкретной наследственности. Ибо ясно однозначно, что только скрупулёзно изучив происхождение той или иной группы организмов можно понять - почему у данного вида организмов в различных клетках его тела наблюдается тот или иной конкретный тип взаимоотношения систем ДНК-Декорг. А то, что изучать здесь придётся ой-ой как много - это уже ясно однозначно. Декорг, как должно быть ясно из вышеизложенного - это ничто иное, как тонкое строение цито- и кариоплазмы, включающее все, за исключением молекул нуклеиновых кислот. А сложность организмов на этом - молекулярно-клеточном уровне, как справедливо обратил внимание В.А.Бердников, скорее всего "на несколько порядков (!!!- Е.П.) превосходит все то, что является предметом изучения таких наук, как анатомия, гистология и физиология" (оп. цит., стр. 6). Нетрудно понять, что покорение "космоса наследственности", которое еще лишь предстоит, потребует затрат и усилий не менее масштабных, чем освоение звездных далей!

В третьих, необходимо признать, как на это указывали исследователи, голоса которых подчас десятилетиями (!) не были услышаны, что элементарной материальной единицей наследственного осуществления у высших (многоклеточных) форм организмов является не кусочек молекулы ДНК - ген, а ограниченные в пространстве и времени совокупности биохимико-физиологических процессов, для которых рядом исследователей уже не раз предлагались различные названия. Наиболее удачными здесь представляются разработки русского ученого Д.П.Филатова, предложившего концепцию так называемых "формативных аппаратов". Не вызывает сомнения, что будущее науки о наследственности именно за таким - динамическим и системным определением её материальной элементарной единицы.

С позиций концепции единой ДНК и двух факторной наследственности придется пересмотреть очень многое. Взять, к примеру, важнейший вопрос о механизмах действия биологических катализаторов - белковых ферментов. То, что "белок - это жизнь" стало общеизвестно уже после знаменитого определения жизни Фридрихом Энгельсом: "Жизнь есть способ существования белковых тел". Причем главными являются именно каталитические свойства белков, то есть их способность выступать в роли мощнейших ускорителей процессов в живых организмах. В любом учебнике по генетике можно прочитать, что каталитические свойства фермента всецело обусловлены строением его молекулы, которое, в свою очередь, полностью определяется последовательностью нуклеотидов ДНК соответствующего гена. "Во всех случаях нуклеотидная последовательность, кодирующая первичную структуру белка, фактически определяет его функцию" (Бердников, оп. цит., 47).

Однако не правы те, кто пытается при объяснении механизмов сложнейших регуляторных процессов в живом организме сводить все дело к молекулярному редукционизму! В рассматриваемом случае, например, не учитывается, что функции белковых молекул в действительности определяются отнюдь не первичным строением этих молекул, а тем, какую пространственную конфигурацию данная молекула примет, "придя" к месту своей работы! А эта самая конфигурация (вторичная, третичная структуры, а также и строение комплексов белковых молекул) определяется на уровне клетки (а то и организма как целого!). Ибо пространственные структуры белковых молекул (как и любых иных биополимеров) однозначно определяются биохимией (читай - локальными информационными детерминантами) той цито- и кариоплазматической среды, в которую эти молекулы погружены и в которой они "работают".

Концепции двух факторной наследственности и единой ДНК объясняют или заново интерпретируют и массу других фактов и наблюдений, не понимаемых с позиций традиционной (генетической) концепции наследственности.

Например, наконец-то становится понятным вызывающее недоумение у многих существование огромного количества так называемых "лишних /с позиций генетики! - Е.П./ генов" в молекулах ДНК - интронов . С позиции концепции двух факторной наследственности это вовсе не лишние, а запасные гены. Об этом автор данной заметки заявил в одной из своих книг еще в 1987 году и повторил это в 1992-м. "Не заметившие" этого вывода коллеги, тем не менее, именно после выхода в свет упомянутых публикаций стали все чаще и чаще высказывать аналогичное мнение. Разумеется, без ссылки на первоисточник (Бог им судья…). В настоящее время накоплены многочисленные факты, подтверждающие, что гены, выступающие у одних видов организмов в форме интронов, у других действительно являются экзонами, то есть работают, синтезируют белки.

Не трудно понять, что в случае с интронами имеет место всего лишь еще один пример поразительной мудрости и дальновидности природы! Поскольку интроны (если верна концепция двухфакторной наследственности) - это основа огромного запаса эволюционной пластичности, эволюционной прочности живого; это возможность образования бесчисленных новых форм жизни. В том числе таких, которых сама природа по тем или причинам так и не создала. Хотя вполне могла бы. А уж человек -то тем более в состоянии исправить эту недоработку! Ведь те участки (гены или их части) базовых ДНК, которые не нужны в клетках данного вида организмов, могут быть активированы, могут заработать в иной биохимической среде, в зачатковых клетках с иными параметрами декорга, с иной системой отношений ДНК - Декорг. Это могло бы дать начало новым, в том числе еще невиданным в эволюции формам живых организмов. Надо только научиться активировать соответствующие участки декорга!

В связи со сказанным еще один заманчивый вывод. Если концепции единой ДНК и двух факторной наследственности верны то, к слову, нет необходимости выискивать в янтаре ископаемых комаров с кровью динозавров - гены в том числе и этих вымерших организмов рядом, здесь - они в виде интронов находятся в базовых ДНК любого современного вида организмов, в том числе - человека! Другое дело, как заставить заработать такого рода скрытые гены, перевести их в разряд экзонов! Как уже шла речь, изучение локальных информационных детерминант, управляющих работой молекул ДНК, все последние десятилетия было отнюдь не магистральным направлением развития теории наследственности! Генетический подход к изучению механизмов наследственности высших организмов предлагал ученым иные - подчас совершенно ложные методические подходы. В итоге символом старой генетики стал мужик с кувалдой и долотом, рихтующий спирали ДНК. Именно это изображено, например, на обложке не безызвестной научно-популярной книги Б.М.Медникова "Аксиомы биологии". С позиций концепций двух факторной наследственности и единой ДНК, изложенных в работах автора этой статьи, истинным символом процесса биологической эволюции должен быть вдохновенный пианист, мастерски играющий на клавишах рояля: на генах базовой ДНК.

Но, главное, становится понятным: по привычке переписывая в тысячах руководств по генетике фразу - "элементарной единицей наследственности живых форм является молекула ДНК", утверждая, что форма хромосом и структура генов определяет процессы формообразования, мы ставим проблему механизмов наследственности с ног на голову, мы утверждаем ахинею, которая не соответствует не только новейшим данным науки, но и справедливым выводам и важным открытиям многих и многих исследователей, которым подчас уже десятилетия. Но которые не были замечены и обобщены до работ автора этой заметки.