В 1859 году Чарльз Дарвин опубликовал «Происхождение видов», и с тех пор его теория естественного отбора считается фундаментом биологии. Но сам Дарвин, возможно, удивился бы, узнав, что его идеи — не финальная точка, а лишь глава в длинной истории. Сегодня, спустя более полутора веков, учёные всё чаще возвращаются к теории, которую когда-то объявили ошибочной, — к ламаркизму. И повод для этого не ностальгия, а реальные наблюдения, которые классическая дарвиновская модель объяснить не может.

Проклятие хвостов: как Ламарка опровергли и почему он вернулся

Жан-Батист Ламарк, французский биолог, ещё в 1809 году предложил идею, которая позже получила его имя. Он утверждал, что родители могут приобретать или улучшать определённые признаки в течение своей жизни — в ответ на требования окружающей среды — и передавать эти приобретённые черты потомству. Так, по мнению Ламарка, жирафы вытягивали шеи, дотягиваясь до листьев, и передавали эту особенность детям. Дарвин предложил альтернативу: естественный отбор. Согласно его теории, внутри вида рождаются особи с различиями, и те, кто лучше приспособлен, выживают и размножаются чаще, передавая свои преимущества следующим поколениям.

Ламаркизм долго считался опровергнутым. Ключевой момент — эксперимент немца Августа Вейсмана в 1904 году. Он хирургически удалял хвосты взрослым крысам, а затем позволял им размножаться. Если бы ламаркизм был верен, потомство рождалось бы без хвостов. Но этого не происходило, даже после многих поколений купированных крыс. Учебники биологии много лет приводили этот опыт как неопровержимое доказательство ошибочности Ламарка.

Однако, как выясняется, Ламарк был не так уж неправ. Просто его теория нуждалась в уточнении.

Червь, который ломает догму

Возьмём крошечного червя C. elegans, длиной всего около миллиметра. Когда взрослый червь сталкивается с вирусной или бактериальной инфекцией, голодом или стрессовой температурой, он со временем адаптируется, чтобы лучше справляться с этими условиями. И вот что поразительно: его потомство рождается уже с этой адаптацией. И следующее поколение — тоже.

Механизм оказался связан с малыми РНК — молекулами, похожими на ДНК. Когда червь испытывает стресс, он производит эти РНК, которые тонко настраивают активность генов, обеспечивая эффективный ответ. При размножении специальные белки переносят эти малые РНК в яйца, и потомство получает готовое преимущество.

Это похоже на ситуацию, когда человек получает прививку от гриппа или кори, вырабатывает иммунитет, а затем все его новорождённые дети и даже внуки рождаются уже иммунными. Раньше считалось, что такие эпигенетические метки всегда стираются при размножении, и потомству приходится начинать с нуля. Факт, что приобретённые признаки могут наследоваться, — это ламаркизм в чистом виде.

И это не единичный случай. Десятки, если не сотни исследований показывают аналогичные эффекты у самых разных видов — от бактерий и растений до животных. Например, рис, подвергнутый холоду, приобретает почти постоянную устойчивость, добавляя химические метки к своим генам. Это позволило рису распространиться на север из тропических регионов.

Наследственность навыков: тоже ламаркизм?

Ламаркизм проявляется не только на молекулярном уровне. Передача приобретённых навыков от поколения к поколению — тоже его форма. Когда самки косаток осваивают охоту на новый тип добычи — например, на тюленей вместо лосося, — их потомство копирует этот навык. Эта традиция настолько устойчива и глубока, что, по-видимому, привела к формированию разных видов косаток.

Дарвинизм не отменяется, но дополняется

Означает ли это, что Дарвин ошибался? Нет. Естественный отбор по-прежнему точно объясняет эволюционные процессы в большинстве случаев. Но, как утверждает автор новой книги «Избирательный организм: расширенная теория адаптивной эволюции», ламаркианское приобретение признаков можно рассматривать как второй двигатель эволюции, действующий бок о бок с естественным отбором.

В дарвиновской эволюции особи — мишень естественного отбора: их признаки проверяются средой. В ламаркианской — они сами агенты отбора: развивают определённые признаки из более широкого набора возможных. Например, червь C. elegans потенциально может производить разные молекулы РНК (или не производить вовсе). Основываясь на среде, он выбирает те, что помогают выжить. В этом смысле ламаркианское приобретение — тоже форма отбора.

Более того, если особь способна передавать приобретённые полезные признаки потомству, это увеличивает шансы потомства на выживание и размножение. А значит, сама эта способность должна быть поддержана естественным отбором. Дарвинизм фактически предсказывает, что ламаркианская способность должна эволюционировать. Так что это не конкурирующие, а совместимые теории, которые вместе дают лучшее объяснение эволюционных изменений.

Практическая польза: от риса до кораллов

Эволюция через естественный отбор была названа «лучшей идеей, которая когда-либо приходила в голову человеку». Она помогла улучшить селекцию растений и животных, бороться с устойчивостью микробов к антибиотикам. Ламаркианское измерение может ещё больше расширить эти применения.

Если воздействие на организмы определённой почвы, климата, паразитов или хищников может принести пользу их потомству, открываются новые способы улучшить сельскохозяйственное производство. То же касается охраны природы: учёные в Австралии уже подвергают кораллы тепловому стрессу в лаборатории, чтобы запустить эпигенетические реакции, делающие их более устойчивыми к волнам жары.

И если поведение родителей может влиять на ожирение или зависимость у детей, то программы профилактики помогают не только тем, кто их получает, но и будущим поколениям.

Так что, возможно, пришло время пересмотреть отношение к Ламарку. Через 200 лет его идеи снова актуальны — и, возможно, именно они помогут завершить теорию эволюции, которую начал Дарвин.

Кстати, эта история перекликается с другим недавним открытием, о котором мы писали: гены могут передаваться по воздуху, как вирусы. Итальянские учёные обнаружили, что ДНК способна менять организм при тесном контакте — ещё один вызов классическим представлениям о наследственности. Вместе эти исследования рисуют картину эволюции, где границы между приобретённым и врождённым размываются.