Эпигенетика объяснила переквалификацию медоносных пчел
В первый раз ученые смогли замечать, как изменение эпигенетических маркеров воздействует на поведение, тогда как сами гены остаются без трансформаций. (Термин «эпигенетический» относится к изюминкам ДНК, не затрагивающим последовательность нуклеотидов, но воздействующим на интенсивность экспрессии тех либо иных участков. К примеру, присоединение метильных групп к цитозиновым основаниям ДНК значительно чаще подавляет экспрессию таких участков.)
Рабочие пчелы начинают собственную жизнь как няньки, проводя время в улье и заботясь о личинках матки. Через две-три семь дней они вылетают в поля, уже в новой роли добытчиков меда.
Ученых удивляло, как насекомое с одним и тем же генетическим составом может так кардинально поменять поведение. Как словно бы две пчелы умещается в одной!
Разгадка тайны, как выяснилось, кроется в эпигенетическом коде.
Об этом открытии, сделанном в университете Джона Хопкинса, информирует Science Daily. Открытие предсказывает кардинальные перемены в том, как биологи отныне будут разглядывать генетику: «… это вычисляют первым доказательством связи между обратимой химической маркировкой генов и сложными, обратимыми моделями поведения у пчел — и предположительно у других животных.»
Применяя новый поисковый инструмент, исследователи составили карту метильных групп — разновидности эпигенетических маркеров — для генов пчел в двух стадиях добытчика: и жизни няньки. Не смотря на то, что гены при смене «профессии» оставались без трансформаций, наблюдалось 155 трансформаций в метильных группах.
Ученые уверены в том, что эти маркеры метилируют гены, воздействующие на активность вторых генов. Маркеры регулируют экспрессию генов, сравнимую с дорожным перемещением: «Последовательности генов без этих маркеров напоминают дороги без светофоров — целые заторы», подметил Энди Фейнберг, начальник Центра Эпигенетики в упомянутом университете.
Затем команда исследователей высвободила улей от нянек и разрешила возвратившимся добытчикам приспособиться к появившейся дефициту. Гены пчел, возвратившихся в роль нянек, опять были картированы.
Любопытно, что более половины метильных групп возвратились на собственный прошлое место. 57 из этих маркеров пребывали на генах, предположительно воздействующих на различие поведенческих моделей. Участница команды Гро Амдам комментирует:
«Это как одна из тех картин, в которых возможно заметить два различных изображения в зависимости от угла зрения», говорит она. «Геном пчелы содержит образ добытчика и няньки — два в одном. Маркеры на ДНК информируют мозгу координаты, по которым он проецирует тот либо другой тип поведения.»
New Scientist применяет компьютерную терминологию, уподобляя изменение «перезагрузке генов, воздействующих на мозг» с восстановлением параметров функции нянек. «Переключение рабочих медовых пчел между задачами добытчика и няньки, как выяснилось, включает и выключает большие группы генов в их мозге для исполнения соответствующей работы».
Из этого направляться, что поведенческие перемены (как у пчел, так и у людей) смогут иметь под собой обратимые эпигенетические установки. «Это первое знакомое нам подтверждение связи эпигенетических трансформаций какого-либо организма с обратимым поведением», говорит Фейнберг. «Это открывает дверь к новому взору на запоминания и процессы обучения, и такие неприятности человека, как зависимость».
«Такие психологические расстройства как зависимости, биполярное расстройство и шизофрения, и старение и другие хронические состояния наподобие ожирения, как мы знаем, имеют эпигенетическую составляющую. Исходя из этого углубленное познание того, как взаимодействуют эпигенетика и поведение, может посоветовать новые методы лечения».
Это захватывающе. Но кое-что остается без объяснения: где находится центр управления, что решает, как и в то время, когда включать и выключать эти 155 особенных метильных «тумблеров»? Это не имеет возможности происходить неупорядоченно.
Представьте себе, как шимпанзе бесцельно дергает тумблеры приборной панели, и каждое перемещение ведет к каскадному эффекту в подконтрольной совокупности. Результатом был бы хаос.
Различные профессии медовой пчелы предполагают наличие иерархии управления. Пчелы с заданными параметрами няньки с ее навыками и специфическим поведением, должны произвести радикальное переключение к заданным параметрам добытчика с очень навыками и отличными задачами.
Что перепрограммирует необходимые маркеры в необходимое время? Некоторый центр управления, как пальцы на клавиатуре, дает сигнал: «Прекратите присматривать и вылетайте в луга; приносите нектар и танцуйте для своих друзей».
Думается очевидным, что эволюционная теория, надеющаяся на точечные генетические мутации и другие неконтролируемые случайные трансформации, не в состоянии растолковать это открытие. В случае если маловероятна польза от мутации одного основания ДНК, то тем более неспособны хаотичные трансформации верно расположить все «тумблеры», каковые должны синхронно трудиться на создание сложного поведения, для того чтобы как медосбор.
В случае если поразмыслить, сбор меда включает бессчётные навыки: навигацию, дистанционное зондирование, ориентацию, запоминание и коммуникацию, в случае если упомянуть только кое-какие. Вторая недавняя статья в Science Daily продемонстрировала, что шмели с их маленьким мозгом решают «задачу коммивояжёра» — сложный метод в теории сложности вычислений.
Перед нами предстают два новых уровня сложности кроме и без того сложных генов: эпигенетическая «приборная панель», обрисованная в проекте ENCODE, и «основной оператор», которого еще предстоит отыскать. Эта область изучений обещает быть перспективной для теории, вооруженной достаточными эпистемическими ресурсами, дабы иметь дело с совокупностями для того чтобы уровня сложности — для теории разумного плана.
Источники изображений: apsmi.ru и lamoix/Flickr
