Ученые из Института исследований дикой природы им. Лейбница (Leibniz-IZW) выявили, что важный навык адаптации к изменениям окружающей среды морские свинки, которые обитают в дикой природе, приобретают эпигенетически. Причем этот навык передается из поколения в поколения через отцов, отмечается в сообщении Берлинской ассоциации научных институтов (Forschungsverbund Berlin). Исследование опубликовано в научном журнале Genes.
Чтобы выжить, любое растение и животное должно быстро реагировать на изменения в своей среде обитания: например, на потепление или похолодание. Обычно способность к такой адаптации приобретается с помощью генетической мутации и естественного отбора, медленного процесса, обусловленного случайностью. Быстрее и более целенаправленными являются так называемые эпигенетические модификации. Они не изменяют сам генетический код, но вносят свои коррективы в активность генов уже на стадии созревания клеток. У морских свинок, обитающих в дикой среде, за это умение отвечают именно эпигенетические модификации.
Команда исследователей изучала две группы самцов диких морских свинок. Одна группа питалась едой с пониженным содержанием белка в течение двух месяцев, а другая группа в течение того же времени обитала в среде, температура которой была повышена на десять градусов Цельсия. Оказалось, что животные реагировали на эти изменения посредством эпигенетических модификаций на клеточном уровне.
Далее ученые попытались выяснить, передают ли самцы полезный навык своему потомству. Для этого команда исследовала потомство, которое появилось у самцов до того, как их окружающая среда изменилась, и потомство, родившееся у тех же самцов после двухмесячного экспериментального периода. Матерями были одни и те же самки, которые не подвергались изменениям условий. Затем ученые сравнили «схему» метелирования ДНК у двух потомств, сосредоточив внимание на участках генома, которые показали разное метилирование. Метилированием ДНК называют модификация молекулы ДНК без изменения самой нуклеотидной последовательности ДНК. Во время этой реакции на специфические участки нуклеотидной последовательности добавляются метильные группы (CH3).
Быстрые изменения окружающей среды в контексте глобальных антропогенных изменений, включая изменение климата и изменения количества ресурсов и продовольствия, создают значительные проблемы для растений и животных. Для некоторых видов эти проблемы могут перерасти в угрозу для жизни. Например, кораллы очень чувствительны к температуре: многие из них уже обесцвечиваются из-за потепления. Для черепах повышение температуры окружающей среды чревато сокращением числа самцов или самок – в зависимости от вида. Дело в том, что пол детеныша определяется, когда эмбрион находится внутри яйца, и зависит он от температуры среды, в которой находится кладка.
У тех животные, которые могут быстрее справиться с радикальными изменениями окружающей среды, есть преимущество. Однако хорошо известный механизм мутации и селекции может быть слишком медленным, чтобы справиться с быстрыми изменениями. Он опирается на случайные изменения в генетическом коде, которые могут или не могут обеспечить преимущество для выживания и размножения (естественный отбор). Так называемые эпигенетические модификации могут транслировать изменения окружающей среды гораздо быстрее, если геном уже обладает необходимой «гибкостью» для адекватного ответа на изменения. Во время эпигенетических модификаций генетический код не "переписывает", но специфические гены активируются и усиливаются или отключаются с помощью нескольких химических процессов. Эти процессы часто происходят во время созревания клеток, когда они приобретают свою специализацию и превращаются в клетки кожи, кости, печени и другие.
[Фото: ANJA GÜNTHER]
