Где зародилась эпигенетика?

Монография Нессы Кэри «Эпигенетика. Как современная биология переписывает наши представления о генетике, заболеваниях и наследственности» (Ростов-на-Дону: «Феникс», 2012).
Эпигенетика – это новая дисциплина, производящая революцию в биологии: исследуются элементы наследственного материала, которые программируют работу генов. Эпигенетические явления присутствуют в нашей жизни повсеместно, и мы постоянно сталкиваемся с ними.

Эпигенетика может характеризоваться как серия модификаций генетического материала, меняющих порядок «включения» и «выключения», т.е. активации и репрессии генов, но не оказывающих влияния на геном. «…Мы впервые действительно начинаем понимать, какие поразительные открытия сулит нам эпигенетика».
Эпигенетические переключатели реагируют на внешние воздействия, поэтому гены можно перепрограммировать.
Эпигенетические процессы связаны с многими явлениями, происходящими в растении. (Из монографии Петера Шпорка «Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем». Москва: «Ломоносовъ», 2014.)

Первый код последовательности букв генного текста определяет не всё. Существует еще одна биологическая информационная система: важен не только «генный текст», но и регулирование его активности.
У гена чрезвычайно редко есть всего лишь одна четко определенная функция. Эпигенетическая информация меняется в течение вегетационного периода и жизни индивида, динамично реагируя на изменения внешней среды.
Изучение функции генов станет задачей века. Каждый организм, даже каждая клетка – «самостоятельная Вселенная».
В Японии опубликована (год издания – 2012) довольно солидная монография (349 страниц) с весьма заманчивым названием «Эпигенетика. Как современная биология переписывает представления о генетике, заболеваниях и наследственности» (рис. 1). Второе исследование: Петер Шпорк «Читая между строк ДНК. Второй код нашей жизни, или Книга, которую нужно прочитать всем» (Москва: «Ломоносовъ», 2014). Оба научных обобщения являются серьезным событием для нашего времени. Эти труды в сильной степени затрагивают внутренние чувства специалистов, тесно связанных с новым изобретением человечества, неплохо знающих историю процессов выявления, развития и внесших определенный вклад в научное изыскание. Впервые выражение «эпигенетика» появилось в 1942 году. (Приставка «эпи» заимствована из греческого языка. В термине «эпигенетика» она переводится как «на», «над», «сверх», «после».) Именно с этой даты идет исчисление продолжительности развития биологического феномена. В тексте японского исследователя, а также в других обобщениях высказывается мысль о том, что эпигенетика – молодая наука. Однако на самом деле аналогичным изысканиям, раскрывающим одну из природных тайн, более ста лет.
Это явление распространяется повсеместно. Окружающая среда, влияющая на создание растительной оболочки планеты, использовала для этих целей не только мутагенез, гибридизацию, но и эпигенетические приемы. У плодовых культур они проявляются в степени выраженности признака: величине плодов, их товарных и вкусовых достоинствах, нагруженности кроны урожаем. Именно они служили основанием для введения в обиход человека. Одним их этих проявлений «природного энтузиазма» является сорт яблони Антоновка обыкновенная. Этот сорт, одна из творческих «удач» природы, распространен в отечественных плодовых насаждениях не менее 300 лет. Как в далеком прошлом, так и в наше время в растительных сообществах обнаруживаются эпигенетические индивиды, обладающие ценными комплексами признаков. Именно с их участием удавалось разрешить нерешаемые до этого селекционные проблемы. Так, например, А.И. Потапенко вышел из возникшего тупика после того, как в гибридизацию уссурийского винограда была вовлечена форма с оригинальными вкусовыми характеристиками, обнаруженная в природных условиях.

Длина междоузлий у яблони варьирует от 2,4 до 4,5 см. У индивида, выявленного среди дикорастущих зарослей, эта величина не превышала 1 см. Включение ценного признака в геном основной плодовой породы позволит резко повысить продуктивность ее насаждений. В нашем отечестве на этот биологический феномен первым обратил внимание А.Т. Болотов. В гибридных популяциях им были отобраны индивиды с усиленной степенью выраженности ценных хозяйственных признаков. Именно эти экземпляры получили сортовые названия. Оригинатор нового направления в селекционной отрасли культурные формы считал произведением Природы.

А.Т. Болотова можно с полной уверенностью считать предшественником созидательной фигуры – талантливого и результативного селекционера И.В. Мичурина. В характере оригинаторов российского садоводства присутствовали общие черты. Прежде всего, отчетливо прослеживалось единство с природой. Если у первого в наборе человеческих качеств доминировала созерцательность, то у последователя в характере преобладала революционность. Его жажду творчества можно объяснить состоянием общества, которое с усиленной скоростью продвигалось к событиям 1917 года. Сочетание таких черт, как энтузиазм и несокрушимый оптимизм, с духом народа, жаждущего обновления – преобразования государственных основ существования, способствовало результативности ученого. При этом немаловажное значение имели биологические особенности объектов, на которых И.В. Мичурин проводил свои исследования. В них преобладала яблоня. Она среди плодовых пород выделяется податливостью к эволюционным преобразованиям. Именно у гибридных сеянцев основной плодовой породы с высокой частотой и отчетливой выраженностью обозначались эпигенетические проявления. И.В. Мичурин неоднократно высказывал мысль о том, что его учителем была Природа. Сила влияния средовых природных факторов на генофонд живых организмов не уступала эффекту генетических опытов профессоров академических учреждений. Знания, полученные от того, кого И.В. Мичурин определил для себя учителем (Природы), как он подсознательно ощущал, являются частью некой информационной системы. Они для оригинатора селекционной отрасли являлись энергетическим катализатором в поиске новых приемов с более сильным по сравнению со средовыми факторами эффектом влияния на генетические механизмы. При этом сила таланта сочеталась со способностью к раскрытию тайн, упрятанных во внутренних структурах растительных сообществ. Зоркий взгляд прилежного ученика, усваивающего эволюционное мастерство у Природы, подмечал реакцию гибридных сеянцев на погодные колебания. На самых ранних стадиях развития – на всходах – выявлял различия. Уже в этот период у отдельных индивидов отчетливо проявлялись более крупные и толстые семядоли, короткое, с сильно выраженной толщиной подсемядольное колено – и это не что иное, как проявление (результат действия) эпигенетических явлений. По мере роста у сеянцев эпигенетические механизмы способствовали усилению признаков культурности во внешнем строении. С переходом в более взрослое состояние на сеянцах «чеканились» крупные листовые пластинки, толстые и короткие черенки, утолщенные верхушки побега. При вступлении в пору плодоношения их превосходство осязалось в значительной степени: по нагруженности кроны урожаем, величине, вкусовым и товарным достоинствам плодов.

Рис. 2. Культурный побег, сформировавшийся в кроне сеянца яблони, имевшего «дикое строение»
Рис. 2. Культурный побег, сформировавшийся в кроне сеянца яблони, имевшего «дикое строение»

Итогом деятельности эпигенетических механизмов стали мичуринские шедевры – сорта яблони: Пепин шафранный, Бельфлер-китайка, Бессемянка мичуринская, груша Бере зимняя Мичурина, вишня Плодородная Мичурина. Селекционный процесс всех пород связан с проявлением эпигенетических феноменов. Культурные признаки – производное второй информационной системы. При этом гены являются матрицей, а как они разовьются, зависит от факторов внешней среды, вернее, от силы воздействия (энергии) внешних условий. Ответ этот был случайно обнаружен автором на сеянце дикого строения основной плодовой породы, выращенного из семян, подвергшихся физическим излучениям. В кроне «дикаря» сформировался побег с культурными признаками (рис. 2). Этот факт проявления эпигенетического феномена является шагом за горизонт возможностей средовых условий. Получено доказательство перехода одной соматической клетки многоклеточного организма из первоначального состояния на другую стадию эволюционного развития, именуемую селекционерами культурной. И это было не единственным событием, которое связано с воздействием на наследственные структуры лазерным излучением.

Рис. 3. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу дерева. Результат проявления эпигенетических механизмов
Рис. 3. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу дерева. Результат проявления эпигенетических механизмов

В эксперименте с семенами ирги колосовидной лазерное излучение изменило первоначальный план развития растения. Среди сеянцев, выросших из облученных семян, сформировался индивид с кроной по типу дерева (рис. 3). Примечательное явление, вызванное действием лазерного излучения, сочеталось с другими свойствами, проявившимися в кроне индивида. В ней произошло ослабление побегообразовательной способности, зато усилилась генеративная сфера. Прежде всего, увеличилась листовая поверхность, отчетливо возросла нагруженность урожаем. Уменьшились размеры кистей, но ягоды в них имели несколько увеличенную массу и одномерную величину (рис. 4).

Рис. 4. Кисть ирги с увеличенной массой и одновременным созреванием
Рис. 4. Кисть ирги с увеличенной массой и одновременным созреванием

После того как И.В. Мичурин осознал «механику» проявления биологического феномена, он предложил новый прием воздействия, названный методом ментора, – использовать подвой в качестве природного фактора. В своем исследовании ученику (И.В. Мичурину) удалось превзойти своего учителя (Природу). Сила влияния предложенного приема подтвердилась последователями генетика. В нашем эксперименте мичуринская методика менторального эффекта объединялась с двумя физическими излучениями. Впервые лучистую энергию в селекционной практике испытал И.В. Мичурин. Но положительного результата им не было получено. В качестве объекта приложения трех механизмов с противоположными системами внутренних сил, был взят природный индивид (ирга колосовидная), находящийся до настоящего времени на первоначальном эволюционном уровне. В растительной оболочке планеты этот вид представлен однообразием. В пространстве, простирающемся от Полярного круга до Апшерона, не зафиксировано проявление мутаций. От экземпляров ирги, выросших из облученных семян, двумя физическими излучениями срезались глазки, а затем ими окулировались подвои. К настоящему времени уже выращено пятое вегетативное поколение. В каждом из этих поколений проводился отбор по степени выраженности во внешнем строении признаков культурности.

Рис. 5. Крона ирги колосовидной, имеющая типичное строение
Рис. 5. Крона ирги колосовидной, имеющая типичное строение

В последнем из них степень выраженности активности второй информационной системы выявилась с наибольшей четкостью. В нем провоцировались нетипичные для привоя кроны. В природном состоянии ирга колосовидная имеет строение мощного куста, состоящего из множества побегов высотою в 5–7 метров (рис. 5). В популяции индивидов, доведенных до пятого вегетативного поколения, сформировались экземпляры – формы, у которых построение рабочей части кроны, (привитой на корни другой породы – боярышника, отдаленного в биологическом родстве) происходило от поверхности почвы не выше 10 см, то есть по типу куста черной смородины (рис. 6). Одновременно с кустовыми образцами в вегетативном потомстве формировались экземпляры, у которых разветвления привоя провоцировались на высоте 80–90 см – развитие шло по типу дерева яблони (рис. 7). Выявлены и другие формирования рабочей части кроны, синтезирующие урожай: такие, в которых формировалось два и три уровня разветвления, и даже такие образцы, у которых кронообразующие побеги провоцировались по всей длине ствола.

Рис. 6. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу куста черной смородины
Рис. 6. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу куста черной смородины

Автор не является оригинатором метода, в котором отбор осуществляется в нескольких поколениях. Пионером особенного селекционного приема был академик Н.В. Цицин. Именно его «применение многократных прививок томата на цифомандру привело к получению нового вида культурного растения». Вовлечение полученного таким приемом гибрида (в тот период его посчитали результатом вегетативной гибридизации) в половую гибридизацию с сортами томатов позволило усилить формообразовательный процесс, в результате которого возникли совершенно новые формы растений. Правомерно привести оценку этого эксперимента, произведенную крупным ученым А.А. Любищевым: «…интереснейшее явление, которое заслуживает самого тщательного изучения (Любищев А.А. «О монополии Т.Ф. Лысенко в биологии». Москва: «Памятники исторической мысли», 2006. С. 174). По мнению автора, «биологическое событие», выявленное академиком, как и результат эксперимента с иргой, не что иное, как провоцирование активности второй информационной системы.

Рис. 7. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу дерева яблони
Рис. 7. Крона ирги колосовидной, развившаяся по типу дерева яблони

Именно в тот временной период, когда в зарубежных лабораториях было зафиксировано существование биологического явления, получившего определение с приставкой «эпи», отечественные селекционеры путем изменения условий прохождения яровизации создавали свои шедевры. Индивиды, выдержавшие испытания осенними невзгодами, объединяли в наследственных структурах повышенную устойчивость к неблагоприятным условиям климатических факторов с высокой продуктивностью. Японский изыскатель яровизацию объяснял как эпигенетическое явление, но умолчал о практической значимости этого эффекта. Вполне возможно, за пределами нашей страны подобных приемов в создании новых образцов жизни не использовали.

Автор монографии излагает последнюю стадию изобретения человечества, произведенного в зарубежных лабораториях, и не делает даже намека на то, что у него были предшественники – многочисленная группа отечественных ученых. Среди них, прежде всего, следует выделить Н.В. Тимофеева-Ресовского (рис. 8) и С.С. Четверикова. Имя Н.В. Тимофеева-Ресовского стало бессмертным благодаря масштабным выводам по функционированию генов. Вместе с другими отечественными учеными Тимофеев-Ресовский и Четвериков являются основоположниками феногенетики – это то же самое генетическое явление, что в тексте японского ученого определено словом с приставкой «эпи». Термин «феногенетика» имеет полное право оставаться в научном обиходе, так как связан с другими обоснованиями, такими как фенотип (внешнее построение живых организмов) и т.д. В генетике Н.В. Тимофеев-Ресовский является такой же величиной, как Морган и другие научные титаны. Изучая природные популяции живых организмов, он объяснил функционирование в них не известных до его времени явлений, выразил их сущность и обосновал новые понятия в этой области знаний, которые вошли во все учебники по генетике. Одной из проблем, изучаемых признанным классиком генетики С.С. Четвериковым, являлось «выявление параметров фенотипического изменения (стадии активности признака и внешнего его проявления) реализации генов». В начале XX века отечественные ученые очень обстоятельно и углубленно изучали «механику развития», то есть реализацию потенциала, заложенного в наследственных структурах, в признаки.

Рис. 8. Н. В. Тимофеев-Ресовский. Зарубежные генетики «молились» на посланца из Советского Союза, работающего в Германии
Рис. 8. Н. В. Тимофеев-Ресовский. Зарубежные генетики «молились» на посланца из Советского Союза, работающего в Германии

А вот среди зарубежных ученых четкого понимания эпигенетических явлений в этот период еще не было. Ситуацию, сложившуюся тогда в их академических лабораториях, отразил Петер Шпорк в своей монографии: «Существование эпигеномов предполагалось очень давно. Многие ученые догадывались о них уже в начале прошлого века». Среди отечественных селекционеров также преобладали крайне нечеткие объяснения механизмов, рождающих шедевры озимой пшеницы, такие как Безостая-1, Мироновская-808 и преобразования в генотипах других пород сельскохозяйственного назначения.

Сильнее всего приблизился к раскрытию одной из природных тайн И.В. Мичурин. Им была разработана методика отбора «культурных сеянцев, обладающих в наследственных структурах эволюционно продвинутой второй информационной системой». Процессы, происходящие в его объектах изучения, оригинатор объяснял «работой генов». Предположение ученика Природы совпало с точкой зрения крупнейшего ученого Н.В. Тимофеева-Ресовского – основоположника науки феногенетики, появившейся в их время, – что обозначилось при встрече двух соотечественников. Их точка зрения нашла подтверждение в трудах исследователей, разрабатывающих основы новой области знаний под названием «эпигенетика».

Итак, информация, заложенная в генетических структурах плодовых культур, отзывается на средовые факторы, что позволяет селекционерам производить отбор в их потомстве ценных комплексов хозяйственных признаков, то есть осуществлять дальнейшее эволюционное совершенствование (рис. 9).

Рис. 9. Плодоношение сорта яблони Суперинтенсивная. Результат проявления второй информационной системы
Рис. 9. Плодоношение сорта яблони Суперинтенсивная. Результат проявления второй информационной системы

Нашего соотечественника А.Т. Болотова следует считать предшественником появления созидательной личности И.В. Мичурина. Именно ему, обладателю развитого интуитивного мышления, обусловленного сильным подсознанием, принадлежит пальма первенства в разработке методов, превосходящих по эффекту влияния на генные структуры энергию средовых факторов. Отечественные ученые в значительной степени опережали зарубежных исследователей в раскрытии секретов информационных кодовых структур. Создание шедевров озимой пшеницы – сортов Безостая-1 и Мироновская-808, полученных с использованием сезонных осенних факторов, усиливающих проявление эпигенетических процессов, – совпало с появлением в зарубежных лабораториях термина с приставкой «эпи». Николай Владимирович Тимофеев-Ресовский был командирован в Германию, для того чтобы поделиться с зарубежными учеными знаниями, накопленными в отечественных лабораториях, и принять непосредственное участие в совместных исследованиях. И продолжительное время являлся энергетическим «катализатором», стимулирующим фактором нескольких направлений генетики. Объединенными усилиями тружеников научных учреждений Наукограда осознана необходимость объединения (трех) типов энергии (биополя подвоя – боярышника, разрушительного – гамма-излучения кобальта-60, созидательного – лазерного излучения) для провоцированного воздействия на информационные системы растительного индивида (ирги колосовидной), находящегося на первоначальной эволюционной стадии. На энергию, заключенную в одном приеме (методе), кодовые системы растительного организма отзываются усилением проявления физиологических функций. Биологический феномен – катализация (стимуляция) функции (сокрытой во вторичных информационных структурах), обнаруженный академиком Н.В. Цициным на однолетних растениях, выявился и на многолетних (плодовых) культурах.

Геннадий Щербенёв,
кандидат с.-х. наук, генетик, селекционер, г. Мичуринск.
Фото О. Ю. Щербеневой

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *