Смена "профессии" у пчел свидетельствует о замысле

Впервые ученые смогли наблюдать, как изменение эпигенетических* маркеров влияет на поведение, в то время как сами гены остаются без изменений.

Рабочие пчелы начинают свою жизнь как няньки, проводя время в улье и заботясь о личинках матки. Через две-три недели они вылетают в поля, уже  в новой роли добытчиков меда. Ученых удивляло, как насекомое с одним и тем же генетическим составом может так кардинально менять поведение. Как будто две пчелы умещается в одной! Разгадка тайны, как оказалось, кроется в эпигенетическом коде.


 Об этом открытии, сделанном в университете Джона Хопкинса, сообщает Science Daily. Открытие предвещает кардинальные перемены в том, как биологи отныне будут рассматривать генетику: "... это считают первым свидетельством связи между обратимой химической маркировкой генов и сложными, обратимыми моделями поведения у пчел - и предположительно у других животных."

Используя новый поисковый инструмент, исследователи составили карту метильных групп - разновидности эпигенетических маркеров - для генов пчел в двух стадиях жизни: няньки и добытчика. Хотя гены при смене "профессии" оставались без изменений, наблюдалось 155 изменений в метильных группах. Ученые считают, что эти маркеры метилируют гены, влияющие на активность других генов. Маркеры регулируют экспрессию генов, что сравнимо с дорожным движением: "Последовательности генов без этих маркеров напоминают дороги без светофоров - сплошные заторы", подметил Энди Фейнберг, руководитель Центра Эпигенетики в упомянутом университете.

После этого команда исследователей освободила улей от нянек и позволила вернувшимся добытчикам приспособиться к возникшей нехватке. Гены пчел, вернувшихся в роль нянек, снова были картированы. Примечательно, что более половины метильных групп вернулись на свое предыдущее место. 57 из этих маркеров находились на генах, предположительно влияющих на различие поведенческих моделей. Участница команды Гро Амдам комментирует:

"Это как одна из тех картинок, в которых можно увидеть два разных изображения в зависимости от угла зрения", говорит она. "Геном пчелы содержит образ няньки и добытчика - два в одном. Маркеры на ДНК сообщают мозгу координаты, по которым он проецирует тот или иной тип поведения."

New Scientist использует компьютерную терминологию, уподобляя изменение "перезагрузке генов, влияющих на мозг" с восстановлением параметров функции нянек. "Переключение рабочих медовых пчел между задачами няньки и добытчика, как оказалось, включает и выключает многочисленные группы генов в их мозге для выполнения соответствующей работы".

Из этого следует, что поведенческие перемены (как у пчел, так и у людей) могут иметь под собой обратимые эпигенетические установки. "Это первое известное нам доказательство связи эпигенетических изменений  какого-либо организма с обратимым поведением", говорит Фейнберг. "Это открывает дверь к новому взгляду на процессы обучения и запоминания, и такие проблемы человека, как зависимость".

"Такие психические расстройства как зависимости, шизофрения и биполярное расстройство, а также старение и другие хронические состояния вроде ожирения, как известно, имеют эпигенетическую составляющую. Поэтому углубленное понимание того, как взаимодействуют эпигенетика и поведение, может подсказать новые способы лечения".

Это захватывающе. Однако кое-что остается без объяснения: где находится центр управления, который решает, как и когда включать и выключать эти 155 особых  метильных "тумблеров"? Это не может происходить неупорядоченно. Представьте себе, как шимпанзе бесцельно дергает переключатели приборной панели, и каждое движение приводит к каскадному эффекту в подконтрольной системе. Результатом был бы хаос.

Разные профессии медовой пчелы предполагают наличие иерархии управления. Пчелы с заданными параметрами няньки с ее специфическим поведением и навыками, должны произвести радикальное переключение к заданным параметрам добытчика с весьма отличными задачами и навыками. Что перепрограммирует нужные маркеры в нужное время? Некий центр управления, как пальцы на клавиатуре, дает сигнал: "Прекратите присматривать и вылетайте в луга; приносите нектар и танцуйте для своих товарищей".

Кажется очевидным, что эволюционная теория, полагающаяся на точечные генетические  мутации и другие бесконтрольные случайные изменения, безнадежно несостоятельна объяснить это открытие. Если маловероятна польза мутации одного основания ДНК, то  тем более неспособны беспорядочные изменения правильно расположить все "переключатели", которые должны синхронно  работать на создание сложного поведения, такого как медосбор.

Если подумать, сбор меда включает многочисленные навыки: навигацию, дистанционное зондирование, ориентацию, запоминание и коммуникацию, если упомянуть лишь некоторые. Другая недавняя статья в Science Daily показала, что шмели с их крошечным мозгом решают "задачу коммивояжёра", сложный алгоритм в теории сложности вычислений.

Перед нами предстают два новых уровня сложности помимо и без того сложных генов: эпигенетическая "приборная панель", описанная в проекте ENCODE, и "главный оператор", которого еще предстоит найти. Эта область исследований обещает быть перспективной для теории, вооруженной достаточными эпистемическими ресурсами, чтобы иметь дело с системами такого уровня сложности - для теории разумного замысла.

___________________
* Под термином эпигенетический подразумеваются особенности ДНК, не затрагивающие последовательность нуклеотидов, но влияющее на интенсивность экспресссии тех или иных учасков. Например, присоединение метильных групп к цитозиновым основаниям ДНК чаще всего подавляет экспрессию таких участков.


Оригинал статьи: "Bees Can Switch Roles Epigenetically"

Image credit: www.apsmi.ru