En uppsättning data som avslöjar biokemiska reaktioner och molekylära mekanismer för både nedärvning av egenskaper som förvärvats av kroppen under livet och självorganiseringen av den ärftliga apparaten.
De första experimentella data om NPS som behövde förklaring dök upp långt före metoderna som gjorde det möjligt att ge det, därför ignorerades de under lång tid, och deras författare förföljdes ofta. Men i den nya läroboken står det: ”Lamarck och hans idéer har blivit förlöjligade och misskrediterade. I en märklig ödesvändning kan Lamarck få det sista skrattet. Epigenetik, ett nytt område inom genetik, visar att Lamarck kan anses, åtminstone delvis, rätt utan tvekan, vilket är viktigt både för genetiken i sig och för utvecklingsbiologi och medicin [1] . Detta avser både DM ( långsiktiga modifieringar , d.v.s. arvshandlingar i ett litet antal generationer), och det faktiska NPS (mjukt arv, mjukt arv [2] ).
Till och med Charles Brown-Séquard, en berömd medicinsk forskare, fick 1869 [3] olika DM från marsvin. Till exempel ledde transektion av ischiasnerven till något som epilepsi, som gick i arv hos barn och ibland hos barnbarn. Samtida begränsade sig till olika tolkningar av dessa experiment, som inte krävde erkännande av NPS. Så, August Weisman tillät infektion med några mikrober under operationen. Sekar motbevisade detta med ett sterilt experiment, men han uppnådde inget erkännande, och vetenskapshistoriker nämner vanligtvis inte dessa verk. Situationen är tyvärr vanlig och erfarenhet lär inte huvuddelen av forskare någonting.
Victor Yollos undersökte framgångsrikt DM (han äger termen) i verken 1913-1939. [4] . Från det fascistiska Tyskland reste han till USA, men kunde inte arbeta där heller, och 1941 begick han självmord. Med hans död upphörde denna arbetskrets länge, eftersom. effekten ansågs oviktig.
På 1950-talet odlade Evgeny Smirnov och hans medarbetare apelsin-rhenbladlöss på en olämplig foderväxt och observerade ett gradvis återställande av fertiliteten under tio generationer [5] . Tillväxten i antal i varje generation eliminerade rollen för urvalet av slumpmässiga mutationer. Snart förvärrade Georgy Shaposhnikov villkoren för experimentet och fick ett resultat som förhärligade honom (och skadade honom mycket): efter att ha planterat bladlöss av släktet dizaphis på en växt som var nästan olämplig för dem, fick han en ny art av dem i 8 asexuella generationer, dessutom liknande de arter som ursprungligen levde på denna växt. Tillsammans antyder de två resultaten övergången av DM till ihållande nedärvning, men ingen genetisk analys utfördes - tvärtom, själva experimentet avslutades oförskämt.
Numera är DM-fenomenet allmänt erkänt, det förklaras antingen av nedärvningen av genens aktiva tillstånd [6] eller genom DNA-metylering [7] . Eftersom det inte finns några förändringar i nukleotidsekvensen av DNA, känner många inte igen sådan ärftlighet som äkta, vilket leder till evolution. Men det finns för få gener i en högre organism för att ärva befintliga egenskaper (till exempel har en person bara 30 tusen gener, medan det bara i hjärnan finns en biljon celler och deras kopplingar), och modellen för evolution genom urval av mutationer handlar bara om dem. Vi måste leta efter andra mekanismer, och DNA-metylering är en av dem.
Under lång tid var data om NPS som den ärftliga apparatens inneboende aktivitet sällsynta och citerades utan att nämna Lamarck eller Lamarckism [8] Otto Landman [9] och några andra var ännu sällsynta undantag.
Det viktigaste och obestridligaste fenomenet NPS upptäcktes (utan att misstänka det) av den österrikiske immunologen Karl Landsteiner. Han introducerade artificiella antigener i djurens blod, det vill säga kemikalier som inte kunde ha funnits i djurens tidigare historia. Antikroppar producerades också på dem. "Antikropparnas specificitet visade sig vara så stor att det var möjligt att få sera som skiljer mellan orto- och paraisomerer av samma molekyl" [10] .
Det faktum att detta är en NPC, dvs. den genetiska processen, blev det möjligt att förstå först efter 1961 (när den första polypeptiden syntetiserades på en RNA-mall): eftersom en antikropp är ett komplex av proteiner syntetiserade på RNA-kopior av gener, indikerar utseendet av en ny antikropp utseendet av en ny gen eller gener. Uppenbarligen, om antalet möjliga varianter av antikroppar är obegränsat stort, är deras samtidiga närvaro i varje individ omöjlig, och vi måste erkänna att immunsystemet på något sätt känner igen strukturen av det introducerade antigenet och skapar den önskade antikroppsgenen. Med andra ord ger antigenet så att säga immunsystemet instruktioner om vilka antikroppen bildas. (Den lärorika idén om antikroppssyntes motarbetades i 80 år av den selektiva idén att antikroppar redan existerar i kroppen och utseendet av ett antigen bara väljer dem.)
Landsteiner och hans medarbetare Hans Lampl publicerade sina fantastiska resultat 1917 [11] . Kriget, det österrikisk-ungerska imperiets sammanbrott och revolutionen i Tyskland var en olycklig tidpunkt för publicering, men ännu viktigare var upptäcktens inkonsekvens med epokens världsbild (allt som finns är resultatet av urval), och det gick obemärkt förbi. Det nämns inte ens av historiker som specifikt sysslar med Landsteiners verk. Han själv, efter att ha mottagit Nobelpriset 1930, läste med förvåning i sitt diplom att han tilldelades endast för den mycket långvariga (1901) upptäckten av blodgrupper, medan han själv övervägde att skaffa antikroppar mot artificiella antigener och analysera dem som sin livets huvudsakliga verksamhet fastigheter [12] .
Fenomenet antikroppar mot artificiella antigener föll ur den vetenskapliga cirkulationen (som ett argument för lamarckismen) i 70 år, vilket kraftigt bromsade utvecklingen av både immunologi och förståelse för evolution, och är fortfarande synligt.
Men samma 1930 publicerades det första försöket att ge Landsteiners data en biokemisk förklaring. Friedrich Breinl och Felix Gaurowitz [13] föreslog att "antigener stör syntesen av "normala" serumproteiner (som inte har egenskaperna hos antikroppar), som ett resultat av vilket arrangemanget av aminosyror i proteinmolekylen förändras och en modifierad protein med antikroppsegenskaper bildas” [14] . Denna hypotes gav upphov till många konformationsmodeller för antikroppssyntes, men alla avvisades när immunogenetiken visade att skillnaden mellan antikroppar först och främst är skillnaden i deras aminosyrasammansättning. Ersättningen av en aminosyrarest är en konsekvens av en mutation av genen som kodar för detta protein, så bildningen av antikroppar började tolkas som ett urval av framgångsrika mutationer.
Som Elena Aronova skriver, var förståelsen av antikroppssyntes i termer av selektion karaktären av en metafor och förbigick frågan om fenomenets natur. Huvudförfattaren i detta ämne, Frank Burnet, trodde att detta tillvägagångssätt var korrekt, och trodde att "idén om den antigena matrisen", dvs. överföring av information om strukturen hos ett antigen till en antikropp är "en irrelevant Lamarckian anakronism" [15] . (Även om Landsteiner också visade antikroppars affinitet för deras antigener [16] .)
Denna position (metafor) har blivit vanlig. Utan numeriska beräkningar har man länge trott att slumpmässiga mutationer kan säkerställa snabb upptäckt av antikroppar mot vilket antigen som helst, även om detta är aritmetiskt orealistiskt [17] . Bara 30 år senare visade det sig att "matrisen" fortfarande finns här. Något liknande en matris hittades i antigenpresentationsproceduren . Upptäckten av denna process (arbetet av många författare 1978-1995) [18] visade att antigenfragment förberedda för presentation faktiskt fungerar tillsammans som något som en matris. Mekanismen för deras interaktion med B-celler (antikroppskällor) är fortfarande långt ifrån förstådd, men Alexander Deichman föreslog en intressant hypotes för länge sedan [19] .
Han uppmärksammade det faktum att antigenproteinet, som förberedelse för presentationen, är uppdelat i fragment (epitoper) av 5-10 aminosyror, och att några av dem senare kommer att kännas igen av immunsystemet som främmande. Han föreslog att en aminosyra delas av från epitopen, som känns igen av motsvarande tRNA . Alla dessa tRNA (5-10 stycken) bildar med sina motsatta ändar en "minimatris på vilken nukleinekvivalenten" av epitopen syntetiseras. Därefter kommer den vanliga omvända transkriptionen .
Allt detta är vackert och kanske till och med fungerar det. Men Alexander Markusovich tog inte hänsyn till Landsteiners verk, och de visar att inte bara proteiner kan vara antigener. Deichmans modell löser inte problemet som helhet. Han skriver själv att olika hypoteser är önskvärda och att "epitopen kanske inte bara är protein" [20] . Den nya modellen bör känna igen den rumsliga strukturen hos molekyler.
Fenomenet antigenpresentation är väldokumenterat och allmänt erkänt, och det är tydligt att en novationshandling (uppkomsten av en antikroppsmolekyl som inte tidigare existerade) äger rum här. Uppkomsten av en gen som kodar för en ny antikropp är handlingen av NPS.
NPS-problemet täcktes i detalj av Edward Steel et al [21] . Modellen för immunogenes som beskrivs där var föråldrad: vid den tiden var det redan känt att den adaptiva immuniteten hos varmblodiga djur inte är en oberoende mekanism, utan en förlängning av medfödd immunitet (se: Yarilin. Immunologi ); detta togs inte i beaktande av författarna, och antigenpresentation nämndes inte. Men slutligen indikeras det att Landsteiners experiment antyder otillräckligheten i idén om att välja redan existerande antikroppar och att i själva verket "under evolutionens gång har en biologisk strategi uppstått som är kapabel att producera ett immunsvar mot det oväntade " [22] . Själva problemet med innovationer började diskuteras öppet, utan metaforer, tolkningar och utelämnanden.
Det stod snart klart att litteraturen var full av data om NPS (tidigare avvisad), särskilt i bakterier. Det var bakterierna som hjälpte till att komma närmare att förstå presentationen av antigenet, som i sin rena form bara är känt hos varmblodiga djur. Således började stycket "Lamarckiska och kvasi-Lamarckiska fenomen i evolution" i boken [23] Evgeny Kunin med orden: "Systemet för antiviralt skydd och adaptiv immunitet i arkéer och bakterier ... verkar tydligen direkt genom den föreslagna mekanismen av Lamarck. Ett sådant system är känt som CRISPR/Cas.” Kunin fortsatte med att förklara: "Det har antagits att CRISPR-systemet använder sekvenser erhållna från fager som mallmolekyler för att förstöra fag-mRNA," liknande hur det förekommer i högre. Och han drog slutsatsen: "Systemet för antiviralt skydd och adaptiv immunitet i arkéer och bakterier ... verkar tydligen direkt genom den mekanism som föreslagits av Lamarck" [24] .
Konstantin Severinov förtydligar: "Allt detta liknar i stort sett arbetet med antikroppar i högre djur. Men... i CRISPR/Cas-systemet finns det varken slumpmässiga förändringar eller urval: inträdet i genomet som ger anpassning till en ny miljöfaktor (som är fagen) görs direkt av denna faktor själv. Och i framtiden ärvs den av alla ättlingar till bakterien som förvärvat den ... precis som Lamarck postulerade” [25] . Det bör noteras att långtidsminnet av antikroppar (som tillåter ett snabbt svar på återinfektion) realiseras plasmatiskt, utan att "registrera i genomet", vilket register i fallet med CRISPR har ännu inte fastställts.
Om i detta fall bakteriernas immunitet bara "påminner ganska mycket om antikropparnas arbete hos högre djur" (förvärvad immunitet hos varmblodiga djur), så är resten av immuniteten (främst medfödd) helt enkelt densamma i sin grund i alla flercelliga organismer och dessutom, som Karl (Charles) visade Genevey och hans skola är fantastiskt komplexa [26] [27] [28] [29] . Kanske är det gemensamt för allt levande i allmänhet. Var det så här från början av livet (detta betyder i huvudsak erkännandet av kreationismen), utvecklades det på samma sätt på grund av enheten mellan naturlagarna (nomogenes), eller bildades det som en helhet genom horisontell genöverföring (HLT)? Många människor avgör nu denna fråga till förmån för NPS.
Mycket kan förväntas av NPS, men man bör inte förvänta sig (i motsats till mångas uppfattning, särskilt populariserare) en förståelse av evolutionen som sådan - det kommer att kräva en mer komplex teori baserad på idéerna om självorganisering - molekylär, intracellulär, etc.
Det fanns många artiklar som "Darwin eller Lamarck?" [30] Men ett sådant uttalande av frågan förenklar situationen. Faktum är att erkännandet av NPS hjälper till att förstå den ultrahöga evolutionen (en ny art av bladlöss i 8 generationer i experimentet av G.Kh. Shaposhnikov, ett nytt organ i matsmältningssystemet hos ödlor i 36 generationer [31 ] , etc.), men klargör inte evolutionens väsen.
Varken mutationer och rekombinationer, eller NPS i sig själva ger en förståelse av evolution, eftersom relatera till ackumulering av tecken, och inte till syntesen av integrerade organismer och deras inbördes relationer. Det krävs att studera de levandes självorganisering som evolutionens huvudfaktor (Stuart Kaufman [32] uttalade om denna faktor redan 1991), och för detta är det nödvändigt att inte bara veta hur information om ärftliga förändringar överförs till ättlingar, men också hur en sådan förändring genererar en ny form och funktion. För hundra år sedan kallade Alexander Gavrilovich Gurvich [33] att inte blanda ihop det välkända problemet med överföring av fastigheter med problemet med implementering (Verwirklichung), eller aktualisering, av ärftlighet, berövad biologernas uppmärksamhet. Med tillkomsten av informationsteorin (1948 och senare) började man tala om förverkligandet av ärftlig information.
Under det senaste århundradet har framgången med att lösa det första problemet (inklusive NPS) varit enorm. Å andra sidan var framgången för den senare begränsad till att dechiffrera mekanismen för proteinsyntes på RNA-mallen, identifiera kedjor av sådana synteser, som var och en kan slås på och av. Den där. själva implementeringen (omvandlingen av ärftlighetstexten till en tredimensionell arbetskonstruktion) påverkas inte. Med tillkomsten av informationsteorin har föreställningen slagit rot att träning kan förstås i termer av att slå på och av gener. Detta är dock omöjligt, om bara för att det finns för få gener.
Följaktligen kan genaktiviteter fungera (förutom proteinsyntes) endast som switchar för andra molekylära processer [34] , och flera sådana switchgener är kända, till exempel homeosgener . Annars är det genetiska systemets arbete självorganisering [35] .
All ontogeni är också självorganisering. Ett enkelt och illustrativt exempel på det genetiska systemets självorganisering ger färgen på de djur där det är individuellt (dvs. dess arv kan inte beskrivas), men det är regelbundet på varje individ. Sådana är till exempel leoparder [36] och giraffer. Det är naturligt att koppla detta faktum med ett faktum från den livlösa naturen: varje snöflinga är unik, och mönstret för varje snöflinga skapas av fraktal tillväxt, strikt samma i var och en av dess sex symmetririktningar [37] . Här har vi en korrekt ontogeni, där gener inte krävs för exakt upprepning av former.
År 1972 noterade biomatematikern René Thom [38] att "där information vanligtvis talas om bör ordet 'form' användas" (s. 97). Och "det huvudsakliga i den genetiska tillhandahållandet av ett djur ligger inte i dess morfologi - de flesta anatomiska detaljer är sekundära - utan snarare i mekaniken för homeostas, fysiologisk reglering ... Vi ansluter oss här till den Lamarckska synen ... att funktionen skapar ett organ eller, närmare bestämt, att bildningen av ett organ är resultatet av konflikt mellan ett elementärt funktionsfält och primärt organiskt material, som motarbetar det och påtvingar det genetiskt förutbestämda metoder för implementering” (s. 154-155).
En bra illustration av Toms position är uppsättningen av celldelningar under embryots tillväxt: varje cell delar sig enligt sina egna lagar, men delar sig då och på ett sådant sätt att den nödvändiga vävnaden bildas, vilket i sin tur är en del av organet, och detta organ börjar arbeta (utför sin funktion ). Dessutom har varje organism och vart och ett av dess organ vissa former, vars antal är begränsat. Former radas upp i rader (detta är inte längre lamarckism, utan nomogenes), och de flesta av deras skillnader ger inte upphov till skillnader i funktioner.
Under de kommande fyrtio åren förkastades den Lamarckska uppfattningen, och problemet med genomförandet övervägdes inte. "Vad är otillräckligheten i ovanstående formel om förhållandet mellan fenotypen och miljön och fenotypen och hur man eliminerar den? Svaret på denna fråga ges i huvudsak av Lamarck: denna formel innehåller inte huvudelementet i livet – en levande aktiv organism”, skriver Anatoly Shatalkin [39] . Aktivitet och dess roll i ontogeni och evolution ägnas åt kapitel 12 i hans bok. En av aktivitetsformerna är just självorganisering.
Det enklaste exemplet på självorganisering är självmontering av en helhet från delar. "Det finns ingen plats i världen för uppräkning av alla möjliga alternativ - det finns ingen tid för detta, inte bara i evolutionen, utan även under proteinsjälvmontering: universums ålder är inte tillräckligt för att räkna upp konformationerna av en kort protein, och det sätts ihop snabbt, det vill säga nästan eller helt utan "prövningar och misstag"" [40] . Det betyder att genen endast bestämmer en kedja av aminosyrarester, och allt annat är självmontering. På liknande sätt är självmontering sammansättningen av tubulinproteinmolekyler till en mikrotubuli och sammansättningen av immunglobulinkedjor till en antikropp.
Mer komplex än självmontering, ett exempel på självorganisering är tillväxten av varje mikrotubuli i den riktning som är nödvändig för cellen. Ännu mer komplex är sammansättningen av makromolekyler till nukleoproteinet av en kromosom eller ribosom, etc. Allt detta bestäms endast i liten utsträckning av generna, vilket är föremål för intresse för molekylär lamarckism. Den sedan länge avvisade idén om den levande varelsens egen aktivitet, som ledde till NPS och självorganisering, visade sig vara användbar igen.