Отметим, что эти изменения ДНК не генетические, поскольку цепочка А-Ц-Г-Т остается неизменной. Однако эпигенетические изменения фактически являются мутациями: гены также могут не работать. Как и при мутациях, эпигенетические изменения будут происходить и в клетках потомков. В самом деле, по мере старения в организме каждого из нас накапливается все больше и больше уникальных эпигенетических изменений. Это объясняет, почему личные качества и даже внешние черты однояйцевых близнецов, несмотря на идентичную ДНК, с каждым годом становятся все менее схожими. Это также значит, что избитый в детективах сюжетный ход о том, что один из братьев-близнецов совершил преступление, и оба были отпущены на свободу – поскольку тесты ДНК не смогли их различить – некорректен, потому что так не может продолжаться всегда. Рано или поздно одного из братьев осудит его эпигеном.
Конечно, все эти факты доказывают только то, что клетки организма могут получать внешние сигналы и передавать их другим клеткам, – своеобразная разновидность наследования. Обычно, когда сперматозоид соединяется с яйцеклеткой, эмбрион стирает всю эпигенетическую информацию – это позволяет вам стать вами, человеком, независимым от того, чем занимались его родители. Но есть и факты, которые доказывают, что некоторые эпигенетические изменения, через ошибки или уловки, иногда украдкой проникают к новым поколениям зверят, птенцов и маленьких детей – этого вполне себе хватит, чтобы убедиться в преимуществах ламаркизма и заставить Кювье и Дарвина скрипеть зубами от досады.
* * *
Впервые ученым удалось уловить подобные эпигенетические факторы в действии в деревушке Оверкаликс – маленьком поселении в «подмышечной впадине» между Швецией и Финляндией. С XIX века воспитание детей там проходило в весьма жестких условиях. Семьдесят процентов семей имели пять и более детей, из них четверть – более десяти, и все эти рты должны были прокормиться с двух акров (0,8 гектара) неплодородной почвы: для большинства семей это была вся земля, которую можно было наскрести. Плодородности не способствовала погода, на 66-м градусе северной широты примерно раз в пять лет случался неурожай ржи и прочих культур. Были периоды, например в 1830-х, когда урожай погибал практически каждый год. Местный пастор фиксировал эти факты в летописи Оверкаликса с сумасшедшим хладнокровием. «Ничего исключительного не произошло, – гласит одна запись, – только восьмой [подряд] год случился неурожай».
Конечно, не каждый год был безотрадным. Порой земля награждала людей обилием еды, и даже семьи из пятнадцати человек могли наесться вволю и забыть о голодных временах. Однако в самые мрачные зимы, когда урожай засыхал, а дремучие скандинавские леса и замерзшее Балтийское море отрезали деревню от внешнего мира, жители Оверкаликса спасались тем, что резали последних свиней и коров.
Эта история – достаточно обычная для глухой провинции – возможно, так и осталась бы незамеченной, если бы не отдельные шведские ученые. Они заинтересовались ситуацией в Оверкаликсе, потому что желали разобраться, как внешние факторы, такие как недостаток пищи, влияют на беременных женщин, предопределяя проблемы со здоровьем у их потомства. У специалистов был повод так думать, основанный на отдельном исследовании 1800 детей, родившихся во время и сразу после голода в оккупированных Германией Нидерландах: так называемой Голодной зимой 1944–1945 годов.
Суровая зима сковала льдом каналы для кораблей с продовольствием. По земле также невозможно было доставить подкрепление: в качестве своей последней милости, оказанной голландцам, нацисты разрушили дороги и мосты. Дневной рацион взрослого голландца к ранней весне 1945 года упал до 500 калорий в день. Крестьяне и беженцы (к последним принадлежала и семья будущей великой актрисы Одри Хепберн, оказавшаяся в Голландии во время войны) были вынуждены грызть луковицы тюльпанов.
После освобождения Нидерландов в мае 1945 года рацион жителей страны увеличился сразу до 2000 калорий, и этот скачок позволил провести натуральный эксперимент: ученые смогли сравнить детей, зачатых во время голода и сразу после него, и определить, кто более здоров. Как и ожидалось, дети, вынашиваемые во время голода, при рождении оказались меньше и слабее; кроме того, в будущем у них чаще встречались такие недуги, как ожирение, диабет и даже шизофрения. Поскольку все дети происходили из единого генофонда, различия между ними, возможно, возникли благодаря эпигенетическому программированию. Нехватка пищи изменила химическую среду матки (окружающий мир для плода) и таким образом повлияла и на экспрессию отдельных генов. Даже шестьдесят лет спустя эпигеномы тех, кто голодал, находясь в материнской утробе, имели заметные различия, и у жертв других случаев большого голода – блокады Ленинграда, кризиса в самопровозглашенной республике Биафра (Нигерия), «Большого скачка» в маоистском Китае – наблюдались схожие долгосрочные эффекты.
Поскольку в Оверкаликсе голод случался часто, шведские ученые решили, что имеют возможность изучить более интересный вопрос: могут ли эпигенетические эффекты сохраняться через несколько поколений? Короли Швеции издавна требовали от каждого прихода фиксировать данные об урожае (чтобы убедиться в том, что вассалы верны своему королю и ничего от него не утаивают), так что сельскохозяйственные данные Оверкаликса начали сохраняться задолго до 1800 года. Ученые смогли сопоставить эти данные с информацией о рождаемости, смертности и состоянии здоровья прихожан, которые тщательно велись местной лютеранской церковью. Преимуществом стало еще и то, что в Оверкаликсе был чрезвычайно малый приток и отток генетического материала. Суровые морозы и броский местный акцент послужили причиной того, что шведы и лопари из других местностей практически не приезжали в деревню, и из 320 жителей Оверкаликса, которых изучали специалисты, лишь 9 впоследствии переехали в более плодородные земли – таким образом биологи получили возможность следить за целыми семьями на протяжении многих лет.
Многое из того, что было открыто шведами – к примеру, связь между питанием матери и здоровьем будущего ребенка – имело практическое значение. Многое, но не все. В частности, они обнаружили явную связь между здоровьем будущего ребенка и рационом отца. Конечно, отцы не вынашивают детей, так что любые из подобных эффектов могут проскальзывать лишь вместе со сперматозоидами. Что еще более странно, здоровье ребенка улучшалось лишь в тех случаях, когда отец тоже сталкивался с проблемой голода. Дети отцов-чревоугодников жили меньше и болели чаще.
Влияние отцов оказалось настолько явным, что ученые смогли проследить его и дальше, к отцу отца. К примеру, если дедушка Харальд голодал, это положительно влияло на здоровье его маленького внука Олафа. И эти эффекты были совсем не умозрительными. Если дедушка Харальд был обжорой, у внука Олафа вчетверо увеличивался риск заболеть диабетом. Если дедушка был вынужден затягивать пояс, внук жил (с корректировкой на социальное неравенство) в среднем на тридцать лет дольше. Примечательно, что голодание или обжорство оказывало гораздо более сильный эффект на внуков, чем на самих дедов, и дедушки, которые голодали, объедались и ели в меру, жили примерно одинаково – около 70 лет.
Влияние отца/деда не имеет никакого генетического смысла: голод не может изменить последовательность ДНК у родителя или ребенка, установленную при рождении. Однако окружающая среда тоже не является главной причиной изменений. Голодавшие мужчины женились и производили на свет потомство в самые разные годы, соответственно, их дети и внуки жили в различных десятилетиях, как урожайных, так и трудных, – но все они извлекли пользу из того, что их отцы или деды голодали.
Однако влияние окружающей среды может иметь эпигенетическое значение. Опять-таки пища, богатая метильными и ацетиловыми группами, может включать и выключать гены – значит, голодание и чревоугодие могут маскировать и демаскировать ДНК, которая отвечает за метаболизм. Что касается того, каким образом эпигенетические «выключатели» сумели просочиться между поколениями, ученые сумели найти разгадку, изучая сроки голодания. Голодание в период полового созревания, в младенчестве, в половозрелом возрасте не имело никакого значение для здоровья детей и внуков голодающего. Имеет значение лишь то, объедался человек или голодал в период «постепенного роста», в промежутке с 9 до 12 лет, сразу перед половым созреванием. В этот период в мужском организме начинает выделяться группа клеток, которые потом становятся сперматозоидами. Соответственно, если период постепенного роста связан с чревоугодием или голоданием, пре-сперматозоиды могут запечатлеть необычные метильные или ацетиловые паттерны – те, которые будут запечатлены в настоящих сперматозоидах, когда придет время.
