Дело о жабьих лапках: воскрешение научной репутации Пауля Каммерера

На экспериментатора обрушились критики. Несмываемое и в буквальном смысле чернильное пятно на его репутации оставила статья Глэдвина Кингсли Нобля, герпетолога из Американского музея естественной истории. При ближайшем рассмотрении под микроскопом, как он написал в журнале Nature, чудесным образом возникшие на лапках жаб подушечки — так называемые «брачные мозоли» — оказались введенными под кожу чернилами.

Обыкновенная повитуха Alytes obstetricans. Самец «вынашивает» икру

Каммерер выяснил, что у выбранных им жаб в подушечках на лапах действительно была китайская тушь. По его мнению, чернила ввел кто-то из его ассистентов. Однако невозможно было остановить разразившийся скандал: обвинения нарастали, как снежный ком. Даже те биологи, которые не считали Каммерера мошенником и лжецом, утверждали, что он неверно интерпретировал результаты экспериментов. Спустя шесть недель Каммерер совершил самоубийство, не выдержав постоянных обвинений. В течение всего XX века образ ученого стал символом научной фальсификации, и только в 1970-х годах журналист Артур Кестлер попытался оправдать ученого в своей книге «Дело о жабе-повитухе», где он предположил, что ход эксперимента был нарушен из-за вмешательства нацистов [хотя не стоит предполагать дополнительной злой воли там, где достаточно уже сложившихся обстоятельств].

Тихие аллели

И вот в 2009 году в Journal of Experimental Zoology вышла статья биолога Александера Варгаса, профессора факультета биологии Университета Чили. Ученый решил рассмотреть идеи Каммерера 1920-х годов в свете современных эпигенетических данных. В 2016 году ученые добрались и до его оригинальных записей об экспериментах. По мнению автора статьи, снискавший дурную славу исследователь мог оказаться не обманщиком, а опередившим свое время первооткрывателем эпигенетических механизмов.

Так, описанные Каммерером «водные» жабы начинали откладывать более мелкие икринки, а размер их тела увеличивался. В наши дни доказано, что эти изменения могут быть вызваны метилированием ДНК, РНК-интерференцией, изменениями гистонов (белков, на которые наматывается «нить» ДНК), формированием гетерохроматина и другими способами, с помощью которых действительно можно заставить «замолчать» некоторые гены. В статье была представлена предварительная модель, которая объясняла, как современная наука понимает наследование приобретенных признаков, описанное австрийским ученым, и как на это может влиять пол.

Поскольку фенотип («воплощение» генетических инструкций) земноводных очень пластичен, вплоть до изменения пола в зависимости от условий среды, влияние пола жаб на механизмы наследования приобретенных признаков (например, того же метилирования) действительно может быть также велико, как это описывал Каммерер. Так что жабы-повитухи из центра крупного научного скандала могут перебраться в фокус внимания экспериментаторов как перспективный модельный организм для изучения эпигенетических наследственных механизмов, а Пауль Каммерер — из списка мошенников и фриков от науки в ряд уважаемых научных светил.

Источник Индикатор.ру

P.S.

Иными словами, Каммерер обнаружил интересные вещи, пусть на основе неверных предположений о механизме. Сегодня понятно, что «ламарковские феномены» реально существуют в природе, но объясняются, увы для соответствующих идей, на основе «дарвиновских» механизмов и дискретной, а не слитной наследственности (это частный и/или изощрённый случай их работы, а не общее правило). Включая «наследование приобретённых признаков» (наследование, понятное дело, это устойчивая передача признаков в нисходящем колене, независимо от механизмов устойчивости, которые бывают разные):

«…вышедший в конце 1991 г. международный ежегодник по генетике открывается статьей Отто Ландмана «Наследование приобретенных признаков» (Landman, 1991), посвященной памяти Трэси Соннеборна (Т. Sonneborn). Посвящение не случайно. С именем Т. Соннеборна связан расцвет генетики простейших и серия открытий, не укладывающихся в рамки хромосомной теории наследственности. Среди них открытие и изучение у парамеций цитоплазматических киллер-факторов, неменделевской генетики типов спаривания и поверхностных антигенов, кортикальной наследственности (Beale, 1982).

О. Е. Ландман проанализировал 30 самых распространенных учебников по генетике, опубликованных после 1962 г., т. е. за 30-летний период, и только в 9 из них нашел упоминание о наследовании приобретенных признаков (сокращенно НЛП). Как одно их типичных, О. Е. Ландман цитирует высказывание эволюциониста-ботаника Г. Л. Стеббинса из статьи 1982 г.: «Гипотеза Ламарка о наследовании приобретенных признаков была отвергнута, ибо не существует и нельзя вообразить никаких молекулярных механизмов, которые сделали бы такое наследование возможным». В спокойной манере Ландман суммирует уже давно полученные в генетике факты, показывая, что «наследование приобретенных признаков вполне совместимо с современной концепцией молекулярной генетики» (Landman, 1991).

Прежде всего каковы операциональные рамки явления, о каких признаках идет речь? Согласно Л. Бляхеру (1971) «приобретенными признаками следует назвать такие изменения организма, которые появились у него на каком-то этапе его индивидуального развития под влиянием измененных условий существования, действовавших непосредственно или посредством измененной функции».

Это определение следует дополнить указанием на то, что после применения воздействия и возврата в первоначальные условия среды, все или большая часть организмов (или культуры клеток) проявляют новые признаки и передают их следующему поколению. Это важное дополнение, имеющееся у О. Ландмана, позволяет не включать в рамки НПП феномен ферментной индукции у микроорганизмов, блестяще истолкованный Ф. Жакобом и Ж. Моно в рамках концепции оперона и генетической регуляции (Jacob, Monod, 1961).

В последнем случае ситуация такова. В ответ, например, на добавление лактозы индуцируется новый признак — появляется фермент галактозидаза, а когда лактозу убирают, новый признак — индуцированный фермент — исчезает. Этот адаптивный процесс следует отнести к рамкам онтогенетической регуляции генов. Ж. Моно назвал его ферментативной индукцией. О. Ландман детально рассматривает около 10 экспериментальных систем, где экспериментально установлен феномен наследования приобретенных признаков. Четыре разных механизма приводят к НПП:

1) кортикальная наследственность у инфузорий;

2) наследование альтернативных состояний гена без изменений ДНК, т. е. на эпигенетическом уровне;

3) наследование ДНК — модификаций, т. е. клонально передаваемых изменений в метилировании ДНК;

4) индуцированная утрата либо приобретение «несущественных» носителей нуклеиновых кислот, т. е. в рамках принятой здесь концептуальной схемы, изменений, связанных с факультативными элементами генотипа.

Статья О. Ландмана делает нас как бы свидетелями, соучастниками смены постулата в генетике, казавшегося неколебимым, как скала. Статья написана спокойно, без ажиотажа и новых сногсшибательных фактов. Просто факты и данные, полученные еще 40 лет назад, а также сравнительно недавно, сводятся в систему и им дается ясное толкование на основе определенных молекулярно-цитологических механизмов. Вспоминается высказывание У. Теккерея: «От писателя более всего требуется проявить двоякого рода способности: представить новые вещи как хорошо знакомые, а всем известное изобразить как нечто новое».

…Изменения в рамках динамической памяти, т. е. связанные с переключением эпигенов, убедительно показаны исследованиями на простейших. Если бы генетика с самого начала изучала процессы изменчивости на простейших, то ее облик был бы иной.

У простейших каждая особь в одно и то же время и одна клетка, и индивид, проходящий последовательные стадии онтогенеза. Поэтому снимаются трудности разграничения воздействий на сому и зародышевый путь. При исследовании амеб оказалось, что эпигенетический контроль выявляется у большинства признаков. В опытах А. Л. Юдина и его коллег (Юдин, 1983) сначала селектировались линии с четко различимыми функциональными и биохимическим признаками. Эти признаки в каждой из линий стойко наследовались на протяжении многих вегетативных поколений.

Затем проводились эксперименты, в которых менялись ядерно-цитоплазматические отношения или получались ядерно-цитоплазматические «гибриды»: а) трансплантация гетерологичной цитоплазмы, б) обмен ядрами, в) подсадка ядра из другой линии с последующим его удалением, г) разного рода внешние воздействия. Во всех этих ситуациях удалось дестабилизировать проявление большинства изучаемых признаков, которые либо переходили в альтернативное состояние, либо переключались время от времени из одного состояния в другое. А. Л. Юдин справедливо объясняет подобные объяснения эпигенным контролем выражения изучаемых признаков и наличием в цитоплазме регуляторных молекул, способных вызвать переключение эпигенов с одного режима на другой (Юдин, 1983, с. 171–175).

Из теории эпигенов следует, что если ген-регулятор активирует свою транскрипцию, но его продукт биохимически блокирован, то снятие этого блока определенным внешним воздействием может переключить режим работы эпигена. Именно такого рода явления были обнаружены в случае наследственного переключения серотипов (антигенных вариантов) у парамеции. У парамеций известно двенадцать эпигенетически контролируемых вариантов поверхностных антигенов. Каждая особь проявляет один из вариантов, и это свойство клонально наследуется. Однако, при однократном действии резких факторов среды возможно переключение с одного антигена на другой. Например, под действием температуры 36°С в течение 5 часов практически у 100% особей происходит переключение с антигена 41G на антиген 41D. Это новое состояние клонально наследуется. Можно подобрать условия среды, при которых произойдет возврат к исходному антигену (Нэнни, 1960). Аналогичная ситуация найдена у инфузорий дилептусов (Успенская, Юдин, 2000).

Не вызывает сомнений, что подобные эпигенные системы могут определять дискретные выражения самых разных признаков. Тогда в случае, например, 10 разных антигенов, на базе одного и того же генетического текста на уровне ДНК может возникнуть 210 или 1024 альтернативных .варианта генотипа, т. е., генотип может произвести выбор из более чем 1000 возможностей!»

М.Д. Голубовский. Век генетики: эволюция идей и понятий. Спб, 2000.

См. также «Благоприобретённые признаки»
Чтобы расшифровать те интереснейшие частные случаи, где он был взят, необходима была именно история моргановской, а потом молекулярной генетики, с её дискретными генами и барьером Вейсмана. Статья в «Элементах» показывает, что с другого «плацдарма» — от идеи слитной наследственности и второго закона Ламарка — их не понять, ибо не выйдешь к идее репликаторов, копирующихся с ошибками, обращение к которым необходимо для осуществления признака в онтогенезе. Для этого на первом этапе необходимо использовать дискретные гены как единицы текста, и «точки приложения» процессов осуществления признака и регуляции оного, управляемых генными сетями.

То и другое предполагает выбор, что усилить, что ослабить, в какой степени, а выбор требует отдельных субъектов выбора, они должны быть некисельными. Гены не «эгоистичны», это часть организма, управляемая как все прочие части, целым, а целостность оборачивается дифференциацией частей, почему гены отделены друг от друга и «фона» в виде прочего организма — среды осуществления генов, из которой приходят регуляторные воздействия.

Диалектика состоит в том, что успехи эпигенетики или современные данные о «наследовании приобретённых признаков» имеют предпосылкой именно дискретные гены моргановской генетики. В природе — это то, над чем надстраиваются процессы описанные по ссылкам, чтобы получилось то, что получается, верхушка айсберга осуществления признака на «чужом» основании, в теории — печка, от которой танцует концепция, чтобы понять как это получается в соответствующих частных случаях.

Поэтому утверждающие, что «эпигенетика доказала правоту Ламарка», мягко говоря, неточны или неумны, утверждающие «она же доказала правоту Лысенко» — жулики; ламаркисты реально обнаруживали интересные вещи, а «народный академик» фальсифицировал данные и/или неразбирался в них и в их обработке. Опять же наука — это не столько теории, сколько исследовательские практики. Как верно пишет А.Куприянов,

«Наука, усеченная до совокупности теоретических высказываний, особенно когда их пытаются переформулировать «попроще» при популярном изложении, совершенно выхолащивается, превращаясь в нечто глубоко тривиальное. В результате все, что мы имеем на выходе, — пустые слова против пустых слов. Приобретенные признаки наследуются — не наследуются. Гены неизменны — все в организме подвержено изменению в процессе обмена веществ.

Что пропадает из виду при таком ракурсе? Даже если пока оставить в стороне другие более сложные высказывания, входящие в комплекс с этими емкими лозунгами, то за бортом остается слишком многое. В первую очередь, вся иная научная деятельность — методически организованные наблюдения и сбор образцов, разработка и постановка экспериментов, статистическая обработка и интерпретация результатов экспериментов и наблюдений, рутинные навыки чтения и написания научных текстов и изготовления иных артефактов (показаний самописцев, фотографий, рисунков). Наконец, целый комплекс практик, способствующих трансляции знаний, благодаря которой они, будучи произведенными локально, в одной конкретной лаборатории, получают шанс стать общезначимыми. Это — та невидимая обывателю часть научной жизни, без которой наука, тем не менее, совершенно немыслима. Именно благодаря наличию этих циклов деятельности ученый легко отличим, например, от школьного учителя, даже если оба они  формулируют иногда «одни и те же» теоретические положения.

То, что какие-то научные «факты» и «теории» воспринимаются в научном сообществе как легитимные репрезентации «природы», основано на признании легитимности процедур, позволивших нам «добыть факты» и сформулировать «от имени» природы какие-то обобщения. Если эксперимент поставлен без учета требований конкурирующих теорий, выбор между которыми предстоит осуществить по его результатам, если в эксперименте отсутствует контроль или он неадекватен (например, под «экспериментальные» поля отводятся лучшие участки пашни, а под «контроль» — какие придется), если экспериментатор отказывается от статистической обработки результатов за пределами подсчета сумм и средних, то в норме к результатам таких экспериментов относятся с недоверием. Что говорить о тех случаях, когда наблюдается прямая подтасовка данных (например, урожай с контрольных делянок просто не собран)?»

Наращивание таких практик,  приведшее в том числе к современному пониманию «наследования приобретённых признаков», шло исключительно в рамках «формальной  генетики». Все этим «народный академик» со товарищи не владел вовсе, и не желал осваивать, почему его практики — переопыление сортов, «воспитание» сперва растений, а потом и коров — для жирномолочности, кастрация вручную цветков злаков — или ничего не дали науке, или не были новы (посадка картофеля верхушками клубней).

Приятно отметить, что один из важнейших феноменов этого рода — эффект Болдуина или «генетическая ассимиляция», был описан в природе советским зоологом Ефимом Иудовичем Лукиным в 1936 г. (теоретически он был предсказан ранее, но не всё логически возможное действительно, биология требует натурализма). Это одна из немногих прорывных биологических публикаций, сделанная на украинском языке.

Ефим Иудович Лукин