У видов без полной моногамии эволюционные интересы отца и матери отличаются и могут приводить к конфликту по поводу того, как именно вкладываться в потомство. Это и оборачивается перетягиванием каната: с эволюционной точки зрения мать «предпочитает», чтобы отец делал в вас больший вклад, тем самым позволив ей приберечь ресурсы для будущих детей, в то время как ваш отец «предпочитает», чтобы больше вкладывала мать и у него оставалось больше ресурсов для потомства в будущем. Это не означает, что ваша мать или отец сознательно пытаются извлечь друг из друга как можно больше ресурсов. Я лишь использую адаптационисткий подход, чтобы показать, какую роль играют интересы отца и матери в данной сложной ситуации.
Экспрессия генов у каждого отдельно взятого ребенка определяет, насколько быстро и интенсивно он будет извлекать ресурсы из своей матери. Так как всем детям, вынашиваемым одной матерью, приходится пить из одного и того же условного стакана с молочным коктейлем, то чем больше выпьет один из детей, тем меньше останется его будущим братьям и сестрам. Таким образом, эволюционный интерес матери заключается в том, чтобы вырастить в своей утробе здорового, но не слишком жадного ребенка. Эволюционный же интерес отца прямо противоположный: ему выгодно, чтобы ребенок потреблял в утробе матери как можно больше ресурсов, так как не ему придется иметь дело с негативными последствиями вынашивания такого жадного до ресурсов ребенка. Поразительно, но этот конфликт разыгрывается внутри каждой клетки каждого плода по мере его внутриутробного развития.
Этот конфликт зародился с развитием внутриутробного развития примерно 100 миллионов лет назад и продолжался на протяжении всей эволюции плацентарных млекопитающих. У млекопитающих, например человека, имеется временный орган, предназначенный исключительно для извлечения ресурса из матери в процессе внутриутробного развития. Речь идет о плаценте. Она сродни огромной соломинке, которая вгрызается в слизистую оболочку матки матери, чтобы растущий плод мог всасывать через нее необходимые для своего развития вещества. С генетической точки зрения плацента часть плода и так же образуется из оплодотворенной яйцеклетки. Она формируется из тех же продуктов зачатия (клетки, образующиеся из зиготы, включая эмбрион и окружающие его структуры), что и плод. Вместе с тем клетки, образующие плаценту, отличаются от остальных клеток продуктов зачатия. Они не участвуют в тщательно срежиссированном спектакле развития плода и идут по другому пути. Они первыми дифференцируются, превращаясь в трофобласты, которые специализируются на проникновении в слизистую оболочку матки и организации станции транспортировки ресурсов для доставки питательных веществ из крови матери к развивающемуся плоду. Неудивительно, что отцовские гены экспрессируют факторы, делающие плаценту более крупной и инвазивной, в то время как материнские гены подавляют инвазию плаценты.
Плацента может помочь ребенку отхватить побольше материнских ресурсов, обделив тем самым своих будущих братьев и сестер. Это вовсе не обязательно означает, что у будущих детей плацента будет меньшего размера, чем у рожденных до них. На самом деле, если материнская система окажется более истощенной, плацента у будущих детей, наоборот, должна быть больше по размеру и более инвазивной, чтобы они могли получить все необходимое.
Плацента может помочь ребенку отхватить побольше материнских ресурсов, обделив тем самым своих будущих братьев и сестер. Это вовсе не обязательно означает, что у будущих детей плацента будет меньшего размера, чем у рожденных до них. На самом деле, если материнская система окажется более истощенной, плацента у будущих детей, наоборот, должна быть больше по размеру и более инвазивной, чтобы они могли получить все необходимое.
И ДЕЙСТВИТЕЛЬНО, ПРОВЕДЕННОЕ В 1950-Х ГОДАХ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАЛО, ЧТО С КАЖДЫМ ПОСЛЕДУЮЩИМ РЕБЕНКОМ РАЗМЕР ПЛАЦЕНТЫ УВЕЛИЧИВАЕТСЯ.
После того как станция транспортировки ресурсов, коей является плацента, приступает к своей работе, отцовские и материнские интересы расходятся в вопросе количества передаваемых веществ. Это проявляется в различной экспрессии отцовских и материнских генов, за которыми стоит механизм материнского и отцовского импринтинга генов, о котором я говорила в предыдущем разделе. Отцовские гены экспрессируют факторы, которые ускоряют передачу плоду всего необходимого через плаценту, в то время как материнские гены этот процесс замедляют. Каким-то образом, даже несмотря на такое перетягивание каната генами, преследующими противоположные цели, плоду все равно удается развиться в здорового маленького ребенка.
Исследования других видов демонстрируют нам грандиозные масштабы последствий конкурентной экспрессии родительских генов. Например, ученые обнаружили, что, если включить экспрессию «материнских» генных продуктов, которые подавляют рост, в обеих копиях соответствующих генов мышиного эмбриона, в результате родится крошечная мышь. Если обе копии будут экспрессировать «отцовские» генные продукты, которые, наоборот, стимулируют рост, это приведет к формированию огромной плаценты. На самом деле многое из того, что нам известно о генетическом импринтинге и росте плода, было открыто в результате исследования плаценты у мышей.
Учитывая то, что нам известно о конфликте между родительскими генами, следовало бы ожидать, что экспрессия отцовских генов будет доминировать в плаценте. Рассмотрим то, как это работает у животных. При скрещивании осла и кобылы рождается мул, в то время как скрещивание жеребца и ослицы дает лошака. Ученые изучили экспрессию генов в плаценте у этих гибридов, чтобы понять, действительно ли экспрессия отцовских генов (то есть генов осла у мула и генов лошади у лошака) происходит чаще, чем материнских. Как и предполагалось, в плаценте (но не в плоде) доминировала экспрессия отцовских генов. Это указывает на то, что инвазивная природа плаценты и стимуляция роста определяются экспрессией отцовских генов.
Стимуляция роста в результате экспрессии отцовских генов помогает нам понять, как экспрессия генов определяет восприимчивость к раку не только во время внутриутробного развития, но и на протяжении всей жизни. Зачастую гены плаценты, способствующие росту и инвазии, которые должны быть неактивными после рождения, снова включаются при развитии рака. Противоречивая природа экспрессии отцовских и материнских генов может снова дать о себе знать в более позднем возрасте, что может привести к повышенному риску онкологических заболеваний спустя долгое время после завершения развития организма.
Быстрый рост и инвазивность два клеточных фенотипа, которые определяют рак. Оба они являются частью нашего клеточного репертуара и результатом проявления отцовских эволюционных интересов. И дело тут не в том, что развитие рака в интересах отца хотя его эволюционные потребности и могут благоволить клеточным фенотипам, типичным для рака: более обильной пролиферации, более активной инвазии, а также более эффективному извлечению ресурсов.
Конфликт родительских генов привел к тому, что обе стороны, вынужденные реагировать друг на друга, эволюционировали, в результате чего стали прикладывать больше «усилий» для достижения желаемого результата. Эту ситуацию часто сравнивают с гонкой вооружений, так как обе стороны реагируют на действия друг друга, наращивая свой вклад для победы в конфликте. Гонка приводит к пустым затратам в виде генных продуктов, выполняющих противоположные функции. Так, при экспрессии материнских генов вырабатываются антитела, способные связываться с белками факторами роста, которые считываются с включенных генов отца, и инактивировать их. Теоретически обе стороны могли бы в равной степени уменьшить экспрессию своих генов и добиться такого же результата с меньшими затратами, однако этого не происходит. Самому плоду от этого нет совершенно никакой выгоды это лишь следствие противоречащих друг другу отцовских и материнских интересов, которые проявляются в каждой клетке развивающегося организма.
Другим следствием эскалации конфликта между ростом и сдерживанием является то, что каждое ведро на концах шеста заполняется, исходя из «предположения», что другое тоже будет наполнено. Как результат, когда что-то идет не по плану, последствия могут быть катастрофическими. В случае мутации гена, у которого обычно происходит экспрессия материнской копии, в правом ведре может оказаться недостаточно полноценных материнских генных продуктов, чтобы уравновесить то, что помещается в левое ведро в результате экспрессии отцовских копий генов. Несмотря на формальную победу отцовских генов, в такой ситуации все оказываются проигравшими. С подобными мутациями и повреждениями генов связан целый ряд синдромов. Доминирующая экспрессия отцовских генов (в результате мутаций, нарушающих нормальное эпигенетическую регуляцию) может привести к таким заболеваниям, как синдром Беквита Видемана, характеризующийся быстрым ростом в утробе, крупным размером в детстве и повышенным риском развития рака.
НЕСМОТРЯ НА ТОТ ФАКТ, ЧТО ЭВОЛЮЦИЯ СДЕЛАЛА НАС ДОСТАТОЧНО ЭФФЕКТИВНО ФУНКЦИОНИРУЮЩИМИ МНОГОКЛЕТОЧНЫМИ ОРГАНИЗМАМИ, СОТРУДНИЧЕСТВО НАШИХ КЛЕТОК ДАЛЕКО ОТ ИДЕАЛА.
Между клетками и внутри них все равно случаются конфликты, как это происходит в противостоянии экспрессии материнских и отцовских генов. В процессе внутриутробного развития организм расходует энергию, получаемую в результате обмена веществ, как на производство факторов роста, так и на их подавление, что приводит к потере большого количества ресурсов в результате этого конфликта, а также опасной уязвимости в случае сбоя в этих процессах и нарушениях равновесия системы. Рост и развитие в материнской утробе не являются оптимальными с точки зрения наших эволюционных интересов они представляют собой динамический компромисс между эволюционными приоритетами наших родителей.
К счастью, по мере взросления эти противоречия между родительскими интересами сходят на нет. План тела (расположение его тканей и органов) по большей части завершен, и по мере роста поддерживать баланс между клеточным контролем и клеточной свободой становится все проще. Тем не менее организму приходится постоянно идти на компромисс, подвергая себя риску развития рака, чтобы рост продолжался до достижения репродуктивного возраста, ткани обновлялись, раны заживали, а тело боролось с инфекциями. Даже репродуктивная способность и привлекательность для противоположного пола может влиять на восприимчивость к раку. Эти способности необходимы для нашего выживания, процветания и успешного размножения. Они, может, и связаны с повышенным риском развития рака, однако с эволюционной точки зрения их плюсы перевешивают минусы.