Epigenetika Az evolúciós forradalom - A liberális szemle
Epigenetika: Az evolúciós forradalom
Gyermekek Amszterdamban a holland éhínség telén, 1944–1945
Fotó: Cas Oorthuys/Nederlands Fotomuseum
A XVIII. Század végén Jean-Baptiste Lamarck francia természettudós megjegyezte, hogy a földi élet hosszú időn keresztül fejlődött, és elképesztően sokféle organizmushoz jutott el. Megpróbálja elmagyarázni, hogy az élőlények hogyan fejlődnek bonyolultabbá. Az élő szervezetek nem csak fejlődtek, állítja Lamarck; nagyon lassan, "apránként, következetesen" csinálták. Lamarck elmélete szerint az élőlények változatosabbá váltak, mivel minden lény törekedett a maga "tökéletességére" - ezért a földön élõ lények sokfélesége. Az ember az élet legösszetettebb formája, ezért a legtökéletesebb, és most is fejlődik.
Lamarck szerint az élet alakulása a variációktól és az apró, fokozatos változások felhalmozódásától függ. Darwin evolúcióelméletének középpontjában ők is állnak, de Darwin maga írta, hogy Lamarck ötletei "teljes szemétnek" számítanak. Darwin evolúcióját a természetes szelekcióval kombinált genetikai variáció vezérli - ez egy olyan folyamat, amelynek során bizonyos variációk bizonyos hordozóknál nagyobb szaporodási sikert eredményeznek egy adott környezetben, mint más szervezetek. A Lamarck-féle evolúció viszont a megszerzett tulajdonságok öröklődésétől függ. A zsiráfok például azért kapták hosszú nyakukat, mert kinyújtották őket, hogy megegyék a magas fák leveleit, és ezeket a "kifeszített nyakat" utódaiktól örökölték, bár Lamarck nem magyarázza, hogy mindez miként lehetséges.
Amikor 1953-ban felfedezték a DNS molekulaszerkezetét, a biológia tanításakor kialakult a dogma, miszerint a DNS-t és annak kódolt információit az emberi környezet vagy életmód semmilyen módon nem változtathatja meg. Ismeretes, hogy a környezet stimulálhatja egy gén expresszióját [2]. Például: a ragyogó fény megvilágítása a szemben vagy a fájdalom tapasztalata stimulálja az idegsejtek aktivitását, és ezáltal megváltoztatja az ezen idegsejtek által tartalmazott gének aktivitását, utasításokat készítve a fehérjék vagy más molekulák előállításához, amelyek központi szerepet játszanak a testünk.
A génnel szomszédos DNS szerkezete felsorolja az utasításokat - egy génprogram, amely meghatározza, hogy a gén milyen körülmények között expresszálódik. Egészen a közelmúltig úgy gondolták, hogy ezeket az utasításokat a környezet nem változtathatja meg. Csak bizonyos mutációk, vagyis véletlenszerűen bevezetett hibák változtathatják meg a génben kódolt utasításokat vagy információkat, és a természetes szelekción keresztül vezethetik az evolúciót. A tudósok hiteltelenítettek minden Lamarck-állítást, miszerint a környezet tartós, esetleg öröklődő változásokat idézhet elő a génszerkezetben vagy működésben.
De a közelmúltban új elképzelések jelentek meg szorosan Lamarck nézeteihez kapcsolódóan, amelyek [legváratlanabban] központi szerepet kaptak a genetika megértésében. Az elmúlt tizenöt évben ezek az ötletek - amelyek egy gyorsan növekvő tudományos területhez tartoznak, az ún epigenetika - számos cikkben és több könyvben is megvitatták őket, köztük Nessa Carey epigenetikus forradalomról szóló 2012-es tanulmányát [3], valamint a legmélyebb kútat, Dr. Nadine Burke Harris nemrégiben végzett munkáját a [mentális] gyermekkori traumáról. [4]
Az epigenetikával foglalkozó szakirodalom egyre növekvő része arra kényszerítette a biológusokat, hogy fontolják meg azt a hipotézist, miszerint a génexpressziót befolyásolhatják bizonyos öröklött környezeti tényezők, amelyekről korábban úgy gondolták, hogy nincsenek rá hatással, például a stressz vagy a különböző típusú nélkülözés. "A DNS szerkezete" - írta Carrie,
ez nem elegendő magyarázat az élet néha csodálatos, néha szörnyű összetettségére. Ha csak a DNS-szekvencia számít, akkor az azonos ikrek mindig minden szempontból teljesen azonosak. Az alultáplált anyáktól született csecsemők ugyanolyan könnyedén híznak, mint azok a csecsemők, akiknek egészségesebb kezdete volt az életben.
Ez viszonylag közhelyes véleménynek tűnhet. De [bármilyen furcsán hangzik is], ellentmond a több évtizede kialakult tudományos dogmának a genetikai program függetlenségétől a környezeti hatásoktól. Pontosan mely felfedezések tették lehetővé cáfolatukat?
1975-ben két angol biológus, Robin Holiday és John Puy, valamint amerikai kollégájuk, Arthur Riggs, egymástól függetlenül felvetették azt a hipotézist, miszerint a metilezés [metiláció], vagyis a DNS kémiai módosítása, amely örökletes és képes környezeti hatások okozhatják, fontos szerepet játszik a génexpresszió szabályozásában. Akkor még nem volt világos, hogy ez pontosan hogyan történt, de a tudományos közösség gyorsan megalapozta azt az elképzelést, hogy a metilezési folyamat valóban megváltoztathatja nemcsak a genetikai kifejeződést, hanem a genetikai programot is.
Amint a tudósok kezdik jobban megérteni a metiláció funkcióját a génexpresszió megváltoztatásában, rájönnek, hogy a szélsőséges környezeti stressz - amelynek eredményei korábban magától értetődőnek tűntek - további biológiai hatással lehet az élőlényekre. A laboratóriumi állatokkal végzett kísérletek kezdik kimutatni, hogy ezek az eredmények a genetikai funkcióban szerzett változások továbbadásán alapulnak. Kiderült, hogy a gyermekbántalmazás, a pszichés trauma, az éhség és az etnikai előítéletek hosszú távon következményekkel járhatnak génjeink működésében.
Ezek a hatások egy nemrégiben elismert genetikai mechanizmusból erednek, amelyet epigenesisnek neveznek, amely lehetővé teszi a környezet számára, hogy tartós változásokat hajtson végre a gének expressziójában. Az epigenesis nem változtatja meg a génekben kódolt információt vagy az emberek genetikai szerkezetét - magukat a géneket sem érinti -, hanem megváltoztatja az "olvasás" módját azáltal, hogy blokkolja bizonyos génekhez való hozzáférést és megakadályozza azok expresszióját. Ez a mechanizmus lehet depresszió, szorongás vagy paranoia érzéseink rejtett oka. A legmeglepőbb talán az, hogy ez a változás bizonyos esetekben átadható a jövő generációinak, akik még soha nem élték meg közvetlenül azt a stresszt, amely elődeiknél depresszióhoz vagy rossz egészségi állapothoz vezetett.
Számos klinikai tanulmány kimutatta, hogy a szülők halálából vagy válásából, elhanyagolásából, erőszakból, bántalmazásból, étel- vagy menedékhiányból és más stresszes körülményekből eredő gyermekkori mentális trauma különféle egészségügyi problémákhoz vezethet idősebb felnőtteknél: szívbetegség, rák, táplálkozási problémák és mentális fogyatékosságok, alkohol- és kábítószer-fogyasztás, meddőség, öngyilkossági magatartás, tanulási zavarok vagy alvászavarok. Miután Rudolf Janisz és Adrian Bird egy befolyásos cikkét 2003-ban publikálták, [5] elkezdtük megérteni azokat a genetikai mechanizmusokat, amelyek megmagyarázzák, miért van ez így. A test és az agy általában reagál a veszélyekre és a különböző ijesztő tapasztalatokra egy specifikus hormon - glükokortikoid - felszabadításával, amely kontrollálja a stresszt. Ez a hormon különféle kihívásokra készít fel minket a pulzus, az energiatermelés és az agy működésének szabályozásával; kötődik a „glükokortikoid receptor” nevű fehérjéhez, amely az agy idegsejtjeiben található.
Ez az összefüggés általában kizárja a glükokortikoidok további termelését, így amikor a személy már nem érzékeli a veszélyt, a stresszválasz csökken. De, amint azt Gustavo Turetsky és Michael Maine megjegyezte egy 2016-os cikkben, amely az epigenetika legújabb felfedezéseit vizsgálta több mint egy évtizede [6], ennek a receptornak a génje inaktív azokban az emberekben, akik gyermekkori stresszt tapasztaltak; ennek eredményeként csak néhány ilyen receptort termelnek. A kötődő receptorok jelenléte nélkül a glükokortikoidok nem tudják megállítani saját termelésüket, így a hormon továbbra is felszabadul, és a stresszválasz a fenyegetés alábbhagyása után is folytatódik. "Ennek [tudományos] kifejezése a visszacsatolással kapcsolatos elrettentési törés" - írta Harris. Van olyan helyzet, amikor olyan, mintha „a test egy bizonyos stressztermosztátja megszakadna. Ahelyett, hogy egy bizonyos hőmérséklet elérésekor elzárná az extra "hőt", a test továbbra is a kortizolt pumpálja a rendszerébe. "