Введение
Британский биолог Конрад Хэл Уоддингтон (8 ноября 1905 – 26 сентября 1975) был британским биологом развития, палеонтологом, генетиком, эмбриологом и философом, заложившим основы системной биологии, эпигенетики и эволюционной биологии развития. Несмотря на то, что его теория генетической ассимиляции имела дарвиновское объяснение, ведущие эволюционные биологи, такие как Теодосий Добжанский и Эрнст Майр, полагали, что Уоддингтон использовал генетическую ассимиляцию для поддержки так называемого ламаркианского наследования – приобретения унаследованных признаков под воздействием окружающей среды в течение жизни организма. Уоддингтон отличался широким кругом интересов, включая поэзию и живопись, а также симпатиями к левым политическим взглядам. В своей книге «Научное мировоззрение» (1941) он коснулся политических вопросов, таких как централизованное планирование, и высоко оценил марксизм как «глубокую научную философию».
Conrad Hal Waddington (8 November 1905 – 26 September 1975) was a British developmental biologist, paleontologist, geneticist, embryologist and philosopher who laid the foundations for systems biology, epigenetics, and evolutionary developmental biology. Although his theory of genetic assimilation had a Darwinian explanation, leading evolutionary biologists including Theodosius Dobzhansky and Ernst Mayr considered that Waddington was using genetic assimilation to support so called Lamarckian inheritance, the acquisition of inherited characteristics through the effects of the environment during an organism's lifetime. Waddington had wide interests that included poetry and painting, as well as left wing political leanings. In his book The Scientific Attitude (1941), he touched on political topics such as central planning, and praised Marxism as a "profound scientific philosophy".
Жизнь
Конрад Уоддингтон, известный как "Уад" друзьям и "Кон" семье, родился в Эвешеме у Хала и Мэри Эллен (Уорнер) Уоддингтон 8 ноября 1905 года. Его семья переехала в Индию, и до почти трех лет Уоддингтон жил в Индии, где его отец работал на чайной плантации в округе Вайанад штата Керала. В 1910 году, в возрасте четырех лет, он был отправлен жить к родственникам в Англию, включая тётю, дядю и бабушку-квакера. Его родители оставались в Индии до 1928 года. В детстве он особенно привязался к местному фармацевту и дальнему родственнику, доктору Доэгу. Доэг, которого Уоддингтон называл "дедушкой", познакомил его с широким кругом наук, от химии до геологии. В год после сдачи вступительных экзаменов в университет Уоддингтон прошел интенсивный курс химии у Э. Дж. Холмьярда. Помимо того, что Холмьярд был "почти гениальным учителем химии", он познакомил Уоддингтона с "александрийскими гностиками" и "арабскими алхимиками". Благодаря этим урокам метафизики Уоддингтон впервые осознал ценность взаимосвязанных целостных систем. Уоддингтон отмечал, что это раннее образование подготовило его к философии Альфреда Норта Уайтхеда в 1920-х и 30-х годах и к кибернетике Норберта Винера и других в 1940-х годах. Он учился в Клифтонском колледже и Сидни Сассексском колледже Кембриджского университета. Он изучал естественные науки (Natural Sciences Tripos), получив высшую оценку (First) по геологии в части II в 1926 году. В 1928 году он был удостоен стипендии имени Арнольда Герстенберга в Кембриджском университете, целью которой было стимулирование "изучения моральной философии и метафизики среди студентов естественных наук, как мужчин, так и женщин". Он занял должность лектора по зоологии и был членом колледжа Христа до 1942 года. В круг его друзей входили Грегори Бейтсон, Вальтер Гропиус, Си Пи Сноу, Солли Цукерман, Джозеф Нидхэм и Джон Десмонд Бернал. Его интересы начинались с палеонтологии, но затем переключились на наследственность и развитие живых организмов. Он также изучал философию. Во время Второй мировой войны он участвовал в оперативных исследованиях в Королевских ВВС и с 1944 по 1945 год был научным советником главнокомандующего Береговым командованием. После войны, в 1947 году, он сменил Фрэнсиса Альберта Эли Крю на посту профессора генетики животных в Эдинбургском университете. Он оставался в Эдинбурге до конца жизни, за исключением одного года (1960–1961), когда он был приглашенным профессором в Центре передовых исследований Университета Уэслиана в Миддлтауне, штат Коннектикут. Его личные документы в основном хранятся в библиотеке Эдинбургского университета. Он умер в Эдинбурге 26 сентября 1975 года.
Семья
Уоддингтон был женат дважды. В первом браке у него родился сын, К. Джейк Уоддингтон, профессор физики в Университете Миннесоты, но этот брак распался в 1936 году. Затем он женился на архитекторе Маргарет Джастин Бланко Уайт, дочери писательницы Эмбер Ривз, от которой у него было две дочери: антрополог Кэролайн Хамфри (1943–) и математик Дуза Макдафф (1945–).
Эволюция
В начале 1930-х годов Уоддингтон и многие другие эмбриологи искали молекулы, индуцирующие формирование нервной трубки у амфибий. Эти поиски опережали технологические возможности того времени, и большинство эмбриологов отказались от решения таких сложных задач. Однако Уоддингтон пришел к убеждению, что ответы на вопросы эмбриологии кроются в генетике, и в 1935 году отправился в лабораторию Томаса Ханта Моргана, где изучали дрозофилу, в Калифорнии, хотя в то время большинство эмбриологов считали гены несущественными и полагали, что они играют роль лишь в незначительных явлениях, таких как цвет глаз. В конце 1930-х годов Уоддингтон разработал формальные модели, объясняющие, как продукты регуляции генов могут генерировать явления развития, и показал, как механизмы, лежащие в основе развития дрозофилы, можно изучать посредством систематического анализа мутаций, влияющих на развитие крыльев дрозофилы. В период высокой творческой активности в конце 1930-х годов он также обнаружил мутации, влияющие на фенотипы клеток, и написал свой первый учебник по «эпигенетике развития» – термин, который тогда означал внешнее проявление генетической активности. Уоддингтон ввел понятие канализации – способности организма производить один и тот же фенотип, несмотря на вариации генотипа или окружающей среды. Он также выявил механизм, названный генетической ассимиляцией, который позволял бы реакции животного на стресс окружающей среды стать фиксированной частью его программы развития, и впоследствии продемонстрировал работоспособность этого механизма. В 1972 году Уоддингтон основал Центр экологических исследований человека при Эдинбургском университете.
Эпигенетический ландшафт
Эпигенетический ландшафт Уоддингтона – это метафора, объясняющая, как регуляция генов модулирует развитие. Помимо прочих метафор, Уоддингтон предлагает представить несколько шариков, катящихся с холма. Шарики будут попадать в углубления на склоне и останавливаться в самых низких точках. Эти точки соответствуют конечным судьбам клеток, то есть типам тканей. Уоддингтон ввел термин "хреод", чтобы обозначить этот процесс клеточного развития. Эта идея была основана на экспериментах: Уоддингтон обнаружил, что одним из последствий мутации (которая может изменять эпигенетический ландшафт) является влияние на дифференцировку клеток. Он также показал, как мутации могут изменять ландшафт, и использовал эту метафору в своих рассуждениях об эволюции, подчеркивая (как и Эрнст Геккель до него), что эволюция в основном происходит посредством мутаций, влияющих на анатомию развития.
Генетическая ассимиляция
Уоддингтон предложил эволюционный процесс, "генетическую ассимиляцию", как дарвиновский механизм, позволяющий определенным приобретенным признакам становиться наследственными. По словам Нависа (2007), "Уоддингтон сосредоточил свои исследования по генетической ассимиляции на признаке "бескрылые жилки" у дрозофилы. Этот признак часто встречается у мух, подвергшихся воздействию тепла. После нескольких поколений этот признак может быть обнаружен в популяции без применения тепла, благодаря скрытой генетической изменчивости, которую, как утверждал Уоддингтон, удалось "ассимилировать".
Неодарвинизм против ламаркизма
Теория генетической ассимиляции Уоддингтона была спорной. Эволюционные биологи Теодосий Добжанский и Эрнст Майр считали, что Уоддингтон использовал генетическую ассимиляцию для поддержки ламаркианского наследования. Они отрицали, что генетическая ассимиляция имела место, и утверждали, что Уоддингтон просто наблюдал естественный отбор генетических вариантов, которые уже существовали в исследуемой популяции. Другие биологи, такие как Уоллес Артур, не согласны, утверждая, что "генетическая ассимиляция выглядит как ламаркианство, но им не является. Это особый случай эволюции фенотипической пластичности". Адам С. Уилкинс писал, что "[Уоддингтон] при жизни был широко воспринят прежде всего как критик неодарвиновской эволюционной теории. Его критика была сосредоточена на том, что он считал нереалистичными, "атомистическими" моделями как отбора генов, так и эволюции признаков". В частности, по словам Уилкинса, Уоддингтон полагал, что неодарвинисты серьезно недооценивали феномен обширных генных взаимодействий и что "случайность" мутационных эффектов, постулируемая в теории, была ошибочной. Хотя Уоддингтон критиковал неодарвиновскую синтетическую теорию эволюции, он все же называл себя дарвинистом и призывал к расширенному эволюционному синтезу, основанному на его исследованиях. Рассматривая эту дискуссию в 2015 году, системный биолог Денис Нобл пишет, что [Уоддингтон] не называл себя ламаркистом, но, раскрывая механизмы наследования приобретенных характеристик, по моему мнению, его следует рассматривать именно так. Причина, по которой он этого не сделал, заключается в том, что Ламарк не мог представить процессы, которые раскрыл Уоддингтон. Кстати, также верно и то, что Ламарк не изобрел идею наследования приобретенных характеристик. Но, независимо от исторической точности, сегодня мы застряли с термином "ламаркианский" для обозначения наследования характеристики, приобретенной под влиянием окружающей среды.
[Waddington] did not describe himself as a Lamarckian, but by revealing mechanisms of inheritance of acquired characteristics, I think he should be regarded as such. The reason he did not do so is that Lamarck could not have conceived of the processes that Waddington revealed. Incidentally, it is also true to say that Lamarck did not invent the idea of the inheritance of acquired characteristics. But, whether historically correct or not, we are stuck today with the term 'Lamarckian' for inheritance of a characteristic acquired through an environmental influence.
Как организатор
Уоддингтон активно способствовал развитию биологии как научной дисциплины. Он внес вклад в книгу о роли науки во время войны и помог в создании нескольких профессиональных организаций, представляющих интересы биологии. Значительное число его коллег в Эдинбурге стали членами Королевского общества в период его работы там или вскоре после этого. Уоддингтон был интеллигентом старой закалки, который жил и работал как в художественной, так и в научной среде 1950-х годов и много публиковался. Его книга 1969 года «За видимым: исследование взаимосвязи живописи и естественных наук в этом столетии» (издательство MIT) отличается прекрасными иллюстрациями и до сих пор представляет интерес для читателя. Уоддингтон, несомненно, был самым оригинальным и значительным мыслителем в области биологии развития до молекулярной эпохи, и медаль Британского общества по биологии развития носит его имя. В 1969 году Уоддингтон совместно с профессором Джоном МакКуином, профессором шотландской литературы и устной традиции, основал Институт передовых гуманитарных исследований при Эдинбургском университете.
Бумаги
Уоддингтон, Ч. Х. (1942). Канализация развития и наследование приобретенных признаков. Nature 150 (3811): 563–565. (1946). Человеческие идеалы и человеческий прогресс. World Review, август: 29–36. ––– & Картер Т. С. (1952). Мальформации эмбрионов мышей, вызванные трипановым синим. Nature 169 (4288): 27–28. ––– (1952). Выбор генетической основы приобретенного признака. Nature 169 (4294): 278. ––– (1953). Генетическая ассимиляция приобретенного признака. Evolution 7: 118–126. ––– (1953). Эпигенетика и эволюция. Симпозиумы Общества экспериментальной биологии 7: 186–199. ––– (1956). Генетическая ассимиляция фенотипа биторакс. Evolution 10: 1–13. ––– (1961). Генетическая ассимиляция. Advances in Genetics 10: 257–290. ––– (1974). Теория катастроф в эволюции. Annals of the New York Academy of Sciences 231: 32–42. ––– (1977). (опубликовано посмертно). Уайтхед и современная наука. Разум в природе: на стыке науки и философии. Под ред. Джона Б. Кобба и Дэвида Р. Гриффина. Издательство Университета Америки.