Плазма зародыша и барьер Вейсмана: теория наследственности.

Введение

Биологическая концепция

Кеймплазма (Keimplasma) — это биологическая концепция, разработанная в XIX веке немецким биологом Августом Вейсманом. Она утверждает, что наследственная информация передается исключительно половыми клетками в половых железах (яичниках и семенниках), а не соматическими клетками. Связанное с этим представление о невозможности передачи информации от соматических клеток к зародышевой линии, в отличие от ламаркизма, называется барьером Вейсмана. В определенной степени эта теория предвосхитила развитие современной генетики.

История

Термин «кеимплазма» (плазма зародыша) впервые был использован немецким биологом Августом Вейсманом (1834–1914) и описан в его книге 1892 года Das Keimplasma: eine Theorie der Vererbung (Плазма зародыша: теория наследственности). Его теория утверждает, что многоклеточные организмы состоят из зародышевых клеток, содержащих и передающих наследственную информацию, и соматических клеток, выполняющих обычные функции организма. Согласно теории плазмы зародыша, наследственность в многоклеточном организме осуществляется исключительно через зародышевые клетки: гаметы, такие как яйцеклетки и сперматозоиды. Другие клетки организма не выступают в качестве агентов наследственности. Эффект однонаправленный: зародышевые клетки производят соматические клетки и новые зародышевые клетки; на зародышевые клетки не оказывают влияния знания, приобретенные соматическими клетками, или какие-либо способности, приобретаемые организмом в течение жизни. Генетическая информация не может передаваться из сомы в плазму зародыша и, следовательно, в следующее поколение. Это явление известно как барьер Вейсмана. Эта идея, если она верна, исключает наследственность приобретенных признаков, предложенную Жаном Батистом Ламарком, как и многими другими до него, и принятую Чарльзом Дарвином как в «Происхождении видов», так и в рамках его теории пангенеза наследственности. Однако внимательное изучение работ Вейсмана на протяжении всей его карьеры показывает, что его взгляды были более нюансированными. Он, как и Дарвин, настаивал на том, что для возникновения изменчивости наследственного материала необходима изменчивая среда. Случаи, подобные случаю с Долли, клонированной овцой, доказали посредством переноса ядра соматической клетки, что взрослые клетки сохраняют полный набор информации – в отличие от все более четко сформулированной Вейсманом идеи о постепенной потере генетической информации, – тем самым опровергнув этот аспект теории Вейсмана как общее правило развития метазоев. Тем не менее, генетическая информация легко теряется соматическими клетками в некоторых группах животных посредством обработки соматического генома. Наиболее известным примером являются нематоды, у которых явление уменьшения хроматина впервые было описано Теодором Бовери в 1887 году. Эта идея была в некоторой степени предвосхищена в статье 1865 года Фрэнсиса Гальтона, опубликованной в журнале Macmillan's Magazine, в которой была представлена слабая версия этой концепции. В 1889 году Вейсманн писал, признавая, что «Вы изложили в своей работе идею, которая в одном существенном пункте почти совпадает с основной идеей, содержащейся в моей теории непрерывности плазмы зародыша».

The term Keimplasma (germ plasm) was first used by the German biologist, August Weismann (1834–1914), and described in his 1892 book Das Keimplasma: eine Theorie der Vererbung (The Germ Plasm: a theory of inheritance). His theory states that multicellular organisms consist of germ cells that contain and transmit heritable information, and somatic cells which carry out ordinary bodily functions. In the germ plasm theory, inheritance in a multicellular organism only takes place by means of the germ cells: the gametes, such as egg cells and sperm cells. Other cells of the body do not function as agents of heredity. The effect is one way: germ cells produce somatic cells, and more germ cells; the germ cells are not affected by anything the somatic cells learn or any ability the body acquires during its life. Genetic information cannot pass from soma to germ plasm and on to the next generation. This is referred to as the Weismann barrier. This idea, if true, rules out the inheritance of acquired characteristics as proposed by Jean Baptiste Lamarck, like others before him, and accepted by Charles Darwin both in On the Origin of Species and as part of his pangenesis theory of inheritance. However, a careful reading of Weismann's work over the span of his entire career shows that he had more nuanced views. He insisted, like Darwin, that a variable environment was necessary to cause variation in the hereditary material. Cases such as Dolly, the cloned sheep, proved via somatic cell nuclear transfer that adult cells retain a complete set of information – as opposed to Weismann's increasingly determined gradual loss of genetic information – putting this aspect of Weismann's theory to rest as a general rule of metazoan development. However, genetic information is readily lost by somatic cells in some groups of animals through somatic genome processing. The best known example are the nematodes, in which the phenomenon of chromatin diminution was first described by Theodor Boveri in 1887. The idea was to some extent anticipated in an 1865 article by Francis Galton, published in Macmillan's Magazine, which set out a weak version of the concept. In 1889 Weismann wrote to acknowledge that "You have exposed in your paper an idea which is in one essential point nearly allied to the main idea contained in my theory of the continuity of germ plasm".

Современный взгляд

Идея барьера Вейсмана, а именно, что изменения, приобретенные организмом в течение жизни, не могут передаваться потомству, по-прежнему широко распространена. Это нашло отражение в молекулярных терминах в виде центральной догмы молекулярной биологии, утверждающей, что информация, закодированная в белках, не может быть возвращена в генетически наследуемую информацию, закодированную в нуклеиновых кислотах. Однако представление Вейсмана о том, что зародышевые клетки не подвержены влиянию соматических клеток или окружающей среды, оказывается не абсолютным. Химические модификации нуклеотидных оснований, составляющих генетический код, такие как метилирование цитозинов, а также модификации гистонов, вокруг которых ДНК организована в структуры высшего порядка, зависят от метаболического и физиологического состояния организма и в некоторых случаях могут быть унаследованы. Такие изменения называются эпигенетическими, поскольку они не изменяют последовательность нуклеотидов.