Ученые выяснили, что самцы бразильских свинок (Cavia aperea) могут приспосабливаться к повышению температуры окружающей среды и передавать соответствующие изменения своему потомству. Метаморфозы носят эпигенетический характер, то есть не затрагивают саму структуру ДНК. Это первый опыт подобных исследований с участием диких, а не лабораторных животных. Результаты исследования опубликованы в журнале Genes.

Быстрые изменения окружающей среды из-за вмешательства человека становятся настоящим испытанием для флоры и фауны. Кораллы, например, очень чувствительны к температуре, а процесс размножения некоторых рептилий, лягушек и крокодилов, тесно связан с определенными климатическими условиями. Учитывая, как быстро меняются условия среды в последнее время, конкурентное преимущество получают те виды, которые быстрее приспосабливаются к переменам. Механизм мутаций и естественного отбора может оказаться недостаточно эффективным, так как зависит от случайных изменений в генетическом коде, которые могут как облегчить процесс выживания особи, так и не дать никаких ощутимых преимуществ. Однако многоклеточные организмы могут регулировать работу генов и не меняя саму последовательность ДНК — с помощью эпигенетических механизмов. В этом случае генетический код не меняется, но работа определенных генов активируются или подавляются с помощи эпигенетических меток — химических модификаций либо самой ДНК, либо белков, с которыми она связана (гистонов).

Давно известно, что эпигенетические изменения могут передаваться по наследству. Однако из-за более тесной связи матери с плодом, долгое время оставалось неясным, могут ли подобные изменения передаваться со стороны отца. Группа биологов из Института исследования зоологии и дикой природы имени Лейбница в Берлине под руководством Александры Вейрих (Alexandra Weyrich) провела эксперимент с двумя группами бразильских свинок: первая состояла из пяти самцов, вторая — из десяти самок. Самцы в течение двух месяцев находились в условиях повышенной температуры (разница составляла порядка 10 градусов по Цельсию). Срок в два месяца выбран не случайно — именно столько занимает процесс сперматогенеза у морских свинок.

«Нашей задачей было выяснить, передаются ли подобные изменения по наследству и какова роль отцов в этом процессе», — говорит Вейрих.

Ученые исследовали потомство самцов, которое появилось на свет до изменений окружающей среды и после двухмесячного периода — самки при этом не подвергались никаким воздействиям. Одно из наиболее важных эпигенетических изменений — так называемое метилирование ДНК. Процесс метилирования состоит в присоединении метильной группы к цитозину. Ученые сравнили характер метилирования у потомков мужского пола, которые были получены от одних и тех же самцов до и после контрольных изменений окружающей среды. Так как бразильские свинки, как и все млекопитающие, сохраняют постоянную температуру тела, в качестве индикатора изменений была выбрана печень животных — важный терморегулирующий орган.

В результате ученые выявили, что на изменение условий окружающей среды, в частности повышение температуры, у бразильских свинок следует немедленный эпигенетический ответ. Более того, соответствующие изменения в характере метилирования ДНК передаются по наследству — у потомства, которое последовало после воздействия на особей-отцов, уровень метилирования отличался от того, который ученые могли наблюдать у предыдущего помета. Такой механизм быстрой и стойкой адаптации животных к изменению климата может оказаться решающим в контексте глобального потепления, считают ученые.