Начнём с исследований пчёл, у которых существует жёсткая кастовая система, определяющая судьбу особи. Существует репродуктивная матка (долгоживущая, крупная), бесплодные рабочие пчёлы (самки с редуцированными яичниками) и трутни (самцы, развивающиеся из неоплодотворённых яиц для спаривания). Парадокс этого кастового деления в том, что генетически идентичные личинки самок (матка и рабочие) развиваются по радикально разным путям исключительно под влиянием диеты.

Личинка, непрерывно получающая маточное молочко рабочих пчёл, развивается в матку. Этот механизм был раскрыт в работе Кучарского[4]: ключевой компонент молочка, белок роялактин, подавляет активность особого фермента – главного «установщика» метильных меток на ДНК. Это приводит к массовому снятию «блокировок» с генов (гипометилированию), ответственных за развитие яичников, рост тела и долголетие.

У личинок-работниц, питающихся пергой и мёдом, эти гены гиперметилированы (выключены), и путь предопределён: стерильность, малый размер, короткая жизнь.

Интересно, что личинка, которой суждено стать маткой, должна получать исключительно маточное молочко в течение всего периода личиночного развития (около пяти-шести дней). Если её перевести на рацион рабочих пчёл (перга и мёд) даже на поздней стадии, разовьётся промежуточный (часто нежизнеспособный) фенотип. Если же личинку, предназначенную стать рабочей пчелой, пересадить в маточник и начать кормить маточным молочком в первые 48–72 часа её жизни – она разовьётся в полноценную матку.

Так из одной ДНК создаются два совершенно разных фенотипа[5] (см. рис. на стр. 58).

Теперь на баночку маточного молочка в аптеке смотрю с уважением. Это вам не просто БАД, а «эпигенетический допинг» пчелиного королевства! Хотя, если подумать, не так уж мы и отличаемся от пчёл: наш «роялактин» – это стресс, диета и… ну, скажем, социальный статус.

И это не все прекрасные открытия в области эпигенетики, которые принесли нам пчёлы. Одно из самых интересных – исследование о трансгенерационной передаче уязвимости[6].

Матка – «сердце» улья, производящее всё потомство. Её стресс (вызванный пестицидами, клещами, голодом) имеет далеко идущие последствия. Например, стресс изменяет эпигенетические настройки в яйцеклетках – «молекулярные переключатели», управляющие генами. В результате её потомство рождается с проблемами:

• иммунитет не справляется с инфекциями (гены защиты работают слабее);

• пчёлы хуже запоминают дорогу к цветам;

• чаще гибнут в молодом возрасте.

В итоге это делает всю пчелиную семью беззащитной перед угрозами.

В отличие от самок, развивающихся из оплодотворённых яиц, трутни – гаплоидные[7] самцы, рождающиеся из неоплодотворённых яиц, и их развитие не зависит от того, чем они питаются. Однако «качество» трутней (размер, жизнеспособность) может косвенно зависеть от стресса матки, влияющего на состояние улья и ресурсы.

Поэтому улей не просто суперсистема. Это природная лаборатория, где среда (пища, токсины) через эпигенетику пишет биографию особи и её потомства, минуя изменения в коде ДНК.

Исследования эпигенетики пчёл (в основном метилирования ДНК) помогли человеку понять, как одинаковые гены под влиянием среды (питание, стресс) могут приводить к радикально разным судьбам и функциям особей (например, рабочая пчела и матка). Это позволило сделать ключевые выводы:

• эпигенетические механизмы (особенно метилирование ДНК) – фундаментальный способ регуляции генов у самых разных организмов, включая человека;

• среда формирует биологию: факторы среды (например, состав маточного молочка) через эпигенетику определяют развитие, физиологию и даже поведение;

• эпигенетика управляет дифференцировкой клеток и развитием сложных признаков из одного генома – понимание этих механизмов важно для регенеративной медицины человека;

• загрязнители (пестициды, токсины) через эпигенетические нарушения вредят здоровью, предупреждая о рисках и для человека.

Безусловно, пчёлы – наглядная модель для изучения эпигенетических основ сложного социального поведения, обучаемости и долговременной памяти, доказавшая, что эпигенетика – ключевой мост между средой, генами и сложными биологическими процессами (развитие, поведение, здоровье), что применимо и к человеку.