Molekylär Lamarckism: om utvecklingen av mänsklig intelligens

experiment och observationer

William McDougall (1927) publicerade ett papper med titeln ”Ett Experiment för testning av hypotesen om Lamarck.”Han rapporterade att den första generationen råttor gjorde i genomsnitt 165 misstag under sin första körning genom en labyrint. Efter lite övning lärde sig råttorna att utföra uppgiften perfekt. Avkomman till dessa utbildade råttor gjorde emellertid i genomsnitt endast 20 misstag vid sin första körning som om de hade ärvt den förvärvade labyrintkörningsförmågan. Man drog slutsatsen att Lamarckian-överföring är en verklig process i naturen. Andra har varit oense och spekulerat i att effekten härrör från utbildning från förälder till ung (Sonneborn, 1931). I vilket fall som helst är detta ett av de tantalizing experiment som förtjänar mer grundlig studie. Det är till exempel tänkbart att McDougalls resultat kan förklaras med ”spårmarkering” feromoner deponerade av den första generationen längs den gynnsamma vägen. En andra labyrint för avkommans experiment, identisk i design men feromonfri, kan användas för att utesluta denna möjlighet. Poängen här är att Lamarckism är ett testbart koncept.

det finns många exempel på en så kallad ”farseffekt” som involverar ärftlig genetisk överföring. Till exempel fann Sobey och Connolly (1986) att när manliga kaniner (”bucks”) med en förvärvad immunitet mot Myxomatosviruset parades med icke-immuna kvinnliga kaniner (”does”), överfördes immuniteten till avkomman. Ett förvärvat drag var tydligt ärvt. Denna ”Far effekt” manifesterade sig också när en icke-immun buck parades med en icke-immun doe som tidigare hade parats med en immun buck. Några av avkommorna föddes igen med en immunitet mot viruset, men förmodligen var spermierna från den första parningen med immunbocken långt borta. På något sätt manifesterade genetisk information från immunbocken, deponerad i doe, sig mycket senare i avkomman från den andra parningen.

före pupningen kryper pilmot larven nära spetsen av ett blad och drar bladet, börjar med spetsen och slutar nära stammen, runt kroppen. Det rullade bladet hålls på plats med en bana. För femtio år sedan undrade en forskare med namnet Harry Schroeder vad som skulle hända om bladets spets togs bort (Taylor, 1983, s.48-49). Han fann att larverna löste dilemmaet genom att rulla bladet från sida till sida snarare än mellan termini. Mer intressant upptäckte Schroeder att 4 av 19 ättlingar till de sidrullande larverna också rullade från sidan även när de utsattes för normala, oklippta löv. Det verkar som om ett förvärvat beteende hade ärvts.

Anway, Cupp och Uzumcu (2009) rapporterade experiment där gravida råttor hade utsatts för vinclozolin, en fungicid som är känd för sina hormonella effekter. Den manliga unga upplevde minskat antal spermier och livskraft, vilket resulterade i en minskning av fertiliteten. Dessa effekter överfördes genom den manliga könslinjen till nästan alla män i de följande fyra generationerna.

en lista över Lamarckian-typ experiment måste inkludera de av Gorczynski och Steele (1980). För att förstå dessa experiment bör man vara medveten om P. Medawars Nobelprisarbete som utförts tre decennier tidigare. Medawar visade att främmande celler injicerade i en nyfödd mus kommer att tillåta, senare i livet, acceptans av ett transplantat som består av samma främmande celler. Således kunde Medawar ympa på en vit mus en svart lapp från en annan mus efter att först ha utsatt den vita musen, medan den är nyfödd, för de svarta cellerna. Med andra ord orsakade tidig injektion av svarta celler att vita möss blev icke-immunogena mot svartcellstransplantat senare i livet.Gorczynski och Steele (1980) fann att 50% av de vita avkommorna från transplantattoleranta män också var toleranta mot svarta transplantat trots att de nyfödda vita avkommorna, till skillnad från sin far, aldrig hade utsatts för svarta celler. Den andra generationen obehandlade vita råttor var tolerant mot svarta transplantat i 20-40% av fallen. Man drog slutsatsen att immunitetsfaktorer i de svarta cellerna hade överförts till groddlinjen (kanske via virus) eller, enklare sagt, en förvärvad tolerans hade ärvts. Det bör konstateras att andra har haft svårigheter att reproducera detta arbete, och den resulterande debatten är fortfarande olöst.

genetiker T. Sonneborn avlägsnades genom mikrokirurgi en bit av cortexen (yttre ytan) av paramecium, ett encelligt djur täckt av cilia (små hår) (Beisson & Sonneborn, 1965). Forskaren återinförde sedan stycket efter att ha roterat det 180 kcal från sin ursprungliga position. Det var uppenbart att stycket hade roterats eftersom paramecium nu hade ett segment av cilia som pekade i ”fel” riktning. Anmärkningsvärt hade parameciums avkomma också en inverterad rad av cilia. Den förvärvade drag hade skenbart ärvt i sann Lamarckian mode.

parathyroidkörteln hjälper till att upprätthålla kalciumnivåerna i blodet. När körteln avlägsnas (en ”parathyroidektomi”) minskar kalciumnivåerna. Fujii (1978) utförde parathyroidektomier på gravida råttor. Deras nyfödda avkommor upplevde liten minskning av kalcium under de första 24 timmarna av livet trots att parathyroidektomier hade utförts på dem vid födseln. Med andra ord skyddade parathyroidavlägsnande från moderroten den nyfödda från effekterna av en liknande operation. I ett kontrollexperiment utsattes inte mödrar för operationen medan avkomman var. Ingen av dessa avkommor visade skyddet tydligt i det tidigare experimentet. I det sista och mest informativa experimentet parades en bror och syster med en parathyroidektomiserad mamma, men som fick behålla sina thyroider. Avkomman till sådana fackföreningar producerade nyfödda råttor med ett skyddande svar på att deras parathyroider avlägsnades. Effekten kvarstod i fyra generationer, den uppenbara implikationen var att ett förvärvat drag, nämligen skydd mot parathyroidavlägsnande, är ärftligt.

J. A. Arai och kollegor (2009) exponerade unga möss till 2 veckor av ett förbättrat anrikningsprogram inklusive tillgång till nya leksaker och förhöjda nivåer av sociala interaktioner. Programmet förbättrade avsevärt minnet och den långsiktiga förmågan att lära sig. Det är viktigt att fördelarna ärvdes av avkommor trots att avkommorna själva inte hade utsatts för anrikningsprogrammet. Korrekta kontroller hade utförts. Således delades avkommor av ”berikade” mödrar i två grupper, varav den ena gavs till ”berikade” fostermödrar och den andra till ”icke-berikade” fostermödrar. Typen av fostermor visade sig inte göra någon skillnad. Båda grupperna av avkommor tjänade lika på den stimulerande miljö som deras biologiska mödrar upplevde före deras födelse. Detta verkar vara ett tydligt fall av ärftlig anpassning som genereras av en miljöförändring.Victor Jollos (1921) i Tyskland fann att Paramecium aurelia utvecklade specifikt motstånd vid exponering för arsenik, höga saltnivåer, värme och antiserum mot ytantigener. Dessa motstånd (kallade ”Dauermodifikations” eller varaktiga förändringar) kan överföras i hundratals generationer och så småningom försvinna. Resistens mot antiserum kan överföras via cytoplasman, men en detaljerad förståelse av effekten på molekylär nivå klargjordes aldrig. En annan möjlighet med arsenikexponeringen är till exempel att Jollos hade att göra med paramecia med arsenikresistenta gener, redan i genomet, förstärkta av arseniken. I båda fallen dikterade miljön genetiken, kärnan i Lamarckism.

det har gjorts många andra undersökningar som liknar Jollos. Till exempel experimenterade Sir Cyril Hinshelwood, en Nobelprisvinnande fysisk kemist, med bakterier som hade odlats på subletala nivåer av giftiga läkemedel (Dean & Hinshelwood, 1963). De flesta, men inte alla, av bakterierna överlevde, och de överlevande överfördes sedan upprepade gånger till färska medier som innehöll drogerna. Hinshelwood observerade att bakterierna gradvis anpassades till drogerna i en utsträckning beroende på antalet seriella passager som bakterierna hade exponerats för. Efter ett tillräckligt antal passager överlevde 100% av bakterierna drogerna. Dessa resistenta bakterier odlades sedan i flera generationer på drogfria medier. När bakterierna överfördes till läkemedelshaltiga medier överlevde de alla, vilket indikerar att den ursprungliga resistensen hade bibehållits under tillväxt och multiplikation i det drogfria mediet. Hinshelwood drog slutsatsen att han observerade en ärftlig adaptiv förändring, inte olik den som Lamarck föreslog.Hinshelwoods arbete drog utbredd uppsägning eftersom hans motståndare hävdade att anpassningarna hade uppstått från spontana mutationer, i en darwinistisk Typ mekanism, snarare än från ärftliga miljöinducerade effekter. Faktum är att mutationer ofta åberopas som ett argument mot ärftliga miljöeffekter även de som härrör från kost och andra faktorer som vanligtvis anses vara icke-Mutagena. Även om det är svårt att helt eliminera bidrag från mutationshändelser, gynnar flera funktioner i Hinshelwoods data definitivt en Lamarckian över en neo-darwinistisk mekanism: (a) doserna var subletala, så det här är inte ett fall där alla bakterier dödas av förutom några resistenta mutanter som fortsätter att föröka sig. (b) läkemedel med olika struktur visade alla effekten, och inget av läkemedlen är känt för att vara mutagent. (c) snarare än ett ”allt eller inget” beteende som är karakteristiskt för många mutationer, var det en nästan kontinuerlig ökning av resistens när antalet passager på läkemedelsinnehållande medier utvecklades. (D) resistens uttrycktes snabbare i hela populationen än vad som skulle förväntas från sällsynta mutationshändelser. (E) till skillnad från de flesta mutationsbeteenden återfick bakterierna sin ursprungliga läkemedelskänsliga fenotyp efter att de hade odlats i många generationer på drogfria medier. Gradvis reversibilitet är mer adaptiv i ursprung än mutational.

Dias och Ressler (2014) har nyligen rapporterat i Nature Neuroscience på hanmöss som hade utbildats för att associera, Pavlov-stil, lukten av acetofenon med milda fotchocker. Avkomman till dessa möss med oexponerade kvinnor var rädda för lukten även om de aldrig hade stött på det tidigare. Rädslesvaret överfördes till nästa generation även om de uppfattades genom artificiell insemination med hjälp av spermier från sensibiliserade möss. Som i allmänhet är det oklart exakt hur information överförs mellan generationer.

naturen själv har visat att ärftlig överföring av egenskaper uppstår från andra effekter än förändringar av DNA-nukleotidsekvenser (dvs. mutationer). Till exempel differentierar celler i mänskliga embryon till en mängd fenotyper såsom nerv, hud, blod och ben. Eftersom alla dessa celltyper i en given människa har identiska DNA-sekvenser måste det finnas en form av cellulärt arv som beror på interaktionen mellan cellerna och deras miljöer i motsats till klassisk DNA-baserad arv. Det faktum att celler i tarmen och benmärgen fortsätter sig i tusentals generationer visar att de egenskaper som förvärvas av de differentierade embryonala cellerna är varaktiga.även med tanke på möjligheten att ett eller flera av ovanstående provförsök kan vara otillräckligt verifierade (eller till och med felaktigt tolkade) finns det en sådan eftersläpning av olika data som tyder på ärftligheten hos förvärvade egenskaper att det är omöjligt att ignorera Lamarckian-konstruktionen. Uppenbarligen Lamarck hade ingen aning om genetiken bakom arvet av förvärvade egenskaper, precis som Darwin hade ingen aning om genetiken bakom hans survival of the fittest. I den efterföljande diskussionen kommer jag ofta att jämföra ” Lamarckian arv ”med den modernare termen” epigenetisk arv”(Jablonka & lamm 1995, 1998). Följaktligen är epigenetik till Lamarckism som neo-Darwinism är till Darwinism. Med andra ord ger epigenetik en molekylär jordning till arvet av förvärvade egenskaper. Man kan mycket väl använda termen ” neo-Lamarckism ”istället för” epigenetik ” förutom att den senare bär mindre känslomässigt och historiskt bagage med sig.

det bör genast anges att epigenetik inte står i direkt konflikt med naturligt urval. Båda modellerna åberopar tanken att gynnsamma egenskaper (oavsett om de förvärvas eller muteras i ursprung) kan överföras företrädesvis till avkomman och därigenom fortsätta egenskapen (”naturligt urval”). Men epigenetisk arv ger en ytterligare källa till variation, härledd från miljöförhållanden, som inte ingår i neo-darwinistisk teori och de många nuvarande off-shoots baserade på den. Skillnaden mellan de två konstruktionerna är kritisk. Man skapar förändring som svar på yttre stimuli, den andra skapar förändring enligt slumpmässiga förändringar i DNA-sekvensering. Låt oss nu överväga molekylära aspekter av transgenerationell epigenetisk arv.