Большая ложь биологии. Сперматозоид — это не просто курьер ДНК, а флешка со всем вашим прошлым

Зачатие кажется простым и механическим процессом. Сперматозоид приносит в яйцеклетку отцовскую ДНК — и на этом его роль заканчивается. Всё остальное, от среды внутри клетки до условий развития эмбриона, считается вкладом матери. Такой взгляд долгое время казался естественным и почти не подвергался сомнению.

Однако за последние два десятилетия в биологии накопилось достаточно данных, чтобы эту картину усложнить. Работы нескольких независимых лабораторий показывают: сперматозоид может переносить не только генетический код, но и дополнительные молекулы, способные повлиять на развитие будущего организма. Эти «попутчики» попадают в яйцеклетку вместе с ДНК и, по всей видимости, несут информацию о состоянии отца — его питании, уровне физической нагрузки, пережитом стрессе и других факторах жизни до зачатия.

Большинство таких исследований пока выполнено на мышах, но их выводы заставляют по-новому взглянуть на само понятие наследственности. Идея заключается в том, что отцовский опыт может отражаться в молекулярном составе спермы и затем участвовать в настройке работы генов уже в первые часы и дни после оплодотворения. Центральное место в этой истории занимают РНК — нестабильные молекулы, которые создаются на основе ДНК и отражают текущую активность генов в клетках.

При этом сами исследователи подчёркивают: речь не идёт о сенсации, которую можно безоговорочно переносить на человека. Механизмы такого переноса информации остаются плохо изученными. Непонятно, каким образом жизненный опыт превращается в молекулярный сигнал, как этот сигнал попадает в сперматозоиды и почему его эффект не исчезает сразу после оплодотворения. Из-за сложности экспериментов на людях учёные стараются не делать преждевременных выводов и говорят о своих результатах максимально осторожно.

Чтобы разобраться в происходящем, биологи постепенно выстраивают логическую цепочку. Первый шаг — понять, как организм мужчины вообще запоминает условия жизни на молекулярном уровне. Известно, что питание, стресс или физическая активность меняют состав метаболитов, гормонов и РНК, циркулирующих в крови. Второй шаг — выяснить, каким образом эти молекулы могут попасть в половые клетки. И третий — проследить, как они влияют на развитие эмбриона и формирование признаков у взрослого потомства.

Всё это относится к области эпигенетики — наследственных изменений, которые не затрагивают саму последовательность ДНК, но влияют на то, какие гены работают активнее, а какие подавляются. Эпигенетические механизмы лежат в основе одного из главных парадоксов биологии: все клетки человеческого тела имеют одинаковую ДНК, но при этом нервные клетки, клетки печени и крови ведут себя совершенно по-разному. Это различие определяется не кодом, а тем, как и когда он используется.

Классические эпигенетические процессы связаны с химическими метками на ДНК и белках, вокруг которых она упакована. Эти метки могут открывать или закрывать доступ к определённым участкам генома. Но в последние годы всё больше внимания уделяется роли РНК. Раньше их считали слишком нестабильными, чтобы участвовать в наследственных процессах, однако теперь ясно, что некоторые виды РНК могут сохраняться долго и активно вмешиваться в регуляцию генов. Особенно важны микроРНК — за открытие механизмов их работы в 2024 году была присуждена Нобелевская премия.

Одним из первых, кто серьёзно занялся сперматозоидными РНК, стал репродуктивный биолог Ци Чэнь. В 2012 году его группа с помощью секвенирования описала набор коротких РНК в сперме мышей и обнаружила неожиданную деталь: по мере созревания сперматозоидов концентрация некоторых РНК резко возрастает, а сами молекулы накапливаются в головке рядом с ДНК. Более того, похожие РНК обнаруживались в крови самых разных позвоночных, включая человека. Это навело исследователей на мысль, что такие молекулы могут переноситься между тканями и попадать в половые клетки.

Следующий эксперимент сделал гипотезу более осязаемой. Команда Чэня сравнила состав РНК в сперме мышей, которых кормили по-разному. У животных на диете с высоким содержанием жиров наборы РНК заметно отличались от контрольных. Когда эти РНК вводили в оплодотворённые яйцеклетки, у части потомства проявлялись метаболические нарушения, связанные с таким типом питания. Это выглядело так, словно одного лишь «груза» РНК оказалось достаточно, чтобы изменить раннюю настройку развития.

Параллельно другие исследователи пытались понять, где именно сперматозоиды получают дополнительные молекулы. Важную роль здесь сыграли работы эпигенетика Оливера Рандо. Его группа показала, что почти весь набор малых РНК сперматозоиды приобретают не в яичке, а позже — в придатке яичка, или эпидидимисе. Именно там сперматозоиды дозревают в течение одной–двух недель перед тем, как стать способными к оплодотворению.

Оказалось, что РНК доставляются в сперму с помощью крошечных пузырьков — внеклеточных везикул. В эпидидимисе такие структуры, получившие название эпидидимосом, переносят РНК из окружающих тканей прямо в сперматозоиды. Это делает придаток яичка своего рода фильтром, через который организм может передавать информацию о внешней среде половым клеткам.

С этим хорошо перекликаются исследования Изабель Мансуи, изучающей последствия сильного стресса. В её экспериментах травматические воздействия в раннем возрасте мышей приводили к изменениям в метаболизме, которые проявлялись не только у самих животных, но и у их потомства. В некоторых случаях такие эффекты прослеживались на протяжении нескольких поколений. Мансуи также показала, что внеклеточные везикулы в крови могут переносить РНК и другие молекулы, связанные со стрессом, к сперматозоидам. В одном из недавних препринтов её группа описала, что такие изменения отражаются и в сперме следующего поколения — важный, хотя пока ещё не окончательно подтверждённый результат.

Самым трудным остаётся вопрос о том, как именно молекулы из спермы влияют на будущие признаки взрослого организма. Один из подходов здесь прост по идее: исследователи извлекают РНК из спермы самцов, подвергшихся стрессу, диете или физической нагрузке, и вводят их в зиготу. Если у потомства затем проявляются схожие признаки, это указывает на причинную роль РНК.

Ранний эмбрион особенно чувствителен к таким воздействиям. В первые стадии развития происходят масштабные перестройки регуляции генов, и даже небольшое вмешательство в этот момент может иметь далеко идущие последствия. Работы группы Колина Конина показали, что микроРНК спермы действительно способны менять экспрессию генов в эмбрионах мышей, поддерживая идею о передаче признаков через молекулы, не связанные напрямую с ДНК.

Новым шагом стала публикация в Cell Metabolism в ноябре 2025 года, где исследователи проследили влияние отцовской физической нагрузки. У тренированных самцов мышей в сперме оказалось больше определённых микроРНК, нацеленных на гены, отвечающие за работу митохондрий и обмен веществ. Когда эти микроРНК попадали в зиготу, у взрослого потомства формировались более выносливые мышцы и повышенная физическая работоспособность. Авторы также показали, что микроРНК подавляют конкретный белок, тем самым усиливая активность метаболических генов.

Любопытно, что похожие микроРНК в повышенных количествах обнаружили и в сперме физически активных мужчин. Это не доказывает, что у людей действует та же цепочка, но указывает на возможную сохранность механизма между видами.

В итоге идея о том, что опыт отца может оставить молекулярный след, передаваемый следующему поколению, перестаёт выглядеть экзотической. При этом учёные подчёркивают: пока речь идёт о фрагментарной картине, собранной из отдельных экспериментов. Полного понимания механизмов всё ещё нет, и подтверждение таких эффектов у людей потребует долгих, сложных и аккуратно поставленных исследований.

Тем не менее направление уже меняет представления о наследственности. Если эти выводы подтвердятся, они добавят к классической генетике ещё один слой — молекулярную память о прожитой жизни, которая может влиять на развитие будущих поколений.