Геном. Автобиография вида в 23 главах Ридли Мэтт

Хромосома 9

Болезни

На хромосоме 9 лежит хорошо известный ген — ген группы крови. Задолго до того как появился генетический фингерпринт, в криминалистике широко использовалось определение группы крови. Если на месте преступления были пятна крови, то с помощью сравнительного анализа можно было установить, совпадает ли группа крови пятен с группой подозреваемого. Если группы были разными, с человека снималось подозрение, если одинаковые — это ничего не доказывало, так как вероятность случайного совпадения очень высока. Поскольку судьи и присяжные никогда не были сильны в науке, на неопределенности данных о группе крови можно было сыграть как в сторону защиты, так и в сторону обвинения. В 1946 году суд Калифорнии признал Чарли Чаплина отцом нескольких незаконнорожденных детей, несмотря на полное несоответствие их групп крови, оправдываясь тем, что эти данные ненадежны. В наши дни определение группы крови в криминалистике уходит в прошлое, уступая место более совершенному методу установления идентичности человека и родственных связей по изменчивым минисателлитам (см. предыдущую главу). Точное определение группы крови гораздо важнее в медицине, поскольку переливание крови другой группы или пересадка органов могут оказаться фатальными. Кроме того, определение группы крови может много рассказать нам об истории миграции племен древних людей, хотя и тут были открыты более интересные гены, что отодвинуло анализы крови в антропологии на второй план. Но с 1990 года интерес к белкам группы крови вновь возрос. Их изучение пролило свет на эволюцию генов и причины генетического разнообразия людей.

Наиболее известная и широко используемая система анализа крови позволяет разделить всех людей на четыре группы. Эта система впервые была предложена в 1900 году, и сразу же возникли три разных принципа именования групп, что до сих пор вносит путаницу. По системе Мосса (Moss) группа крови I — это то же самое, что группа IV по системе Янского (Jansk). Предпочтение было оказано номенклатуре австрийского первооткрывателя групп крови Карла Ландштейнера (Karl Landsteiner): вместо номеров используются буквы O, A, B и AB. Венский врач Ландштейнер первым описал, что происходит после переливания крови не той группы: «lytischen und agglutinierenden Wirkungen des Blutserums» — слипание и разрушение клеток крови. Но взаимосвязи между группами крови не так-то просто было объяснить. Люди с группой A могут быть донорами для людей с группами крови A и AB, с группой B — для B и AB. Кровь группы AB можно переливать только людям с этой же группой крови, а вот кровь группы O — всем, это универсальные доноры. Эти группы крови встречаются по всему миру независимо от расовой или национальной принадлежности людей. Так, в Европе примерно у 40% населения группа крови O, еще у 40% — A, у 15% — B и у 5% — AB. Похожие соотношения и на других континентах, за исключением коренного населения Америки, преимущественно имеющего группу крови O. (Только у североканадских индейцев встречается группа крови A, а у эскимосов — AB и B.)

Лишь в 20-х годах прошлого столетия стало ясно, что группы крови наследуются генетически, а сами гены были открыты только в 90-х годах. Группы A и B связаны с наличием двух «кодоминантных» версий одного и того же гена, а группа O представляет собой рецессивный фенотип, связанный с серьезной мутацией этого гена. Ген лежит на хромосоме 9 в конце длинного плеча. Полный «текст» гена состоит из 1062 «букв», разделенных на шесть коротких и один длинный экзон («абзац»). Экзоны гена разбросаны по хромосомному локусу длиной 18 000 «букв». Это средней длины ген, в середине которого находятся пять интронов разной длины. Ген кодирует белок галактозил-трансферазу — фермент, катализирующий одну из биохимических реакций[97].

Версии гена A и B отличаются друг от друга всего по семи нуклеотидам, причем три из них синонимичны, т. е. мутация не ведет к изменению соответствующей аминокислоты в белке. Остальные четыре мутации в позициях 523, 700, 793 и 800 приводят к изменению белка. У людей с группой крови A в этих позициях находятся «буквы» C, G, C и G; а у людей с группой B — G, A, A, C. Но это не абсолютная закономерность, у ряда людей встречаются ромежуточные формы гена, а у некоторых людей с группой A в конце гена пропадает еще одна «буква». Но этих незначительных изменений вполне достаточно, чтобы иммунная система человека отличала конечные белки и отвечала аллергической реакцией на чужую группу крови[98].

У людей с группой O ген отличается единственной мутацией от гена группы A, но в этот раз вместо замены «буквы» происходит ее выпадение (делеция). В позиции 258 отсутствует «буква» G, но результат этой мутации сокрушительный. Делеция нуклеотида приводит к так называемому сдвигу рамки считывания, в результате чего весь «текст» гена, следующий за мутацией, превращается в полную галиматью. (Если бы природа использовала генетический код, предложенный в 1957 году Фрэнсисом Криком (Francis Crick), то мутаций со сдвигом рамки считывания не существовало бы.) Генетический код считывается словами по три буквы без пробелов и знаков препинания. Например, возьмем ряд трехбуквенных слов: раз был так рад где вас нет бал тут шел там вал. Я согласен, не очень познавательно и совсем не поэтично. Но дело не в этом. Заменим в первом слове р на т: таз был так рад… По крайней мере стало не хуже. Удалим первую букву, но при условии, что слова остались трехбуквенными: азб ылт акр адг дев асн етб алт утш елт амв. Теперь уже не только смысла фразы, но и слов понятных не осталось. Именно это и произошло с геном ABO у людей с группой крови O. Если из этого гена и получается какой-то белок, то своих каталитических функций он не выполняет.

Но что же при этом изменяется в человеке, кроме группы крови? Люди с группой O во всех сферах жизни чувствуют себя ничуть не хуже, чем люди с другими группами крови. Онкологические заболевания у них возникают не чаще, они показывают такие же результаты как в спорте, так и в искусстве. Даже в дни разгула евгеники никто не призывал стерилизовать людей с не той группой крови. Группа крови социально и политически нейтральна и от группы крови абсолютно ничто не зависит.

Становится интересным, почему, если группа крови абсолютно нейтральна, в ходе эволюции сложилось современное соотношение людей с разными группами крови? Было ли чистой случайностью то, что у всех коренных жителей Америки группа крови O? На первый взгляд, это хорошее доказательство теории нейтральной эволюции, предложенной в 1968 году Мотоо Кимурой (Motoo Kimura). Основная идея теории состоит в том, что ошеломляющее генетическое разнообразие живых организмов стало возможным потому, что мутации во многих генах совершенно нейтральны и возникают не в результате естественного отбора, а в результате его отсутствия. Дрейф генов от общего предка происходит по тем же принципам случайности, по которым капля чернил растекается по промокательной бумаге. Если бы мы вернулись на миллион лет назад, то обнаружили бы многочисленные генетические отличия между нами и нашими предками, но в большинстве случаев эти отличия оказались бы совершенно нейтральными во всех отношениях.

Приверженцы «нейтральной» и «селективной» эволюции поначалу приняли друг друга в штыки, но когда пыл угас, многие ученые сошлось во мнении, что большинство мутаций, которые мы наблюдаем, совершенно никак себя не проявляют. Чем больше наука постигала строение белков, тем очевиднее становилось, что мутации затрагивают, как правило, те области белков, которые лежат далеко от биологически активных центров, поэтому никак не могут повлиять на химическую активность белка. В одном белке, известном еще у животных кембрийского периода, отмечено 250 генетических изменений у представителей всего животного мира. Но только шесть из них как-то влияли на его активность[99].

И все же в отношении групп крови мы теперь знаем, что в действительности они не так нейтральны, как казалось ранее. Какой-то смысл они все же несут. С 1960-х годов стали поступать факты о взаимосвязи группы крови и диареи. Оказалось, что расстройство желудка у детей с группами крови A и B чаще вызывают кишечные палочки, относящиеся к разным серогруппам. В конце 1980-х стало известно, что люди с группой крови O более чувствительны к возбудителю холеры. Десятки последующих исследований не только подтвердили эту зависимость, но добавили дополнительные детали. Оказывается, что у людей с группами крови A, B и AB чувствительность к возбудителю также была специфичной для своей группы. Наиболее устойчивыми были люди с группой крови AB, затем с группой A, а затем — с группой B. Но все они гораздо устойчивее к холере, чем люди с группой крови O. Несмотря на то что люди с группой AB практически невосприимчивы к этому кишечному заболеванию, я бы все же не рекомендовал им пить воду прямо из луж Калькутты — можно подхватить какую-нибудь другую заразу. Однако было установлено, что микроб Vibrio cholerae у таких людей не вызывает даже расстройства желудка.

Пока неизвестно, как именно организм людей с группой крови AB противостоит этой заразной и смертельно опасной инфекции. Но в данном случае мы видим очень интересный пример естественного отбора. Как известно, в геноме человека все хромосомы представлены парами. Следовательно, у людей с группой крови А два гена AA, у людей с группой крови В — BB. Представим себе город, населенный людьми с группами крови A, B и AB. Предположим, что холера является эндемичным заболеванием для этого города. Ген А лучше противостоит возбудителю холеры, чем ген B. Поэтому дети с генотипом AA будут выживать в большем числе, чем дети с генотипом BB. Ген В постепенно ушел бы со сцены, если бы наиболее устойчивыми не были дети с генотипом AB. Но если даже у отца и матери будет группа крови AB, только половина детей унаследуют ее, а у остальных детей будет генотип AA или BB (последние окажутся наиболее чувствительными к холере). Наиболее удачная комбинация генов не может закрепиться в поколениях.

Теперь представим город, у всех жителей которого генотип AA. В город приехали переселенцы с генотипом BB. Если холера не убьет их сразу, то от смешанных браков родятся дети с генотипом AB — более устойчивые к заболеванию, чем все остальные жители города. Другими словами, преимущество в популяции получают обладатели редкой версии гена. Поэтому ни одна из версий гена не может исчезнуть: чем реже становится ген А или В, тем больше преимуществ получают его обладатели. Пропорции генов в популяции будут колебаться вокруг определенного оптимального значения. Такое явление получило название частотной селекции. Наверное, именно с точки зрения частотной селекции проще объяснить генетическое многообразие мира живых организмов.

Хорошо, мы нашли объяснение присутствию в популяции людей генов A и B. Но если ген O однозначно делает людей более чувствительными к холере, почему же эта версия гена не исчезла в ходе эволюции? Ответ может быть связан с влиянием другой страшной болезни — малярии. Люди с группой крови O немного более устойчивы к возбудителю малярии, чем люди с другими группами крови. Есть намеки на то, что и раковые опухоли у них возникают реже. Видимо, этих положительных качеств от обладания гена О было достаточно, чтобы он не исчез в результате естественного отбора, несмотря на повышенную чувствительность к холере у его обладателей. Три версии гена пришли к шаткому балансу пропорций в популяции людей.

Связь между мутациями в генах и чувствительностью к инфекционным заболеваниям впервые была обнаружена в 1940 году аспирантом из Оксфорда кенийского происхождения Энтони Аллисоном (Anthony Allison). Он предположил, что распространенность генетического заболевания крови серповидной анемии может быть связана с широким распространением малярии в этих районах. Мутация серповидной анемии, которая ведет к повреждению красных кровяных телец крови, часто вызывает смертельный исход, если дефектные гены находятся на обеих хромосомах. Одна копия гена не смертельна, хотя также ухудшает физиологические показатели больного. Но зато люди с одной копией дефектного гена совершенно устойчивы к малярии. Аллисон убедился в этом, взяв пробы ДНК у людей, населяющих наиболее маляриеопасные районы Западной Африки. Была установлена четкая закономерность — чем чаще случаются вспышки малярии в данном районе, тем чаще у людей выявляется дефектный ген серповидной анемии. Этот ген также выявлен у афроамериканцев, чьи предки жили в западной Африке. Сегодня им приходится дорогой ценой платить за то, что позволило их предкам выжить под натиском страшной болезни. Другая форма генетически обусловленной анемии — талассемия, встречающаяся в средиземноморских странах и Юго-Восточной Азии, также возникла и закрепилась под прессингом возбудителя малярии.

Гемоглобина крови, замена единственной «буквы» в котором ведет к серповидной анемии, оказался далеко не единственным геном, зависимым от малярии. Видимо, этот ярчайший пример — лишь вершина айсберга. Была описана еще дюжина генов, мутации в которых возникли и закрепились при участии в селекции малярийного плазмодия. Но и малярия не единственна в своем роде. По крайней мере в двух генах мутации были обусловлены повышением устойчивости к туберкулезу, в частности, мутация в гене рецептора витамина D. Эту же мутацию также связывают с предрасположенностью к остеопорозу. «Представляется вполне вероятным, — пишет Эдриан Хилл (Adrian Hill) из Оксфордского университета, — что естественный отбор по признаку устойчивости к туберкулезу был причиной массового распространения гена, ведущего к остепорозу костей»[100].

Затем были получены сведения, что мутация в гене, ведущая к муковисцидозу, защищает организм от сальмонеллезов, в частности — от брюшного тифа. Муковисцидоз — это страшное заболевание, поражающее легкие и кишечник, но возникает оно только в том случае, если на обеих хромосомах 7 будет поврежден ген CFTR Наличие одного дефектного гена не ведет к генетическому заболеванию, но предохраняет от кишечных инфекций, вызываемых бактериями рода Salmonella. Дело в том, что эти бактерии распознают на поверхности клеток кишечника белок, кодируемый геном CFTR, и используют его для проникновения внутрь клеток. Если половина белков будет повреждена в результате замены «букв» в гене CFTR, микробу станет не к чему прицепиться. Брюшной тиф, свирепствуя в средние века и убивая всех людей с нормальной версией важного для человека белка, способствовал закреплению и распространению мутантной версии. Но поскольку два дефектных гена вели к быстрой смерти, частота мутации в популяции людей закрепилась на определенном уровне[101].

Примерно у каждого пятого человека на Земле водорастворимый белок группы крови (кодируемый геном А или В) не проникает в слюну и другие тканевые жидкости из-за мутации в другом гене. Эти люди чаще страдают от одних инфекционных заболеваний, таких как менингит, грибковые инфекции и инфекционные воспаления мочевыводящих путей, но зато они более устойчивы к гриппу и другим респираторным вирусам. Куда ни посмотри, причиной генетической вариабельности оказываются инфекционные заболевания[102].

Страшные эпидемии и моры, косившие наших предков на протяжении сотен тысяч лет, — чума, оспа, корь, тиф, грипп, сифилис, скарлатина и прочие неизлечимые инфекции — оставили след не только в нашей истории, но и нашем геноме. Мутации, которые делали наших предков хоть немного устойчивее к этим инфекциям, закреплялись в результате естественного отбора. Но за невосприимчивость к инфекционным болезням приходилось платить свою цену — от принесения в жертву части популяции, как в случае с серповидной анемией, до неудобств с переливанием крови.

Несмотря на то что тысячи лет инфекционные болезни были бичом человечества, до недавнего времени значение инфекций недооценивалось. Многие болезни, которые принято было связывать с загрязнением среды, вредной профессией или неправильной диетой, теперь рассматриваются как результат хронических инфекционных заболеваний, вызываемых ранее неизвестными бактериями и вирусами. Наиболее ярким примером является история с язвенной болезнью. Многие фармацевтические компании заработали огромные капиталы на разработке и продаже медикаментов, устраняющих симптомы язвы, тогда как для полного излечения достаточно было правильно подобрать антибиотики. Оказалось, что язву вызывает микроорганизм Helicobacter pylori. Заражение обычно происходит в детском возрасте и именно инфекция ведет к язве, а не переедание, стрессы и жизненные неудачи. Также много свидетельств о том, что заболевания сердца связаны с инфицированием хламидиями и вирусом герпеса. Выявлены вирусы, ведущие к артритам, и даже такие заболевания, как хроническая депрессия и шизофрения, связывают с активностью редкого нейротропного вируса болезни Борна, который обычно вызывает заболевания у лошадей и кошек. Вероятно, не все эти взаимосвязи подтвердятся будущими исследованиями. Вполне возможно, что больные органы привлекают микробов, и инфекция становится вторичным, а не первичным фактором. И все же, известно, что склонность к заболеваниям сердца также передается по наследству. Возможно, что связь нужно искать не между генами и сердцем, а между мутацией и устойчивостью к определенной инфекции[103].

Если в геноме отпечатались свирепствовавшие эпидемии, то по генетическим различиям разных народов можно судить о том, какие именно заболевания были бичом для наших предков. Тот факт, что у американских индейцев преимущественно была группа крови O, может свидетельствовать о том, что первопоселенцы Америки не сталкивались с холерой и другими острыми кишечными заболеваниями, по крайней мере до появления европейцев. Хотя и в Старом Свете холера была не таким уж распространенным заболеванием, не считая эндемичных очагов в долине реки Ганг. Только в 1830 году эпидемия холеры распространилась на всю Европу, Африку и Америку. Наверное, нам следует поискать другое, более убедительное объяснение превалирования группы O у коренного населения Америки, тем более что у предков индейцев, как стало известно в результате изучения древних мумий в Северной Америке, захороненных еще до открытия Америки Колумбом, группа крови была A и B. Создается впечатление, что гены A и B были выдавлены из популяции индейцев каким-то другим фактором, характерным только для американского континента. Вполне возможно, что в роли этого поршня выступил сифилис — болезнь, родиной которой многие ученые считают Америку (дискуссии продолжаются, но явные признаки сифилиса были обнаружены на скелетах индейцев, умерших до 1492 года, тогда как нет ни одного достоверного свидетельства о сифилисе в Европе до этого времени). Люди с группой крови O немного менее чувствительны к сифилису, чем люди с другими группами крови[104].

Узнав о связи между группой крови и холерой, мы готовы принять еще более удивительные зависимости. Представьте себе, что вы уважаемый профессор. И вот однажды вы попросили своих студентов, юношей и девушек, носить несколько дней тенниски, не пользуясь дезодорантами и духами, а затем принести эти тенниски вам. Наверное, студенты подумали бы, что вы переутомились или шутите над ними. Они бы еще более удивились, если бы вы предложили аудитории понюхать грязную одежду и выбрать ту тенниску, запах у которой в подмышечной области больше всего им понравился. Не пора ли вызывать врача? Но настоящие ученые лишены предрассудков и ложной брезгливости. Именно такой эксперимент провели Клаус Ведекинд (Claus Wedekind) и Сандра Фюри (Sandra Fri). Они обнаружили, что мужчины и женщины больше всего предпочитают (или считают менее противным) запах представителей противоположного пола, которые генетически наиболее далеки от них. Ведеркинд и Фюри обратили внимание на ген MHC, лежащий на хромосоме 6. Белок этого гена участвует в определении иммунной системой организма своих и чужих белков. Ген оказался чрезвычайно изменчивым. В опытах на мышах ученые обнаружили, что самка мыши отдает предпочтение самцам, у которых ген MHC максимально отличается от ее собственного гена, о чем она судит по запаху моч самца. Ведеркинд и Фюри задумались, а не сохранилось ли у людей чутье на альтернативный генотип. Оказалось, что женщинам также больше нравился запах тех мужчин, которые наиболее сильно отличались от них генетически. Только женщины, принимающие противозачаточные таблетки, не могли определить, какой запах им нравится, — известно, что контрацептивы ослабляют обоняние. Ведеркинд и Фюри пришли к выводу: «Нет запаха, одинаково хорошего для всех. Все зависит от того, кто нюхает»[105].

Данный эксперимент на мышах интерпретировали обычно в том плане, что предпочтение генетически отдаленного партнера закрепилось генетически, поскольку предупреждает имбридинг— близкородственное скрещивание, ведущее к проявлению рецессивных генетических заболеваний. Но такие предпочтения можно объяснить также в свете наших знаний о группах крови. Как вы помните, наиболее устойчивые к холере дети появлялись в семьях, где у одного из родителей был генотип AA, а у другого — BB. Подобная параллельная эволюция характерна и для многих других пар генов, в том числе и для гена MHC, который является ключевой фигурой в развитии устойчивости ко многим заболеваниям. В таком случае сочетание в геноме разных вариантов гена, обеспечивающих устойчивость к максимально широкому спектру инфекционных заболеваний, вполне объясняет эволюционно закрепленное стремление друг к другу партнеров с разными генотипами.

Когда мы говорим о геноме, не следует представлять его как картину, в которой отражается только наша история. Геном продолжает изменяться. Различные версии генов достигают своего пика и теряют популярность, что происходит часто в результате смены прессинга со стороны одних заболеваний в пользу других. О, это достойное сожаления стремление человека к стабильности и вера в уравновешенность всего, что нас окружает! Но геном невозможно остановить в его развитии. Когда-то экологи также верили в постоянство климата и стабильность биосферы: дуб — дерево Англии, пихта — дерево Норвегии. История показала, что все меняется, и значительно быстрее, чем мы того ожидаем. Оказалось, что экология, как и генетика, не находятся в статичном состоянии. Напротив, постоянные изменения являются характерной их чертой.

Первым, кто осознал в полной мере естественное непостоянство генома человека, был Холдейн (J. B. S. Haldane), который пытался разгадать причину варьирования генов в популяции. Еще в 1949 году он предположил, что стабильная изменчивость генов человека может быть результатом селективного давления со стороны паразитов. Теорию развил индийский коллега Холдейна — Суреш Джаякар (Suresh Jayakar). В 1970 году он доказал, что гены в популяции людей находятся в постоянном циркулярном развитии, когда доминирующие болезни ведут к селекции генов, ослабляющих влияние данной болезни, но открывающих двери другим заболеваниям. И так цикл за циклом до бесконечности. В 1980 году австралиец Роберт Мэй (Robert May) показал, что даже в простой искусственной системе «хозяин-паразит» не наступает равновесия. Численности паразита и организма-хозяина постоянно волнообразно изменяются. Мэй стал одним из родоначальников теории хаоса. И наконец, англичанин Уильям Хамильтон (William Hamilton) описал генетическую эволюцию с помощью стройной математической формулы, в основе которой лежит постоянное соревнование между паразитами и их хозяевами, что ведет, по словам Хамильтона, к «вечному движению множества генов»[106].

В 70-х годах прошлого века, так же, как это случилось в физике на полстолетия раньше, мир определенности, стабильности и детерминизма в биологии рухнул, уступив место новым теориям динамики, развития и неопределенности. Геном, который удалось вскрыть и прочитать нашему поколению, — это всего лишь снимок вечно изменяющегося документа, у которого никогда не будет последнего издания.

Хромосома 10

Стрессы

В геноме, как в летописи, записана история опустошающих эпидемий, сквозь которые пришлось пройти нашим предкам. Смертельная битва с малярией, дизентерией и прочими напастями запечатлелась в мозаике сложных комбинаций различных вариантов генов. Успех противостояния человека инфекции запрограммирован как в его геноме, так и в геноме паразита. Когда малярийный плазмодий попадает в кровь человека, организм отправляет на схватку свою команду генов, то же делает и плазмодий. Если его нападающие лучше наших защитников, микроб побеждает. Никаких замен в ходе матча не предусмотрено.

Но в наши дни все не так страшно, не правда ли? Генетический барьер — это последний рубеж обороны организма. Противомоскитные сетки, осушение болот, лекарства и инсектициды спасают людей от заражения малярией. Разнообразное питание, хороший сон, уверенность в завтрашнем дне укрепляют иммунную систему организма и гарантируют бесславный конец микробам еще до того, как они вызовут болезнь. В предыдущих главах я немного увлекся описанием эгоизма и самодостаточности генов. Но при всем эгоизме генов их успех напрямую зависит от успеха организма, т. е. от успешного взаимодействия всех генов. Пора нам от индивидуальных генов вновь вернуться к целому организму. Пришло время познакомиться с наиболее социальными генами, чья работа состоит в интеграции множества отдельных функций организма. Именно эти гены лежат в основе нашего дуалистического представления о себе как о единстве сознания и тела. Мозг, тело и геном сплелись друг с другом в хороводе. Мозг точно так же контролируется телом и геномом, как и они находятся под контролем мозга. Именно поэтому идеи генетического детерминизма оказались ложными. Включение генов в работу и их выключение зависит не только от их собственных эгоистичных устремлений, но и от команд, поступающих от организма и от мозга.

Холестерин — слово, наводящее ужас на современного обывателя. Это причина сердечно-сосудистых заболеваний. Вы получаете его вместе с жирной пищей и умираете. Нет большего заблуждения, чем холестерин в роли яда. Холестерин необходим организму. Он является центральным ингредиентом системы нейрогуморальных процессов, обеспечивающих единство организма. Холестерин— это небольшое химическое соединение, растворимое в жирах, но не в воде. Холестерин синтезируется главным образом из углеводов, и он необходим организму, поскольку является предшественником по крайней мере пяти важных гормонов, отличающихся по своему действию: прогестерона, альдостерона, кортизола, тестостерона и эстрадиола. Все они объединяются в одну группу гормонов — стероидов. Между этими гормонами и генами организовано удивительное по своей сложности и важности сотрудничество.

Стероиды синтезировались и использовались в живых организмах еще до того, как произошел их раздел на животные, растения и грибы. Стероид — гормон, управляющий линькой насекомых. Стероидом является жизненно необходимый нам с вами витамин D. С помощью одних синтетических (или анаболических) стероидов можно снять воспалительные процессы, а другие стероиды заставляют расти мышцы атлетов. Стероид, выделенный из растений, настолько похож на человеческий гормон, что может использоваться в качестве контрацептива. Есть стероиды, являющиеся побочными продуктами на химических заводах и загрязняющие сточные воды. Они становятся причиной половой недоразвитости у самцов рыб и негативно влияют на сперматогенез у людей.

На хромосоме 10 находится ген под названием CYP17 Его продукт катализирует реакции превращения холестерина в кортизол, тестостерон и эстрадиол. Без данного белка все эти ветви биосинтеза блокируются, и холестерин превращается только в два других гормона: прогестерон и кортикостерон. У людей с мутациями в обеих копиях этого гена не синтезируются половые гормоны, в результате чего не происходит половое созревание. Юноши с таким генетическим дефектом выглядят как девушки.

Оставим пока половые гормоны и рассмотрим третий важный гормон, для синтеза которого необходим ген CYP17— кортизол. Кортизол используется абсолютно во всех тканях организма, обеспечивая единство тела и сознания и оказывая влияние как на внутренние органы, так и на структуру мозга. Кортизол влияет на иммунную систему, обостряет слух, обоняние и зрение и управляет множеством других функций организма. Если в крови человека повышается содержание кортизола, то о таком человеке говорят, что он в состоянии стресса. Кортизол и стресс — это синонимы.

Стресс порождается внешними факторами: несданным экзаменом, утратой близких, страхом, внушаемым средствами массовой информации, или изнурительным трудом. Краткосрочные стрессы немедленно повышают в крови содержание адреналина и норадреналина — гормонов, которые заставляют сердце биться чаще и порождают ощущение холода в конечностях. Эти гормоны подготавливают организм к незамедлительной схватке или бегству. Длительные стрессы запускают другую биохимическую реакцию, которая более медленно, но надолго повышает в крови содержание кортизола. Наиболее непонятный эффект кортизола состоит в том, что он подавляет иммунную систему. Давно замечено, что люди, готовящиеся к важному экзамену или испытывающие длительный страх по другим причинам, легче подхватывают простудные заболевания или другие инфекции. От кортизола больше всего страдают лимфоциты — белые клетки крови, защищающие нас от микробов.

Работа кортизола состоит в том, что он запускает считывание информации с определенных генов. Повлиять он может лишь на те клетки, на поверхности которых есть специальные рецепторы, чувствительные к кортизолу. Число рецепторов на поверхности клетки, в свою очередь, может зависеть от других факторов. Гены, которые «включает» кортизон, используются главным образом для «включения» других генов внутри клетки, а те запускают следующие гены. Поэтому, чтобы понять влияние и побочные эффекты кортизола, нужно проследить работу и взаимодействие сотен генов и их продуктов. Но и кортизол синтезировался в коре надпочечников только потому, что были включены гены, необходимые для его синтеза из холестерина, в том числе и ген CYP17. Одним щелчком запускается сложный лавиноподобный процесс. Только перечисление всех продуктов реакций, контролируемых кортизолом, и генов, от которых зависит его синтез, доведет любого до исступления. Достаточно сказать, что для синтеза кортизола и выработки правильной реакции на него в организме необходима согласованная работа сотен генов, многие из которых «включают» друг друга по цепочке. Нам следует запомнить, что роль многих генов организма состоит в том, чтобы регулировать работу других генов.

Я обещал не нагружать вас длинными цепочками взаимоотношений генов, но лишь в качестве примера рассмотрим, как кортизол действует на лимфоциты крови. Кортизол включает в этих клетках экспрессию гена TCF, который тоже лежит на хромосоме 10. В результате по прописи гена TCF синтезируется его собственный белок, подавляющий экспрессию другого гена, ответственного за синтез интерлейкина-2. Интерлейкин-2 — это белок, активизирующий лейкоцит для поиска микробов. Таким образом, по цепочке взаимосвязанных реакций кортизол делает нас менее защищенными в отношении инфекций.

Я хочу поставить перед вами вопрос: кто управляет всеми этими процессами? Кто делает первый щелчок? Кто решает, что настало время запустить в кровь немного кортизола? Вы можете предположить, что в основе всех процессов в организме лежат гены, в том числе в основе дифференциации клеток на ткани за счет включения одних генов и выключения других. Но в этом рассуждении есть одно логическое противоречие: не гены создают стресс. Смерть любимого человека или несданный экзамен не могут непосредственно повлиять на гены. Эта информация поступает к нам через мозг.

Следовательно, управляет всем мозг. Гипоталамус дает команду гипофизу на синтез одного гормона, который дает команду надпочечникам на синтез кортизола. Гипоталамус, находящийся в середине мозга, получает команды от коры головного мозга, воспринимающей и анализирующей информацию из окружающего мира.

Но это не может быть ответом на вопрос, поскольку мозг является частью тела. Гипоталамус: стимулирует гипофиз, а гипофиз — надпочечники не из-за того, что мозг так решил. С точки зрения мозга нет никакого смысла из-за приближающегося важного экзамена делать вас чувствительнее к инфекциям. Такая закономерность сложилась в ходе эволюции и естественного отбора (о естественных причинах такой взаимосвязи я расскажу ниже в этой главе). В любом случае повышение содержания кортизола в крови происходит вне контроля нашего сознания. Точнее будет сказать, что это приближающийся экзамен запустил реакцию, а не мозг. И если причиной всему экзамен, то винить нужно общественные отношения. Но общественные отношения, это отношения между людьми, что опять возвращает нас к бренному телу. Кроме того, люди по-разному реагируют на стрессы. Если одних пугает экзамен, то другие не придают данному событию особого значения. В чем же состоят отличия между такими людьми? Где-то в цепи реакций синтеза, управления и чувствительности к кортизолу у людей, склонных к стрессам, находятся гены, немного отличающиеся от генов тех, кто ко всему относится философски. Но как появилась и почему закрепилась данная генетическая изменчивость?

Мы сделали круг от генов к телу, от тела к мозгу, от мозга к обществу, а от общества — обратно к генам, чтобы понять, что у этой цепи нет начала и конца. Человеку труднее всего постичь самоорганизующиеся и самозависимые системы, над которыми нет «начальника». Примером такой системы может быть экономика. То, что экономика работает лучше, если ею кто-то управляет, — полная иллюзия. Как только кто-то начинает решать, где, кому, когда и сколько производить, происходит крах экономики. Так было уже много раз и не только в бывшем Советском Союзе. Хоть в Римской империи, хоть в Европейском Союзе, попытки чиновников наилучшим образом организовать экономическую жизнь государства приводили к разрушению того, что складывалось в результате хаотического спроса и предложения. Экономика процветает, только когда она децентрализована.

То же самое и живой организм. Нельзя представить человека как тело, управляемое мозгом с помощью гормонов. Неверным будет представление, что человек — это тело, включающее и выключающее гены гормонов, и так же ложно представление, будто гены управляют телом и мозгом. Это замкнутый, децентрализованный и взаимозависимый процесс.

Дискуссии психологов старой школы обычно сводились к спорам вокруг ложной идеи единоначалия. Аргументы «за» и «против» в отношении «генетического детерминизма» заключались в том, что одни ставили организм над геномом, а другие — наоборот. Но даже если предположить, что организм использует свой геном, включая и выключая гены по мере надобности, мотивацией такой регуляции, как мы видели это ранее, зачастую выступают сигналы от мозга, а точнее, от сознания и умственной оценки явных или мнимых событий в окружающем мире. Уровень кортизола может повыситься даже оттого, что вы просто подумаете о каком-то неприятном событии, которое было в вашей жизни или только может произойти. Теперь уже споры перешли на новый уровень: одни психологи считали такие расстройства психики, как синдром хронической усталости, следствием внешних стрессов; другие рассматривали эти расстройства как следствия органических повреждений мозга. Вновь вопрос первоисточника выходил на первый план, мешая увидеть в человеке и окружающей среде взаимозависимую систему. Если мозг в ответ на внешние стрессы повышает в крови уровень кортизола, что, в свою очередь, ведет к снижению иммунитета, то в организме могут проснуться спящие вирусные инфекции, которые и приведут к органическим повреждениям мозга, в результате чего человек станет острее реагировать на стрессы.

Постепенное осознание взаимосвязей между окружающим миром, мозгом, организмом и геномом привело к рождению новой науки — психонейроиммунологии, ростки которой с трудом пробиваются сквозь консерватизм врачей и мракобесие знахарей, слишком уж вольно использующих новые научные концепции для объяснения своего «Божьего дара». Но факты влияния стрессов на организм продолжали накапливаться в многочисленных публикациях. Хронически несчастные матери-одиночки чаще болеют вирусными респираторными заболеваниями, хотя те же вирусы выделяются и у их счастливых и здоровых соседей. Пессимистично настроенные люди чаще страдают от герпесного поражения генитальных органов по сравнению с оптимистами. Новобранцы Военной академии Вест-Пойнт (West-Point Military Academy) чаще заболевают мононуклеозом, а болезнь особенно остро протекает у тех курсантов, которые в большей степени были подавлены сменой образа жизни. У людей, которые ухаживают за тяжелобольными, например за родственниками с синдромом Альцгеймера, в крови уменьшается содержание T-лимфоцитов, необходимых для противодействия инфекциям. У людей, проживавших вблизи атомной станции на Три-Майл-Айленд (Three Mile Island) через три года после аварии вырос процент смертности от рака. Но это было не следствием облучения (которого удалось избежать), а результатом стресса от ожидания облучения, в результате чего в крови хронически повысился уровень кортизола, а способность организма распознавать и уничтожать раковые клетки заметно снизилась. Люди, похоронившие супруга или супругу, в течение нескольких недель становятся более восприимчивыми к инфекциям. К вирусным инфекциям становятся также чувствительными дети в течение нескольких недель после развода их родителей. Частота простудных заболеваний напрямую зависит от количества стрессов, которые человек перенес не только в последнее время, но и на протяжении всей жизни. Не думайте, что все эти данные — результат подтасовок социологов для написания собственных диссертаций. Убедительные свидетельства в поддержку теории взаимосвязи стрессов и иммунной системы были получены экспериментально на крысах[107].

В том, что мы с трудом принимаем тот факт, что мозг и тело взаимно влияют друг на друга, не находясь в подчинении один другому, часто винят старого бедного Рене Декарта (Ren Descartes) и его философию дуализма, которая господствовала на протяжении столетий над умами западных мыслителей. Но вряд ли его можно винить за наши ошибки. В конце концов, ошибка состоит не столько в идее дуализма — попытке отделить мысль от тела, сколько в общей тенденции человеческого мышления, направленного на поиск первопричины. Мы инстинктивно принимаем, что биохимические процессы внутри нас — это причина, а наше настроение и поведение — следствие. А поскольку метаболизмом управляют гены, то первопричиной автоматически становятся они. Последние открытия в генетике вроде бы подтверждают тот факт, что гены управляют нашим поведением. Готовность ученых принять генетический детерминизм стала не столько результатом успехов сторонников этой теории, сколько результатом ярких неудач их шумных и крикливых оппонентов. Неумело аргументируя свои доводы, отказываясь признавать очевидные факты влияния генетических мутаций на поведение человека и опираясь на устаревшие концепции классических психологов, они только укрепляют позиции тех, кому милы идеи фатализма и генетической предопределенности. Вывод о том, что раз гены вовлечены во все сферы нашей жизни, то именно они стоят на вершине пирамиды, напрашивается сам собой. Но сторонники детерминизма и подчиненности поведения генетике забывают о том, что гены, чтобы они начали работать, кто-то должен «включить». Не меньше, чем мы зависим от того, какие гены нам достались по наследству, так же и наши гены зависят от нас. Если наша жизнь — это взлеты и падения, или если нам досталась нервная работа, или если нашу душу наполняет страх, то в ответ на эти стрессы организм включает и заставляет работать определенные гены, используя кортизол как кнут. И напротив, чтобы активизировать «центр счастья» в вашем мозгу, достаточно просто улыбнуться. Улыбка, даже без причин для радости, запускает каскад других реакций в организме, которые снимают ощущение стресса. Получается, что, даже контролируя мимику, мы можем управлять генами в не меньшей степени, чем они управляют нами.

Интересные данные о том, как поведение может управлять генами, были получены в опытах над обезьянами. К счастью эволюционистов, природа — чрезвычайно бережливый мастер, и те механизмы борьбы со стрессами, которые она изобрела когда-то, остаются неизменными миллионы лет. Вспомните также, что наш геном на 98% совпадает с геномом шимпанзе и на 94% — с геномом бабуинов. Поэтому мы можем быть уверены, что те же гормоны, которые работают у нас с вами, точно так же работают у обезьян и включают в работу те же самые гены. Итак, ученые занялись изучением содержания кортизола в крови бабуинов. Наблюдения велись над стаей обезьян в Восточной Африке. Когда молодой самец присоединяется к стае обезьян (в определенном возрасте самцы бабуинов уходят из своих стай и ищут себе новую семью), он ведет себя крайне агрессивно по отношению к другим самцам, завоевывая для себя определенную иерархическую нишу в обезьяньем обществе. В результате содержание кортизола в крови постепенно нарастает как у него, так и у его соперников. По мере повышения концентрации кортизола и тестостерона в крови число лимфоцитов снижается. Иммунная система бабуина первой оказалось под ударом его агрессивного поведения. В это же время в сосудах появляется и начинает накапливаться холестерин, связанный с высокомолекулярными липопротеинами — типичная картина, предшествующая острой коронарной недостаточности. Из-за своего характера, а точнее сказать, из-за выбранного поведения по отношению к другим членам стаи, бабуин подвергает себя повышенной опасности заразиться инфекционной болезнью или умереть от сердечного приступа[108].

Среди обезьян в зоопарках наиболее склонны к сердечнососудистым заболеваниям те обезьяны, которые находятся внизу иерархической лестницы. Попираемые своими более удачливыми соплеменниками, они испытывают постоянный стресс. В их крови много кортизола, в мозгу недостает гормона счастья серотонина, и иммунная система угнетена, а в коронарных артериях накапливаются нерастворимые холестериновые бляшки. Хотя чем вызывается отложение холестерина на стенках сосудов, до сих пор не ясно. Сейчас многие ученые полагают, что причиной появления бляшек на стенках сосудов является хроническое инфицирование сосудов хламидиями и вирусом герпеса. Инфекционная природа этих процессов была показана на обезьянах. Таким образом, влияние стрессов на сердечно-сосудистые заболевания может быть опосредовано ослаблением иммунитета.

Организм человека ничем не отличается от организма обезьян. Примерно в то же время, когда была установлена связь между склонностью к сердечно-сосудистым заболеваниям у обезьян и их местом в иерархии племени, были опубликованы весьма интересные медицинские данные о здоровье людей. Изучались медицинские карточки 17 000 госслужащих правительственных учреждений Уайтхолла (Whitehall — деловой центр Лондона — примеч. ред.). Оказалось, что чем более низкую ячейку в табели о рангах занимает чиновник, тем чаще он страдает сердечно-сосудистыми заболеваниями. Социальный статус чиновника гораздо в большей степени влиял на вероятность развития проблем с сердцем и сосудами, чем вес, курение и артериальное давление. Риск заболевания в определенном возрасте был выше в четыре раза у низкооплачиваемого курьера или рядового клерка по сравнению с завотделом или начальником департамента, даже если этот секретарь был тучным и курящим гипертоником. Если покопаться в архивах, то точно такие же данные были опубликованы еще в 1960-х годах по результатам медицинского обследования миллионов служащих телефонной компании Bell[109].

В последние годы появились новые убедительные подтверждения того, что коронарная недостаточность и артериосклероз часто связаны с хроническим инфицированием сосудов бактерией Chlamydia pneumoniae. Этот паразит вызывает 10% воспалений легких и острых бронхитов. Теперь стало ясно, что скрытый хронический хламидиоз не менее опасен (Lee Ann Campbell, Cho-chou Kuo. 2006. Is there a link between Chlamydia and heart disease? In: Logan N. A. et al. (eds), Procaryotic diversity: mechanisms and significance. SGM symposium 66. Cambidge University Press, Cambridge).

Задумайтесь на минутку о приведенных фактах. В них опровергается все, что вы знали до сих пор о сердечно-сосудистых заболеваниях. Холестерин с роли главного убийцы был низведен до массовки (высокое содержание холестерина в крови повышает фактор риска, но лишь для тех, у кого есть врожденная предрасположенность к сердечно-сосудистым заболеваниям, при этом влияние диеты на содержание холестерина в крови весьма ограничено). Жирная пища, курение, высокое кровяное давление, на что обязательно вам укажут медработники, — все это, конечно, важно, но влияние этих факторов вторично; основная причина — психологическая и материальная неудовлетворенность своим местом в обществе. Именно неудовлетворенность подчиненного в большей мере ведет к преждевременной смерти, чем тяжелая, нервная и полная других стрессов работа начальника. Невероятно, но болезни сердца зависят от зарплаты. Куда катится мир?

Между опытами над обезьянами и наблюдениями над людьми проявился неожиданный параллелизм. Чем ниже на иерархической лестнице находится обезьяна, тем в большей степени ее здоровье отдано на волю судьбы. Так же и в обществе людей — уровень кортизола в крови зависит не от того, насколько тяжело вы работаете, а от того, как вы оцениваете себя по отношению к другим людям. Эту зависимость можно проверить экспериментально. Если двум группам людей дать одно и то же задание, но одной группе позволить работать самостоятельно, а другую постоянно контролировать на каждом шаге, то содержание гормонов стресса, частота биения сердца и кровяное давление у второй группы в среднем будут заметно выше, чем у первой.

Роль стрессов в развитии сердечно-сосудистых заболеваний еще раз подтвердилась совсем недавно, когда в Англии прошла волна приватизации муниципальных служб. Госслужащие в Англии привыкли, что их рабочим местам ничто не угрожает. Когда еще только ходили слухи о приватизации, в опросных листах социологических служб на вопрос «Боитесь ли вы потерять работу?» большинство госслужащих отвечали, что не рассматривают эту угрозу всерьез. Они были убеждены в том, что в крайнем случае дело закончится переводом из одного департамента в другой. Но к 1995 году каждый третий служащий уже знал, что значит остаться без работы. Уверенности в завтрашнем дне уже не чувствовал никто. Не удивительно, что такие условия привели к стрессам, а за стрессами последовали сердечнососудистые заболевания. Рост числа инфарктов среди госслужащих невозможно было объяснить ни сменой диеты, ни курением, ни злоупотреблением алкоголем — ничем другим, кроме хронического стресса.

Версия о том, что заболевания сердца являются следствием утраты контроля над ситуацией, объясняет спорадический характер возникновения сердечно-сосудистых заболеваний. Становится понятным, почему большие начальники, изнурявшие себя всю жизнь ненормированной работой, сваливаются с инфарктом вскоре после того, как выходят на пенсию, когда, казалось бы, жизнь стала простой и спокойной. От руководящей работы бывший начальник переходит к второстепенным домашним заботам — выгуливание собаки, мытье посуды в доме, где хозяйством и им самим теперь управляет супруга. Этим же объясняется явление «отложенного заболевания», когда сердечный приступ случается не во время праздничного торжества или важного экзамена, требующего от человека самоконтроля и внимания, а когда уже все прошло и контроль утрачен. Также становится понятным, почему безработица и очереди за социальным пособием — это путь на больничную койку. Ни один вожак обезьяньей стаи не преуспел так в контроле за субординацией своих подчиненных, как преуспели социальные работники в демонстрации своего превосходства над теми, кто обращается к ним за помощью. Этот же эффект потери контроля объясняет феномен, что в современных зданиях, где окна можно только приоткрыть или они не открываются совсем, люди часто чувствуют себя хуже и подавленнее, чем в старых зданиях, где человек может открыть окно так, как ему заблагорассудится.

После приведенных фактов я хочу еще раз повторить свою мысль о том, что насколько наш образ жизни зависит от врожденных биологических особенностей организма, настолько и организм зависит от наших осознанных решений и места в обществе.

Другие стероидные гормоны ведут себя так же, как кортизол. Уровень тестостерона коррелирует с агрессивностью. Но что от чего зависит: агрессивность от уровня тестостерона или наоборот? Наше материалистическое сознание подсказывает, что тестостерон должен управлять агрессией. Но, как обнаружилось в опытах с бабуинами, зависимость противоположная. Агрессивное поведение предшествует повышению содержания тестостерона в крови. Мысль управляет телом, а тело управляет геномом[110].

Тестостерон так же подавляет иммунную систему, как и кортизол. Это объясняет, почему у многих видов самцы больше подвержены заболеваниям и умирают раньше, чем самки. Угнетение иммунитета тестостероном делает организм более чувствительным не только к микроорганизмам, но и к крупным паразитам. Наблюдения проводились над оводами— паразитическими мухами, откладывающими яйца под кожу оленям и крупному рогатому скоту. Личинки мух затем развиваются под кожей, образуя свищи на теле животных, пока не закончится их цикл развития и они снова не превратятся в мух. Северные олени в Норвегии особенно сильно страдают от этих паразитов, но, как показали исследования, оводы поражают самцов значительно чаще, чем самок. В среднем в двухлетнем возрасте на самцах выявляется втрое больше свищей с личинками оводов, чем на самках, тогда как кастрированные олени поражаются не чаще самок. Сходные распределения частот поражений были выявлены для самых разных паразитов, включая одноклеточного возбудителя болезни Шагаса. По некоторым данным в хронической форме этой болезнью страдал Чарльз Дарвин. Заразиться этой болезнью Дарвин мог во время своего путешествия по Чили, по местам, где обитают клещи — переносчики этой протозойной инфекции. Симптомы, от которых потом долго лечился Дарвин в Европе, очень напоминают картину хронической формы этого заболевания. Если бы Дарвин был женщиной, ему бы не пришлось так страдать[111].

Мы неспроста вспомнили Дарвина, ведь это его теория проливает свет на назначение стероидных гормонов. Биологический смысл явления угнетения иммунной системы тестостероном объясняется теорией полового отбора— разновидностью естественного отбора. В своей второй книге об эволюции, «Происхождение человека», Дарвин пишет, что точно так же, как селекционер выводит разновидности голубей, тщательно отбирая пары для скрещивания, самки продвигают эволюцию вида, выбирая партнера по спариванию. На протяжении многих поколений, отдавая предпочтение самцам с определенными характеристиками, самки изменяют формы тела, размеры, цвет и брачную песню самцов своего вида. Именно так Дарвин объясняет появление яркого длинного хвоста у павлина, о чем мы уже говорили с вами в главе, посвященной половым хромосомам X и Y. Через 100 лет, в 70-х и 80-х годах прошлого века, в серии экспериментальных и теоретических работ удалось подтвердить версию Дарвина о том, что появление ярких хвостов и оперения, оленьих рогов, а также соловьиные трели и размеры самцов — результат активного или пассивного выбора самок.

Но почему? Какое преимущество для самки дает длинный хвост самца или его зычный голос? Две основные теории обсуждаются в дискуссиях. Во-первых, предполагается, что следование самок общим тенденциям вида в выборе самцов способствует продолжению рода. Если самка выберет в партнеры «непривлекательного» самца, то ее сыновья также будут непривлекательными для других самок, следовательно, у них родится меньше детей, чем могло бы быть. Другая гипотеза, на которой я предлагаю остановиться в этой главе, состоит в том, что яркие внешние признаки самца могут свидетельствовать о высоком качестве его генов. В частности, это может говорить о высокой устойчивости организма самца к инфекциям и паразитам, превалирующим в районе обитания вида. Самец как бы говорит всем, кто способен его услышать: «посмотрите какой я сильный, я способен отрастить длинный хвост или громко петь, потому что я нечувствителен к малярии или к глистам». И тот факт, что тестостерон подавляет иммунитет и делает самца более чувствительным ко всем болезням, как раз и делает заявление самца правдивым. Не будь он таким здоровым, он давно бы уже умер от инфекций. Недаром все вторичные половые признаки, включая ветвистые рога, длинные хвосты, яркое оперение и громкую брачную песню, напрямую связаны с уровнем тестостерона в крови. Если самцу удалось так накачать себя тестостероном, что он выглядит ярче и привлекательнее других, и при этом еще не умер ни от какой инфекции, то он действительно обладает удивительно полезным генотипом, заслуживающим передачи следующим поколениям. Получается так, что иммунная система как бы маскирует все преимущества и недостатки генома. Тестостерон снимает это препятствие и позволяет самке заглянуть прямо в геном[112].

Такая версия полового отбора называется «теорией иммунокомпетентной уязвимости». В соответствии с этой теорией эффект угнетения тестостероном иммунной системы — не случайность, а закономерность. Самец не может стать привлекательным для самок, не заплатив за это повышенной уязвимостью своей иммунной системы. Казалось бы, что самец, способный «отрастить хвост» без ущерба для своего иммунитета, смог бы оставить больше потомства и победить в эволюционном соревновании других самцов. Но это не так. Слабый самец «с большими рогами» передаст следующим поколениям «слабые» гены, которые приведут его род к вымиранию.

И все же что-то есть непонятное и необъяснимое в этой теории и в ее неотвратимости. Почему тело должно быть устроено так, что стероидные гормоны обязательно подавляют иммунитет? Это значит, что как только вам в жизни перестает улыбаться удача, ваш собственный организм спешит поставить подножку и ударить в спину, ослабляя иммунитет и делая вас восприимчивее к инфекциям, онкологии и сердечно-сосудистым заболеваниям. И как только самец животного вступит в бой с конкурентом за самку или постарается впечатлить ее своим внешним видом, так и тут тестостерон уже подтачивает его силы и сокращает жизнь. Почему?

Многие ученые задумывались над этой загадкой, но однозначного ответа до сих пор нет. Поль Мартин (Paul Martin) в своей книге по психонейроиммунологии The sickening mind (Больное воображение) обсуждает два возможных объяснения этого феномена, но сам же опровергает оба предположения. Первая гипотеза состоит в том, что связь между стрессом, стероидными гормонами и иммунитетом ложная. Угнетение иммунитета происходит совсем по другим косвенным причинам. Мартин отмечает, что это объяснение феномена, отмеченного с высоким постоянством у многих организмов, крайне неудовлетворительно. В сложной взаимосвязанной системе, каковой является живой организм, очень редко встречаются «случайные» явления. Если бы угнетение организма было просто досадной случайностью, этот вредный побочный эффект уже давно был бы устранен в ходе эволюции.

Другое объяснение состоит в том, что угнетение иммунитета происходит не из-за гормонов, а потому, что организм не справляется со стрессом. Существует гипотеза, что в жизни наших предков не было таких сильных и постоянных стрессов, как в наши дни, и организм просто не готов к ним. Но ведь бабуины и павлины живут в той же среде обитания, что и их предки. Тем не менее у них, как, впрочем, и у всех других организмов, увеличение стероидов в крови закономерно ведет к ослаблению иммунитета.

В своих выводах Мартин приходит к заключению, что проблема взаимосвязи стресса и иммунитета чрезвычайно сложна и еще требует глубокого изучения. Я тоже не смогу дать вам ответ на этот вопрос. Возможно, верна гипотеза Майкла Дэвиса (Michael Davies), состоящая в том, что депрессия нужна была для сбережения энергии в условиях недостатка пищи — один из наиболее обычных стрессовых факторов для всех организмов. Возможно также, что иммунодепрессивный эффект кортизола вызван тем, что по химическому составу он очень близок к тестостерону. А пагубное влияние тестостерона на организм самцов может быть результатом проделок «женских» генов, которые помогают самкам подобрать лучшего партнера. Другими словами, данный феномен мог появиться в результате полового антагонизма, о котором мы говорили в главе 7, когда рассматривали хромосомы X и Y. Пока ученые в растерянности, вы можете сами выбрать то объяснение, которое вам больше нравится.

Хромосома 11

Индивидуальность

Мы легко можем отличать расы людей по многим признакам: цвету кожи, разрезу глаз, форме волос, — и в то же время каждый человек индивидуален и неповторим. Каким-то удивительным образом общность и индивидуальность людей сплелись вместе в одном геноме. Мы все подвержены стрессам, и под влиянием стрессов у нас всех повышается содержание кортизола в крови, который совершенно одинаково угнетает иммунную систему. Совершенно одинаково в клетках наших организмов включаются и выключаются гены в ответ на внешние стимулы. Но при этом все мы разные. Одни флегматики — другие непоседы. Одни пугливы — другим нужен риск. Одни инициативны — другие застенчивы. Одни молчаливы — другие говорливы. Мы называем эти особенности индивидуальными отличиями. Этот термин подразумевает нечто большее, чем просто черты характера, — это врожденные индивидуальные элементы характера.

Чтобы разобраться в генах индивидуальности, оставим гормоны и перейдем к химическим соединениям головного мозга, хотя различия между этими соединениями и гормонами весьма относительны. На коротком плече хромосомы 11 находится ген D4DR, который кодирует рецептор дофамина — особого белка, синтезируемого в некоторых отделах головного мозга. Этот белок встраивается в мембрану нервной клетки в том месте, где она соприкасается с другой нервной клеткой (синапс). Назначение белка состоит в том, чтобы уловить маленькую молекулу дофамина, которую одна нервная клетка посылает другой. Дофамин — это нейромедиатор. Нейромедиаторы выделяются в синапсах возбужденной нервной клеткой, чтобы передать возбуждение смежной нервной клетке. Как только молекулы нейромедиатора присоединятся к соответствующим рецепторам, клетка генерирует электрический импульс, который проходит по клеточной мембране к следующему синапсу, где под действием импульса начинается впрыскивание нейромедиаторов в межсинаптическое пространство. Так работает наш мозг: электрический сигнал генерирует химический сигнал, который трансформируется в новый электрический сигнал. Благодаря тому что в организме используется около полусотни разных химических медиаторов, нацеленных на разные рецепторы, нервная клетка может работать в многоканальном режиме, обеспечивая информационную связь между разными процессами. Хотя аналогия между мозгом и компьютером весьма поверхностна, принципы передачи информации вполне сопоставимы. Каждая нервная клетка снабжена сверхчувствительными химическими переключателями, с помощью которых происходит перераспределение электрических сигналов.

Активная экспрессия в нервной клетке гена D4DR свидетельствует о том, что этот нейрон принадлежит к одному из дофамин-зависимых каналов головного мозга. Эти каналы участвуют во многих процессах, в частности контролируют ток крови по головному мозгу. Недостаток дофамина делает людей заторможенными и безынициативными. В острой форме недостаток дофамина вызывает болезнь Паркинсона. Мышь с поврежденным геном дофамина умирает от голода в полной неподвижности. Но если ей в мозг ввести шприцом химический аналог дофамина, на какое-то время к ней возвратится жизненная активность. Избыток дофамина в мозгу, наоборот, делает мышь крайне любознательной и безрассудной. Многие наркотические вещества оказывают стимулирующий эффект на синтез дофамина, а стабильно высокое содержание дофамина в мозгу ведет к шизофрении и галлюцинациям. В опытах на мышах было показано, что кокаин сильно повышает содержание дофамина в области мозга, называемой центром удовольствия (nucleus acumbens). У мышей наступала такая сильная зависимость от кокаина, что они отказывались от еды ради очередной дозы. Точно так же и крысы, у которых в мозгу электроды были подведены к «центру удовольствия», непрерывно давили на рычаг, посылающий импульсы в мозг, забывая о еде. Но если им в мозг вводили химический ингибитор дофамина, они быстро теряли интерес к «рычагу удовольствия».

Другими словами, дофамин выступает в роли стимулятора мозга. Если мало дофамина, человек теряет инициативу и внутреннюю мотивацию, слишком много — человеку все быстро надоедает, и он ищет новые приключения. Видимо, с уровня дофамина начинаются индивидуальные различия между людьми. Дин Хамер (Dean Hamer), перед тем как начать поиски гена приключений, заметил: «Пришло время понять, чем отличаются между собой Лоуренс Аравийский и королева Виктория». Поскольку в синтезе, управлении метаболизмом и восприятии дофамина участвуют многие белки, не говоря уже о том, как много генов контролируют развитие мозга, никто, и тем более сам Дин Хамер, не могли предположить, что найдется единственный ген, управляющий страстью к приключениям. Никто также не полагал, что влияние этого гена на характер будет таким прямолинейным.

Дин Хамер упоминает королеву Викторию, являющуюся символом консервативной Англии, и Лоуренса Аравийского (Thomas Edward Lawrence, больше известный как Lawrence of Arabia) (1888–1935), британского военного деятеля, прославившегося своим успешным посредничеством между британскими войсками и арабскими племенами, восставшими против турецкого господства в 1916 году. Лоуренс Аравийский считается национальным героем не только Англии, но и ряда стран Ближнего Востока, хотя Хамер, очевидно, намекает на слухи о нетрадиционной дружбе Лоуренса и одного молоденького шаха.

Первым и наиболее ярким генетическим различием между людьми с разными характерами, которое удалось установить в лаборатории Ричарда Эбштейна (Richard Ebstein’s laboratory), был ген D4DR хромосоме 11. Внутри гена D4DR находится повторяющийся участок — минисателлит длиной в 48 «букв», который повторяется от 2 до 11 раз. У большинства из нас в гене находится 4–7 копий минисателлита, тогда как у некоторых людей может быть 2–3, или 8, 9, 10 и 11 копий. Чем больше копий, тем менее эффективно рецептор улавливает молекулы дофамина. «Длинный» ген D4DR предполагает слабую чувствительность нейронов к дофамину, а «короткий» ген — повышенную чувствительность.

Хамер с коллегами решили узнать, как люди с «длинным» геном отличаются по характеру от людей с «коротким» геном. Таким образом, они поставили перед собой обратную задачу по сравнению с той, которую решал Роберт Пломин (Robert Plomin), когда пытался отыскать ген, ответственный за уровень интеллекта (см. главу 6). Хамер же, наоборот, шел от обнаруженного гена к различиям в характере. Он протестировал 124 добровольца на склонность к авантюрам и приключениям, а затем сравнил структуру гена D4DR и их хромосомах.

Эврика! Хамер обнаружил, что участники эксперимента (Хамер признавал, что выборка из 124 добровольцев маловата для обеспечения статистической достоверности), у которых была одна или две копии «длинных» генов (напомним, что у каждого из нас по две одинаковые хромосомы, поэтому и гены у нас парные), отличались более авантюрным характером по сравнению с теми, у кого в геноме было по два «коротких» гена. Длинным считали ген, в котором было более шесть копий минисателлита. Хамер опасался, что открытый им ген может оказаться, по его словам, «геном китайских палочек». Этот термин имеет отношение к одному шуточному утверждению: люди с геном голубого цвета глаз обычно плохо владеют китайскими палочками для еды. Конечно, никто всерьез не станет утверждать, что между голубыми глазами и умением пользоваться палочками есть генетическая связь. Просто так сложилось исторически, что европейцы с голубыми глазами предпочитают вилку. Ричард Левонтин (Richard Lewontin) использовал другую аналогию: тот факт, что у людей, которым нравится вышивание, обычно нет хромосомы Y, не свидетельствует о том, что хромосома Y мешает вышиванию.

Поэтому, чтобы избежать скрытого общественно-культурного влияния на чистоту эксперимента, Хамер повторил свои исследования в Соединенных Штатах Америки, изучив характеры членов одной семьи. И опять была обнаружена прямая зависимость: искатели приключений имели в своем геноме один или два «длинных» гена D4DR. Теперь побочным культурным влиянием можно было пренебречь, так как члены одной семьи росли и развивались в одной и той же социальной среде. Различия в характерах, вероятнее всего, имели под собой генетическую основу.

Было предложено следующее объяснение: люди с «длинными» генами D4DR менее восприимчивы к дофамину, поэтому мозгу для получения необходимого уровня ощущений требуется подвергнуть организм более сильным переживаниям, тогда как обычным людям вполне хватает впечатлений от обычной жизни. Чтобы продемонстрировать, на какие приключения толкает людей «длинный» ген D4DR. Хамер провел исследования в среде гомосексуалистов и бисексуалов. Оказалось, что к бисексуальным отношениям, т. е. к любви с представителями как своего, так и противоположного пола, были склонны люди с «длинным» геном D4DR. Мужчины как традиционной, так и гомосексуальной ориентации, в 5 раз чаще изменяли свою сексуальную направленность и искали чего-то новенького, если у них в геноме была одна или две копии «длинных» генов[113].

Нам по жизни хорошо знакомы эти типажи людей: легкие на подъем искатели приключений и убежденные консерваторы не приемлющие ничего нового. Видимо, у первых на 11-й паре хромосом лежат «длинные» гены D4DR, а у вторых — «короткие» варианты этих генов. Хотя, конечно, в жизни не все так просто. По данным Хамера ген D4DR лишь на 4% предопределяет характер. Он считает, что страсть к приключениям на 40% является врожденной чертой характера, и существует еще десяток генов, мутации в которых оказывают влияние на это качество. Да и сам характер человека определяется еще многими индивидуальными склонностями. Если предположить, что и остальные черты характера зависят от вариаций генов, то тогда таких генов должно быть не менее полутысячи. И это только вариабельные гены. К ним еще следует добавить множество консервативных генов, которые изменяются крайне редко, но эти изменения также могут повлиять на характер человека.

Такова генетика поведения. Теперь вы видите, с какой осторожностью следует подходить к открытиям генов, управляющих поведением, поскольку любой из этих генов будет лишь одним из полутысячи. Абсурдно по одному гену делать прогноз о том, каким вырастет человек. Но уже в скором времени техника позволит легко определять мутации в генах до рождения ребенка, и, вполне возможно, найдутся женщины, которые захотят избавиться от плода, если в нем тот или иной ген характера отличается от стандарта. Так можно будет пробовать до бесконечности, ведь в полутысяче генов обязательно найдется парочка «паршивых». Любые попытки управления наследственностью с целью вывести совершенного человека будут пагубны для человечества. Перебирая ген за геном и отбраковывая мутантные, мы, в результате, останемся ни с кем, даже если выбирать среди миллионов людей. Мы все в той или иной степени мутанты. Единственная надежда на то, что геном окажется настолько сложной и запутанной штукой, что власть имущие ревнители генетической чистоты никогда не смогут в нем разобраться и выбрать гены для сортировки людей.

Несмотря на то что черты характера оказались наследственными признаками, существуют методы, совершенно далекие от генетики, которые позволяют преодолеть генетические недостатки. Было замечено у обезьян, что мамы пугливых и застенчивых детенышей силой заставляют их участвовать в играх и выяснять отношения с другими членами стаи, в результате чего врожденная застенчивость быстро проходит. Тем более у людей с помощью правильного воспитания можно преодолеть врожденные пороки характера. Как ни странно, но знание о том, что негативные черты характера наследуются, не мешает, а помогает преодолевать их. Три психотерапевта, узнав из публикаций о генетической подоплеке характера, изменили тактику лечения людей, страдающих чрезмерной застенчивостью и неуверенностью в себе. Вместо того чтобы пытаться преодолевать застенчивость, они стали учить пациентов следовать своим врожденным наклонностям, не стесняясь этого, и получать удовольствие от жизни. Оказалось, что такой подход действует. Пациенты чувствовали облегчение, когда им говорили, что их характер врожденный, т. е. естественный, а не дурная черта, приобретенная в результате неправильного воспитания. Парадоксально, но снятие ощущения неправильности собственного поведения вместе с разрешением группе пациентов вести себя в соответствии с собственными склонностями существенно повышало самооценку людей и способствовало налаживанию живого общения в группе. Таким образом, объясняя человеку, что его застенчивость наследственна, можно помочь этому человеку избавиться от чрезмерной застенчивости. Психоаналитики, консультирующие семейные пары, также отметили, что семейные конфликты проще разрешить, если объяснить семейной паре, что раздражающие черты характера обоих являются врожденными. Поэтому их нельзя устранить, но нужно найти способ жить вместе, обходя острые углы. Родителям гомосексуалистов также легче принять выбор их детей, если они знают, что это врожденная склонность, а не результат их неправильного воспитания. Осознание того, что черты характера являются врожденными, отключает эмоции и позволяет разуму найти решение проблемы[114].

Предположим, вы хотите вывести породу лисиц, которые были бы ручными и менее пугливыми. Метод известен уже на протяжении веков. В каждом помете нужно отбирать самых темных щенков и оставлять их для спаривания. Через несколько лет у вас будут относительно ручные лисы с темной шерстью. Этот дедовский способ только 80-х годах прошлого столетия обрел новый смысл и подсказал взаимосвязь между биохимией мозга и индивидуальностью. Психолог из Гарварда Джером Каган (Jerome Kagan) руководил группой исследователей, занимающихся проблемой застенчивости у подростков. Они обнаружили, что признаки необщительности и чрезмерной застенчивости проявляются уже в четырехмесячном возрасте, и уже тогда можно сказать, каким будет ребенок в 14 лет, а по подростку с уверенностью можно судить о том, каким он будет взрослым. Воспитанием можно изменить многое, но некоторые наиболее глубокие индивидуальные особенности все равно сохранятся.

Ну и что? Никто, кроме самых идейных сторонников социального детерминизма, не удивится тому факту, что застенчивость является врожденным свойством. Но исследователи заметили, что застенчивости обычно сопутствуют другие неожиданные признаки. Застенчивые люди часто оказывались голубоглазыми (в исследовании изучались только выходцы из Европы), склонными к аллергии, высокими и худыми, с узким лицом, учащенным сердцебиением и повышенным обменом веществ. Все эти признаки контролируются группой нейронов в области, называемой у эмбрионов нервным валиком, из которых затем развивается мозжечковая миндалина. В этих клетках для передачи сигналов используется один и тот же медиатор — норадреналин, — вещество, напоминающее дофамин. Все эти признаки также более характерны для нордического склада характера. Каган предположил, что люди данного типа возникли в ходе эволюции во время ледникового периода, так как повышенный обмен веществ позволял лучше выдерживать холода. К повышенному обмену веществ приводит усиленная секреция норадреналина в мозжечковой миндалине, но это же ведет к развитию сопутствующих черт характера — флегматичности и застенчивости, а также к бледности лица. Как и у лисиц — чем светлее, тем пугливее[115].

Если Каган прав, то высокие худые люди с голубыми глазами больше боятся начальства, чем кто-либо другой. Продвинутый начальник отдела кадров может взять на вооружение этот признак, когда отправится вербовать новых подчиненных. Впрочем, мы и так сталкиваемся с фактами генетической дискриминации людей во время приема на работу. Кадровые агентства обычно объявляют, что требуются «коммуникативные сотрудники, способные легко налаживать деловые отношения» — все это наследуемые качества. Каким ужасным станет мир, если в отделах кадров предприятий станут предъявлять претензии к цвету глаз. Впрочем, психологическая дискриминация ничем не лучше физической. Просто считается, что таким качествам, как коммуникабельность и налаживание партнерских отношений, можно научиться. Но в действительности эти качества зависят от врожденной работы химических медиаторов в мозгу, т. е. запрет на профессию по индивидуальным качествам характера ничем не отличается от запрета на работу по признаку цвета глаз.

Дофамин и норадреналин относятся к моноаминам. Есть еще один важный для работы мозга и развития индивидуальности моноамин — серотонин. Но серотонин более сложно устроен, чем дофамин и норадреналин. Его влияние на мозг довольно разнообразно. В случае превышения содержания серотонина в мозгу человек становится целеустремленным и педантично аккуратным вплоть до того, что это может привести к нервным расстройствам. Критически высокое содержание серотонина ведет к обсессивно-компульсивному психозу. Облегчение больному могут принести препараты, блокирующие серотонин в мозгу. Недостаток серотонина делает людей импульсивными. Именно с недостатком серотонина связаны преступления в состоянии аффекта и самоубийства.

В медицине для лечения расстройств метаболизма серотонина используется препарат Prozac, хотя до сих пор точно не известно, как он действует. По теории, выдвинутой изобретателями препарата в компании Илай Лилли, Prozac препятствует реабсорбции серотонина нейронами, в результате чего концентрация серотонина в мозгу повышается.

Илай Лилли — крупнейшая фармацевтическая компания (Eli Lilly and Co.) в штате Индиана, США. Основана в 1876 году военным врачом И. Лилли. Хотя механизм действия препарата Prozac неизвестен, есть данные о том, что у пациентов, принимающих его, проявляется склонность к суициду. Очередной скандал, в результате которого производство Prozac может быть закрыто, вызвало самоубийство вице-президента одной из компаний в США Тима Витцака (Tim Witczak) в 2005 году после 5-месячного курса лечения препаратом Prozac, о чем много писала американская и мировая пресса. В роли обвинителя выступила вдова Витцака (Witczak K. 2005. Trouble in Prozac Nation. Fortune Nov. 15).

Повышение содержания серотонина снимает приступы депрессии и беспричинного волнения. Даже самый унылый пессимист с помощью серотонина превращается в оптимиста. Но есть мнение, что Prozac оказывает противоположное действие: снижает чувствительность нейронов к серотонину. На хромосоме 17 лежит ген белка, который транспортирует серотонин сквозь клеточную мембрану. Частые изменения были отмечены не в самом гене, а в активационной последовательности — фрагменте ДНК, который лежит непосредственно перед геном. Назначение этого фрагмента состоит в управлении скоростью экспрессии гена, и длина фрагмента может меняться за счет уменьшения или увеличения числа повторов субъединицы длиной в 22 «буквы». Эта «фраза» обычно повторяется 14–16 раз. Примерно каждый третий из нас несет в своих хромосомах две пары «длинного» гена, который отличается тем, что медленнее «выключается» клеткой. В результате у таких людей в нейронах оказывается больше транспортеров серотонина, что ведет к более активному поглощению серотонина клетками. Такие люди реже страдают неврастенией, и с ними проще найти общий язык независимо от их пола, расы или образования.

Исходя из этих данных, Дин Хамер сделал вывод, что серотонин, скорее, способствует развитию чувства беспокойства и подавленности, а не снимает депрессию. Он назвал серотонин химическим ремнем для наказания мозга. Но большинство наблюдений все же свидетельствуют о противоположном действии серотонина: умиротвореннее делает нас небольшой избыток серотонина, а не недостаток его. Например, интересную связь установили ученые между пристрастием к сладким снекам и зимней сонливостью. Была отмечена особенность, что зимними вечерами у некоторых людей возрастает тяга к сладкому, в частности к богатым углеводами снекам. У этих же людей отмечалась повышенная сонливость. Для восстановления сил им приходилось спать дольше обычного. Вероятно, речь идет вновь о каком-то генетическом меньшинстве в североевропейских странах, хотя ген «зимней сонливости» пока еще не обнаружен. Было предложено следующее объяснение этого явления. В результате сокращения светового дня в мозгу в больших количествах начинает вырабатываться мелатонин— гормон, подготавливающий мозг ко сну. Поскольку мелатонин синтезируется из серотонина, содержание серотонина в мозгу сокращается. Чтобы быстро поднять уровень серотонина, мозгу требуется его химический предшественник триптофан. Транспорт триптофана в клетки стимулируется инсулином. А для того чтобы поджелудочная железа стала вырабатывать больше инсулина, нужны углеводы — сладкие снеки[116].

Вы уловили суть? Итак, зимними вечерами вы едите сладкое печение и шоколад, чтобы порадовать мозг порцией серотонина. Содержание серотонина в мозгу можно регулировать с помощью диеты или изменения образа жизни. Например, диета и пилюли для снижения содержания холестерина в крови также снижают и содержание серотонина. Любопытный факт, практически все исследователи, изучавшие влияние на людей лекарств и диеты, предназначенных для уменьшения риска сердечно-сосудистых заболеваний, отмечали увеличение числа самоубийств и несчастных случаев у тех, кто принимал лекарства. Подытожив результаты исследований, ученые подсчитали, что антихолестериновые лекарства сокращают смертность на 14%, тогда как смертность от несчастных случаев, вызванных депрессивным состоянием пациентов, возрастала на 78%. Поскольку несчастные случаи и самоубийства случаются реже, чем инфаркты, то в целом данный курс лечения продлевает жизнь, но такой побочный эффект следует учитывать врачам, тем более, что от человека, находящегося в депрессивном состоянии, могут пострадать и окружающие. Еще 20 лет назад было отмечено, что у импульсивных, асоциальных и депрессивных людей, включая заключенных, насильников и неудавшихся самоубийц, содержание холестерина в крови ниже среднего. Неудивительно, что Юлий Цезарь опасался худого Кассиуса.

Мэтью имеет в виду трибуна Кассия Херея, организовавшего заговор против Юлия Цезаря.

Побочный эффект лекарств, снижающих уровень холестерина в крови, обычно отрицается врачами как статистический артефакт, но есть много свидетельств в пользу этого, которые не могут быть простой случайностью. Например, ассоциация MrFit проводила соответствующие исследования в семи разных странах на протяжении семи лет. Наблюдения охватили в общей сложности 351 000 человек. Было отмечено, что в разных возрастных группах смертность людей, у которых существенно повышено содержание холестерина в крови, превышает среднюю, но соответствует смертности у людей с существенно пониженным содержанием холестерина. Причем во второй группе среди причин смертности на первое место выходят несчастные случаи, самоубийства и убийства. Если выделить в одну группу четверть мужчин с наименьшим содержанием холестерина, а в другую — четверть мужчин с наивысшим его содержанием, то в первой группе частота самоубийств будет вчетверо выше, чем во второй. Содержание холестерина в крови гораздо в меньшей степени оказывает влияние на психику женщин. Я не предлагаю вернуться к ежедневной яичнице, просто следует помнить, что чрезмерное понижение содержания холестерина в крови небезопасно для одной части человечества, так же, как повышение содержания холестерина в крови небезопасно для другой части человечества. В обоих случаях речь идет о меньшинстве. Для большинства здоровых людей диеты не опасны, но и не нужны. Диета и лекарства от холестерина нужны только тем, у кого есть генетическая предрасположенность к накоплению холестерина в сосудах.

Связь между содержанием холестерина и агрессивным поведением наверняка обусловлена участием серотонина. Это доказали опыты на обезьянах. В медицинской школе Бауман-Грей (Bowman Gray Medical School) в Северной Каролине Джей Каплан (Jay Kaplan) с коллегами посадили восемь макак на диету с низким содержанием холестерина, но с достаточным содержанием жиров и других необходимых веществ. Девять контрольных обезьян получали обычную пищу с высоким содержанием холестерина. Очень скоро содержание серотонина в мозгу подопытных обезьян снизилось вдвое. Уровень агрессивности и столкновений между членами подопытной группы возрос на 40% у обезьян обоего пола. Таким образом, недостаток серотонина является причиной агрессивного поведения у обезьян, и этот же фактор вызывает асоциальное поведение или самоубийства у людей. Наверное, если бы у каждого человека на лбу был счетчик, показывающий содержание серотонина в мозгу, мы бы безошибочно знали, при встрече с каким человеком лучше заблаговременно перейти на другую сторону улицы[117].

Впрочем, принятие решения о необходимости носить такие датчики на лбу вызвало бы законные протесты у окружающих, поскольку это противоречило бы гражданским правам и свободе личности. Уровень серотонина в мозгу зависит от многих факторов, в том числе социальных. Чем выше ваша самооценка и чем значимее вы чувствуете себя в обществе, тем выше содержание серотонина в мозгу. Опять таки, опыты на обезьянах показали, что социальные отношения являются одним из наиболее важных факторов, влияющих на метаболизм серотонина в мозгу. Самое высокое содержание серотонина было зафиксировано у доминантных особей в стае, и уровень гормона снижался в соответствии с понижением ранга в иерархии стаи. Что здесь причина, а что — результат? Сначала считалось, что биохимия мозга управляет поведением: много серотонина — больше воли к победе. Но оказалось — все наоборот. Содержание серотонина зависело исключительно от того, кем мнила себя обезьяна в стае[118].

Вопреки расхожему мнению, высокое положение на социальной лестнице ведет к снижению агрессивности даже у мартышек-верветок. Лидеры совсем не обязательно должны быть большими, злыми и агрессивными. Высокого положения можно добиться благодаря умению примирять сородичей и заводить союзников. Их отличает спокойная уверенность в себе. Они менее импульсивны, менее склонны к тому, чтобы рассматривать шалости и ошибки других как агрессию по отношению к себе. Обезьяны отличаются от людей, но, как отметил Майкл Макгуайр (Michael McGuire) из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, любой человек, даже ребенок, с первого взгляда может определить вожака стаи обезьян; он важный и величественный, спокойный, уверенный в себе — все черты, которые мы ожидаем от своего руководителя. Нет никакого сомнения в том, что такое поведение лидера задается высоким содержанием серотонина в мозгу. Если в стае происходит смена власти и лидер становится подчиненным, у него моментально снижается содержание серотонина и радикально изменяется характер. В обществе людей содержание серотонина в мозгу точно так же зависит от социального статуса. Смещение с руководящей должности снижает уровень серотонина, а успехи по службе повышают его. Люди могли бы хвастаться тем, что у них много серотонина в мозгу.

У людей часто бытуют упрощенно-карикатурные представления о наследственности и биохимии. Следует отметить, что врожденное низкое содержание серотонина в мозгу не делает из человека преступника. Биохимия так же довлеет над сознанием, как и сознание над биохимией. Подобный пример мы уже рассматривали в предыдущей главе в случае с кортизолом. Настроение, мысли, индивидуальность и поведение находятся под контролем как внутренней биохимии, так и социальных отношений. События в окружающем мире могут напрямую влиять на биохимию за счет регулирования экспрессии отдельных генов.

С другой стороны, нет сомнений в том, что все типажи характера, такие как флегматик или холерик, являются врожденными. В связи с тем что нейромедиаторы работают неодинаково, люди по-разному реагируют на одни и те же социальные события. Известны гены, мутации в которых влияют на скорость синтеза серотонина, на чувствительность рецепторов серотонина, на различия в чувствительности к серотонину у нейронов в разных областях головного мозга. Депрессия зимой может наступать из-за того, что у человека слишком чувствительна система регуляции синтеза мелатонина, и это сразу же сказывается на содержании серотонина в мозгу. Таких примеров прямого и побочного влияния можно привести еще очень много. Известна одна датская семья, в которой мужчины в трех поколениях были преступниками. Вы уже, конечно, догадались, что тут же был выделен зловредный ген. У всех членов семьи была обнаружена мутация на хромосоме X. Измененный ген отвечает за синтез моноаминоксидазы A. Моноаминоксидаза участвует в метаболизме серотонина, разделяя его на составляющие компоненты. Не исключено, что изменение данного белка вело членов этой семьи на путь преступлений, хотя объявление гена моноаминоксидазы геном «преступлений», наверное, будет слишком примитивным. Мутации в этом гене происходят крайне редко и не обнаружены у других осужденных за преступления, поэтому пока сложно сказать, какую роль измененная моноаминоксидаза играет в становлении характера.

Данный факт еще раз показывает, какое место в развитии нашей индивидуальности занимают врожденные изменения в биохимии мозга. Но влияние серотонина на поведение уравновешивается влиянием социума и событий окружающего мира на содержание серотонина в мозгу. Некоторые люди более чувствительны к тому, что происходит вокруг них, чем другие. Такова сложная природа отношений между генами и людьми, где все элементы системы оказывают равное влияние друг на друга. Нет и не может быть детерминизма ни со стороны генов, ни со стороны социума. В ходе эволюции гены развивались таким образом, чтобы не только управлять поведением, но и быть чувствительными к сигналам из внешней среды.

Хромосома 12

Индивидуальное развитие

Многое в нашей жизни является аналогом того, что уже есть в природе. Летучие мыши используют сонары, сердце работает, как насос, глаз аналогичен фотокамере, естественный отбор соответствует методу проб и ошибок, ген — это рецепт приготовления белка, мозг состоит из проводников (аксонов) и переключателей (синапсов), гуморальная система работает по принципу обратной связи, иммунная система действует, как контрразведка, а развитие организма напоминает развитие экономики страны. Есть еще множество примеров удивительного сходства и совпадений. Хотя некоторые аналогии довольно схематичны, они помогают нам легче понять приемы и технологии, с помощью которых мать Природа решает свои многочисленные проблемы. Многие технические решения мы нашли самостоятельно, и лишь после этого стало понятно, как работает природа.

Но сейчас нам придется покинуть область простых и привычных аналогий и направиться в неизведанные земли. Одно из самых замечательных, прекрасных и загадочных явлений природы, которое происходит без видимых усилий, и чему совершенно нет аналогий в техническом мире человека, — это развитие организма из микроскопического комочка живой материи — оплодотворенной яйцеклетки. Попробуйте представить себе компьютер, или хотя бы компьютерную программу, способную на такое превращение. Даже если Пентагон сконцентрирует все свои финансы и соберет тысячи лучших умов в пустыне Нью-Мексико, вряд ли им удастся изобрести бомбу, которая самостоятельно собиралась бы из груды металла и кучи взрывчатки, хотя кролики в этой же пустыне каждый день успешно справляются с подобной задачей.

Никакие другие аналогии не позволяют нам понять, как природе удалось совершить этот подвиг. Где находится тот прораб, который руководит развитием яйцеклетки, и где хранится план развития? Если отложить пока версию о Деснице Господней, то становится очевидным, что план находится внутри яйцеклетки. Кажется непостижимым, что сложно организованный организм может получиться из неорганизованной протоплазмы. Не удивительно, что несколько столетий назад большой популярностью пользовались теории преформации. Благодаря богатому воображению исследователям удавалось увидеть внутри сперматозоида маленького гомункулуса. Теория преформаций, как отметил еще Аристотель, просто отодвигает проблему вглубь, поскольку не объясняет, каким образом в сперматозоиде смог появиться сложно организованный гомункулус. Более поздние теории были не лучше, хотя наш старый знакомый, Уильям Бэтсон, неожиданно близко подошел к ответу. Он предположил, что развитием организма управляет упорядоченная серия частиц или сегментов внутри яйцеклетки. Для процесса развития он предложил термин гомеозис. В 70-х годах прошлого столетия за дело взялись математики и предложили многочисленные формулы, теорию стоячей волны и прочие сложности. Математики ошибались. Природа нашла гораздо более простое решение, хотя точность и высокая надежность процесса развития организма поражает воображение. И тут не обошлось без генов — именно они выступают в роли прорабов и хранителей плана, записанного в цифровом формате. Большая группа генов, управляющих развитием, лежит посередине хромосомы 12. Обнаружение этих генов и открытие принципа их работы — это, пожалуй, один из наиболее крупных интеллектуальных призов, завоеванных современной генетикой, после того как был взломан код ДНК[119].

Яйцеклетка кажется неорганизованным сгустком протоплазмы. Но вот происходит серия делений клетки, и возникают две оси симметрии, проходящие от передней части эмбриона к задней и от спины к животу. У дрозофил и лягушек инструкции эмбриону идут от материнских клеток, которые указывают, где у эмбриона должна быть голова, а где зад. У мышей и у человека асимметричность в развитии возникает позже, и никто точно не знает каким образом. Вероятно, критическим моментом является прикрепление сгустка клеток к стенке матки.

У дрозофил и лягушек асимметричное развитие происходит под управлением градиентов различных веществ, синтезируемых материнскими клетками. Нет сомнений, что у млекопитающих развитие эмбриона также контролируется химическими градиентами. Каждая клетка эмбриона анализирует химический состав жидкости вокруг себя, посылает информацию в свой навигационный мини-компьютер и получает ответ: «я нахожусь в нижней части организма ближе к животу». Всегда полезно знать, где ты находишься.

Но знание местоположения — это только начало. Другой вопрос, что следует делать в той точке организма, где клетка обнаружила свое присутствие. За это отвечает ряд гомеозисных генов. По сигналам из внешней среды эти гены включают программу развития исходной клетки в клетку крыла или почки. Безусловно, внутри клетки нет никаких планов и инструкций, просто включение рецептором одного гена влечет за собой серию включений других генов, а те запускают следующие гены и так далее шаг за шагом. Человеку проще понять развитие по плану или инструкциям, чем представить себе длинный и сложный путь от яйцеклетки к организму как децентрализованный самоуправляемый процесс, которым он и является. Поскольку каждая клетка организма содержит в себе весь геном, нет необходимости ждать команд от кого-либо еще. В каждой клетке достаточно информации для самостоятельного развития. Важно только правильно определить свои координаты в организме. Нам трудно представить такой путь самоорганизации, поскольку мы привыкли, что в нашем обществе все решения принимает правительство. Может, это нам стоит попробовать жить по-иному[120].

Благодаря большой скорости размножения и нетребовательности мушки дрозофилы стали излюбленным объектом исследований для генетиков еще в начале прошлого века. Огромной стае плодовых мушек мы должны быть благодарны за открытие базовых принципов генетики. Именно на дрозофилах было показано, что хромосомы содержат в себе единицы наследственности — гены, и именно на плодовых мушках Мюллер открыл явление мутагенеза, вызванного рентгеновским облучением. Среди мутантных мушек, полученных таким путем, ученые стали обнаруживать экземпляры с нарушениями в развитии организма: с лапками вместо усиков или дополнительной парой крыльев вместо жужжалец. Эти изменения указывали, что что-то неладно с гомеозисными генами.

В конце 1970-х годов два немецких исследователя, Яни Нюссляйн-Фолхард (Jani Nsslein-Volhard) и Эрик Вишаус (Eric Wieschaus), решили описать и изучить все известные мутации развития у дрозофил. Они добавляли в питательную среду для мух мутагенные вещества и отбирали экземпляры, у которых лапки, крылья и другие части тела были не на месте. Постепенно стала вырисовываться целостная картина из генов разного масштаба. Стало ясно, что в геноме у дрозофилы есть «стратегические» гены, контролирующие развитие основных частей тела: головы, груди и брюшка. Другие «тактические» гены определяют развитие лапок, усиков и крыльев на основных частях тела. И, наконец, «локальные» гены контролируют отдельные сегменты или области на туловище и конечностях мухи. Другими словами, гомеозисные гены дрозофилы разделены на артели и бригады со своими прорабами и руководителями, между которыми весь организм мухи поделен на зоны ответственности[121].

Открытие было совершенно неожиданным. Раньше считалось, что каждая часть тела развивается самостоятельно в соответствии с сигналами от соседних органов. Идея о том, что для каждой части тела существует свой генетический план развития, казалась странной и неправдоподобной. Но еще больше сюрпризов принесло открытие и расшифровка самих этих генов. Данное открытие признано одним из наиболее ярких достижений науки в XX столетии. Ученые обнаружили кластер из восьми гомеозисных генов, собранных вместе на одной хромосоме. В научных статьях их называют Hox-генами. Но особенно удивительным было то, что каждый из генов контролирует развитие определенного сегмента тела дрозофилы, причем на хромосоме эти гены лежат в том порядке, в каком следуют друг за другом сегменты тела. Первый ген контролирует развитие рта, второй — лицевой части головы, третий — задней части головы, четвертый — шейного сегмента, пятый — груди, шестой — передней половины брюшка, седьмой — задней половины брюшка и восьмой — отдельных частей на брюшке. Не только гены, но их последовательность на хромосоме оказались не терпящими изменений.

Чтобы оценить всю неожиданность этого открытия, вам следует знать, насколько безразлично организм относится к размещению других генов на хромосомах. В этой книге я целенаправленно подбирал гены на хромосомах, чтобы ввести их в логическую канву книги. Но в предисловии я предупредил вас, чтобы вы не попались на эту удочку, — в распределении генов по хромосомам нет и не может быть никакой логики. Иногда организму бывает полезно, чтобы один ген находился рядом с другим, но эти союзы крайне непостоянны. Что касается гомеозисных генов, то это, пожалуй, единственный случай, когда очередность генов на хромосоме имеет смысл.

На очереди уже стоял следующий сюрприз. В 1983 году группа ученых из лаборатории Уолтера Геринга (Walter Gehring) в Базеле обнаружила, что все гомеозисные гены содержат внутри одинаковую последовательность из 180 нуклеотидов. Ее назвали гомеоблоком. Сначала это показалось странным: если все гены одинаковы, то почему один дает команду на развитие лапок, а другой — на развитие усиков? Но, видимо, эти команды зашифрованы в остальной части генов. У всех электроприборов есть вилка для включения в сеть. Невозможно отличить тостер от лампы, если смотреть только на вилку электропитания. Аналогия между гомеоблоком и вилкой включения в сеть оказалась очень близкой. Гомеоблоку соответствует фрагмент белка, с помощью которого этот белок может прикрепляться к молекуле ДНК и включать или выключать другие гены. Все гомеозисные гены оказались прописями регуляторных белков, роль которых состоит в управлении другими генами.

Ученые использовали стабильную структуру гомеоблоков для поиска гомеозисных генов в других геномах точно так же, как старьевщик роется на свалке в поисках приборов с вилками электропитания. Коллега Геринга Эдди де Робертис (Eddie de Robertis), действуя, скорее, интуитивно, обнаружил среди генов лягушки такие, в которых содержалась последовательность нуклеотидов, напоминающая гомеоблок. Затем ученый перешел к генам мыши. И здесь нашлись гены практически с таким же участком ДНК из 180 «букв». Точно так же, как и у дрозофилы, в геноме мыши эти гены были объединены в кластеры (отличие состояло в том, что было обнаружено четыре кластера гомеозисных генов) и, более того, в кластере гены были организованы в том же порядке: спереди — «ген головы», сзади — «ген хвоста».

Обнаруженная гомология между мышью и мушкой дрозофилой была довольно неожиданной, поскольку означала, что для правильного развития эмбрионов всех организмов важно не только наличие нужных генов, но и их правильная очередность на хромосоме. Но еще больше поразило то, что гомеозисные гены мухи и мыши были сходными. Так, первый ген в кластере у дрозофилы, названный lab, в точности походил на первые гены трех кластеров в геноме мыши: ai, bi и di, — и все последующие гены в кластере соответствовали своим аналогам в обоих геномах[122].

Есть, конечно, и отличия. В геноме мыши 39 Hox-генов, организованных в четыре кластера, и в конце каждого кластера есть по пять дополнительных генов, которых нет у дрозофилы. Кластеры также отличаются между собой. Некоторые гены представлены в одних кластерах и пропущены в других. Но сходство гомеозисных генов мухи и мыши все же будоражит воображение. Это было настолько неожиданное открытие, что многие эмбриологи даже не восприняли его всерьез. Было очень много скептицизма и разговоров о том, что открытие является результатом сильного преувеличения случайных совпадений. Один ученый вспоминал, что когда впервые услышал об этом открытии, сразу же отбросил его как «очередную сумасбродную идею Геринга». Но очень скоро стало ясно, что Геринг не шутил. Джон Мэддокс (John Maddox), редактор журнала Nature (Nature — самый рейтинговый и авторитетный международный биологический журнал — примеч. ред.), назвал это открытие самым важным за последние годы в генетике. Эмбриологи должны низко поклониться мушке дрозофиле. В геноме человека тоже есть Hox-кластеры. Их столько же, сколько и у мыши, и один из них — кластер С — лежит на хромосоме 12.

Из этого открытия следуют два основных вывода: один эволюционный, а другой прикладной. С точки зрения эволюции становится очевидной общность происхождения многоклеточных организмов от одного предка, в котором более 530 млн лет тому назад уже использовался точно такой механизм управления развитием эмбрионов. Данный механизм оказался настолько удачным, что он сохранился неизменным во всех ветвях эволюции, идущих от этого ствола. Все современные организмы, даже такие причудливые, как морские ежи, содержат в геномах одни и те же кластеры гомеозисных генов. Как бы ни отличались мы от мухи или морского ежа, наши эмбрионы развиваются по одному и тому же механизму. Невероятный консерватизм генов эмбриогенеза оказался полной неожиданностью абсолютно для всех. Прикладной аспект открытия состоял в том, что появилась уверенность в возможности использования знаний о генетике дрозофилы, накопленных в течение десятилетий, для объяснения и изучения работы генома человека. До сих пор ученые знают гораздо больше о генетике дрозофилы, чем человека, поскольку геном мухи гораздо компактнее. При этом всегда были сомнения по поводу того, применимы ли закономерности, выявленные на дрозофилах, к человеку. Теперь мы видим, что базовые генетические механизмы оказались более консервативными, чем это можно было предположить. Появилась возможность сквозь призму генома дрозофилы пролить свет на геном человека.

Поразительное сходство было обнаружено между другими генами, участвующими в управлении развитием эмбриона. Раньше считалось, что голова — это изобретение хордовых, у которых появились специальне гены, контролирующие развитие черепно-мозговой коробки на передней оконечности тела. Но теперь стало известно, что две пары генов мыши, контролирующих развитие мозга — Otx и Emx, — в точности соответствуют генам дрозофилы, которые так же контролируют развитие головы мухи. ген дрозофилы, несправедливо названный геном безглазия, который управляет развитием глаз мухи, оказался идентичным соответствующему гену мыши, которому присвоили имя pax-6. Геномы мыши и человека настолько похожи, что все сказанное выше также применительно к человеку. Муха и человек — это всего лишь вариации проекта построения тела, который был разработан еще у нашего червеобразного общего предка, жившего в кембрийский период. У всех его предков одни и те же гены выполняют определенную работу. Конечно, есть различия, иначе нас нельзя было бы отличить от мух. Но разительные внешние отличия оказались результатом незначительных вариаций основного механизма.

Исключения оказались даже более убедительными, чем само правило. Например, у мухи есть два гена, которые управляют дифференциацией спинной (дорсальной) и брюшной (вентральной) частей тела. Один ген называют декапентаплегальным — т. е. экспрессия этого гена указывает клеткам, что они находятся в дорсальной части тела и им следует развиваться соответствующим образом. Другой ген называют коротким гаструлярным, и он оказывает на клетки противоположное влияние. У лягушек, мышей и, с высокой долей вероятности, у нас с вами, есть точно такие же гены. «Текст» одного гена — BMP4 — напоминает «текст» декапентаплегального гена дрозофилы, а другой ген — chordin — соответствует короткому гаструлярному гену. Но что удивительно, у мышиных генов направленность действия противоположная по сравнению с мушиными аналогами. Ген BMP4 управляет развитием вентральной части тела, а ген chordin — дорсальной. Это говорит о том, что артроподы и хордовые перевернуты с живота на спину по отношению друг к другу. Когда-то у них был общий предок, у которого уже был вентрально-дорсальный диморфизм тела. Одни из его потомков стали ползать на животе, а другие — на спине. Сейчас трудно ответить на вопрос, у кого «правильная» сторона тела. Видимо для нашего далекого предка было безразлично, на какой стороне ползать. Это потом у его потомков появились конечности с той стороны, где они были нужны. Задержимся немного на этом месте, и отдадим должное великому французскому исследователю Этьену Жоффруа Сент-Илеру (tienne Geoffroy St. Hilaire), который еще в 1822 году предположил данный феномен, исходя из своих наблюдений за развитием эмбрионов, а также по тому факту, что центральный нервный ствол у насекомых находится с брюшной стороны, а у хордовых— со спинной. В течение 175 лет эта гипотеза отвергалась. Ученые полагали, что нервные системы хордовых и насекомых просто возникли и развивались параллельно и независимо друг от друга. Но теперь стало ясно, что Сент-Илер был прав[123].

Сходство между генами развития оказалось настолько поразительным, что ученые смогли поставить эксперименты, которые раньше никто не мог даже вообразить. Оказалось возможным разрушить с помощью целенаправленного мутагенеза один из гомеозисных генов дрозофилы и вставить в яйцеклетку соответствующий ген человека. Из яйцеклетки развилась нормальная муха. Данный экспериментальный метод называется генетическим комплементированием. Нох-тен из генома человека оказался комплементарным гену мухи. Точно так же комплементарными оказались мышиные гены Otx и Emx. Чужие регуляторные гены работали настолько хорошо, что по внешнему виду невозможно было отличить, в каких мушках работали собственные гены и в каких — чужие[124].

Это был триумф гипотезы о цифровой природе генетического кода. Гены— это программные модули, которые можно запустить в любой системе, поскольку в них использован один и тот же программный код и они выполняют одну и ту же работу. Даже через 530 млн лет независимого развития наши «компьютеры» могут распознать и запустить «мушиные программы» и наоборот. Аналогия живого организма с компьютером оказалась довольно удачной. Время кембрийского эволюционного взрыва 540–520 млн лет тому назад было временем экспериментирования с дизайном многоклеточных организмов, точно так же, как 80-е годы прошлого столетия были временем экспериментирования с архитектурой компьютеров. В раннем кембрии, вероятно, возникли первые гомеозисные гены. Счастливые обладатели этих генов стали общими предками для хордовых, насекомых и многих других организмов, населяющих сейчас нашу планету. Нашими родоначальниками были округленные плоские черви (roundish flatworm — гипотетическое промежуточное звено между плоскими и более совершенными кольчатыми червями), копошившиеся в доисторической грязи кембрия. На тот момент, вероятно, они были лишь одной из многочисленных форм жизни, но их потомки унаследовали всю землю. Трудно сказать, были гомеозисные гены лучшим техническим решением или просто хорошо был поставлен маркетинг, и кто в кембрии выступал за Apple, а кто за Microsoft?

Давайте ближе познакомимся с одним из Hox-генов на хромосоме 12. Ген C4 человека является аналогом гомеозисного гена dfdy дрозофилы, и у мухи он контролирует развитие ротовой части головы. «Текст» этого гена у человека подобен соответствующим генам в остальных трех из Hox-кластерах: A4, B4 и D4, — а у мыши этим генам соответствуют свои гены в четырех кластерах: a4, b4, c4 и d4. У эмбрионов мыши эти гены работают в клетках, из которых затем развивается шейный отдел: шейные позвонки и нервная трубка спинного мозга внутри их. Если с помощью направленной мутации разрушить один из этих генов, то один или несколько шейных позвонков окажутся измененными. Изменения в позвонках довольно специфичны. Все шейные позвонки в норме отличаются друг от друга. Измененный позвонок будет выглядеть так же, как предшествующий позвонок. Другими словами, гены Hox4 нужны для того, чтобы сделать последующий позвонок отличным от предыдущего. Если разрушить два гена Hox4, то половина позвонков окажутся измененными, если три — изменения затронут еще большее число позвонков. Получается, что четыре гена оказывают на развитие шейного отдела позвоночника кумулятивный эффект. В направлении от головы к копчику гены поочередно включаются в работу и дорабатывают базовый дизайн позвонка до той формы, которая требуется в данной части организма. Благодаря наличию четырех пар генов организм человека и мыши более надежно контролирует процесс развития, чем единственный Hox-кластер у дрозофилы.

Также стало понятно, почему у позвоночных число генов в Hox-кластере доходит до 13, а у дрозофилы их всего восемь. У позвоночных есть еще хвост — продолжение позвоночника над анальным отверстием— с множеством своих позвонков. У насекомых такого сложно организованного хвоста нет. Дополнительные гены в кластере Hox у человека и мыши, которых нет у дрозофилы, нужны для программирования позвонков хвоста или копчика. В ходе эволюции, когда наши обезьяньи предки лишились хвоста, произошло ингибирование соответствующих генов, которые работают у мыши.

Мы подошли к наиболее интригующему вопросу: почему у всех организмов гены в кластере Hox упорядочены строго определенным образом — первый ген для головы, а последний для хвоста? Окончательного ответа на этот вопрос пока нет, но есть правдоподобные гипотезы. Первый ген в кластере не только включается в переднем отделе тела, но и первым из генов кластера включается в работу. Таким образом, к множеству генов, включаемых первым Hox-геном следует также отнести второй Hox-ген, и так по цепочке. Действительно, развитие эмбрионов всех организмов начинается с головы. Следовательно, гены в кластере Hox расположены в той последовательности, в которой они включаются в работу. Гены как бы передают эстафетную палочку другдругу. Если мы рассмотрим усложнение организма животных в ходе эволюции, то увидим, что эволюция шла в том же направлении: постепенно усложнялись конечности и задняя часть туловища, тогда как голова оставалась головой. Так что в последовательности Hox-генов отображается также эволюция видов, что соответствует известному утверждению Эрнста Геккеля (Ernst Haeckel): «онтогенез повторяет филогенез», т. е. эмбрион развивается в той последовательности, в какой происходило развитие и усложнение предковых форм этого вида[125].

Эрнст Геккель (1834–1919), немецкий зоолог, основоположник биологии индивидуального развития и экологии. Известен также своими расистскими взглядами, вдохновлявшими Гитлера во время написания Mein Kampf.

Онтогенез — развитие отдельной особи; филогенез — происхождение и эволюция вида.

Hox-гены лишь дают отмашку развитию эмбриона, установив для него оси развития от головы к хвосту и от спины к животу. За счет последовательного, растянутого во времени включения генов гомеозисного кластера каждый из них работает в своем сегменте тела. Теперь уже по сегментам каждый Hox-ген запускает каскад регулируемых им генов развития, многие из которых сами являются регуляторами других генов. Благодаря этому сегменты тела развиваются по своему индивидуальному плану и отличаются друг от друга. Так, одни сегменты превращаются в конечности, другие — в крылья. Полиморфизм органов и частей тела достигается не только за счет многообразия регуляторных генов, но и за счет того, что один и тот же сигнал по-разному интерпретируется в разных частях тела. Возьмем, например, уже знакомый нам декапентаплегальный (decapentaplegic) ген дрозофилы. Синтезируемый под его контролем регуляторный белок управляет как развитием лапок мухи, так и развитием крыльев. Этот ген, в свою очередь, запускается белком другого гена, называемого hedgehog (ежик). Работа этого белка состоит в том, что он взаимодействует с другим белком, блокирующим промоторную часть декапентаплегального гена, и заставляет его освободить промотор и разблокировать ген. Ген hedgehog относится к так называемым сегментно-полярным генам, т. е. он работает во всех сегментах тела, но только в их дистальных (краевых) частях. Если в эмбрионе мушки дрозофилы в сегменте, в котором образуются крылья, перенести частицу из края сегмента в среднюю часть, то у мухи вырастут «зеркальные» крылья с двумя сросшимися фронтальными половинками посредине и двумя задними опахалами по краям.

Вас уже не удивит, что у гена hedgehog есть аналоги в геномах как человека, так и птиц. У нас и у куриц есть три похожих гена: sonic hedgehog (Ёж Соник), Indian hedgehog (индийский еж) и desert hedgehog (пустынный еж), выполняющих одну и ту же работу. (Из-за названий генов может возникнуть впечатление, что генетики страдают больным воображением. В генетических каталогах вы найдете гены с именами tiggywinkle (прыгающий моллюск) и целые семейства генов с общим именем warthog (бородавочник, или в данном случае, скорее, «бородавчатая свинья») и groundhog (имя гена можно перевести как «земляная свинья», но так по-английски называются многие животные — от сурка до трубкозуба). Что касается генов-ежиков, то такое название они получили по внешнему виду мушки дрозофилы с дефектным геном hedgehog.) Точно также, как у дрозофилы, назначение гена sonic hedgehog и его партнеров состоит в том, чтобы установить в конечностях оси фронтально-дорсальной асимметрии. У эмбриона сначала формируются симметричные отростки конечностей и только под влиянием генов семейства hedgehog происходит дифференциация конечности на переднюю и заднюю части. На куриных эмбрионах проводили следующий эксперимент. В строго определенное время микроскопический комок эмбриональных клеток смачивали в суспензии белка hedgehog и аккуратно под микроскопом вставляли в среднюю часть почки будущего крыла у 24-часового куриного эмбриона. В результате точно так же, как у дрозофилы, вырастали сдвоенные крылья. Каждое из них представляло собой пару крыльев, сросшихся фронтальной частью с оперением, торчащим вперед и назад от средней линии крыла.

Имя hedgehog (ежик) носит целое семейство генов индивидуального развития. Первый ген этого семейства был обнаружен в 1978 году нобелевскими лауреатами Эриком Вишаусом (Eric Wieschaus) и Кристианой Нюссляйн-Фолхард (Christiane Nsslein-Volhard). Такое название было предложено, поскольку мутантная мушка дрозофила была покрыта мелкими щетинками, делающими ее похожей на ежа. Все остальные гены hedgehog названы по видовым названиям ежей, за исключением гена sonic hedgehog, названного в честь персонажа серии видеоигр Sonic the Hedgehog.

Таким образом, у птиц и мух ген hedgehog определяет переднюю и заднюю части крыла. У млекопитающих этот ген отвечает за правильное развитие пальцев на конечностях. В каждом эмбрионе человека происходит трансформация беспалой почки в пятипалую конечность. Но точно такая же трансформация произошла примерно 400 млн лет назад с плавниками рыб, вышедших на берег. Этот факт одновременно получил подтверждение как в результате палеонтологических открытий, так и наблюдений за развитием эмбрионов под контролем Hox-генов.

Изучение эволюции конечностей началось в 1988 году с обнаружения в Гренландии окаменелостей акантостеги (Acanthostega). Полурыба-полумлекопитающее, вымершее 360 млн лет назад, поразило ученых строением восьмипалой конечности, напоминающей конечность сухопутных животных. Это был один из вариантов конечностей, которые природа апробировала на древних рыбах, позволив им шагать по мелководью. Постепенно, после анализа многочисленных окаменелостей, стал проясняться путь эволюции от плавника рыбы к пятипалой конечности, которой обладаем мы с вами. Сначала появились изогнутые дугой и торчащие вперед из грудной клетки кости предплечий. Затем из костей запястья образовались направленные назад косточки пальцев. Последовательность эволюционного развития конечностей была открыта после того, как ученые выстроили в ряд найденные окаменелости рыб и первых сухопутных животных. И тут палеонтологи получили экспериментальное подтверждение своей теории от эмбриологов. Оказывается, именно в такой последовательности в конечностях работают гомеозисные гены. Сначала Hox-гены создают градиент экспрессии от вершины к основанию растущей почки конечности, в результате чего в ней появляются и развиваются кости плеча и запястья. Затем в запястье возникает новый градиент экспрессии hedgehog-генов, перпендикулярный первому градиенту, который дает толчок развитию костей пальцев[126].

Изменения именно в гене sonic hedgehog привели к тому, что предки китов и дельфинов лишились задних конечностей (Thewissen J. G. et al. 2006. Developmental basis for hind-limb loss in dolphins and origin of the cetacean bodyplan. PNAS, e-pub ahead of print).

Hox-генами и hedgehog-генами не ограничивается перечень генов развития эмбриона. Множество других генов, определяющих, что и где должно расти, образуют удивительную по надежности самоорганизующуюся систему: объединяющие и разъединяющие гены (pax-genes и gap-genes) и еще множество генов с удивительными англо-немецко-японскими именами, такие как radical fringe (остаточная бахрома), even-skipped (парно-пропущенный), fushi tarazu, hunchback (горбун), Krppel (калека), giant (гигант), engrailed (зазубренный), knirps (карапуз), windbeutel (флюгер), cactus (кактус), huckebein (хромой), serpent (змея), gurken (огурчик), oskar (оскар) и tailless (бесхвостый). Читая современныестатьи по эмбриологии, иногда думаешь, будто взялся за чтение очередной новеллы Толкиена о приключениях хоббитов. Приходится освоить массу новой терминологии, чтобы понять, что к чему. Тем не менее генетика индивидуального развития полностью соответствует основным генетическим законам. Чтобы постичь чудо развития организма из одной клетки, не потребовалась ни современная ядерная физика, ни мудреная теория хаоса, ни квантовая динамика, ни новые генетические концепции. Так же, как и с генетическим кодом, проблема эмбрионального развития, которая представлялась непостижимой загадкой, оказалась вполне объяснимой последовательностью генетических событий. Все начинается с градиента химических веществ, оказывающих влияние на яйцеклетку. Под влиянием химических сигналов активизируются первые регуляторные гены, которые определяют, где у эмбриона перед и где зад. Затем последовательно от головы к хвосту включаются другие регуляторные гены, придающие каждому сегменту тела свою функциональность и специфичность. Следующая волна генов устанавливает фронтально-дорсальную полярность сегментов, и уже локальные регуляторные гены трансформируют клетки в отдельные органы и ткани. Процесс эмбрионального развития оказался довольно простым линейным химико-механическим процессом больше в духе Аристотеля, чем Сократа. (Автор противопоставляет материалистический натурализм Аристотеля идеализму Сократа — примеч. ред.) Из простого химического градиента возникает сложный полиморфизм органов и тканей. Насколько простыми были принципы индивидуального развития, и насколько сложным и многообразным оказался конечный результат. Несмотря на простоту базовых принципов, природа все еще бросает вызов инженерам. До сих пор человеку так и не удалось сконструировать машину, которая собирала бы сама себя из запчастей.

Хромосома 13

История народов

Поразительное единообразие гомеозисных генов у червей, мух, кур и людей еще раз подчеркивает общность нашего происхождения от единого предка. Обнаружить это сходство нам позволило знание генетического кода — языка, на котором записаны прописи белков в генах. Мы сравнили «тексты» генов и обнаружили в них общие «слова». Точно так же, но в иной исторической перспективе, сравнение языков дает возможность проследить общие корни разных народов. Например, итальянский, французский, испанский и румынский языки происходят от латинского языка, на котором говорили в Древнем Риме. Историю миграции народов можно изучить, если объединить в исследовании лингвистический и генетический анализ родственных связей между людьми. Напрасно историки сетуют на отсутствие исторических документов, свидетельствующих о переселении того или иного народа в далеком прошлом. Такие документы есть. Это гены и язык, на котором мы говорим. По причинам, которые я постепенно буду раскрывать в этой главе, хромосома 13 является отличной отправной точкой для разговора о генеалогии человечества.

В 1786 году английский судья в Калькутте сэр Уильям Джонс (William Jones) созвал съезд Королевского азиатского общества (Royal Asiatic Society) и объявил о своем открытии: древнеиндийский язык санскрит является прародителем латинского и греческого языков. Благодаря тому что Джонс владел многими языками, он обнаружил сходство санскрита также с кельтским, готским и персидским языками. Он предположил, что все эти языки имели общее происхождение. Джонс пришел к такому заключению по той же причине, по которой современные генетики сделали вывод о существовании 530 млн лет назад округленных плоских червей — предков большинства современных животных. Этой причиной явилось сходство слов. Например, слово «три» звучит как «tres» в латинском, «treis» — в греческом и «tryas» — в санскрите. Безусловно, в отличие от генетического «языка» в разговорных языках гораздо проще происходит заимствование слов у народов, которые живут на соприкасающихся территориях. Можно предположить, что слово «три» было занесено в санскрит из языков европейских народов. Но дальнейшие исследования подтвердили правоту Джонса. Все эти народы на огромной территории от Индии до Ирландии когда-то были одним народом и жили вместе на одной территории. Затем в ходе вековой истории миграций общий язык рассыпался на диалекты, которые стали самостоятельными языками.

Сравнив языки, мы даже можем предположить, какими были наши общие предки. Индоевропейцы примерно 8000 лет назад начали мигрировать из своей земли обетованной, которую некоторые считают современной Украиной, но, скорее, это была территория современной Турции (во всех индоевропейских языках есть общие корни слов, обозначающих холмы и быстрые горные потоки). Наши предки занимались земледелием и скотоводством — во всех языках есть общие слова, обозначающие урожай, коров, овец и собак. Если учесть, что согласно археологическим данным земледелие в те времена только зарождалось в так называемом перекрестке изобилия — Сирии и Месопотамии, — становится понятным, что своему успеху в расселении на двух континентах наши предки обязаны владению передовой технологией тех времен — умением обрабатывать землю и выращивать урожай. Но разнесли ли они вместе со своим языком по дальним землям также свои гены? К этому вопросу мы еще вернемся чуть позже.

На родине индоевропейских народов — в Анатолии — сейчас говорят по-турецки, на языке, который не относится к индоевропейской группе и был занесен сюда позже дикими всадниками с бескрайних степей центральной Азии. Эти «алтайские» народы также владели передовой технологией — они разводили и использовали лошадей, о чем свидетельствует не только история, но и их язык. У всех народов алтайской группы много общих слов, связанных с лошадьми. Третья большая языковая группа — уральская. На языках этой группы говорят народы севера России, Финляндии, Эстонии и, как ни странно, венгры. Расселение этих народов происходило в несколько этапов, примерно в то же время, когда в Европе появились индоевропейцы. Вероятно, они тоже были обладателями какой-то передовой технологии, возможно, занимались разведением северных оленей. В классической форме уральский язык сохранился сейчас только у самоедов — оленеводов северо-западной части России.

Но если мы копнем глубже, то найдем свидетельства того, что эти три группы языков — индоевропейская, алтайская и уральская — также сходятся к одному общему языку, на котором говорили народы Евразии примерно 15 000 лет назад. Судя по общим корням во всех языках, это был народ охотников-собирателей, у которых еще не было домашних животных за исключением, возможно, собаки (волка). Нет общего мнения по поводу того, какие народы являются их прямыми потомками. Русские лингвисты Владислав Иллич-Свитыч и Арон Долгопольский относили к афро-азиатскому семейству также арабский язык и языки Северной Африки, тогда как Джозеф Гринберг (Joseph Greenberg) из Стенфордского университета исключает эти языки, но добавляет к данному семейству языки коряков и чукчей, проживающих на северо-восточной оконечности Азии. Иллич-Свитыч даже написал небольшую поэму на неизвестном древнем «ностратическом» языке. Корни и звучание слов были выведены теоретически, на основе сравнительного анализа афро-азиатского семейства языков.

Доказательством существования древнейшего языка наших пращуров служат отдельные слова и буквосочетания, которые мало изменились за все эти тысячелетия. Например, в индоевропейских и уральских языках, а также монгольском, чукотском и эскимосском в слове «мне» присутствует звук «м», а в слове «ты» — звук «т». Множество таких примеров сводит к минимуму вероятность простого совпадения. Можно с уверенностью сказать, что португальский и корейский языки сходятся к общему предковому языку.

Каким был секрет успеха ностратического народа, мы, видимо, никогда не узнаем. Возможно, эти люди первые придумали использовать собак во время охоты или изобрели лук и стрелы. Возможно, причина их успеха была не столь материальной, а состояла в более совершенном общественном укладе, например в принятии решений путем демократического голосования. Распространившись на огромные территории, они не уничтожили коренные народы, жившие здесь до них. Достоверно известно, что баскский язык, некоторые языки Кавказа и исчезнувший этрусский язык не относятся к макросемейству ностратических языков, но зато есть четкие связи между этими языками и китайским, а также языком индейцев племени Навахо. Они образуют другое макросемейство языков на-дене. Мы вплотную подошли к одной спекулятивной идее. Известно, что баски, которые сейчас сохранились в Пиренейских горах (горы всегда были закоулками на путях великих переселений, где находили прибежище потомки давно исчезнувших народов), когда-то населяли гораздо большую территорию, о чем свидетельствуют названия местностей. Интересно, что эта территория совпадала с областью распространения кроманьонской наскальной живописи. Являются ли баскский язык и язык навахо лингвистическими окаменелостями первых кроманьонцев, которые вытеснили неандертальцев из Евразии? Являются ли носители этих языков прямыми потомками мезолитических людей, на смену которым затем пришли люди неолита, говорящие на индоевропейских языках? Скорее всего, нет, но все же небольшая вероятность этого сохраняется.

В 1980-х годах великий итальянский генетик Луиджи Лука Кавалли-Сфорца (Luigi Luca Cavalli-Sforza), вдохновленный открытиями лингвистов, задался очевидным вопросом: соответствуют ли языковые границы генетическим? Границы распространения генов, безусловно, более размыты в результате смешанных браков. Отличия между немцами и французами в генетическом плане гораздо менее очевидны, чем различия в языке.

Тем не менее некоторые закономерности начали проявляться. Собрав множество примеров «классического полиморфизма» генов в популяциях людей и обработав эти данные с помощью статистического метода основных компонентов, Кавалли-Сфорца обнаружил в Европе пять центров, из которых происходило распространение полиморфных генов разных типов. Плавный градиент генетического полиморфизма с юго-востока Европы в направлении северо-запада отображает путь расселения в Европу из Средней Азии земледельцев во времена неолита. На пути генетического маршрута были обнаружены археологические свидетельства— стоянки древних земледельцев, которые появились в Европе примерно 9500 лет назад. Этот генетический тренд обуславливает 28% генетического полиморфизма у современных европейцев. Другой резкий градиент полиморфизма на северо-востоке Европы соответствует расселению народов уральской языковой группы. Влиянием расселения этих народов объясняется 22% варьирования генов у европейцев. Третий градиент, который вдвое слабее предыдущего, расходится концентрическими кругами от украинских и донских степей. Этот градиент соответствует расселению кочевников, пришедших в Европу за 3000 лет до нашей эры из междуречья Волги и Дона. Четвертая область генетического разнообразия представлена множеством вкраплений в Греции, Южной Италии и в Западной Турции и, вероятно, отображает распространение античных греческих мегаполисов во втором и первом тысячелетиях до нашей эры. Наиболее интригующим является едва вырисовывающийся пятый центр распространения необычных генов в районе древней страны басков в Северной Испании и в Южной Франции. Это еще раз подтверждает тот факт, что баски являются древним донеолитическим народом, выстоявшим под напором индоевропейцев[127].

Другими словами, генетика подтвердила лингвистические гипотезы о том, что расселение и миграции древних народов, вооруженных новыми технологиями, сыграли огромную роль в эволюции человечества. генетические границы не так резки, как лингвистические, благодаря чему генетический анализ позволяет раскрыть больше нюансов истории народов. Даже в пределах одной страны генетический полиморфизм часто совпадает с языковым. Например, в родной для Кавалли-Сфорца Италии есть островки генетического полиморфизма, которые соответствуют древней стране этрусков, Лигурии и Генуи, жители которых говорят на наречии, не относящемся к индоевропейскому семейству языков, а также древним греческим мегаполисам на юге Италии. Вывод прост: люди и их язык идут по земле вместе.

Археологи могут проследить время появления в Европе земледельцев неолита, кочевников и древних мадьяр. Но как это происходило? Они просто расширяли свои территории или мигрировали? Повстречалось ли им на новых землях коренное население? Что произошло с коренным населением, были ли они все уничтожены или ассимилировались с пришельцами? Или может пришельцы взяли себе в жены местных женщин, а мужчин убили? А может, расселялись не люди, а их культура находила все больше приверженцев, и вместе с новыми технологиями распространялся и язык? Все модели возможны. Например, в Америке XVIII века коренное население было почти полностью уничтожено европейцами как в генетическом, так и в лингвистическом плане, тогда как в Мексике в XVII веке процесс больше напоминал смешение. В XIX веке в Индии широко распространился английский язык, но это практически не сопровождалось генетическим кровосмешением.

Генетический анализ позволяет нам лучше понять, какая из моделей экспансии больше применима к древним историческим событиям. Плавный генетический градиент, направленный с юго-востока к северо-западу Европы лучше всего объясняется моделью диффузного проникновения в Европу первых земледельцев неолита. Гены земледельцев с юго-запада смешивались с генами коренного населения, поэтому генетический полиморфизм постепенно сглаживается по мере продвижения на северо-запад. Это указывает на многочисленные смешанные браки между пришельцами и коренным населением. Кавалли-Сфорца предположил, что, вероятнее всего, мужчины-земледельцы брали себе в жены местных женщин из племен охотников и собирателей, но не наоборот. То же самое сейчас происходит в центральной Африке между чернокожими крестьянами и пигмеями, ведущими полудикий образ жизни в джунглях. Земледельцы, которые могли прокормить несколько жен и рассматривали охотников как дикарей, никогда бы не позволили своим дочерям выйти замуж за дикого охотника, но были не прочь заиметь себе в жены красавицу-дикарку.

Вторжение более развитой цивилизации сопровождалось закреплением на территории нового языка. Браки между пришлыми мужчинами и коренными женщинами вели к смешению всех генов за исключением тех, которые находятся на хромосоме Y. Так произошло на территории современной Финляндии. Финны генетически почти не отличаются от соседних народов, исключение составляет лишь хромосома Y. Гены только этой хромосомы однозначно указывают на североазиатское происхождение финнов. Когда-то в далеком прошлом на территории современной Финляндии с коренным индоевропейским населением произошло наслоение языка уральской группы и уральской Y-хромосомы. Весьма интересный факт был обнаружен в ходе популяционных генетических исследований. Оказалось, что скорость распространения генов митохондрий, передающихся только по женской линии, во много раз превосходит скорость распространения мужских генов на хромосоме Y. Это связано с тем, что в человеческом обществе обычно жена уходила к мужу (или выкрадывалась) из своей семьи, а не наоборот[128].

Но какое отношение ко всему этому имеет хромосома 13? Так случилось, что на этой хромосоме оказался известный ген BRCA2, который тоже многое может рассказать о генеалогии людей. BRCA2 был вторым по счету геном «рака молочной железы», обнаруженным в 1994 году. Довольно редкая мутация этого гена делает женщин несколько более предрасположенными к данному заболеванию. Ген был обнаружен в результате изучения нескольких исландских семей, в которых в ряде поколений женщины страдали раком груди. Исландия — это уникальная естественная генетическая лаборатория, поскольку все ее население произошло от небольшой группы норвежцев, высадившихся здесь в 900-х годах нашей эры. Уровень иммиграции на протяжении последующих веков был низким. Поэтому родословная практически всех 270 000 жителей острова начинается от тех нескольких тысяч норвежцев, появившихся здесь до наступления «малого ледникового периода» средних веков. Одиннадцать веков изоляции и опустошительные эпидемии XIV столетия сделали остров заповеным местом для охотников за генами. Несколько предприимчивых исландских генетиков, получивших образование в США, вернулись на родину и открыли частную клинику по выявлению родословной исландских семей по генетическим маркерам.

В двух местных семьях частые случаи рака молочной железы прослеживались во многих поколениях вплоть до 1711 года. В обеих семьях была обнаружена одна и та же мутация — делеция (недостаток) пяти «букв» в тексте гена BRCA2 после 999-й «буквы». Другая мутация в этом же гене — делеция 6174-й «буквы» — характерна для потомков евреев ашкенази. Примерно 8% случаев рака молочной железы у евреек ашкенази в возрасте около 42 лет связаны с этой мутацией, и еще 20% случаев связаны с мутацией в гене BRCA1, который находится на хромосоме 17. И вновь генетические заболевания стали результатом продолжительного инбридинга, хотя и не в таких масштабах, как в Исландии. Генетическая чистота евреев связана с многовековой практикой неприятия иноверцев и отвержения тех, кто женился на чужеземке. Наиболее последовательные иудеи, к которым относятся евреи ашкенази, также стали объектом пристального изучения генетиков. В США даже был создан Комитет по предупреждению генетических заболеваний евреев (Committee for the Prevention of Jewish Genetic Disease), в задачи которого, в частности, входит генетический анализ крови у школьников. Впоследствии, когда дети вырастают, прежде чем разрешить им вступление в брак, брачные агенты запрашивают в базе данных результаты анализа, где они хранятся под анонимными индивидуальными номерами каждого школьника. Если у обоих брачующихся будут обнаружены одинаковые мутации, ведущие к болезни Тея-Сакса (детское слабоумие) или муковисцидозу, то в браке молодым откажут. Практические результаты работы этого комитета, который остро критиковался в New York Times в 1993 году как «неоевгенический», впечатляют своей эффективностью. Муковисцидоз был практически искоренен у еврейского населения США[129].

Таким образом, география распространения генов представляет не только академический интерес. Болезнь Тея-Сакса является результатом генетической мутации, которая довольно часто встречается у евреев ашкенази по причинам, о которых мы говорили при рассмотрении хромосомы 9. Мутация Тея-Сакса на одной хромосоме делает людей несколько более устойчивыми к туберкулезу, что отражает историю жизни и болезней этого народа. Скученные в гетто на протяжении нескольких последних столетий, евреи ашкенази были особенно подвержены туберкулезу, поэтому не удивительно, что в их геноме накопились гены, препятствующие данному заболеванию. Хотя ценой этой защиты была повышенная смертность детей от генетического заболевания.

До сих пор нет такого простого объяснения факта распространения мутации на хромосоме 13 у ашкенази, результатом которой становится рак молочной железы. Скорее всего, у этого и у всех остальных расовых и этнических особенностей генома есть свой практический смысл. Составление полной генетической карты мира позволит лучше понять тенденции и процессы как древней, так и недавней истории человечества.

Рассмотрим два интересных примера: употребление алкоголя и молока. Способность употреблять большие объемы спиртного во многом зависят от работы гена на хромосоме 4, кодирующего синтез фермента алкогольдегидрогеназы. У многих людей есть врожденная способность при необходимости быстро наращивать производство этого фермента — результат тяжелой многовековой практики. Люди, у которых данный фермент плохо работал, деградировали и умирали от алкоголизма. Способность к потреблению спиртных напитков была эволюционно прогрессивной, поскольку спирт убивал микробов, вызывавших опустошительные эпидемии дизентерии и других желудочно-кишечных инфекций у оседло живущих средневековых земледельцев. «Не пейте сырую воду» — предупредят вас в любом туристическом агентстве перед поездкой в тропические страны. Помимо бутилированной воды безопасными напитками являются кипяченая вода и спиртные напитки. До XVIII столетия включительно богатые европейцы пили только вино, пиво, кофе и чай. Употребление любых других напитков было чревато опасностью кишечных инфекций. (Опасность прошла, но привычка осталась.)

Однако скотоводы и кочевники, во-первых, не выращивали растений, пригодных для ферментации и, во-вторых, не нуждались в стерилизации напитков, так как жили обособленно поблизости от незагрязненных природных источников. Не удивительно, что коренные жители Австралии и Америки оказались столь восприимчивы к алкоголизму. У них нет ферментов для быстрого расщепления этанола.

Подобную эволюцию пережил другой ген на хромосоме 1, ответственный за синтез лактазы. Этот фермент необходим для расщепления лактозы— молочного сахара. Мы все рождаемся с данным геном, который активно работает, пока мы маленькие. Но у большинства людей и всех остальных млекопитающих этот ген выключается по мере взросления. Это объясняется тем, что млекопитающие употребляют молоко только в младенчестве. В дальнейшем нет смысла тратить энергию на синтез ненужного фермента. Но несколько тысяч лет назад древние люди научились получать молоко от домашних животных и стали родоначальниками молочной диеты. Вкусное и полезное для детей молоко оказалось трудным для переваривания взрослым организмом продуктом ввиду отсутствия лактазы. Один из способов превращения молока в диетическую пищу состоял в том, чтобы дать бактериям съесть всю лактозу, оставив остальные питательные вещества человеку. Так появился сыр, содержащий мало лактозы и одинаково хорошо усваиваемый как детьми, так и взрослыми.

Случайно в результате мутации в одном из регуляторных генов, чей продукт выключал ген лактазы, фермент стал синтезироваться на протяжении всей жизни. К радости изготовителей кукурузных и пшеничных хлопьев, которые подают к завтраку с молоком, большинство европейцев унаследовали эту мутацию. Примерно 70% европейцев легко усваивают молоко в зрелом возрасте, тогда как в отдельных частях Африки, Восточной и Центральной Азии, а также Океании только 30% населения имеют необходимый фермент. Частота мутаций может существенно меняться даже в смежных районах. Возникает вопрос: каковы причины, которые заставляли разные народы переходить на молочную диету?

Существует три основные гипотезы на эту тему. Первая и наиболее очевидная состоит в том, что пастухи и кочевники переходили на молочную пищу, чтобы разнообразить свое убогое питание на пастбищах. Во-вторых, переход на молочную диету мог стимулироваться недостатком солнца, и, следовательно, витамина D. Витамин D вырабатывается под воздействием солнечных лучей но, кроме того, им богато молоко. Основой для этой гипотезы послужил тот факт, что сырое молоко больше пьют в Северной Европе, тогда как жители Средиземноморья предпочитают сыры. Третья причина характерна для засушливых районов, где молоко могло быть дополнительным источником жидкости. Например, много молока потребляют бедуины и туареги Сахары.

Два биолога собрали сведения о потреблении молока у 62 народов и народностей, чтобы найти статистическое подтверждение этим гипотезам. Они не обнаружили четкой корреляции между потреблением молока и широтой местности, или особенностями ландшафта, что снижает вероятность второй и третьей гипотез. Но потребление молока существенно возрастало у тех народов, чьи предки были скотоводами, как, например, народ тутси в центральной Африке, фуланы из западной Африки, народы пустынь (бедуины и туареги), ирландцы, чехи и испанцы, — у всех этих народов практически нет ничего общего за исключением того, что их предки пасли отары овец, стада коров, или держали коз. Эти народы являются чемпионами в потреблении молока на душу населения[130].

Есть свидетельства в пользу того, что эти народы сначала научились скотоводству, а потом уже пристрастились к молочной диете. Сомнительно, чтобы они перешли к скотоводству из-за генетической предрасположенности к потреблению молока. Это важное открытие, показывающее, как культурно-социальные изменения в обществе ведут к генетическим изменениям. Гены могут включаться и выключаться под влиянием волевых решений индивидуума. Перейдя к скотоводству, люди самостоятельно создали новый эволюционный тренд. Это звучит почти так же, как эволюционные ереси ламаркистов о том, что кузнец, нарастивший бицепсы тяжелым трудом, может передать этот признак своему сыну по наследству. Это, конечно, не так. И все же следует признать, что смена образа жизни создает эволюционный прессинг на геном, результатом которого становится генетическое разнообразие популяций нашего вида.

Хромосома 14

Бессмертие

Мы рождаемся и умираем, но геном бессмертен. Заглянув в прошлое, вы увидите непрерываемую цепь 50 млрд поколений, растянувшихся на 4 млрд лет эволюции жизни на Земле. Древнейшие гены первых живых организмов все еще работают в наших клетках. Не было ни одного разрыва или фатальной ошибки в цепи жизни. Но бессмертие в прошлом, как скажет вам любой биржевой брокер, не гарантирует бессмертия в будущем.

Предком не так то просто стать. На страже стоит естественный отбор и отсеивает все слабые звенья цепи. Если бы это было не так, эволюция утратила бы свою адаптивную прогрессивность. Если человечество проживет еще миллион лет, генетического следа многих из тех, кто живет сегодня, не будет в будущем. Ряд генетических ветвей усохнут и сломаются, не оставив потомков. Когда-нибудь человек как вид может исчезнуть с лица Земли. Большинство видов на Земле существовали не более 10 млн лет, и многие не оставили после себя никаких дочерних видов. Нашему виду уже около 5 млн лет, и никаких новых видов людей от нас пока не произошло. Если человечество погибнет, то все наши гены исчезнут и никогда больше не повторятся. Но пока существует жизнь на Земле, у всех живых организмов будут родители и предки, уходящие беспрерывной цепью вглубь времен к самому первому организму, появившемуся на нашей планете.

Но если геном бессмертен, почему умирает тело? Четыре миллиарда лет не затерли «текст» генома (во многом благодаря тому, что он записан в цифровой форме), но каждый год жизни делает наше тело менее гибким и подвижным. Менее 50 циклов делений хватает для того, чтобы оплодотворенная клетка превратилась в организм, и еще 100 циклов делений обеспечивают регенерацию кожи и органов у взрослого человека в течение всей его жизни. Есть старая сказка о восточном императоре, который решил одарить ученого математика за услугу всем, что тот пожелает. Математик попросил положить на первую клеточку шахматной доски одно зернышко риса, на вторую — два, на третью — четыре, на четвертую — восемь и т. д. Императору показалось, что он легко рассчитается с мудрецом, но для заполнения 64 клеток ему понадобилось бы около 20 миллионов миллионов миллионов миллионов зернышек риса. Несмотря на все богатства императора, задача оказалась невыполнимой. Так же и с клетками тела человека. Яйцеклетка делится один раз, затем каждая дочерняя клетка делится опять и т. д. На 47-м цикле деления тело будет состоять более чем из 100 триллионов клеток. Поскольку многие клетки органов скоро прекращают делиться, для наполнения тела необходимым количеством клеток требуется около 50 циклов делений. Однако некоторые клетки продолжают делиться всю жизнь, обеспечивая регенерацию тканей и органов. В течение жизни человека такие клетки проходят более сотни циклов деления, но потом умирают. Сотни операций копирования вымарывают «текст» генома. Но ведь мы только что сказали, что 50 млрд операций копирования за всю историю жизни на Земле не испортили «текст» самых первых генов. В чем же разница?

По крайней мере часть ответа на этот вопрос кроется в хромосоме 14 в виде гена TEP1. Продуктом этого гена является белок, который входит в состав одной из самых удивительных биохимических машин — теломеразы. Отсутствие теломеразы в клетках ведет к старению. Добавление теломеразы делает некоторые клетки бессмертными.

История началась в 1972 году с подачи одного из первооткрывателей структуры ДНК — Джеймса Уотсона (James Watson). Уотсон заметил, что белковая машина копирования ДНК, называемая полимеразой, не может начать считывание ДНК с самого начала. Молекуле полимеразы сначала нужно прикрепиться к цепи ДНК, в результате какая-то часть нуклеотидов оказывается за активным центром полимеразы и не копируется. Каждый раз скопированный текст становится чуть короче оригинала. Представьте себе копировальную машину, которая обеспечивает идеальное качество, но всегда начинает копирование текста со второй строки и заканчивает на предпоследней строке. Единственный способ справиться с такой ненормальной машиной — это заполнить первую и последнюю строки бессмысленными повторами букв, которые не жалко потерять. Именно так и поступают хромосомы. Каждая хромосома представляет собой длинную страницу текста, который копируется полимеразой полностью, за исключением самого начала и самого конца. Поэтому на своих концах хромосомы содержат бессмысленный текст более чем из тысячи повторов «фразы» TTAGGG. Эти повторяющиеся фрагменты ДНК называются теломерами. Благодаря наличию теломер на концах хромосомы неуклюжесть полимеразы не приводит к потере жизненно важной информации. Как металлический наконечник на конце шнурка, теломеры предохраняют хромосому от изнашивания.

Но каждый раз после копирования хромосомы число теломер на концах уменьшается. После снятия сотни копий хромосома становится настолько короткой, что под угрозой оказываются важные гены. В среднем теломерные концы хромосомы уменьшаются на 31 «букву» в год, но в тканях с высокой скоростью деления концы хромосом «сгорают» значительно быстрее. Вот почему клетки стареют и умирают к определенному возрасту. Возможно, по этой же причине стареет и наше тело, хотя по данному вопросу между учеными продолжаются жаркие споры. К восьмидесяти годам на концах хромосом остается в среднем ⁵/₈ от числа теломер, которые были при рождении[131].

Но почему гены не теряются в яйцеклетках и сперматозоидах, прародителях всех остальных клеток организма? В этих клетках неустанно работает теломераза, наращивания горящие концы хромосомы за счет добавления новых теломер. Теломераза, обнаруженная в 1984 году Кэролом Грейдером (Carol Greider) и Элизабет Блэкберн (Elizabeth Blackburn), оказалась затейливым созданием. Это соединение содержит в себе молекулу РНК, которая используется в качестве шаблона для копирования теломер, а сам белок очень напоминает уже известную вам обратную транскриптазу, благодаря которой ретровирусы и транспозоны приумножают свое число (см. главу 9). Одни считают теломеразу предшественницей всех ретровирусов и транспозонов, исходной системой копирования РНК в ДНК. Другие рассматривают теломеразу как реликт РНК-овой эпохи жизни на Земле — первый организм, в основе которого лежал комплекс из молекул РНК и белка[132].

Еще следует отметить одну интересную особенность: «фраза» TTAGGG, которая повторяется несколько тысяч раз на концах хромосом, совершенно одинакова у всех млекопитающих. Более того, она одинакова у всех животных и грибов, начиная от простейшей трипаносомы, вызывающей сонную болезнь, или плесени Neurospora. У растений эта «фраза» отличается лишь дополнительной буквой T в начале: TTTAGGG. Совпадение не случайно. Теломераза использовалась еще у самых древних организмов, и шаблонная РНК с тех пор почти не изменилась. Интересный факт, у реснитчатых простейших — шустрых инфузорий, покрытых пропеллерами ресничек, — для теломеразы используется несколько иной текст: TTTTGGGG или TTGGGG. Другая особенность реснитчатых простейших состоит в варьировании генетического кода, постоянного для всех остальных организмов. Все больше накапливается данных, свидетельствующих, что инфузории выпадают из общего ствола жизни. Мое личное мнение состоит в том, что они произошли от самых первых форм жизни, возможно, еще до появления бактерий. Вполне вероятно, что инфузории являются живыми ископаемыми, произошедшими непосредственно от Луки — общего предка всех живых организмов. Хотя, соглашусь, за этой версией пока нет экспериментально подтвержденных фактов[133].

Как это не иронично, но теломераза была выделена и хорошо изучена не у человека, а как раз у инфузорий. Нам до сих пор не известно, какие белки объединяются вместе в составе теломеразы у человека. Вполне вероятно, что теломераза млекопитающих может сильно отличаться от теломеразы инфузорий. Некоторые скептики называют теломеразу «мифическим ферментом», поскольку ее так трудно выделить из клеток человека. У инфузорий, хранящих свои гены на тысячах маленьких хромосом, на концах каждой из которых расположены теломеразы, выделить этот фермент значительно проще. Ген теломеразы млекопитающих был впервые найден канадскими учеными в базе данных генов мыши но аналогии с геном инфузорий. Затем уже похожий ген был обнаружен в геноме человека. Группа японских ученых определила место гена теломеразы на хромосоме 14. Гену было присвоено имя TEP1, что означает первый теломеразный белок (first telomerase-associated protein). Хотя этот белок действительно является необходимой составной частью теломеразы, похоже, что обратная транскриптазная активность восстановления концов хромосом связана не с ним. Уже найден подходящий кандидат на эту роль, но нахождение гена на хромосомах человека на момент написания этой книги еще не было установлено[134].

Сейчас уже известны все гены теломеразы у человека: TEP1, TER (template-containing telomerase RNA — шаблонная РНК теломеразы) и TERT (telomerase reverse transcriptase — обратная транскриптаза теломеразы), а также регуляция этих генов у эмбрионов и в раковых клетках (Cong Y. S. et al. 2002. Human telomerase and its regulation. Microbiology and Molecular Biology Reviews 66: 407–425).

Среди всех прочих генов гены теломеразы в наибольшей степени подходят под определение «гены молодости». Теломераза является настоящим эликсиром вечной жизни для клеток. Исследователь Кол Харли (Cal Harley), который впервые установил факт укорачивания теломеразных хвостов у хромосом при делении, основал свою компанию Geron Corporation, основной целью которой стало изучение теломеразы. В августе 1997 года мир облетела новость, что в Geron удалось клонировать часть теломеразы. Цена акций компании сразу удвоилась, не столько из-за ожиданий, что это открытие принесет нам вечную молодость, сколько из-за того, что изучение теломеразы открывает перед нами новые перспективы в борьбе с раком. Раковые клетки не могут жить без теломеразы.

Исследователи компании Geron продолжили работу по созданию бессмертных клеток с помощью теломеразы. В одном из экспериментов были взяты две лабораторные культуры клеток, в которых отсутствовал ген теломеразы. Внедрение этого гена в клетки вело к тому, что они становились способными делиться бесконечно, не теряя своей молодости, тогда как контрольные культуры клеток давно умерли. К моменту написания этой книги срок жизни клеток с теломеразой уже в 20 раз больше срока, отведенного им природой, и нет ни малейших признаков уменьшения скорости их деления[135].

В организме человека ген теломеразы выключен во всех тканях за редким исключением, но этот ген активно работает в организме эмбриона. С момента выключения гена теломеразы жизнь человека «ставится на стрелку». С этого времени длина теломер на концах хромосом отмеряет число делений в клетках разных тканей, и в определенный момент укорачивание хромосом с концов достигает предела, за которым следует смерть клеток. У микробов никогда не включается отсчет числа делений, поскольку ген теломеразы никогда не выключается. В злокачественных раковых клетках этот ген включается повторно. В линии мышиных клеток с целенаправленно разрушенным одним из генов теломеразы теломеры на концах хромосом прогрессивно укорачивались[136].

Под микробами Ридли, вероятно, подразумевает простейших. В клетках бактерий нет теломеразы, поскольку у кольцевых бактериальных хромосом нет концов, и процесс копирования происходит без потери данных. Даже в тех редких случаях, когда у бактерий встречаются линейные хромосомы (например, у Agrobacterium tumefaciens), им все равно как-то удается обойтись без теломеразы.

Похоже, что отсутствие теломеразы является основной причиной, ведущей к старению и умиранию клеток. Но является ли это причиной старения и умирания всего организма? Есть одно свидетельство в пользу данного утверждения: клетки стенок артериальных сосудов обычно имеют более короткие теломеры, чем клетки стенок вен. Это отражает более напряженный рабочий ритм артерий в условиях постоянно меняющегося повышенного давления крови. Клетки артерий растягиваются и сжимаются при каждом ударе сердца, что ведет к их быстрому износу и замене новыми быстро делящимися клетками. Именно постоянное деление клеток в стенках артерий ведет к быстрому укорачиванию длины теломер и старению клеток. Вероятно, именно поэтому мы чаще страдаем от проблем с артериями, чем от проблем с венами[137].

Старение мозга так просто не объяснить, поскольку нервные клетки в течение жизни человека не делятся. Но этот пример не оказался смертельным ударом для тех, кто считал отсутствие теломеразы причиной старения. Вспомогательные клетки мозга, так называемые глиальные клетки, делятся довольно активно, а их теломеры укорачиваются. Впрочем, мало кто из ученых разделяет версию о том, что накопление «старых» клеток с сожженными концами хромосом является основной причиной старения организма. Большинство неприятных вещей, ассоциируемых со старостью, таких как рак, дряхление и ослабление тонуса мышц, окостенение сухожилий, седые волосы, снижение эластичности кожи, не имеют ничего общего с проблемой деления клеток. В случае с раком проблема как раз и состоит в том, что клетки делятся слишком активно.

Кроме того, виды животных сильно разнятся по продолжительности жизни. Более крупные животные, например слон, живут обычно дольше мелких животных, что может показаться странным, так как для того чтобы вырос слон, требуется значительно больше делений яйцеклетки, чем для получения мыши. Это противоречит теории о том, что деление клеток ведет к их старению. Малоподвижные животные, такие как черепахи и ленивцы, живут дольше. Эти наблюдения ведут к следующему выводу, настолько простому, что он не может быть неверным, и врачи это подтвердят: всем животным отпущено одинаковое число дыханий. Слон живет дольше мыши, но и пульс у него значительно медленнее. Если жизнь измерить числом дыханий, то окажется, что продолжительность жизни у слона и мыши одинакова.

И все было бы хорошо с теорией, если бы не исключения, касающиеся прежде всего летучих мышей и птиц. Миниатюрные летучие мыши, даже те, которые не впадают зимой в спячку, могут жить до 30 лет, и в течение всей жизни они едят, дышат и качают кровь с невероятной частотой. Птицы, чья кровь на несколько градусов теплее нашей, в крови которых сахара вдвое больше, чем у нас, и потребление кислорода не сравнимо с таковым ни у одного из млекопитающих, обычно проживают длинную жизнь. Существуют две известные фотографии, на которых изображен шотландский орнитолог Джордж Даннет (George Dunnet) с одним и тем же буревестником на руке, но фотографии сделаны в 1950 и 1992 году. Буревестник выглядит совершенно одинаково на обеих фотографиях, чего нельзя сказать о профессоре Даннете.

На выручку биохимикам и врачам, у которых не получалось разгадать секрет старения, пришли эволюционисты. Дж. Б. С. Холдейн (J. B. S. Haldane), Питер Мидэвор (Peter Medawar) и Джордж Уильямс (George Williams) независимо друг от друга сделали один и тот же вывод о причинах старения. Каждый вид наделен своей программой старения, которая зависит от того, в каком возрасте особи этого вида продолжают размножаться. Естественный отбор тщательно выметает все генетические дефекты, которые могут повредить телу до или во время репродуктивного периода. Так происходит потому, что особи с дефектами в генах оставляют меньше потомства или не оставляют его совсем. Но естественный отбор не может повлиять на гены, которые ведут к разрушению организма уже после прекращения репродуктивного периода, поскольку такие мутации никак не могут повлиять на число потомков. Возьмем, к примеру, буревестника Даннета. Он живет так долго, потому что в жизни буревестника нет таких естественных врагов, как кошки и совы для мыши. Мышь в естественных условиях вряд ли проживет дольше трех лет, поэтому гены, которые приводят мышь к гибели на четвертый год, никак не контролируются естественным отбором. Буревестники продолжают размножаться и в 20 лет, поэтому гены, вредящие 20-летней птице, все еще находятся под прессом естественного отбора.

Эта теория подтверждается результатами одного наблюдения, описанного Стивеном Аустэдом (Steven Austad). Исследователь изучал животный мир острова Сапело (Sapelo), который находится в пяти милях от береговой линии Джорджии в Соединенных Штатах Америки. На острове обитает популяция виргинийских опоссумов, изолированных от материка в течение 10 000 лет. Опоссумы, как и все сумчатые, живут недолго. В возрасте 2 лет они уже обычно умирают, став жертвами катаракты, артритов, лишая и разнообразных паразитов. Но такая судьба уготовлена лишь избранным долгожителям, поскольку до 2-летнего возраста опоссумы уже успевают попасть под грузовик или стать обедом для койота или филина. На острове Сапело, где естественных врагов у опоссумов нет, они доживают до старости, и поэтому в поле зрения естественного отбора попадает здоровье опоссумов после 2 лет. Больше потомства стали оставлять те особи, которые медленнее старели. Это и обнаружил Аустэд на Сапело. Опоссумы там не только живут дольше, но и медленнее стареют. Они продолжали размножаться после 2-летнего возраста — что практически невозможно для материковых опоссумов, — оставаясь при этом значительно гибче и подвижнее своих однолеток с большой земли[138].

Эволюционная теория старения очень хорошо объясняет тенденции старения у разных видов. Становится понятным, почему долго живущие виды имеют большие размеры (слон), хорошо защищены (черепаха и дикобразы) или способны избегать хищников (летучие мыши и летучие рыбы). Во всех случаях снижение вероятности гибели от несчастных случаев или хищников повышает степень естественной селекции тех версий генов, которые способствуют увеличению продолжительности жизни.

Предки людей на протяжении нескольких миллионов лет были достаточно большими, успешно использовали орудия для самообороны (даже шимпанзе умеют отгонять леопарда с помощью палок), поэтому в меньшей степени страдали от хищников. Результатом стало замедление старения и существенное увеличение продолжительности жизни. Детская смертность в возрасте до 5 лет снизилась до 50%, что звучит шокирующе для современного общества, но в действительности значительно ниже детской смертности у других видов в естественных условиях. Наш предок каменного века начинал половую жизнь примерно в 20 лет, репродуктивный период продолжался до 35 лет, и еще около 20 лет уходило на воспитание детей, после чего в 55 лет человек вполне мог умереть без ущерба для популяции. Не удивительно, что в возрасте от 55 до 75 лет мы начинаем седеть, слабеть, терять гибкость, слепнуть и глохнуть. В одночасье начинают приходить в упадок все системы нашего организма. Так, когда-то рабочие автомобильных заводов Детройта ходили по свалкам и смотрели, какие запчасти в старых автомобилях все еще сохранили пригодность. Потом на заводе для этих запчастей снижали требования к качеству. Нет смысла тратить деньги на производство таких надежных деталей, которые переживут сам автомобиль. Мать Природа сконструировала все органы таким образом, чтобы они могли служить нам до тех пор, пока мы не увидим наших детей самостоятельными, но не дольше.

В результате естественного отбора длина теломер на наших хромосомах рассчитана на 75–90 лет жизни. Еще пока нет никаких научных подтверждений, но вполне возможно, что у буревестника и черепахи теломеры от рождения длиннее, а у опоссума — короче. Не исключено, что индивидуальные различия в продолжительности жизни также могут быть связаны с длиной теломерных хвостов на концах хромосом. То, что индивидуальные различия существуют, уже было доказано. Число копий теломеры у разных людей может колебаться от 7000 до 10 000, причем длина теломерных окончаний наследуется. Возможно, что именно этим объясняются факты долгожительства членов отдельных семей, или даже представителей отдельных народов. Наверное, у француженки Жанны Кальман (Jeanne Calment) из Арля (Arles), которая в феврале 1995 года отметила свое 120-летие, на концах хромосом было гораздо больше повторов «фразы» TTAGGG, чем у многих из нас. Она умерла на 122-м году жизни, а ее брат дожил до 97 лет[139].

Но, скорее, мадам Калман следует благодарить за долгую жизнь не теломеры, а другие свои гены. Длинные теломеры не помогут больному организму. Они будут быстро укорачиваться, поскольку для регенерации поврежденных тканей необходимо быстрое деление клеток. У больных с синдромом Вернера, организм которых быстро и преждевременно стареет, действительно теломеры сокращаются со значительно большей скоростью, но при рождении они были примерно такой же длины, как у других людей. Их быстрое расходование, вероятно, связано с тем, что организму постоянно приходится устранять повреждения тканей, причиненные возникающими в большом количестве свободными радикалами— атомами с синглетными электронами, образующимися во время неконтролируемого окисления. Атомарный кислород — это агрессивное соединение, о чем вам засвидетельствует любой заржавевший железный предмет. Большинство мутаций, влияющих на продолжительность жизни, по крайней мере у мух и червей, связаны с генами, имеющими отношение к ингибированию образования свободных радикалов, т. е. они связаны с предотвращением повреждений, а не продлением жизни клеток, занятых устранением повреждений. Отбор червей нематод по одному гену позволил ученым вывести такую линию долгожителей, что они жили бы до 350 лет, если спроецировать продолжительность жизни червя на продолжительность жизни человека. Майкл Роуз (Michael Rose) в течение 22 лет проводил селекцию мушек дрозофил, отбирая для спаривания наиболее долго живущих особей. Мушки его породы, которую он назвал Мафусаил в честь библейского героя, живут 120 дней, что вдвое превышает срок жизни их диких сородичей. Они приступают к размножению в возрасте, когда дикие мушки уже обычно умирают. При этом нет свидетельств того, что уже достигнут предел продолжительности жизни. Изучая во Франции геномы людей, перешагнувших столетний рубеж, ученые обратили внимание на три версии гена, лежащего на хромосоме 6, который выглядит несколько иначе у долгожителей. Интересно, что один вариант гена был характерен для мужчин-долгожителей, а другой — для женщин[140].

Старение оказалось именно тем признаком, который находится под контролем многих генов. Джордж Мартин (George Martin) подсчитал, что на процесс старения у человека влияют до 7000 генов, т. е. 10% от общего числа генов. Поэтому абсурдно называть какой-то отдельный ген геном старения. Старение представляет собой практически одновременное разрушение многих систем организма, так что любой ген, определяющий функциональность той или иной системы, можно отнести к генам старения. И здесь есть своя эволюционная логика. Любой ген безнаказанно может накапливать в себе мутации, если их разрушительное влияние проявится уже после окончания репродуктивного периода жизни[141].

Совсем не случайно получилось, что бессмертные линии клеток человека, поддерживаемые в лабораториях всего мира, произошли из раковых опухолей. Наиболее известная из них — линия HeLa, выделенная из опухоли шейки матки пациентки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks), чернокожей женщины, умершей в 1951 году. Ее раковые клетки настолько бурно пролиферируют, что часто загрязняют другие лабораторные образцы и подавляют рост любых других культур в чашках Петри. В 1972 году случайным образом они оказались в одной российской лаборатории, где исследователи по ошибке посчитали, что имеют дело с инфицированием ткани каким-то новым неизвестным онковирусом. Клетки HeLa используют для создания поливакцин, и они уже побывали в космосе. Суммарная масса всех культур HeLa по всем лабораториям мира сейчас в 400 раз превышает вес собственного тела Генриетты. Удивительно, но они бессмертны. Правда, никому не пришло в голову спросить разрешения на проведение подобных исследований ни у Генриетты Лакс, ни у членов ее семьи, которые были шокированы таким клеточным бессмертием любимого человека. Опомнившись, ученые Атланты объявили 11 октября днем «героини науки» Генриетты Лакс.

Клетки HeLa имеют на своих хромосомах неукорачивающиеся теломеры. Но если в культуру ткани добавить «антисмысловую» РНК (т. е. РНК, содержащую обратный текст РНК теломеразы, в результате чего антисмысловая РНК прикрепляется к теломеразной и блокирует ее), то клетки HeLa теряют свое бессмертие. Они стареют и умирают примерно после 25-го деления[142].

Раковым клеткам нужна активная теломераза. Опухоль черпает силы в эликсире молодости и бессмертия. Но при этом рак является квинтэссенцией старения. Частота возникновения онкологических заболеваний прямо пропорциональна возрасту. У одних видов эта кривая растет быстрее, у других медленнее, но сохраняется та же зависимость. Нет ни одного организма на Земле, у которого частота возникновения рака в юном возрасте была бы больше, чем в старости. Возраст является самым канцерогенным фактором. Все остальные факторы окружающей среды, и в частности курение, являются второстепенными, поскольку их влияние сводится к ускорению старения. Курение повреждает клетки легких, что стимулирует деление клеток для восстановления ткани. Следовательно, с точки зрения длины теломер они становятся старее, чем могли бы быть. Ткани, предрасположенные к возникновению раковых опухолей, отличаются от других тканей тем, что в них деление клеток происходило чаще для восстановления повреждений, причиняемых другими факторами. К таким тканям относятся кожа, семенники, легкие, позвоночник, желудок и лимфоциты крови.

Возникла парадоксальная ситуация. Сокращение теломеров ведет к раку, но без теломеразы, которая делает теломеры длиннее, раковые клетки не могут жить. Дело в том, что включение гена теломеразы является уже последней ступенькой превращения клетки ткани в злокачественную клетку опухоли. Теперь понятно, почему удачное клонирование белков теломеразы в компании Geron вызвало такой ажиотаж среди врачей, работающих над созданием лекарств против рака. Если удастся найти в теломеразе уязвимое место, то раковую опухоль можно будет смертельно поразить, заставив ее стареть с каждым циклом деления.

Хромосома 15

Мужское и женское начало

В музее Прадо в Мадриде есть пара картин придворного художника XVII столетия Хуана Карреньо де Миранда (Juan Carreo de Miranda) с названиями «La Monstrua vestida» и «La Monstrua desnuda» («Одетый монстр» и «Раздетый монстр»). На картинах изображена очень толстая пятилетняя девочка Евгения Мартинес Вальехо (Eugenia Martnez Vallejo), не красавица, но все же не монстр. Что-то в ее виде не так, как должно быть: необычная для ее возраста полнота, маленькие ручки и ножки, странной формы рот и глаза. Видимо, ее для забавы выставляли в цирке. Врач с первого взгляда на картины скажет, что перед нами типичный случай редкого генетического заболевания — синдрома Прадера-Вилли. Дети с этим синдромом рождаются рыхлыми с мертвенно-бледной кожей, сначала отказываются от груди, но потом начинают есть как не в себя. Им совершенно не знакомо чувство сытости, поэтому они страдают от ожирения. Известен случай, когда ребенок с синдромом Прадера-Вилли, сидя на заднем сидении автомобиля, съел 0,5 кг сырого бекона, пока родители ехали из магазина с покупками. Для людей с этим синдромом характерны короткие руки и ноги, недоразвитые половые органы и слегка заторможенная психика. Часто они закатывают истерики, особенно если им не дают еды, но также для них характерно, как сказал один доктор, «исключительное проворство в собирании паззлов»[143].

Синдром Прадера-Вилли впервые описан в Швейцарии в 1956 году. Мы могли бы отнести этот синдром ко многим другим генетическим заболеваниям, о которых я обещал не рассказывать в этой книге, потому что ГЕНЫ НЕ ДЛЯ ТОГО, ЧТОБЫ ВЫЗЫВАТЬ БОЛЕЗНИ. Но с этим синдромом связана одна интересная особенность, раскрывающая некоторые принципы работы генома. В 1980-х годах врачи заметили, что, как и все остальные генетические заболевания, синдром Прадера-Вилли часто встречается в одних семьях на протяжении нескольких поколений, но временами проявляется как совершенно другое заболевание — синдром Ангельмана. Заболевание настолько другое, что его можно было бы назвать антиподом синдрома Прадера-Вилли.

Гарри Ангельман (Harry Angelman) работал доктором в Уоррингтоне, Ланкашир (Warrington, Lancashire), когда впервые установил взаимосвязь между редкими случаями появления так называемых детей-марионеток и наследуемым генетическим заболеванием. В отличие от синдрома Прадера-Вилли дети с синдромом Ангельмана рождаются с повышенным тонусом мышц, плохо спят, отличаются худобой, гиперактивностью, для них характерна маленькая голова и большой рот, из которого часто выглядывает слишком большой язык. Походкой они напоминают марионеток, поэтому их часто так и называют. Для них также характерно постоянно хорошее расположение духа, улыбка до ушей и приступы неуемного смеха. К сожалению, веселый нрав сопровождается значительной умственной отсталостью. Часто они даже не умеют разговаривать. Дети с синдромом Ангельмана рождаются реже, чем дети с синдромом Прадера-Вилли, но очень часто оба синдрома наблюдаются в одних и тех же семьях в разных поколениях[144].

Как вскоре стало известно, оба синдрома вызывались проблемами в одной и той же части хромосомы 15. Отличие состояло лишь в том, что в случае синдрома Прадера-Вилли дефект наследовался от отца, тогда как в случае синдрома Ангельмана — от матери.

Этот факт противоречит всему, что мы узнали о генах, начиная еще с Грегора Менделя. Мы говорили, что в основе наследования лежит простая запись информации в виде генетического (цифрового по своей сути) кода. Теперь же мы узнаем, что гены несут в себе не только прописи белков, но и что-то вроде печати в паспорте с указанием места рождения — импринтинг. Нечто особенное есть в генах, полученных от матери и от отца, что позволяет отличить их, как будто в одном из случаев текст генетического кода пишется курсивом. В некоторых тканях работают не оба гена на разных хромосомах, а только материнский или только отцовский. Поэтому мутация в одном и том же гене может проявляться по-разному, в зависимости от того, пришла она от отца или от матери, что и имеет место в случае с синдромами Прадера-Вилли и Ангельмана. Как клетки отличают отцовские гены от материнских, пока до конца не ясно, но некоторые гипотезы уже начинают появляться. Другой интересный вопрос: в силу каких причин в ходе эволюции возник импринтинг материнских и отцовских генов, какие преимущества это дает организму и популяции в целом?