Почему люди разные. Научный взгляд на человеческую индивидуальность Линден Дэвид

Книга издана при поддержке Политехнического музея и Фонда развития Политехнического музея

Переводчик Наталия Рокачевская

Научные редакторы Юрий Аульченко, д-р биол. наук; Мария Фаликман, д-р психол. наук (глава 3)

Редактор Андрей Бабицкий

Оформление серии Андрея Бондаренко и Дмитрия Черногаева

Издатель П. Подкосов

Руководитель проекта А. Шувалова

Ассистент редакции М. Короченская

Корректоры И. Астапкина, Е. Сметанникова

Компьютерная верстка А. Фоминов

Дизайн обложки А. Бондаренко

Иллюстрация на обложке Shutterstock

© David J. Linden, 2020

© А. Бондаренко, Д. Черногаев, художественное оформление серии, 2022

© Издание на русском языке, перевод, оформление. ООО “Альпина нон-фикшн”, 2022

Все права защищены. Данная электронная книга предназначена исключительно для частного использования в личных (некоммерческих) целях. Электронная книга, ее части, фрагменты и элементы, включая текст, изображения и иное, не подлежат копированию и любому другому использованию без разрешения правообладателя. В частности, запрещено такое использование, в результате которого электронная книга, ее часть, фрагмент или элемент станут доступными ограниченному или неопределенному кругу лиц, в том числе посредством сети интернет, независимо от того, будет предоставляться доступ за плату или безвозмездно.

Копирование, воспроизведение и иное использование электронной книги, ее частей, фрагментов и элементов, выходящее за пределы частного использования в личных (некоммерческих) целях, без согласия правообладателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

* * *

“КНИГИ ПОЛИТЕХА” – партнерский проект ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО МУЗЕЯ, издательств CORPUS, “АЛЬПИНА НОН-ФИКШН” и “БОМБОРА”. В серии выходят лучшие современные и классические книги о науке и технологиях – все они отобраны и проверены учеными и отраслевыми специалистами. Серия “Книги Политеха” – это пять коллекций, связанных с темами постоянной экспозиции Политехнического музея:

“Человек и жизнь” – мир живого, от устройства мозга до биотехнологий.

“Цифры и алгоритмы” – математика, искусственный интеллект и цифровые технологии.

“Земля и Вселенная” – происхождение мира, небесные тела, освоение космоса, науки о Земле.

“Материя и материалы” – устройство мира с точки зрения физики и химии.

“Идеи и технологии” – наука и технологии, их прошлое и будущее.

Политехнический музей представляет новый взгляд на экспозицию, посвященную науке и технологиям. Спустя столетие для музея вновь становятся важными мысль и идея, а не предмет, ими созданный.

Научная часть постоянной экспозиции впервые визуализирует устройство мира с точки зрения современной науки – от орбиталей электрона до черной дыры, от структуры ДНК до нейронных сетей.

Историческая часть постоянной экспозиции рассказывает о достижениях российских инженеров и изобретателей как части мировой технологической культуры – от самоходного судна Ивана Кулибина до экспериментов по термоядерному синтезу и компьютера на основе троичной логики.

Политехнический музей делает все, чтобы встреча человека и науки состоялась. Чтобы наука осталась в жизни человека навсегда. Чтобы просвещение стало нашим общим будущим.

Подробнее о Политехническом музее и его проектах – на polymus.ru

Джейкобу и Натали

Даже среди насекомых

Кто-то поет,

А кто-то нет.

Кобаяси Исса

Пролог

Хотелось бы мне научиться просто расслабляться и слушать музыку, но я просто не могу ничего с собой поделать. Вот как сейчас, например: я мчусь по шоссе в прекрасный солнечный день, по радио звучат заразительные новоорлеанские ритмы рэпера Джувинайла, и я начинаю подпрыгивать на сиденье.

Откуда у нее такие глаза? Это все от мамы!

Откуда у нее такие бедра? Это все от мамы!

Откуда она научилась так готовить? Это все от мамы!

И вот я уже подпеваю, подхватывая куплет, и отстукиваю по рулю ритм. Но параллельно мой мозг перемалывает текст. Таково проклятье гиков – вечно все анализировать. Я начинаю думать про ДНК. Ладно, глаза она получила с генами мамы и папы – но бедра? Вероятно, они – результат совместного действия генов и приобретенных пищевых привычек. Популяция живущих в ее кишечнике бактерий влияет на метаболизм, а значит, и на размер бедер. Мама наверняка научила ее готовить, так что это уже социальный опыт. А по результатам исследований однояйцевых близнецов мы знаем, что индивидуальные пищевые пристрастия очень слабо зависят от генетики, так что здесь мало что зависело от мамы (или папы). Хотя она могла унаследовать вариант гена, наделяющий высокой чувствительностью к горькому. А значит, происхождение ее кулинарных особенностей, отражающих пищевые пристрастия, вероятно, запутаннее, чем ситуация с размером бедер. Песня продолжает играть, а цепочка моих мыслей все усложняется.

Почему она считает себя главной? Это все от мамы!

Почему она вечно вызывает копов? Это все от мамы!

Откуда у нее такой напористый характер? Ее так воспитывали? Или это влияние сверстников? Внесли ли гены свой вклад в ее самоуверенность? Есть свидетельства и в пользу такой версии – варианты нейромедиаторов и все такое. Будет ли она всегда считать себя главной и хватит ли ей решительности это утверждать, или подобная самоуверенность лишь отражение текущей жизненной фазы? Мы знаем, что черты характера в какой-то степени можно изменить в детстве, но во взрослом возрасте они довольно стабильны при отсутствии травматических событий.

Да, я знаю, что песня совсем не о том. Джувинайл поет не о жизненном опыте, не о случайностях в развитии и не о генетических факторах, которые создают нашу личность. И тем не менее он поднимает немало важных вопросов, касающихся человеческой индивидуальности. По ходу песни мы узнаём о многих разных чертах героини: помимо того, что она привлекательна, уверена в себе и хорошо готовит, она еще жизнерадостна и у нее теплые отношения с друзьями. Каким образом она стала такой?

Как биолог, я всячески стараюсь минимизировать в своих экспериментах индивидуальные различия. В лаборатории мы изучаем линии мышей, полученные в результате родственного скрещивания, специально для того, чтобы у животных было как можно меньше генетических различий. Чтобы дополнительно уменьшить изменчивость, мы проводим тщательные измерения и растим их в однообразных до скуки лабораторных условиях. Обычно для проверки своих гипотез мы собираем данные множества животных, а потом берем среднее от полученных измерений. Чтобы увидеть главную тенденцию, мы отбрасываем сильно отклоняющиеся значения. Это разумный подход, если вы хотите разобраться в общих для всех людей (или мышей) аспектах биологии. Но далеко не полная картина.

Открывая коробку с лабораторными мышами, только что полученную из питомника, я вижу, что у них всех есть общие черты. Например, все они будут прятаться от яркого света, замрут от страха, почуяв запах лисьей мочи, и откажутся пить воду, если в нее добавили горький хинин. Тем не менее не потребуется много времени, чтобы заметить и индивидуальные различия. Некоторые мыши более агрессивно настроены к остальным и к моей протянутой руке. В отсутствие угрозы одни будут бегать по клетке, а другие спокойно сидеть на месте. Индивидуальные различия можно обнаружить и в физиологических показатлях, таких как уровни гормона стресса в покое, или ритмы сна, или время, которое требуется пищеварительной системе для переваривания пищи.

Каким образом мыши приобретают эти черты?

В течение нескольких лет я довольно много времени проводил на сайте знакомств OkCupid в поисках идеальной пары. Знакомства по интернету были для меня завораживающим, фрустрирующим, но в конце концов судьбоносным занятием: на этом сайте я познакомился с женой. Оказывается, в наши дни знакомство с будущей супругой онлайн – не такое уж необычное событие. По словам одного из основателей OkCupid Кристиана Раддера, в 2013 году с помощью его сайта каждый вечер устраивалось около 30 000 первых свиданий. Из этих пар примерно 3000 стали встречаться постоянно, а около 200 в результате поженились (предположительно, многие другие завели постоянные отношения, хоть и не поженились)[1]. Можно ожидать, что после 2013 года эти цифры только увеличились, и, конечно, OkCupid лишь один из многих подобных сайтов.

Когда я листаю профили на сайте OkCupid, то будто бы прохожу мастер-класс по человеческой индивидуальности. Наверное, вы знаете, как устроены эти профили. Каждый человек пишет основную информацию о себе, загружает фотографию и дает ответы на несколько вопросов, чтобы показать себя – или ту свою версию, которую считает наиболее привлекательной, – а также сообщает, какие он ищет отношения. Важно отметить, что на сайте знакомств все происходит не совсем так, как в публичном месте. В отличие от бара или еще какого-нибудь места в реальном мире, посетительницу OkCupid не видят друзья и коллеги, когда она составляет свой профиль. Она может выразить себя свободнее и чувствует меньшее социальное давление (ну или социальное давление тут иное). Вот вымышленный, но достаточно правдоподобный образчик из моего демографического окружения – городской жительницы среднего возраста. Каждая строчка взята из реального профиля, но я смешал несколько анкет, чтобы создать этот комбинированный образ.

Балтиморская милашка, 54 года

Женщина, рост 1,78, не худая, натуралка.

Белая, с высшим образованием, английский и испанский.

Была католичкой, скорпион.

Никогда не курила, пью по праздникам, есть собаки.

Есть дети, и новых не хочется.

Ищу одинокого мужчину для долговременных отношений.

Мой характер:

Типичный старший ребенок из большой семьи.

Люблю остроумные подколки, мрачный юмор и самокопания.

Работаю адвокатом.

Левша и этим горжусь.

Люблю бродить по дому с зубной щеткой во рту.

У меня есть клеевой пистолет, и я не боюсь им пользоваться.

Зимой на меня иногда нападает хандра.

Я встаю спозаранку и бегаю со своими собаками.

На термостате я всегда устанавливаю температуру повыше.

И в моей голове, и в моем браузере всегда открыто слишком много вкладок.

Я люблю петь и у меня абсолютный голос.

Ковыряюсь в зубах почтовыми конвертами[2], когда думаю, что на меня никто не смотрит.

Первое, на что во мне обращают внимание:

Длинные рыжие волосы.

Татуировка с танцующим утконосом на плече.

Бостонский акцент.

Выдающаяся память на тексты песен.

Мои любимые книги, фильмы, сериалы и блюда:

Я редко смотрю телевизор, но люблю ужастики.

Сейчас я с удовольствием читаю новый роман Дженнифер Иган. В музыке мне нравится все – от панка до соула 70-х и Шуберта.

Мне нравятся острые блюда и вкус хмеля в пиве, но я терпеть не могу майонез, горчицу и яйца всмятку. Для полного счастья мне просто необходимо красное вино.

Можете написать мне, если:

на фото профиля вы не стоите перед своей яхтой, мотоциклом, машиной или в туалете;

вы знаете слово “менш”[3] и его можно применить к вам;

вы не будете возражать против моих холодных ног на своей спине;

вы сможете все это выдержать.

Как и героиня песни Джувинайла или мышь в моей лаборатории, Балтиморская милашка стала индивидуальностью. Откуда у нее взялись все эти черты – бостонский акцент, гетеросексуальность, хорошая фигура, чувство юмора, холодные ноги, пристрастие к хмелевому пиву и абсолютный голос? Оказывается, для возникновения каждой черты есть свое объяснение.

Каким образом мы приобретаем индивидуальность – это сложнейший вопрос. Ответы на него, там, где они возможны, влекут много важных последствий, и совсем не только для интернет-знакомств. Они определяют, что мы думаем о морали, политике, вере, здравоохранении, образовании и законах. Например, если поведенческая черта вроде агрессивности имеет наследственную компоненту, то будут ли люди, родившиеся с такой биологической предрасположенностью, менее виновными в глазах закона при совершении насильственных действий? И еще один вопрос. Если мы знаем, что бедность снижает наследуемость такой важной характеристики, как рост, следует ли обществу уменьшить неравенство, мешающее людям реализовать свой генетический потенциал? Наука о человеческой индивидуальности может обогатить такие дискуссии.

Исследование истоков индивидуальности – задача не только для биологов. Антропологи, художники, историки, лингвисты, литературоведы, философы и психологи тоже принимают в нем участие. Но так вышло, что самые важные аспекты этой темы включают фундаментальные вопросы о развитии, генетике и пластичности нашей нервной системы. Хорошая новость в том, что последние научные открытия по этой теме не только удивительны, но и в какой-то мере парадоксальны. Совсем хорошая новость: наука об индивидуальности не сводится к вечному и утомительному спору о сравнительном влиянии природы и воспитания, который многие годы затруднял прогресс в этой области и вгонял нас в тоску. Гены созданы так, чтобы меняться в процессе приобретения опыта. Опыт – это не только очевидные вещи вроде методов родительского воспитания, но и нечто более сложное и поразительное, например ваши прошлые заболевания (или заболевания, которые перенесла ваша мать во время беременности), ваша диета, бактерии, которые вас населяют, погода в вашем младенчестве и воздействие культуры и технологий.

Итак, давайте углубимся в науку. Это будет противоречивое погружение. Вопросы о происхождении человеческой индивидуальности напрямую обращаются к самой нашей природе. Они бросают вызов нашим представлениям о национальностях, полах и расах. Они имеют политическое значение и вызывают пылкие споры. В течение 150 с лишним лет, со времен расцвета колониализма до нашего времени, эти споры четче разделяли правых и левых, чем любой другой политический вопрос. Учитывая этот непростой контекст, я сделаю все возможное, чтобы играть с вами в открытую. Я буду обобщать текущую точку зрения ученых – там, где она едина, – объяснять суть споров и указывать, где заканчивается наше понимание. И если вы хотите держать открытым окно браузера с сайтом знакомств, пока читаете, будьте уверены, я не стану вас осуждать.

Глава

1

Это семейное

В 1952 году русский генетик Дмитрий Беляев задумал интересный и смелый эксперимент. Ему было интересно, как происходило одомашнивание важных для человеческой цивилизации животных, таких как собаки, свиньи, лошади, овцы и крупный рогатый скот. Предполагается, что собак приручили первыми: они произошли от евразийского серого волка, одомашненного охотниками и собирателями больше 15 000 лет назад[4]. Беляев хотел узнать, как дикие волки, которые, как известно, избегают контакта с человеком и ведут себя агрессивно, превратились в преданных и послушных компаньонов, любимых нами. Почему, как впервые подметил Чарльз Дарвин, у домашних животных часто проявляются одинаковые черты, например более круглые, “детские” морды, висячие уши, загнутые хвосты и клочки более светлой по сравнению с их дикими предками шерсти? Почему у большинства диких млекопитающих ежегодно бывает сего один короткий период спаривания, а их домашние сородичи могут размножаться дважды в год или чаще?

Беляев считал, что самым важным признаком, по которому отбирали в процессе одомашнивания, были не размер и не плодовитость, а дружелюбие по отношению к человеку. Он выдвинул гипотезу о том, что определяющими чертами всех одомашненных нашими предками животных были сниженная агрессивность и отсутствие страха перед человеком. Чтобы проверить свою теорию, он обратился в звероводческие хозяйства по разведению чернобурых лисиц, которых в Советском Союзе выращивали ради меха, и попросил заводчиков отобрать самых ручных лисиц, всего несколько штук из огромного поголовья, и скрещивать их отдельно. Он полагал, что, постоянно отбирая самых дружелюбных животных на протяжении многих поколений, в конце концов добьется такого же одомашнивания, как у собаки из волка, и получит дружелюбную и верную, как собака, лису.

Проводя этот эксперимент, Беляев надеялся избежать судьбы своего старшего брата Николая, которого в 1937 году расстреляли как раз за то, что он проводил генетические эксперименты. То было мрачное время для советской биологии. Коммунистическое правительство Сталина, желая возвысить необразованного “простого человека” до руководителя советской науки, назначило шарлатана Трофима Лысенко директором Института генетики АН СССР. Лысенко фальсифицировал данные исследований, чтобы показать, будто промороженные до посева семена пшеницы и овса дают больший урожай, если посеять их под зиму, а второе поколение семян из этого урожая также лучше растет при подзимнем посеве. Он утверждал, что этот метод может удвоить производство зерна в СССР и накормить народные массы, и это заявление превозносилось в государственной газете “Правда” как триумф советской науки. Его метод яровизации семян широко использовался в сельском хозяйстве, но полностью провалился и внес свой вклад в распространение голода. Лысенко отвергал генетику, которая процветала в СССР до того, как он обрел власть, ведь простые генетические эксперименты могли опровергнуть его заявления. Он называл советских генетиков вредителями и с одобрения Сталина пытался уничтожить эту науку. Тех, кто сопротивлялся, увольняли и даже арестовывали. Самые стойкие приверженцы генетики, такие как Николай Беляев и великий советский генетик Николай Вавилов, были убиты. Беляева расстреляли, а Вавилов умер от голода в тюремной камере.

Дмитрию Беляеву повезло: его работа получила определенную политическую поддержку. Орденоносец и герой Великой Отечественной войны, он занимался усовершенствованием разведения диких лис, соболей и норок в пушных хозяйствах. Для советской экономики его деятельность имела большое значение, поскольку продажа мехов приносила много валюты. Помня о судьбе брата, Беляев проводил эксперименты по одомашниванию лисиц на отдаленных фермах, подальше от любопытных глаз – сначала в лесах Эстонии, а потом в Сибири, рядом с монгольской границей. Прикрытием служило то, что он якобы изучает физиологию лисиц, а не генетику. Чтобы присматривать за экспериментом, Беляев привлек молодого ученого Людмилу Трут, специалистку по поведению животных и выпускницу Московского государственного университета. Он дал ей четкие указания: отбирать лис для разведения только по одному признаку – дружелюбию к человеку, а не по внешним данным, размеру или поведению в компании с другими лисами.

Не было никакой гарантии, что план по приручению сработает. И тем не менее предположение выглядело разумно. В конце концов, собак одомашнили из волков, а те – близкие родственники лис. Но все предыдущие попытки приручить зебр, настолько близких родичей лошадей, что они могут скрещиваться (гибрид шетлендского пони с зеброй называется зеброидом), провалились[5]. Причина, похоже, заключается в том, что у зебр нет достаточной генетической изменчивости по этому признаку.

Невозможно выбрать самую ручную зебру, если среди них нет чуть более и чуть менее ручных. К счастью, в случае с лисами Трут и Беляева дело обстояло по-другому.

Когда Людмила Трут в первый раз медленно протянула руку в клетку с лисами, она надела толстую перчатку и держала палку. Чаще всего лисы реагировали на подобное ненавязчивое вторжение рычанием и укусами. Другие лисы приходили в возбуждение и забивались в дальний угол клетки. Но около 10 % лис оставались спокойными и внимательно наблюдали за ней, не приближаясь[6]. Именно этих животных она и выбрала для первого раунда скрещивания. Трут следила за тем, чтобы не скрещивать близкородственных животных и не нарушить инбридингом ход эксперимента. Чтобы увеличить вероятность того, что ручные лисы получатся лишь в результате генетической селекции, животных не дрессировали, а их контакты с людьми строго ограничивали.

Первая же находка Людмилы Трут – существование сравнительно более ручных лис, которые могли бы положить начало дальнейшему скрещиванию – вдохновила исследователей. Но эксперимент все равно мог провалиться: вдруг понадобилось бы слишком много поколений, чтобы увидеть значительные изменения в поведении животных. Анализируя археологические находки, ученые предположили, что доместикация собак не была непрерывным процессом и началась тысячи лет назад. У Трут и Беляева не было столько времени, и медленный темп скрещивания (один помет в год) ограничивал эксперимент. Но, к их радости, всего через четыре года после начала эксперимента возникли явные изменения в поведении. Некоторые из лис уже в четвертом поколении не демонстрировали агрессии или страха при виде человека и даже виляли хвостом как собаки. А в шестом поколении некоторые щенки начали выть, скулить и лизать руки, привлекая внимание человека. Сегодня 80 % взрослых лис, полученных в результате скрещивания, такие же преданные и ручные, как домашние собаки (рис. 1)[7].

При желании вы можете заказать по интернету собственную ручную лису, продукт эксперимента Трут и Беляева, ее доставят из Сибири за $9000, включая транспортировку[8]. Но имейте в виду, что, хотя домашние лисы гораздо дружелюбнее диких, дрессировать их труднее, чем собак. “Вот ты сидишь и пьешь кофе, но стоит только отвернуться на секунду, и, когда делаешь следующий глоток, понимаешь, что здесь побывал Борис и помочился в чашку, – говорит специалист по ручным лисам Эми Бассет. – Собак можно легко выдрессировать и избавить от проблемного поведения, но с некоторыми привычками лис вам справиться не удастся”[9].

Обычно чернобурые лисы, которых разводят на зверофермах, выглядят как дикие: торчащие уши, опущенные хвосты и одинаковый серебристо-черный мех, за исключением белого кончика хвоста. По мере отбора на одомашнивание в новых поколениях у лис появились висячие уши, укороченные и загнутые хвосты и участки белого меха, в особенности на мордах. Половой зрелости они достигали раньше, чем дикие лисы, а некоторые даже спаривались дважды в год. Важно подчеркнуть, что единственным критерием отбора для скрещивания являлось дружелюбие по отношению к человеку, другие физические характеристики появились в процессе. Примечательно, что аналогичные признаки возникли и у других домашних животных, от коров до свиней и кроликов, в разное время человеческой истории.

Когда Трут и Беляев измерили уровень гормонов стресса, производимых надпочечниками в состоянии покоя, они обнаружили, что он значительно ниже у ручных лис. Кроме того, в мозге ручных лис увеличился уровень нейромедиатора серотонина и его метаболитов, что согласуется с уменьшением агрессивности. Основная гипотеза, объясняющая биохимические, поведенческие и структурные изменения у ручных лис и других животных, состоит в том, что их развитие по какой-то причине останавливается на более ранней фазе по сравнению с дикими сородичами. Возможно, именно изменчивость генов, ответственных за сроки развития, влияет на изменчивость дружелюбия по отношению к человеку. Когда животных разводят отбирая наиболее ручных, другие ювенильные признаки, замеченные еще Дарвином, – висячие уши, круглые морды и загнутые хвосты – возникают следом.

Трут и Беляев показали, что по меньшей мере один поведенческий признак (дружелюбие по отношению к человеку) у лис наследуется, и его можно изменить селекцией всего за несколько поколений, причем отбор по этому признаку будет сопровождаться физическими изменениями. Можно ли эти выводы о наследуемости поведенческих и физических характеристик, полученные из эксперимента по приручению лис, применить и к нам? В конце концов, мы же люди и не живем в вольерах в Сибири. И чаще всего пару мы выбираем себе сами, а не ждем, пока это сделает хозяин. У нас даже есть OkCupid и Bumble, расширяющие наши возможности по поиску партнера.

Некоторые представления о наследуемости человеческого поведения можно получить с помощью близнецового метода. Таким способом можно оценить изменчивость наследуемой характеристики у определенной группы людей (или лис) от 0 до 100 %. О наследуемости важно помнить главное: мы измеряем изменчивость внутри целой популяции, а не индивидуально. Если какой-то признак наследуется на 70 %, это совсем не значит, что у конкретного человека гены ответственны за 70 % этого признака, а какие-то другие факторы – за остальные 30 %.

Оценки наследуемости, полученные с помощью близнецового метода, можно получать как для легко измеримых физических признаков вроде роста или сердцебиения в состоянии покоя, так и для поведенческих – застенчивости, щедрости, интеллекта, которые поддаются более субъективной оценке. Главная проблема с поведенческими признаками, которые обычно измеряют путем наблюдения или опроса, заключается в том, что они имеют культурный контекст. Определение и критерии застенчивости будут различаться в Японии и Италии. Концепция щедрости неодинакова для горожан Пакистана и племени хадза в Танзании. А значит, оценивая поведенческие признаки, мы рискуем спутать индивидуальные различия с культурными, даже если интересующие нас люди живут в одном месте.

Вот как оценивают наследуемость. Разнояйцевые близнецы рождаются, когда во время одного цикла овуляции две разные яйцеклетки оплодотворяются двумя разными сперматозоидами. Затем две яйцеклетки развиваются отдельно в два эмбриона. Разнояйцевые близнецы генетически похожи друг на друга в той же степени, как и любые другие братья и сестры. В среднем они имеют 50 % общих генов[10]. Поскольку эмбрионы наследуют определяющие пол X– и Y-хромосомы независимо, разнояйцевые близнецы могут с равной вероятностью быть как одного пола (мальчик/мальчик или девочка/девочка), так и разного (мальчик/девочка или девочка/мальчик).

Однояйцевые близнецы, в отличие от них, рождаются из одной оплодотворенной яйцеклетки, которая делится на ранней стадии развития, формируя два эмбриона. Каждый близнец наследует одинаковые версии родительских генов, а потому они генетически идентичны. Поскольку однояйцевые близнецы наследуют один набор определяющих пол X– и Y-хромосом, они всегда одного пола. То есть, если вы видите разнополых близнецов, они точно разнояйцевые.

В простом исследовании близнецов у большого числа разнояйцевых и однояйцевых близнецов измеряют определенный признак, например рост. Для каждой пары высчитывается разница в росте, а потом результат сравнивается в группах разнояйцевых и однояйцевых близнецов[11]. Одно такое исследование показало, что разница в росте у разнояйцевых близнецов в среднем составляет 4,5 см, а у однояйцевых – 1,7 см. Важнейшее допущение таких исследований состоит в том, что близнецы, как однояйцевые, так и разнояйцевые, воспитывались вместе, росли в одно время в одном доме, а значит, в одинаковом социальном и физическом окружении, по крайней мере в детстве. В таком случае незначительная в среднем разница в росте между однояйцевыми близнецами может объясняться их генетической идентичностью. Если эти измерения оценить с помощью стандартных математических методов, мы получим процент наследуемости признака, который в случае роста взрослого человека составляет 85 %, по крайней мере в благополучных странах, где нет проблем с питанием. Можно также оценить степень изменчивости роста, которая объясняется общей средой, в которой живут близнецы (она составляет около 5 %), и вклад индивидуальной среды – около 10 %. Если вам интересно, как это вычисляется, загляните в примечания[12].

Для большинства близнецов общая среда – это главным образом их семейный опыт (как социальный – список книг, которые им читали вслух, так и физический – определенные блюда на обеденном столе), но она может также включать совпадающий опыт в школе и среди общих друзей, а также одинаковую еду и пережитые инфекционные заболевания. Индивидуальная среда может включать массу случайных событий, как социального характера, так и биологического. Важно, что оценка этого различного для близнецов опыта учитывает случайные события в эмбриональном и постнатальном развитии мозга и остального организма. Мы еще вернемся к этому во второй главе[13].

Близнецовый метод можно применить к любому признаку, не только к непрерывно меняющимся и легко измеримым, таким как рост и вес. Например, с его помощью можно проанализировать ответы на вопрос: “Ощущали ли вы в течение последних 12 месяцев сексуальное влечение к человеку своего пола?” Если сексуальное влечение не имеет наследственной компоненты, процент совпадающих ответов будет примерно одинаковым у однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Наоборот, если сексуальное влечение полностью генетически детерминировано, то близнец гомосексуального или бисексуального однояйцевого брата (сестры) тоже будет гомосексуальным или бисексуальным. А гетеросексуальные близнецы будут иметь исключительно гетеросексуальных братьев или сестер. Но оказалось, что, по наиболее точным на сегодня оценкам (исследование 3826 случайным образом выбранных пар близнецов в Швеции), у мужчин примерно 40 % изменчивости сексуальной ориентации является наследуемой, причем без видимого влияния общей среды, а 60 % объясняются различиями индивидуальной среды[14]. 40 % – это существенная доля, но все-таки она оставляет много места для других, ненаследственных факторов. Исследования сексуальной ориентации и гендерной идентичности мы рассмотрим в четвертой главе.

Некоторые ученые критиковали такого рода близнецовые исследования. Они утверждали, что при сравнении однояйцевых и разнояйцевых близнецов, выросших вместе, вклад наследственности переоценивается, поскольку члены семьи, друзья и учителя часто обращаются с однояйцевыми близнецами одинаково, в отличие от разнояйцевых. Это может проявиться разными путями – от еды, которую им готовят, до отношения людей. Другие исследователи говорят о противоположной проблеме. Они утверждают, что, поскольку растущие вместе однояйцевые близнецы сильнее, чем разнояйцевые, пытаются подчеркнуть разницу, такое сравнение недооценивает вклад генетики в ту или иную черту (в особенности поведенческую). И в том и в другом случае будет нарушено ключевое допущение об одинаковом влиянии окружения на однояйцевых и разнояйцевых близнецов. Мы не будем становиться на ту или иную сторону в пылком споре за и против этого метода. Но лично я после чтения литературы считаю, что в большинстве случаев неравенство вклада общего окружения в близнецовом методе слишком мало и редко влияет на общий результат оценки наследуемости[15]. Тем не менее лучше всего проводить исследования близнецов таким методом, чтобы не прибегать к допущению об одинаковом влиянии общего окружения.

19 февраля 1979 года (в это время эксперимент по приручению лис в СССР шел уже 26 лет) местная газета в городе Лима, штат Огайо, напечатала любопытную статью с историей однояйцевых близнецов, которых усыновили разные семьи и воспитывали раздельно, однако в 39лет братья встретились. Близнецов родила в 1939 году 15-летняя незамужняя мать и тут же отдала их на усыновление. Месяц спустя их разлучили. Одного усыновили Эрнест и Сара Спринглер, которые увезли его домой в Пикву, штат Огайо. Второго две недели спустя усыновили Джесс и Люсиль Льюис из Лимы, штат Огайо, находящейся в 45 милях от Пиквы. По неясным причинам обеим парам сказали, что брат-близнец их ребенка умер при родах[16]. Но, когда Люсиль Льюис окончательно оформляла усыновление сына, чиновник в окружном суде проговорился. “Второго мальчика тоже назвали Джимом”, – сказал он.

В интервью журналу People миссис Льюис призналась: “Все эти годы я знала, что у него есть брат, и беспокоилась, есть ли у него дом, все ли у него хорошо”. Когда сыну исполнилось пять, она наконец-то призналась ему, что у него есть брат. Джим Льюис не мог объяснить, что его на это толкнуло, но в 39 лет он все-таки сделал запрос в суд, чтобы связаться с братом. Lima News писали, что Джим Льюис позвонил Джиму Спринглеру, глубоко вздохнул и спросил: “Ты мой брат?” и Джим Спринглер на другом конце линии ответил: “Да”. Вот так они и встретились[17].

Когда братья Джимы встретились, они не были похожи ни внешне (рис. 2), ни по характеру. Тем не менее в чем-то отмечалось и разительное сходство. Оба брата работали в правоохранительных органах, а на досуге плотничали и рисовали. В отпуск они любили ездить на своих “шевроле” на пляж Пасс-а-Гриль во Флориде. В школе обоим хорошо давалась математика, но плохо правописание. Оба женились на женщинах по имени Линда, а потом развелись и женились на женщинах по имени Бетти. У обоих были сыновья: Джеймс Аллан Льюис и Джеймс Аллан Спринглер. И, что замечательно, оба мыли руки и до, и после туалета.

Неудивительно, что эта история понравилась читателям и вскоре облетела весь мир. На следующий день после выхода статьи в Lima News об их воссоединении ее перепечатали в Minneapolis Star Tribune, а там она привлекла внимание Мег Киз, изучавшей психологию на последнем курсе Миннесотского университета. Киз как раз недавно посещала курс профессора Томаса Бушара-младшего об индивидуальных поведенческих особенностях. Когда она показала статью Бушару, тот немедленно понял, насколько интересно будет изучить близнецов, и как можно скорее. “Ради изучения близнецов я готов вымаливать, занимать или красть или даже вкладывать собственные деньги, если бы они у меня были, – приводит его слова The New York Times. – Очень важно немедленно их изучить, пока они не успели, так сказать, «заразить» друг друга”[18].

Вскоре Бушар связался с близнецами, и они согласились на шесть дней приехать в Миннесотский университет и пройти серию психологических и медицинских тестов и опросов. Стали появляться и другие примеры поведенческого и физического сходства. Оба одинаково скрещивали ноги и страдали от головных болей и одного и того же сердечного заболевания. Обоих можно было описать как терпеливых, добрых и серьезных людей. Оба в одном и том же возрасте быстро набрали вес. Это анекдотичное сходство привлекало внимание, но анализ единственной пары близнецов, даже такой поразительной, как братья Джимы, не позволил Бушару найти священный грааль – оценить наследуемость признаков, исключив влияние общей среды. Нужно было сравнить внушительное число однояйцевых близнецов с таким же внушительным числом разнояйцевых, воспитанных отдельно.

Когда началось исследование близнецов-Джимов, Бушар думал, что их случай уникален для науки. Другие ученые уже пытались анализировать воспитанных отдельно близнецов, но таких пар оказалось настолько мало, что результат не был статистически значимым. Бушар считал, что столкнулся с той же проблемой, ему не удастся найти выросших отдельно близнецов. Но он не учел ненасытный аппетит публики, желающей и дальше читать истории близнецов-Джимов. Они появлялись в газетах, журналах, в популярных телешоу. После выступления братьев в “Вечернем шоу” с Джонни Карсоном и в программе Дины Шор стали появляться и другие разлученные близнецы.

Беспрецедентная известность этого случая позволила Бушару основать Миннесотский центр изучения разлученных близнецов (Minnesota Study of Twins Reared Apart, MISTRA), который просуществовал 20 лет и проанализировал 81 пару однояйцевых и 56 пар разнояйцевых близнецов одного пола[19].

В сотрудничестве с коллегой из Миннесотского университета, психологом Дэвидом Ликеном, ученый также сравнил близнецов, воспитанных вместе и по отдельности. Этот проект стал прорывом в изучении близнецов, самым крупным и наиболее продуктивным. Он позволил получить неплохую оценку вклада наследственности во многие физические признаки, такие как индекс массы тела (около 75 %), сердцебиение в состоянии покоя (около 50 %), а также поведенческие характеристики, такие как экстравертность (около 50 %) и шизофрения (около 85 %).

Один из главных выводов исследования MISTRA и подобных заключается в том, что большинство человеческих признаков, физических или поведенческих, имеют значительную наследственную компоненту, обычно от 30 до 80 %. Признаки редко бывают полностью наследственными или полностью ненаследственными (об этих существенных исключениях мы поговорим позже). Другой важный вывод заключается в том, что определенные характеристики, такие как IQ, слабо зависят от наследственности (около 22 %), когда их измеряют в возрасте пяти лет, но начинают сильно зависеть от наследственности в школе, в возрасте 12 лет (около 70 %), и остаются таковыми на протяжении всей остальной жизни. Изменчивость IQ, объясняющаяся общей средой, составляет в возрасте пяти лет около 55 % (когда ребенок получает опыт в основном в семье), но к 12 годам, когда дети получают разносторонний опыт, падает до незначимых уровней[20]. Те из вас, кто занимается подсчетами, заметят, что вклад наследственности и общей среды не составляют совместно 100 %. Разница относится к так называемому не общему окружению, которое, вдобавок к не общему социальному опыту, также вносит свой вклад в развитие человека. Мы остановимся на этом подробнее во второй главе.

Много десятилетий и психологи, и общество в целом считали, что самый важный вклад в личность взрослого человека вносит влияние семьи, в особенности родителей. Эту мысль внушило психологическое течение XX века – бихевиоризм, считавшее, что человек приходит в мир чистым листом, готовым для заполнения социальным опытом. В итоге результаты эксперимента MISTRA оказались шокирующими, продемонстрировав гораздо более сильное сходство личных черт однояйцевых близнецов по сравнению с разнояйцевыми. Главный результат заключался в том, что примерно за 50 % изменчивости личностных характеристик отвечает наследственность. Это касается всех пяти главных свойств личности (открытости опыту, сознательности, согласия, экстраверсии, доброжелательности и нейротизма) и напрямую противоречит теории “чистого листа” бихевиористов.

Большинство психологов предполагали, что оставшиеся 50 % изменчивости главным образом относятся к внутрисемейной социальной динамике. Путем сравнения однояйцевых близнецов, выросших вместе и по отдельности, эксперименты MISTRA оценили вклад “общей среды” в свойства личности – этот фактор включает социальный опыт в семье, а также одинаковое питание и подверженность тем же инфекционным заболеваниям. К удивлению психологов, общая среда вносила минимальный или нулевой вклад в личностные черты (обычно менее 10 %). Не только результаты исследований однояйцевых близнецов подтверждают, что общая среда играет совсем маленькую роль в индивидуальности. В отношении свойств личности выросшие вместе разнояйцевые близнецы похожи друг на друга не больше, чем выросшие в разных семьях, а неродственные биологически братья и сестры, выросшие в одной приемной семье, совершенно не похожи друг на друга.

Низкое влияние общей среды на индивидуальность идет вразрез с некоторыми популярными идеями о влиянии родителей. Однако результаты исследований близнецов не говорят о том, что поведение родителей не имеет значения. Скорее, они показывают, что дополнительное внимание, помимо необходимого минимума родительской поддержки и поощрения, не оказывает серьезного воздействия на личностные черты, измеряемые в лаборатории.

Важно, что характер человека складывается не только из индивидуальных черт. Родители могут привить определенные привычки и научить определенным умениям, таким как вязание или ремонт машины. Могут также передать философские, религиозные или политические воззрения, не измеряемые личностными тестами. Например, альтруизм, способность делиться с другими и другое социальное поведение, похоже, определяется средой в большей степени[21]. Религиозность – еще одна черта, в которую существенный вклад вносят и генетика, и среда. Важно, что, хотя на склонность к религиозности влияют как наследственность, так и окружение, наследственность не влияет на выбор конкретной религии. Гены могут сделать религиозным, но не определят веру – будет ли человек индуистом, язычником или католиком. Это дело родителей и общества.

Еще одна глубоко укорененная идея относительно влияния семьи на индивидуальность – та, что порядок появления на свет имеет значение. Обычно считается, что первенцы склонны к доминированию, более бесстрашны, открыты новому опыту и больше склонны к риску, чем братья и сестры, родившиеся позже. Понаблюдав за детьми в семье, можно увидеть влияние этого стереотипа воочию. Родители обращаются с первенцами иначе, чем с другими детьми, а первенцы заботятся о младших и в то же время командуют ими. Эти же социальные стереотипы часто простираются и дальше, когда дети взрослеют. Однако многочисленные исследования не подтвердили, что доминантные качества первенцев как-то проявляются вне семьи[22]. Ни в школе, ни в спортивных командах, ни на работе перворожденные дети не показывают необычно высокого социального доминирования или других особенных свойств личности. И, если задуматься, это вполне понятно. Первенец, который дома остается самым старшим и крупным, уже не обладает этими качествами на детской площадке, в классе или в других местах за пределами семьи.

Если бы близнецы Джимы не были так похожи и не привлекли такого внимания прессы своими рассказами, эксперименты MISTRA не были бы проведены. Братья, безусловно, попадают в число наиболее похожих близнецов в исследовании, а следовательно, не являются наиболее показательным примером однояйцевых близнецов, выросших раздельно. Как отмечал Бушар, “вероятно, генетика влияет почти на все аспекты человеческого поведения, но упор на уникальные характеристики может повести по ложному пути. В среднем воспитанные раздельно однояйцевые близнецы имеют 50 % сходства (поведенческих черт), и это противоречит всеобщему убеждению, что однояйцевые близнецы – точные копии друг друга. Нет, это не так. Каждый индивидуален”.

Когда в 1980-х были опубликованы первые результаты экспериментов MISTRA, не все их приняли на ура. Некоторые обрадовались новым свидетельствам тому, что наследственность серьезно влияет на такие сложные поведенческие характеристики, как стремление к новому, традиционализм и общий интеллект, в то время как другие встретили их скептически, а кое-кто и враждебно, в особенности приверженцы бихевиоризма. Бушара и его коллег называли мошенниками, расистами и нацистами. Некоторые оппоненты даже требовали изгнать его из Миннесотского университета. Однако со временем результаты исследований MISTRA, в части как поведенческих, так и физических признаков, были повторены в нескольких контролируемых исследованиях воспитанных раздельно близнецов. Важно отметить, что до сих пор эти исследования проводились по большей части среди населения развитых стран, таких как Япония, США, Швеция и Финляндия, где доступны качественное питание, медицинская помощь и хорошие школы. Споры еще не прекратились, но большинство биологов согласны с тем, что на поведенческие и физические характеристики существенно влияет наследственность[23].

Дэниэль Рид из Центра химических чувств Монелла (Monell Chemical Senses Center), полагает, что работы Бушара расширили наше понимание наследственности. “Он был пионером в этой области, – говорит она. – Мы забыли, что 50 лет назад считалось, будто алкоголизм и сердечно-сосудистые заболевания – результат лишь образа жизни. Считалось также, что шизофрения развивается от плохого воспитания. Изучение близнецов позволило лучше понять, с чем люди рождаются, а что приходит с опытом”[24].

Люди много лет спорили о происхождении тех или иных характеристик человека. Самые политически и эмоционально насыщенные споры касаются тестов IQ в качестве мерила интеллекта. Определяется ли интеллект наследственностью, средой или чем-то еще? Да и вообще, сохраняется ли точность теста в разных культурах? Результаты экспериментов MISTRA и некоторых других исследований близнецов показывают, что около 70 % изменчивости IQ имеет наследственную природу. Самое важное и очевидное – 70 это еще не 100 %, то есть остается еще значительное место для влияния окружающей среды. Второе замечание более тонкое. Оценка наследуемости верна только для изучаемой популяции. Хотя ученые из MISTRA не пытались отобрать для исследования определенных близнецов, те все равно были в основном белыми представителями среднего класса, так что 70 % наследуемости не обязательно относится к другим популяциям.

Возможно, проще рассматривать наследственность в человеческой популяции, используя менее политически чувствительный признак, такой как рост. В развитых странах с широким доступом к хорошему питанию, чистой воде, медицинской помощи и возможности хорошо выспаться около 85 % изменчивости роста наследуются. Но, если взглянуть на популяции, у которых нет таких преимуществ, к примеру на жителей сельской Индии или Боливии, вклад наследственности составляет там лишь 50 %. Без доступа к хорошему питанию (включая достаточное количество белковой пищи) бедняки не могут достичь своего генетического потенциала роста[25]. Другими словами, вклад наследственности и окружающей среды в тот или иной признак не просто суммируются. Наследственность взаимодействует со средой, предоставляя определенный потенциал для развития признака, но условия окружающей среды влияют на то, сможет ли он полноценно развиться.

То же касается и тестов IQ. Дети, не имеющие возможности удовлетворить базовые потребности, – а это не только питание, медицинская помощь и санитария, но и хорошие школы, книги, достаточное время сна и свобода исследовать и проявлять любопытство – не могут реализовать свой генетический потенциал в интеллекте. Что важнее всего, доля изменчивости интеллекта за счет наследственности в бедных популяциях ниже, чем в тех, где базовые потребности удовлетворяются[26]. Для меня политический и моральный урок этого исследования наследуемости очевиден: если вы хотите улучшить жизнь человечества в целом, первым делом необходимо добиться, чтобы у каждого была возможность удовлетворить базовые потребности и таким образом реализовать свой генетический потенциал. Мы вернемся к этой теме, когда будем говорить о различиях популяций и понятиях “раса” и “расизм” – в восьмой главе.

С помощью близнецового метода можно измерить средний вклад наследственности в человеческие характеристики в популяции, но он не откроет ответственные за вариативность этих характеристик биологические механизмы. Для этого нужно рассмотреть биомеханику жизни. Наследственность закодирована в ДНК, находящейся в клеточных ядрах. ДНК включает множество генов, каждый из которых содержит инструкцию о том, как сделать конкретный белок. Некоторые белки отвечают за структуру – это балки и тросы, опеделяющие форму клетки. Другие имеют специфические биомеханические функции, такие как создание или метаболизм в организме важных химических веществ, например пищеварительных ферментов желудка. А некоторые белки служат рецепторами, специальными микромеханизмами, позволяющими клеткам отвечать на химические сигналы, например взаимодействовать с гормонами и нейромедиаторами. Некоторые служат преобразователями, помогающими нам воспринимать окружающий мир: так, белки сетчатки позволяют нам видеть свет, а белки внутреннего уха – слышать звуки, превращая их в электрические сигналы, немедленно поступающие в мозг.

ДНК состоит из длинных цепочек химических веществ, называемых нуклеотидами, их всего четыре: A, C, T и G. У человека около 3 млрд нуклеотидов, составляющих примерно 19 000 различных генов, плюс обширные участки ДНК между ними, назначение которых изучено хуже[27]. Все вместе они составляют ДНК, человеческий геном. Теперь мы знаем полную последовательность нуклеотидов человеческого генома, как и геном некоторых растений, животных и бактерий. Оказалось, что 19 000 генов – вполне обычное число и для животных. Крохотный круглый червь Caenorhabditis elegans имеет примерно столько же. У мухи-дрозофилы около 13 000 генов, а у риса – около 32 000. На сегодняшний день победителем можно назвать один из видов тополя: у него около 45 000 генов. Очевидно, что число генов в организме не определяет его анатомическую сложность, а тем более умственные способности живого существа или растения[28].

В среднем вся последовательность ДНК (и гены, и участки ДНК между ними) у каждого человека на 99,8 % идентична с ДНК другого человека, на 98 % совпадает с ДНК шимпанзе и на 50 % – с ДНК мухи-дрозофилы. Все это потому, что, если заглянуть на 800 млн лет назад по эволюционной шкале времени, люди, шимпанзе и мухи-дрозофилы имели общего предка.

Если всего 2 % отделяет нас от шимпанзе, значит, даже незначительная разница в ДНК может оказывать огромное влияние на индивидуальные признаки. И действительно, в некоторых местах человеческого генома изменение единственного нуклеотида (это называется точечной мутацией) может быть смертельно. Иногда, если изменение проявляется на ранней стадии развития, может погибнуть эмбрион. В других местах изменение единственного нуклеотида приводит к серьезному заболеванию. Например, крохотные изменения гена, который отвечает за производства фермента, отвечающего за метаболизм аминокислоты фенилаланин, нарушает этот метаболизм. И в результате, когда ребенок с такой мутацией ест продукты, содержащие фенилаланин, содержание аминокислоты поднимается до опасных уровней и влияет на развитие мозга и других органов, вызывая фенилкетонурию (ФКУ)[29]. Существует много других примеров мутации единственного нуклеотида в генах, но стоит отметить, что, в отличие от ФКУ, большинство из них не имеет вообще никаких функциональных последствий[30].

Обычно у нас две копии одного гена, каждая называется аллелем: одна от матери, вторая – от отца. Для большинства генов активны и материнские, и отцовские копии[31]. Чтобы получить ФКУ, нужно унаследовать сломанные копии генов, отвечающие за производство фенилаланина, и от матери, и от отца. Таким образом, ФКУ – это рецессивное генетическое заболевание. Другие генетические заболевания, такие как синдром Марфана (заболевание, при котором соединительная ткань слишком легко тянется), наследуются доминантно, то есть достаточно получить одну копию определенного гена от любого родителя.

Вот забавный факт, которым вы можете поразить друзей: у любого человека есть сера в ушах, и она либо сухая, либо влажная. Если ваши предки – выходцы из Европы или Африки, очень велика вероятность (больше 90 %), что у вас будет влажная сера. Если ваши предки из Кореи, Японии или северного Китая, у вас почти наверняка будет сухая сера. Если ваша родня из южной Азии или вы имеете смешанное азиатско-европейское или азиатско-африканское происхождение, то вероятность, что у вас будет сухая сера – где-то посередине. Для изучения генетики ушной серы группа ученых из Медицинской школы Нагасакского университета под руководством Норио Ниикавы получила ДНК и образцы ушной серы у людей со всего мира[32].

Они определили, что за сухую ушную серу отвечает мутация одного нуклеотида в гене, контролирующем разные формы секреции (ABCC11). Как и ФКУ, сухая ушная сера – рецессивный признак, нужно унаследовать мутацию гена от обоих родителей. В контексте близнецового метода сухая ушная сера – на 100 % наследственный признак. Никакие условия окружающей среды, ни общие, ни индивидуальные, на него не влияют. Не имеет значения, как вас воспитывают родители, какой опыт вы получили в школе и чем вы питаетесь. Если вы унаследовали две мутантных копии гена ушной серы, она будет сухая, и точка.

Мутация гена ABCC11, приводящая к сухости ушной серы, также уничтожает запах из подмышек[33]. Вот почему в сеульском метро в часы пик пахнет гораздо лучше, чем в нью-йоркском. Ген ABCC11 играет роль в секреции апокриновых желез – специальных потовых желез в подмышках (и внешних половых органах), которые выделяют маслянистое вещество, а затем его перерабатывают бактерии, в результате чего появляется отвратительный запах[34]. Из-за мутации гена ABCC11 почти все корейцы (а также большинство японцев и северных ханьцев) обладают подмышками без запаха и сухой ушной серой. По слухам, в некоторых случаях запах из подмышек служил достаточным основанием, чтобы не брать японца в армию. Вонючие подмышки настолько редки в Японии, что японцы, у которых все-таки есть этот признак, пытаются удалить апокриновые железы хирургическим путем. Однако вызывающий беспокойство запах из подмышек – не только японский феномен. В одном исследовании, изучающем влияние рекламы и социального конформизма, выяснили, что даже те редкие женщины в Великобритании, у которых не пахнет из подмышек, все равно в большинстве своем (78 %) покупают дезодоранты и пользуются ими[35].

Услышав про ФКУ и сухую ушную серу, кто-нибудь решит, что за многие человеческие характеристики отвечает единственный ген. На самом деле такое встречается довольно редко, на крайнем конце наследственного спектра. На другом конце находятся признаки, на которые, по-видимому, и вовсе не влияет наследственность, такие как акцент в речи. Наследственные факторы вносят свой вклад в ваш голос (высокий или низкий, зычный или тонкий, хриплый или чистый), эти особенности будут заметны как в речи, так и в пении, но акцент определяется только опытом – что вы слышали в речи окружающих. Наследственность на него совершенно не влияет. Что любопытно, в речи мы больше подражаем сверстникам, а не родителям. Вот почему дети иммигрантов чаще приобретают произношение окружающего их общества.

Большинство человеческих признаков не относятся ни к полностью наследственным, как тип ушной серы, ни к полностью зависящим от окружения, как манера произношения. Генами можно объяснить от 30 до 80 % изменчивости человеческих признаков в популяции. В последние годы показать это помог новый подход, названный полногеномным исследованием ассоциаций (GWAS). Представим, что вы хотите узнать, какие гены вносят вклад в изменчивость роста (а как мы знаем, в развитых странах вклад наследственности составляет 85 %). Тогда вам нужно собрать тысячи случайно выбранных взрослых людей и измерить их рост. Потом собрать образцы ДНК и посмотреть изменчивость 19 000 генов в геноме, а также длинных участков ДНК между генами. Такое исследование и в самом деле проводилось на 700 000 человек и показало, что рост определяется не единственным геном и даже не несколькими, а изменчивостью как минимум сотни генов. Изестно, что некоторые из этих генов вносят вклад в рост костей, мышц или хрящей, что совершенно неудивительно. Но другие прежде не могли бы быть заподозрены в таком влиянии, и это говорит о том, что мы слабо понимаем функции многих генов[36].

Нет единственного гена роста. Есть много генов, и изменчивость каждого вносит свой небольшой вклад в рост (и каждый из этих генов влияет также на другие признаки). К тому же эффекты каждого из этих генов не просто суммируются, а, скорее, сочетаются – сложным, а порой непредсказуемым образом. Изменчивость, определяемая одновременным влиянием двух разных генов, может быть больше, чем сумма их небольших отдельных воздействий, то есть 1 + 1 = 5, если хотите. Или же два гена могут аннулировать влияние друг друга, и получится, что 1 + 1 = 0.

То же самое относится и к поведенческим характеристикам. Нет единственного гена, отвечающего за религиозность, невротизм или эмпатию. Гены содержат информацию о создании белков (таких как дофаминовый рецептор D2 или фермент тирозингидроксилаза), а не о поведенческих чертах вроде застенчивости или готовности к риску. Расстройства вроде шизофрении или такой структурный признак, как рост, могут быть высоконаследуемыми (оба – около 85 %), но также определяются взаимодействием многих сотен генов. Вспомните об этом в следующий раз, когда прочтете в новостях статью о “гене интеллекта” или “гене эмпатии” или еще какую-нибудь подобную чушь[37].

Учитывая этот фундамент наследственности и генов, давайте вернемся к эксперименту Трут и Беляева по приручению лис. Чтобы узнать, какие гены стоят за возникшим в процессе отбора дружелюбием лис, можно прибегнуть к тому же способу, что и в исследованиях человеческого роста: провести полногеномный поиск ассоциаций, взяв образцы ДНК ручных и диких лис и сравнив их геномы. Еще один метод называется “поиск гена-кандидата”. Недавняя работа Моник Уделль и ее коллег из Университета штата Орегон показала, что изменчивость двух смежных генов у собак напрямую связана с дружелюбием и приручением. Отсутствие этих генов (и других близлежащих) случается и у людей и вызывает синдром Вильямса, одним из симптомов которого является чрезвычайное, если не сказать чрезмерное дружелюбие. Эти результаты привели к интересной гипотезе, что в процессе одомашнивания собак важным событием стало изменение этих двух генов, и оно повторяет многие аспекты синдрома Вильямса у людей[38]. Вскоре мы узнаем, есть ли у сибирских домашних лис похожие мутации этих двух генов, это станет важным шагом в понимании механизмов одомашнивания, а именно в появлении новых поведенческих характеристик.

Глава

2

У вас достаточно опыта?

Проблема, я убежден, возникает благодаря тому, с какой легкостью это выражение срывается с языка: Nature versus Nurture. Природа против воспитания. Эту фразу можно произнести с таким же пафосом, ритмом и под барабанную дробь, как знаменитую “Если перчатка не налезает, суд оправдает”[39]. Ее придумал не британский энциклопедист Фрэнсис Гальтон[40], но он сделал ее популярной, и начиная с 1869 года она сбивает нас с толку. Прежде всего, почему “природа” означает “наследственность”? Слово “природа” обычно означает весь окружающий мир, например “чудеса природы”, или нравственную суть вещей, как в выражении “лучшее в нашей природе”. Но это слово никогда не означало “наследственность”, кроме как в этой конкретной фразе.

И почему “против”? Глупо думать, что природа должна быть против воспитания, когда речь идет о человеческих свойствах. Мы знаем (хотя Гальтон и его современники этого не знали), что некоторые признаки (такие как тип ушной серы) полностью наследственные, другие (например, особенности произношения) полностью ненаследственные, но большинство характеристик находятся где-то посередине. Что еще важнее, мы знаем, что природа и воспитание сложно взаимодействуют, определяя те или иные признаки: чтобы получить симптомы фенилкетонурии, нужно не только унаследовать две сломанные копии соответствующего гена, но и есть пищу, богатую фенилаланином. Точно так же невозможно раскрыть полностью свой генетически определенный потенциал роста, если человек плохо питается или хронически инфицирован. Если вы родились с талантом спортсмена, то с большей вероятностью будете искать возможность заниматься спортом и улучшите свои навыки тренировками. Противопоставление “природы” и “воспитания” просто неверно.

Но больше всего у меня свербит от ужасного слова “воспитание”. Оно описывает, как вас растили родители – заботились и защищали в детстве (или не сумели этого сделать). Но, конечно, это лишь малая часть ненаследственного происхождения признаков. Как мы узнаем в этой главе, более корректный термин – “опыт”, который я использую в самом широком смысле. Не только социальный опыт, не только события, отложившиеся в памяти, а каждый фактор, повлиявший на вас, от момента оплодотворения яйцеклетки и до последнего вздоха. Этот опыт начинается еще до того, как эмбрион прикрепляется к матке, и включает в себя все – от того, чем питалась мать, когда носила вас в утробе, до притока гормонов стресса, которые выработались у вас в первый день на первой настоящей работе.

Есть еще один важный фактор, не являющийся ни наследственным, ни приобретенным опытом. Это случайная природа развития, в особенности касающаяся сборки мозга и его 500 трлн связей. Случайность развития – важный фактор проявления признаков, которые мы измеряем в близнецовых исследованиях, в части индивидуальной среды. Сборкой мозга в целом руководит геном, но этот процесс не однозначно определен на мельчайших уровнях анатомии и функций клеток. Геном – не детальный поклеточный чертеж для развития организма и мозга, а, скорее, примерный рецепт, записанный на обороте счета за электричество. Геном не говорит: “Эй, ты, нейрон № 2 345 763 с глутаматным рецептором! Отрасти аксон назад на 123 микрона, а потом резко сверни налево, в другое полушарие мозга”. Указания, скорее, напоминают что-то вроде: “Эй, вы, кучка нейронов с глутаматными рецепторами! Отрастите свои аксоны немного назад, а потом примерно половина из вас пусть сделает резкий поворот налево, к другому полушарию мозга. А остальные аксоны повернут направо”. Генетические инструкции для развития неконкретны. По мере развития однояйцевых близнецов у одного из них сделают левый поворот 40 % аксонов, а у другого – 60 %. Пример касается мозга, но тот же принцип относится ко всем органам. Именно по этой причине однояйцевые близнецы с одинаковой ДНК и почти идентичной средой в утробе рождаются с не совсем одинаковыми телами, отличаются мозгом и темпераментом. Это значит, что индивидуальность – не просто итог борьбы “природы” и “воспитания”, а скорее результат наследственности, взаимодействующей с опытом и прошедшей через фильтр случайности развития. Не так красиво звучит, зато правда. Теперь мы получили общее представление о молекулярных механизмах, с помощью которых взаимодействуют наследственность, опыт и случайность развития, делая нас уникальными. Позвольте мне о них рассказать.

Почти каждая клетка вашего тела содержит полный геном – все 19 000 генов плюс длинные участки ДНК между ними[41]. Но в каждой клетке лишь некоторое число этих генов активируется, чтобы запустить создание белка – процесс, называемый экспрессией гена. И если задуматься, это вполне объяснимо. Вы же не хотите, чтобы в клетках, формирующих волосяные луковицы у вас на голове, вдруг включились гены, производящие инсулин, а клетки поджелудочной железы отрастили волосы. В большинстве клеток нервной системы – нейронах, работающих с помощью электрических импульсов, – происходит экспрессия около 13 000 генов. Из них около 7000 выполняют общие клеточные функции, их экспрессия происходит и в большинстве других клеток организма. Экспресия примерно 400 генов проходит в нейронах гораздо активнее, чем в других клетках. При этом некоторые специализированные гены активируются в разных тканях. Например, и нейроны, и клетки сердечной мышцы электрически активны, так что в них происходит экспрессия определенных генов, которые необходимы, чтобы генерировать электрическую активность.

Нетрудно подсчитать, что около 6000 генов в нейронах никогда не экспрессируются[42]. Есть несколько способов отключить гены, чтобы они не могли заниматься синтезом белков. При самом долговременном по всей длине гена в цепочке ДНК прикрепляются компактные химические соединения – метильные группы (– CH3)[43]. Они блокируют возможность считывать информацию с гена. Гены, экспрессия которых никогда не происходит в клетке того или иного типа, выключаются именно таким механизмом – метилированием ДНК.

В дополнение к генам, всегда молчащим в клетках определенного типа, есть и другие, которые могут быть как отключены, так и включены в нужное время. Например, в детстве включаются гены, связанные с ростом, – в мышцах, костях и хрящах, но они отключаются, как только ребенок перестает расти. Другие гены включаются и отключаются на более коротких временных промежутках. Многие гены в нейронах и других тканях включаются каждую ночь и отключаются днем (или наоборот), а еще больше генов активируются на несколько минут в ответ на ту или иную электрическую активность в нервной системе или повышение уровня гормонов.

Кратковременные циклы экспрессии генов контролируются разными механизмами. Один включает модификацию белков, называемых гистонами, вокруг которых закручиваются нити ДНК. Присоединение к гистону различных химических соединений позволяет ДНК развернуться, а это первый необходимый шаг для экспрессии гена. Другие химические группы могут предотвратить разворачивание ДНК и таким образом блокируют экспрессию гена. Еще один регулирующий механизм связан с белками под названием “факторы транскрипции”, которые связываются с участком ДНК рядом с началом гена и таким образом включают экспрессию гена. Во многих случаях для запуска процесса экспрессии и создания белка генам требуются несколько факторов транскрипции, работающих совместно[44]. Регуляция экспрессии генов с помощью факторов транскрипции или благодаря присоединению различных химических групп к ДНК или гистонам называется эпигенетикой. Самое главное здесь, что ни один из этих механизмов не может изменить основополагающую последовательность A, C, T и G. Вот почему это называется эпигенетикой, а не генетикой.

Экспрессия генов регулируется очень тонко. Гены можно включить и выключить в разных типах клеток, в разное время, в ответ на самые разные формы опыта, от гормональных флуктуаций при инфекции до электрической активности от органов чувств. Регуляция экспрессии генов – критическая точка, в которой гены взаимодействуют с опытом и формируют индивидуальность человека[45].

В декабре 1941 года японская императорская армия вторглась в тропики и быстро подавила сопротивление в колониальных анклавах Британской империи – Малайе и Бирме, в голландской Индонезии, французском Индокитае и американских Филиппинах, а также в королевстве Таиланд. Те дни были триумфом японских военных, победивших в том числе и прославленную британскую армию. Японцы быстро продвигались вперед, и к марту 1942 года уже подошли к границам Индии. Однако война в тропиках давалась им нелегко. У японских солдат обнаружилась одна серьезная проблема: многие из них были подвержены тепловым ударам и выбывали из строя. Когда военные врачи начали исследовать проблему, они выяснили, что солдаты с Хоккайдо, более холодного северного острова Японии, сильнее подвержены тепловым ударам, чем их товарищи с субтропического южного острова Кюсю. Причина состояла в том, что солдаты с севера меньше потели, меньше охлаждали организм путем испарения, и в жарком климате у них слишком сильно поднималась температура тела. Биопсия кожи солдат с севера и юга показала, что количество потовых желез у них одинаковое. Это эккриновые потовые железы, покрывающие большую часть тела, которые вырабатывают соленую воду, а не апокриновые потовые железы подмышек и паха, вырабатывающие маслянистый, содержащий белки пот, о которых мы ранее говорили в связи с геном сухой ушной серы ABCC11. При более детальном изучении доктора обнаружили, что у солдат-южан больше эккриновых потовых желез, к которым подходят нервные окончания, несущие активирующие потоотделение электрические сигналы от секции мозга, отвечающей за температурную регуляцию. Эти потовые железы очень важны для того, чтобы тело не перегревалось в жаркий день.

Классическое генетическое объяснение этого явления заключается в том, что за многие поколения у жителей Кюсю и Хоккайдо накопились генетические различия. Благодаря различиям в генах потовые железы лучше связаны с нервами и лучше приспособлены к жаркому климату, и родители на Кюсю передают эти гены своему потомству. Если это так, можно предположить, что дети, родившиеся на Хоккайдо в семьях выходцев с Кюсю, унаследуют типичные для Кюсю вариации генов и получат больше связанных с нервами потовых желез. И наоборот, родившиеся на Кюсю дети семей с Хоккайдо получат меньше таких потовых желез.

Как выяснилось, это объяснение совершенно неверно. Напротив, количество потовых желез с нервными окончаниями определяется температурой окружающей среды в первый год жизни и остается таким до конца жизни. Если вы родились в холодном месте и позже переедете в жаркое, вам не повезло, ведь у вас так и останется приспособленная для жизни в холоде, меньше потеющая кожа. Но если вы останетесь в тропиках и заведете там детей, они будут обладать улучшенной температурной регуляцией и более активными потовыми железами[46].

Потенциальное несоответствие между адаптацией к окружающей среде в раннем детстве и последующим опытом жизни в другой среде выглядит проблемой для людей, которые переезжают с одного места на другое, но в целом это преимущество. Генетические изменения в соответствии с условиями окружающей среды часто проходят медленно, за несколько поколений. Но адаптации на раннем этапе жизни могут появиться за одно поколение. Вы и ваш партнер, как люди с севера, можете быть подвержены тепловым ударам, если переедете в тропики, но ваш ребенок, носитель северных генов, будет потеть интенсивнее и лучше переносить жару. Возможно, именно такая пластичность развития за счет опыта позволила людям быстро мигрировать на большие расстояния. Например, после того как первые люди перешли по сухопутному мосту из Сибири на Аляску, они меньше чем за тысячу лет расселились по всему пути до конца Южной Америки, во всех климатических зонах.

История о потеющих японских солдатах показывает, какое влияние имеет опыт первого года жизни, не связанный с социальным окружением. Вообще-то, такой опыт начинается еще в утробе и у других животных может быть определяющим. Пол некоторых пресмыкающихся и земноводных, например, определяется температурой окружающей среды. У самцов и самок идентичные хромосомы, но способ экспрессии генов, определяющий пол, задается температурой, в которой находятся яйца на втором триместре развития, когда дифференцируются гонады[47]. Когда миссисипский аллигатор откладывает яйца, эмбрионы, развивающиеся при среднем диапазоне температур (32–34 ) станут самцами, а развивающиеся при температурах выше или ниже этого диапазона станут самками. Неясно, выбирает ли самка аллигатора место для откладывания яиц таким образом, чтобы определить пол будущего потомства, и способна ли она изменить выбор, чтобы все потомство не стало самками в результате изменения климата.

Аналогичный процесс, когда внешнее физическое окружение влияет на характеристики развивающихся животных, можно обнаружить и у млекопитающих. Это может показаться оправданием асрологии, но существуют свидетельства того, что на развитие некоторых млекопитающих может повлиять месяц рождения. Например, у рожденных осенью американских луговых полевок мех гуще, чем у рожденных весной, даже у потомства одних и тех же родителей. На этот признак не влияет температура окружающей среды: осенью и весной она одинаковая. Густота шерсти определяется изменением длины дня во время беременности матери. Когда луговых полевок выращивают в лаборатории, длину дня можно регулировать с помощью искусственного освещения. Матери, чья беременность (длящаяся двадцать один день) проходила в удлиняющиеся дни, имитировавшие весну, рожали потомство с более тонкой шерстью. Те же матери, скрещенные с теми же самцами и выносившие потомство под искусственно убывающим светом, имитирующим осень, рожали потомство с более густой шерстью[48].

Некоторые эпигенетические исследования содержат соблазнительные намеки на то, что месяц рождения влияет и на людей. Николас Татонетти и его коллеги из Колумбийского университета проанализировали огромный массив данных – медицинские записи более 1,7 млн человек, прошедших лечение в медицинском центре Колумбийского университета и родившихся между 1900 и 2000 годами. Ученые искали статистически значимые связи между месяцем рождения пациента и 1688 различными заболеваниями широкого спектра, от инфекций среднего уха до шизофрении. Из этих 1688 заболеваний месяц рождения значимо влияет лишь на 55, включая острый бронхит, который чаще встречается у родившихся осенью, и стенокардию (боль в груди), чаще встречающуюся у родившихся ранней весной (рис. 3)[49].

Примечательны методы этого исследования. Во-первых, ученые не выбирали, какие заболевания рассматривать (что могло бы привести к предвзятости – склонности отмечать положительную корреляцию и игнорировать ее отсутствие). Во-вторых, выборка пациентов в базе данных была весьма разнообразной в отношении происхождения и социального класса, так что статистика относилась не только к состоятельным белым, которые, как исторически сложилось, обычно превалировали в такого рода биометрических исследованиях. Однако есть и существенные ограничения. Самое очевидное в том, что все пациенты жили в Нью-Йорке и окрестностях, с присущими этой местности временами года, питанием, погодой, загрязнениями и т. д.

Что еще важнее, месяц рождения может влиять как на пренатальное развитие, так и постнатальное. Например, матери детей, родившихся в конце весны, находились на последних стадиях беременности зимой и весной, когда получали меньше всего витамина D, вырабатываемого солнечным светом. Низкое содержание витамина D у матери считается фактором риска для определенных аутоиммунных заболеваний, таких как ревматоидный артрит и системная красная волчанка[50]. Дети, рожденные летом и осенью, появляются на свет в разгар сезона пылевых клещей, именно это, как предполагается, стоит за их более высокой заболеваемостью астмой и ринитом во взрослом возрасте.

И разумеется, частота некоторых инфекционных болезней, таких как грипп, зависит от времени года.

Вдобавок к физическим эффектам, месяц рождения имеет также и социальные последствия, поскольку от него зависит возраст поступления в школу. Если в школу принимают детей, родившихся до 1 октября, то дети, родившиеся в октябре и ноябре, будут самыми старшими в классе, а родившиеся в августе и сентябре – самыми младшими. Дети постарше в школе имеют преимущество в занятиях спортом. Это также может повлиять на состояние здоровья, поскольку занимающиеся спортом школьники обычно получают больше травм. Дети, которые младше одноклассников, чаще подвергаются травле в школе, и это в дальнейшем влияет на их неврологическое развитие.

Для изучения возможного влияния возраста относительно сверстников Татонетти вместе с международной командой ученых собрал медицинские данные 10,5 млн пациентов в шести локациях и трех странах (Тайване, Южной Корее и США), находящихся на разной широте (а значит, имеющих разные времена года), с разной погодой, традициями и датой поступления в школу. Ученые вычислили заболеваемость по 133 болезням, выбранным таким образом, чтобы в каждой из шести локаций была как минимум 1000 пациентов с этой болезнью. Как выяснилось, из 133 болезней лишь одна имела позитивную корреляцию с относительным возрастом сверстников – синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ). У детей, которые младше одноклассников в школе, риск заболеваемости возрастает на 18 %[51]. Почему? Мы не знаем. Возможно, травля – это фактор риска для СДВГ. А может, причина другая, социальная или биологическая. Такая неопределенность показывает неотъемлемые ограничения: как бы тщательно ни планировались эпидемиологические исследования, они не могут выявить причину, они лишь показывают нам интересные и полезные направления исследований. Чтобы двигаться дальше, нужно проводить эксперименты.

Пандемия гриппа в 1918 году была самым смертоносным массовым инфекционным заболеванием в современной истории. Штамм гриппа H1N1 сначала появился у птиц, затем перешел к свиньям, а потом к человеку. Первые случаи были отмечены весной 1918 года в Форт-Райли, большой военной базе в Канзасе. Вирус распространился по США на восток, сея смерть и панику, после чего перекинулся через Атлантику в Европу, а затем и в Азию, в последние месяцы Первой мировой войны. В воюющих странах с обеих сторон фронта была введена строгая цензура печати, поэтому сообщения о пандемии особо не распространялись. В нейтральной Испании таких ограничений не было, и местные газеты писали о ней. Вот почему штамм 1918 года получил название “испанка”, хотя, вероятно, появился в Северной Америке[52].

Пандемия 1918 года была необычной: смертность была очень высокой, часто из-за вторичной бактериальной инфекции вроде пневмонии, и этот грипп был почти фатальным для людей в расцвете лет (люди старше 40, вероятно, получили некоторый иммунитет, переболев более мягким родственным штаммом, появившимся в 1889 году). Заразилась примерно треть населения всего мира, и более 50 млн человек умерли, включая 675 000 в США. Для сравнения: от гриппа погибло больше американских солдат, чем в сражениях Первой мировой войны. В 1918 году грипп за 24 недели убил в США больше людей, чем ВИЧ за свои первые 24 года[53].

В разгар пандемии гриппа в 1918 году многие женщины были беременны, и около трети из них заразились, но выжили и в 1919 году родили детей. Эхо пандемии можно было увидеть и на их детях. Калеб Финч из Университета Южной Калифорнии изучил медицинские записи солдат, попавших в армию в 1941 и 1942 годах, во время Второй мировой войны. В том числе 2,7 млн человек, родившихся между 1915 и 1922 годами. Ученые обнаружили, что люди, чьи матери носили их во время пандемии гриппа 1918 года, в среднем на миллиметр ниже товарищей, родившихся чуть раньше начала эпидемии или зачатых чуть позже ее конца[54]. Миллиметр роста кажется мелочью, но на такой массивной выборке статистически значим.

Рост – всего лишь верхушка айсберга. Дети, родившиеся в 1919 году, чаще страдали сердечно-сосудистыми заболеваниями (примерно на 20 %), чуть хуже выполняли стандартные когнитивные тесты и даже меньше зарабатывали. Пожалуй, самое поразительное, что заболеваемость шизофренией в этой выборке возросла с 1 до 4 %. Последующие исследования других популяций детей, чьи матери перенесли инфекционные заболевания во время беременности, подтвердили похожий рост заболеваемости шизофренией[55] и расширили результаты, выявив также более высокий процент расстройств аутистического спектра[56].

Есть как минимум два потенциальных объяснения этих данных. Одна гипотеза заключается в том, что варианты генов, позоляющие матери (или эмбриону) пережить инфекцию гриппа, имеют побочные эффекты, включая уменьшение роста и большую предрасположенность к сердечным заболеваниям, шизофрении и аутизму. Другая гипотеза состоит в том, что, как мы знаем, вирусная инфекция активирует иммунную систему, и борющиеся с вирусом клетки иммунной системы в крови матери или химические сигналы, которые они посылают, пересекают плацентарный барьер, попадают в пуповину и влияют на развитие мозга и других органов плода.

Глория Чой из MIT и Цзюнь Ху из Гарвардской медицинской школы – блестящая пара молодых талантливых ученых. Он – иммунолог, она – нейробиолог. По вечерам, уложив детей в постель и помыв посуду после ужина, они иногда разговаривают о работе. Чой и Ху читали в научной литературе, что аутизм чаще возникает у тех детей, чьи матери перенесли во время беременности вирусную инфекцию. А также они читали отчет из лаборатории Пола Паттерсона в Калифорнийском технологическом институте, показывающий, что материнская инфекция у мышей тоже способна приводить к похожему на аутизм поведению, но этот процесс можно заблокировать, вмешавшись в деятельность сигнальной молекулы материнской иммунной системы, которая называется IL-6[57]. Хорошо известно, что IL-6 запускает создание еще одной сигнальной молекулы иммунной системы, IL-17a, которая может передаваться от матери развивающемуся плоду.

Итак, Чой и Ху решили провести эксперимент по манипуляции уровня IL-17a у мышей. Таким образом они рассчитывали узнать, как материнская инфекция влияет на мозг развивающегося плода, в дальнейшем вызывая аутизм. Для имитации вирусной инфекции они воспользовались известным методом. Примерно на половине срока беременности мыши – в то время, когда у эмбриона формируется неокортекс головного мозга, – они вводили ей синтетическую двухцепочечную РНК. Затем дожидались, пока родившиеся мышата повзрослеют, и изучали их. Они сделали два удивительных открытия. Во-первых, от материнской инфекции страдают самые верхние слои неокортекса. Обычно неокортекс выглядит как пирог из шести слоев различной толщины. Но в различных местах мозга плода эти нормальные слои были нарушены торчащими наружу пучками нейронов. Когда эмбрион такой матери становится взрослым, у него возникают различные нарушения коры головного мозга, изменяющие местную электрическую активность и сосредоточенные в области S1DZ. Во-вторых, мыши демонстрировали симптомы аутистического спектра, включая затруднения в социальном взаимодействии и компульсивное поведение (в случае мышей это закапывание камушков). Важно, что, если мать заражается несколькими днями позже, к тому времени, когда слоистая структура неокортекса уже сформирована, ни нарушения мозговой структуры, ни поведенческие особенности аутистического спектра не возникают.

Следующий шаг в этом исследовании – понять, какие клеточные и молекулярные процессы связывают материнскую инфекцию с изменениями в развитии мозга. Заранее прошу прощения за то, что засыплю вас названиями молекул. Необязательно их запоминать. Важно, что это детальная, уникальная и проверяемая гипотеза о том, как материнская инфекция запускает аутизм, а не просто расплывчатые умозрительные рассуждения.

Двухцепочечная РНК, введенная матери, не может пройти через плацентарный барьер и оказаться в эмбрионе мыши, но заставляет клетки иммунной системы матери, так называемые дендритные клетки, вырабатывать сигнальные молекулы, воспалительные цитокины (рис. 4). Эти молекулы (с кошмарными названиями IL-6, IL-1-бета и IL-23) стимулируют еще один тип иммунных клеток (Т-хелпер 17), и те вырабатывают IL-17a – цитокин, содержание которого, как ранее обнаружили, повышено в крови детей-аутистов. IL-17a, производящийся в материнском организме, пересекает плацентарный барьер, попадает в пуповину и связывает рецепторы IL-17a в развивающихся нейронах неокортекса эмбриона. Когда в процесс выработки или в процесс выполнения сигнальных функций IL-17a материнского организма вмешивались путем молекулярных или генетических манипуляций, материнская инфекция уже не влияла на новую кору головного мозга и не приводила к аутизму мышат. И вишенка на торте: когда IL-17a напрямую вводили в мозг эмбриона, это также приводило к нарушениям неокортекса и аутистическому поведению[58].

Предположительно, когда материнская IL-17a связывает рецепторы в развивающихся мозговых клетках эмбриона, это вызывает изменения в экспрессии генов в этих клетках, и такие изменения ведут к возникновению поврежденных участков коры и аутизму. Эти результаты согласуются с данными о том, что при аутопсии взрослых людей, аутистов, иногда в неокортексе обнаруживаются похожие дефекты, а содержание IL-17a в крови у некоторых детей-аутистов выше[59].

Это потрясающие результаты. Они описывают молекулярные механизмы, которые могут объяснить хорошо установленную связь между материнским инфекционным заболеванием и увеличением заболеваемости аутизмом. А еще это путь к вероятной терапии: возможно, как-то повлияв на IL-17a или на изменения, которые она провоцирует в мозге эмбриона, можно предотвратить аутизм вследствие инфекционного заболевания матери. Но любопытно, что Чой и Ху не смогли повторить результаты эксперимента, проведя его на генетически идентичных мышах от другого заводчика. У мышей из Jackson Laboratory материнское инфекционное заболевание не повышало уровень IL-17a и не возникали изменения коры головного мозга и аутистическое поведение взрослых мышей. Тогда ученые заметили, что в кишечнике мышей из первого эксперимента, из компании Taconic Biosciences, живут безвредные бактерии (сегментированные филаментные бактерии, СФБ), в то время как у мышей из Jackson Laboratory их нет. И конечно же, стоило дать мышам из Taconic антибиотики, чтобы уничтожить бактерии, как материнская инфекция перестала вызывать аутизм, а когда в кишечник мышей от Jackson Laboratory поселили бактерии, эффект восстановился[60].

Оказалось, что сегментированные нитчатые бактерии позволяют клеткам Т-хелперам 17 дифференцироваться, и, таким образом, они начинают вырабатывать IL-17a, хотя механизм этого процесса еще до сих пор не изучен. Чтобы увеличилась секреция IL-17a, приводящая к мозговым нарушениям эмбриона, должно совпасть несколько факторов: самка мыши должна быть беременна, иметь в кишечнике нужные бактерии и должна быть заражена вирусом. Чтобы у мышат появился аутизм, все это должно случиться во время развития неокортекса эмбриона, примерно на 20-й день беременности мыши. Если это произойдет чуть раньше или чуть позже, то увеличение уровня IL-17a в результате инфекции не будет иметь последствий[61].

Конечно, нужно кое-что пояснить. Повреждения коры головного мозга, которые Ху и Чой обнаружили у эмбрионов мышей, не в точности такие же, как у людей-аутистов. И не любая аутопсия людей-аутистов показывает такие нарушения. Матери многих людей, страдающих расстройствами аутистического спектра, не перенесли вирусных инфекций во время беременности, так что IL-17a не полностью описывает происхождение аутизма. Напротив, многие женщины переносят грипп, а их дети не страдают ни аутизмом, ни шизофренией. Тем не менее эти результаты наводят на мысли об индивидуальности вот в каком ключе: и перенесенная матерью во время беременности инфекция, и микрофлора ее кишечника (и то, как эти факторы взаимодействуют) могут повлиять на наше нейрофизиологическое развитие.

Легко вообразить, что социальный опыт влияет на развитие личности каким-то иным образом, нежели физический опыт, о котором мы говорили, такой как материнская вирусная инфекция. Когда мы говорим о раннем социальном опыте, то используем слова вроде “привязанность”, “связь”, “эмоциональное тепло” и “пренебрежение”, они сильно отличаются от биологических терминов вроде IL-17a и дендритных клеток. Нужно ясно усвоить: эти поведенческие термины ажны и полезны, но совершенно не предполагают, что социальный опыт влияет на нас каким-то особенным путем, к которому неприменима биология. Влияние на взрослого человека его социального опыта, такого как родительское пренебрежение, травля или воспитание, происходит путем биологических изменений мозга. И когда впоследствии сеансы психотерапии снимают негативные поведенческие эффекты, это тоже происходит с помощью изменений в мозге.

Вот пример. Мы знаем, что дети, не получающие в первые два года жизни достаточной любви и заботы, в дальнейшем часто имеют широкий спектр нейропсихологических проблем, таких как тревожность, депрессия и умственная отсталость. У них также выше частота соматических (не нейропсихологических) заболеваний, включая желудочно-кишечные и заболевания иммунной системы. Не так давно несколько исследований показали, что многие формы неблагоприятной социальной обстановки в раннем детстве, от отсутствия родительской любви и внимания до жесткой, непоследовательной дисциплины, вызывает несоразмерные реакции на стресс во время всей взрослой жизни и могут вносить свой вклад в нейропсихологические и соматические заболевания. Как минимум часть повышенного уровня стресса происходит в результате метилирования тех участков ДНК, которые подавляют экспрессию гена глюкокортикоидного рецептора в определенных зонах мозга[62]. С помощью гормональной обратной связи этот процесс увеличивает секрецию ключевого гормона стресса, кортиколиберина, нейронами гипоталамуса, и в результате возникают различные биологические последствия. Хотя метилирование гена глюкокортикоидного рецептора – лишь часть истории о том, как неблагоприятные социальные условия в раннем детстве влияют на индивидуальные характеристики взрослых, это важный пример. Он показывает, что можно объяснить эффекты раннего социального опыта в терминах известных молекулярных и клеточных сигналов.

Когда в 2017 году Саманта, любимая собачка Барбры Стрейзанд, находилась при смерти, знаменитая певица была безутешна и пыталась избежать потери любимого компаньона. А поскольку финансовое состояние ей это позволяло, она попросила ветеринара взять образцы с кожи живота и щеки Саманты и послала их вместе с чеком на 50 000 долларов техасской компании ViaGen Pets. С помощью технологий, разработанных в Сеульском государственном университете в Южной Корее, ученые ViaGen Pets смогли произвести из этих клеток щенков – генетических клонов Саманты. Сейчас Стрейзанд растит двух этих щенков, которых назвала Мисс Вайолет и Мисс Скарлетт. Но хотя Мисс Вайолет, Мисс Скарлетт и Саманта генетически идентичны, они не совсем одинаковы внешне и по темпераменту. “У них разный характер, – рассказала Стрейзанд. – Я жду, пока они повзрослеют, чтобы узнать, будут ли у них ее карие глаза и серьезность”[63].

То, что два клонированных щенка Стрейзанд – не точные копии как ее умершей собаки, так и друг друга, совершенно неудивительно. В конце концов, однояйцевые близнецы у людей имеют одинаковую ДНК, но все же, даже когда воспитываются вместе, отличаются и внешне, и характером. Эти различия описываются в руководствах для криминалистов. Хотя общее число завитков в человеческом отпечатке пальца примерно на 90 % наследственное[64], при изучении рисунка линий и завитков оказывается, что отпечатки пальцев однояйцевых близнецов не совпадают. Более того, запах у них тоже отличается. Хорошо натренированные собаки-ищейки могут легко различить запахи однояйцевых близнецов, даже если те живут в одном доме и едят одинаковую пищу[65]. Это общеизвестно. Генетически идентичные близнецы, выросшие в одной семье, все равно отличаются как физически, так и поведением. Пожалуй, лучшей иллюстрацией служит то, что супруга (супругу) одного однояйцевого близнеца редко привлекает второй. И такое отсутствие влечения взаимно: мало кого из однояйцевых близнецов привлекает партнер брата (сестры)[66].

Так почему же однояйцевые близнецы (или собаки), выросшие вместе, не похожи друг на друга в той степени, как должны были бы? Вспомните, что близнецовый метод предполагает три главных фактора, влияющих на характеристики: наследственность, общую и индивидуальную среду. В случае с однояйцевыми близнецами, выросшими вместе, разница в первых двух факторах равна нулю. Значит ли это, что индивидуальная среда отвечает за все различия в признаках? Не совсем. Правда в том, что “индивидуальная среда” – это термин, включающий множество факторов, и некоторые из них мы даже не сочтем “опытом”.

Один из таких важных факторов – неизбежная случайность развития организма, в особенности нервной системы. Это не “опыт” и не “среда”, как мы обычно думаем, – нечто, определяющее индивидуальность снаружи, вроде социального опыта и вирусной инфекции. Скорее, случайность развития свойственна самому организму. Во время развития человеческий мозг производит около 200 млрд нейронов, из которых около сотни миллиардов выживают на раннем этапе жизни. В мозге взрослого каждый из этой выжившей сотни миллиардов нейронов создает примерно 5000 синаптических соединений с другими нейронами. Эти 500 трлн синапсов возникают не случайным образом. Сигналы от сетчатки должны поступить в центры визуальной обработки в мозге, а сигналы от частей мозга, инициирующих движения, должны найти путь к соответствующим мышцам, и т. д. Главная биологическая проблема в том, что человеческий мозг настолько огромен и сложен, что его строение невозможно точно задать последовательностью индивидуальной ДНК[67]. Мелкие и случайные изменения в числе, положении, биомеханической активности или движении клеток в развивающейся нервной системе могут со временем привести к существенной разнице в нервных тканях и функциях у однояйцевых близнецов, растущих вместе. Как прекрасно сформулировал нейрогенетик Кевин Митчелл, “если меня или вас сотню раз клонировать, в результате получатся сто новых людей, каждый со своими особенностями”[68].

Можно предположить, что различия между однояйцевыми близнецами, возникающие за счет индивидуального опыта или случайности развития, влияют на время или картину экспрессии генов в разных клетках организма. Да, иногда это действительно так. Например, один из химических процессов, регулирующих экспрессию гена, – это метилирование ДНК и перенос химических ацетильных групп (C2H3O) к белкам гистонам (ацетилирование гистонов). Если сравнить этот процесс у однояйцевых близнецов, мы обнаружим, что близнецы очень похожи на раннем этапе жизни, но по мере взросления у них накапливается все больше эпигенетических различий, приводящих к тому, что профили их генной экспрессии постепенно расходятся[69]. Это звучит настолько убедительно, что возникает соблазн объяснять влияние опыта на индивидуальность исключительно регуляцией экспрессии генов. Но это не так. Есть другие важные аспекты индивидуального опыта, полностью независимые от регулирования экспрессии генов.

Как и всех биологов моего поколения, меня учили, что соматические клетки (все клетки тела за исключением яйцеклеток и спермы) генетически идентичны. Таким образом, разница между клетками возникает из-за различных паттернов генной экспрессии, которые определяются в процессе развития и при получении опыта. Именно это делает клетки печени отличающимися от клеток кожи, хотя, предположительно, в обеих имеется одна и та же последовательность ДНК.

До недавнего времени для чтения ДНК нужно было собрать ее очень много: взять кровь или соскоб со щеки и смешать ДНК из множества разных клеток, прежде чем приступить к секвенированию. Однако не так давно стало возможным прочитать всю последовательность ДНК, все 3 млрд нуклеотидов, по единственной клетке, например клетке кожи или нейрону. Обладая такой технологией, Крисофер Уолш и его коллеги из Бостонской детской больницы и Гарвардской медицинской школы изолировали 36 индивидуальных нейронов из здорового мозга трех человек (посмертно) и определили полную генетическую последовательность каждой клетки[70]. Оказалось, что нет двух нейронов с совершенно одинаковой последовательностью ДНК. В каждом нейроне в среднем имеется около 1500 мутаций в отдельных нуклеотидах. Полторы тысячи нуклеотидов из 3 млрд всего генома – это совсем немного, но такие мутации могут иметь важные последствия. Например, одна мутация обнаружилась в гене, который управляет созданием белка ионного канала, имеющего ключевое значение для электрической активности нейронов. Если эта мутация присутствовала бы в группе нейронов, а не в одном, она могла бы вызвать эпилепсию. Другая находилась в гене, связанном с более высокой заболеваемостью шизофренией. В этом отношении в мозге нет ничего особенного. Каждая клетка тела аккумулирует мутации, и, таким образом, каждая клетка имеет немного иной геном. Этот феномен называется мозаицизмом, и когда он происходит не в сперме и яйцеклетках, то называется соматическим мозаицизмом. Иногда соматический мозаицизм очевиден. Например, знаменитое родимое пятно на голове Михаила Горбачева – результат спонтанной соматической мутации в единственной исходной клетке, которая при делении образовала группу клеток с увеличенными капиллярами, так и получилось темное пятно на коже.

Жизнь начинается с одной клетки – только что оплодотворенной яйцеклетки с одним образцом генома. Во время развития – и в утробе, и в раннем детстве – клетки делятся снова и снова (рис. 5). Каждая клетка обладает большим потенциалом: одна клетка эмбриона, состоящего из 16 клеток, даст начало множеству разных тканей тела. С течением времени клетки и их потомство становятся более специализированными и могут порождать только клетки кожи или только клетки мозга. В итоге тело состоит из 37 трлн клеток, и все они происходят из единственной оплодотворенной яйцеклетки. Некоторые типы клеток, такие как клетки кожи, делятся всю вашу жизнь, заменяя отмершие. Другие, как большинство нейронов, достигая определенной точки в постнатальной жизни, перестают делиться[71]. Большинство соматических мутаций, изменяющих единственный нуклеотид, случаются в клетке, которая не делится[72]. Мутации, возникающие во время деления, обычно бывают более серьезными и включают потерю, дупликацию или инверсию больших участков хромосом или даже целой хромосомы[73].

Когда Уолш и его коллеги изучали нейроны одного и того же человека, они иногда находили ту же мутацию в нескольких нейронах. В некоторых случаях эта группа нейронов находилась рядом, в одном отделе мозга. В других случаях они были рассеяны по разным отделам. Такие же мутации, как и в клетках мозга, были обнаружены и в единичных клетках сердца, печени и поджелудочной железы. Скорее всего, эти мутации имели общее происхождение. Поздние мутации обычно концентрируются в соседних клетках и с меньшей вероятностью могут изменить функции организма (если только эти мутации не запускают механизм деления клеток, приводящий к раку). А ранние мутации обнаруживаются в большем числе клеток и в разных частях тела.

У нас еще нет большого массива полностью секвенированных последовательностей ДНК отдельных нейронов человека, а имеющиеся в основном получены в результате вскрытия. Нам известно несколько случаев, когда в результате спонтанных соматических мутаций возникали серьезные неврологические заболевания, такие как увеличение одного полушария мозга (гемимегалэнцефалия)[74]. Почти наверняка часть по сей день неизученных неврологических заболеваний, таких как эпилепсия неизвестного происхождения, возникает в результате спонтанных соматических мутаций, влияющих на электрические функции группы нейронов. Также весьма вероятно, что соматический мозаицизм вносит свой вклад в индивидуальные различия восприятия и личностных характеристик, которые не имеют медицинского значения. Ваша индивидуальность, по меньшей мере отчасти, – это результат игры в кости, которые выбрасываются снова и снова по мере вашего развития, роста и старения. Эти случайные изменения уникальны для вас и не передаются детям, поскольку возникают не в яйцеклетках и сперматозоидах. Это соображение имеет важное терминологическое последствие. Слова “генетический” и “наследственный” часто используют как взаимозаменяемые, но это неверно. Соматические мутации суть генетические изменения, но они не наследуются и не передаются потомству.

Итак, мы состоим из 37 трлн клеток и у каждой свой геном. Такое трудно вообразить. Есть такая пословица: чтобы вырастить ребенка, нужна целая деревня. Однако выходит, что каждый ребенок – сам по себе целая деревня, нет, даже огромный мегаполис из родственных, но генетически уникальных клеток. Но все еще сложнее: иногда мегаполис принимает иммигрантов.

В 1953 году, задолго до того, как научились проводить анализ ДНК, в British Medical Journal было опубликовано любопытное исследование[75].

Миссис М., 25-летний донор, сдала первую порцию крови в марте этого года. Кровь, поступившая на лабораторный анализ, выглядела как смесь клеток групп А и 0. При введении сыворотки анти-А невооруженным глазом были видны крупные агглютинаты, но при изучении под микроскопом оказалось, что эти агглютинаты находятся среди большого числа неагглютинированных клеток. Такое случается через некоторое время после переливания крови группы 0 реципиенту с группой А. Однако миссис М. никогда не переливали кровь.

Это была загадка. Откуда в венах миссис М. могли взяться две группы крови? Тщательное воспроизведение результатов показало, что это произошло не в результате загрязнения в лаборатории. Одно возможное объяснение заключается в том, что эта ситуация отражает очень редкое явление, когда одна яйцеклетка оплодотворена двумя разными сперматозоидами и развилась в одного человека. Но такие люди всегда отличаются определенной асимметрией тела, например одно ухо заметно крупнее другого или глаза разного цвета. Миссис М. была вполне симметричной. А потом один врач решил задать важный вопрос. “Когда мы спросили, есть ли у нее близнец, миссис М. удивилась и ответила, что ее брат-близнец умер от пневмонии 25 лет назад в возрасте трех месяцев”.

Объяснение двойной группы крови миссис М. заключается в том, что плацента – не идеальный барьер против переноса клеток. Некоторые клетки ее брата, группы А, оказались в ее организме еще внутриутробно и сохранялись 25 лет. В этом возрасте около трети кровяных клеток миссис М. происходили от ее брата-близнеца. Когда ее кровь проанализировали спустя годы, количество клеток брата постепенно уменьшалось, но они не исчезли окончательно. Вот такое своеобразное бессмертие[76].

Когда смешиваются клетки двух разных людей, это называется химеризмом. Недавние работы показывают, что такое явление широко распространено[77]. В сущности, все мы химеры, потому что клетки легко передаются от матери к зародышу. В некоторых случаях материнские клетки исчезают в детском возрасте, но в других – остаются во многих органах на десятилетия. Если посмотреть в обратном направлении, в организме каждой женщины на поздних стадиях беременности есть клетки эмбриона, которые сохраняются в ее теле и много лет спустя[78]. В одном недавнем исследовании тканей, взятых при аутопсии, у 63 % женщин, родивших детей несколько десятилетий назад (их средний возраст был 75 лет), в мозге есть клетки эмбриона[79]. Стоит отметить, что перенос клеток от эмбриона к матери может происходить даже в случае выкидыша или аборта. Некоторые женщины даже не осознают, что у ни был выкидыш на ранних стадиях беременности, но в их организме все равно остаются клетки эмбриона[80].

Перенос клеток через плаценту – потенциальный источник индивидуальности, но мы очень мало знаем о том, как в организме функционируют несобственные клетки. Клетки эмбриона в мозге матери становятся электрически активными нейронами, включенными в более крупные группы. Но остается неясным, оказывают ли они влияние на ментальные функции и поведение. Мы не знаем, меняют ли клетки эмбриона восприятие женщины и ее опыт. В 1970-х годах, во времена моего взросления, мама одного моего друга любила пить кофе из кружки с надписью “Безумие наследуется: вы получили его от детей”. Может, она была права, но немного не так, как она это себе представляла.

Перенос клеток эмбриона к матери может быть и полезным, и вредным[81]. По крайней мере, некоторые эмбриональные клетки, внедряющиеся в организм матери, это стволовые клетки – недифференцированные клетки, которые впоследствии развиваются в клетки любых типов. В некоторых случаях материнская иммунная система атакует эти клетки, и возникает аутоиммунное заболевание, такое как рассеянный склероз, которое может повредить кожу, сердце, легкие и почки матери. У других женщин стволовые клетки эмбриона иногда чудодейственно восстанавливают организм[82]. В одном исследовании у матери с заболеванием щитовидной железы функции щитовидки внезапно восстановились. Когда сделали биопсию, клетки восстановленной щитовидки оказались мужскими – вероятно, стволовыми клетками, переданными от сына в утробе. В еще одном подобном случае мать неожиданно излечилась от болезни печени, но теперь от регенерировавших клеток печени после прерванной беременности.

Мы обсудили несколько путей, с помощью которых опыт (в широком смысле) влияет на индивидуальные признаки. Во-первых, это регуляция генной экспрессии в результате опыта, когда стимулами служат температура, социальное взаимодействие и время года, в которое человек родился. Эта регуляция осуществляется эпигенетически, через факторы транскрипции, метилирование ДНК и модификацию гистонов, определяя, какие гены отключить, а какие включить в разное время в разных клетках. Во-вторых, это соматический мозаицизм, когда в клетках (не яйцеклетках и не сперматозоидах) организма накапливаются случайные мутации, меняющие индивидуальную последовательность ДНК. В-третьих, химеризм, когда в ваш организм попадают клетки другого человека. И наконец, мы обсудили случайность развития тела и мозга от момента зачатия до зрелости – от этого возникают индивидуальные вариации, но это не истинный опыт в том смысле, что это не процесс, который влияет на организм извне.

Важно, что благодаря всем этим механизмам генетически идентичные близнецы могут обладать разными признаками. Даже находясь рядом в утробе, близнецы не имеют идентичную историю случайностей развития, соматических мутаций, опыта и химеризма. И конечно, опыт, развитие и накопленные соматические мутации однояйцевых близнецов продолжают разделять их и после рождения.

Страницы: 1234 »»

Читать бесплатно другие книги:

Джо Диспенза – профессор нейрохимии и нейробиологии, а также автор нескольких бестселлеров – рассказ...
«Дети дельфинов» – история о невероятных приключениях самого обычного мальчика Сережи, который живет...
Новая история путешествий Ани Смолиной, которая в 2017 году взбудоражила мир путешественников неорди...
– Зачем вы здесь? Это моя комната.Я вздрагиваю, когда слышу хлопок двери. Оборачиваюсь и его вижу. М...
Попаданец в восемнадцатый год хоть и определился со стороной, но так и не смог заставить себя делить...
Это мой рассказ о том, что я увидел во Вьетнаме и как это повлияло на мою жизнь. Все события реальны...