Текст книги "Генетика на завтрак. Научные лайфхаки для повседневной жизни"

Счастливое одиночество благодаря партеногенезу

У людей, которые предпочитают одинокую жизнь, на то есть множество причин. У одних любовь к игре «World of Warcraft» сильнее, чем любовь к противоположному полу. Другие же просто чувствуют себя в одиночестве более комфортно, чем в паре. Такой выбор может быть результатом негативного опыта, например принуждения партнером к просмотру фильма «Сумерки».

Небольшие мутации генов также могут оказывать влияние на то, насколько хорошо мы чувствуем себя в отношениях.

Как правило, мутации ассоциируются у нас с очевидными внешними изменениями, за что следует сказать спасибо создателям таких фильмов, как «Люди Икс». Этот фильм рассказывает о людях, которые развили в себе сверхспособности в результате генных мутаций. Быстрое заживление, выдвижные ножи-когти, магнетизм и так далее. Если бы сценарист кое-что смыслил в генетике, то добавил бы в список героев еще одного: человека-одиночку.

Генетические мутации могут влиять на степень вашего комфорта в отношениях.

Исследование с участием китайских студентов показало, что мутация в гене, получившем название 5-HT1A, влияет на вероятность стать одиночкой (Liu, 2014). Люди, у которых структурный блок C в ДНК на определенном участке гена мутировал в G, на одиннадцать процентов чаще оставались одинокими, в отличие от носителей С-варианта. От чего это зависит? Неужели G-мутация делает суперуродливыми или мегавонючими? Это было бы слишком просто. Ген 5-HT1A кодирует серотониновый рецептор в мозге, который имеет решающее значение для нашего ощущения счастья. Другое исследование смогло объяснить, почему G-мутация заставляет выбирать одиночный образ жизни. G-носители в отношениях чувствуют себя менее комфортно [30]. Самки обезьяны-мартышки прошли по этому пути еще на шаг дальше. Если дать им вещество, имитирующее G-мутацию, они чаще отвергают самцов как половых партнеров и начинают вести себя по отношению к ним более агрессивно.

Естественно, тот факт, что ваш партнер вас ужасно бесит, еще не означает, что вы являетесь G-носителем. Но интересно уже то, что крошечные структурные блоки в цепи ДНК, состоящей из трех миллиардов букв, могут таким вот решающим образом определять нашу любовную жизнь.

Некоторых кольчатых червей совершенно не впечатлила бы какая-то C-мутация. Они ведут счастливую одинокую жизнь, а когда чувствуют, что готовы иметь детей, то просто отбрасывают несколько сегментов своего тела, из которых впоследствии вырастают новые черви. Около 2000 лет назад в чуть более 2000 километрах к юго-востоку от Вены с одной женщиной якобы случилось нечто похожее. Во истину, девственное рождение. Живот Марии становился все больше, но никто не был тому виной.

Героиня рождественского эпизода «Радость миру» сериала «Доктор Хаус» столкнулась с подобной ситуацией. Она беременна, но настаивает на том, что является девственницей, а ее молодой человек заверяет, что у них никогда не было секса. Доктор Хаус проводит тест на отцовство и, несколько раз перепроверив результаты анализов, заявляет, что через семь месяцев должен произойти редкий случай – самое настоящее девственное рождение. Его предположение: спонтанное выделение кальция стимулировало деление яйцеклетки. В то же время сбой в делении клеток удвоил генетический материал, подняв его до уровня оплодотворенной яйцеклетки.

Но может ли такое случиться на самом деле? Незадолго до Рождества 2013 года были опубликованы результаты исследования, согласно которому 0,5 % американских женщин заявили, что пережили по крайней мере одни девственные роды [25]. Искусственное оплодотворение исключается.

Термин для девственного размножения – партеногенез; феномен наблюдали у нескольких высокоразвитых видов животных.

Работники зоопарка Генри Дорли в штате Небраска были потрясены, когда самка рыбы-молота, которая долгие годы не видела самцов, вероятно, в знак протеста, родила малыша-акулу. Маленькое чудо, которое, к несчастью, несколько часов спустя пронзил скат. Неожиданные случаи девственного размножения происходят снова и снова, например у индюков. С какой это стати индюки могут то, чего не можем мы?

Ответ опять кроется в ДНК. Для большинства генов у нас имеется две версии: одна копия отца и одна – матери. Если версия повреждена, у вас все еще остается резервная копия. Исключение составляют гены с геномным отпечатком, так называемым геномным импринтингом. Существуют также две копии этих генов, но только одна из них является активной, отцовская или материнская. Другая копия не рабочая и не может быть считана.

Менее одного процента наших генов имеют геномный отпечаток. В первую очередь оказываются затронуты участки ДНК, которые играют роль в развитии организма на стадии эмбриона и в период раннего детства. Как женские яйцеклетки, так и мужские сперматозоиды, в принципе, содержат все гены, необходимые для создания человека. Но из-за импринтинга требуется как отцовский, так и материнский геном, чтобы у всех генов, отвечающих за развитие, имелась фактически действующая копия. Для чего нужен импринтинг, пока не совсем понятно. Впрочем, были сделаны попытки это объяснить.

Гипотеза яичника как бомбы замедленного действия: в ней говорится, что импринтинг предназначен для предотвращения спонтанного деления и развития неоплодотворенных яйцеклеток. Нежелательное деление клеток – верный путь к развитию опухолей. Существует и другая объяснительная модель, но с гораздо менее впечатляющим названием.

Гипотеза конфликта родителей: она проистекает из двух наблюдений, которые, должно быть, совершают в течение своей жизни многие женщины и некоторые мужчины.

Во-первых, беременность и роды для женщины проходят сложнее, чем для мужчины.

Прожорливый зародыш уже в матке набрасывается на ресурсы организма будущей матери. Поэтому в интересах женщины устранить из яйцеклеток гены, которые чрезмерно стимулируют рост эмбриона.

Во-вторых, мужчина не получает никакой гарантии, что все дети, рожденные женщиной, действительно являются его собственными. С точки зрения эволюции имеет смысл позаботиться о том, чтобы женщина тратила наибольшее количество ресурсов на рождение его собственного приплода. То есть мужчина хочет, чтобы женщина потратила максимально возможное количество энергии на его потомство, и деактивирует в своем семени гены, ограничивающие рост эмбриона.

Гипотеза конфликта считается более вероятной. Но независимо от того, какая из них верна, человеческий эмбрион может развиваться только в том случае, если генетическая информация получена от отца и матери. Яйцеклетка, спонтанно удваивающая свой генетический материал, вряд ли будет обладать генетической информацией, необходимой для создания человека, так как некоторые гены, отвечающие за развитие, не могут быть прочитаны из-за импринтинга, если только они не перешли от отца. Импринтинг отвечает за то, чтобы у млекопитающих никогда не случалось естественное девственное рождение.

В своем объяснении доктор Хаус двигался в верном направлении. Теоретически спонтанное удвоение генетической информации не является невозможным. Это могло бы понадобиться для того, чтобы каждый ген в яйцеклетке присутствовал в двух экземплярах, что наблюдается в оплодотворенном состоянии. Однако импринтинг ставит крест на всем рассуждении. Даже если все гены в наличии, а все условия для образования беременности соблюдены, эмбрион, состоящий исключительно из материнской ДНК, не сможет развиваться. Без дополнительной генетической информации с отцовским импринтингом механизм не работает. Простите, дамы.

Тот, кто знает доктора Хауса, знает также, что он не допускает таких ошибок. Оказывается, он просто придумал историю с девственным рождением, желая избавить нервную женщину от обязанности в канун Рождества признаваться мужу, откуда в действительности взялся ребенок. Спойлер: не от мужа. Довольно спорный предрождественский поступок, который, вероятно, с треском провалился бы, если бы муж в зале ожидания случайно наткнулся на учебник по биологии. Опрос, утверждающий, что 0,5 % американских женщин считают, что пережили девственные роды, также не дает никакой новой информации. Скорее, он является доказательством тому, что опросы – это ненадежный инструмент для сбора данных, особенно когда речь идет о сексе и чуде.

Хотя женский импринтинг и предотвращает чрезмерное поглощение ресурсов организма во время беременности, у эмбриона более выгодные условия договора, чем у матери. Он спокойно плавает туда-сюда внутри матки и, даже не потрудившись спросить разрешения, через пуповину забирает себе часть съеденной булочки с колбасой. Если она придется ему не по вкусу, он оскорбится и в знак протеста уляжется так неудобно, что в день родов его придется извлекать оперативным путем. Зачем вообще женщины такое с собой вытворяют? Разве завести собаку не было бы более практично? Или семь кошек? На самом деле эмбрионы могут оказаться очень полезными даже задолго до того, как начнут оплачивать счета в пенсионных кассах. Уже во время беременности они преподносят небольшие подарки своим отважным матерям, и мы скоро узнаем какие.

Щедрые эмбрионы

Жизнь – это вам не катание на пони. В наших организмах что-то постоянно ломается и снова восстанавливается. Когда дело касается мелочей, мы часто этого не замечаем. С другой стороны, сердечный приступ обращает на себя очень пристальное внимание. При этом сердце часто надолго выходит из строя и частично утрачивает свои возможности. К сожалению, врачи не могут заменить клетки сердечной мышцы. По крайней мере после получения медицинского образования. Но, возможно, они умели это делать, только гораздо раньше, в самом начале своей жизни.

В 2012 году американские ученые так изменили гены мышей, что их клетки начинали светиться зеленым, когда их помещали под источник синего света [26]. Для этой цели мышам вводили ген под названием GFP (Green Fluorescent Protein), или «зеленый флуоресцентный белок», который был взят у медуз. Исследователи скрестили зеленых флуоресцирующих самцов с нормальными, не флуоресцирующими самками. Это привело к появлению не флуоресцирующих мышей, которые были беременны флуоресцирующими зеленым светом эмбрионами. Благодаря этому можно было отчетливо различать клетки эмбриона и клетки матери. Незадолго до родов ученые вызвали у беременных мышей сердечные приступы. Две недели спустя сердца матерей были тщательно изучены. В них были неожиданно обнаружены скопления зеленых флуоресцирующих клеток, которые, по всей видимости, принадлежали эмбрионам. У животных, не испытавших сердечный приступ, этих клеток было обнаружено намного меньше. Внутри сердец мышей-матерей зеленые клетки разрослись и превратились в различные ткани.

Эмбрионы мышей могут лечить сердца своих матерей своими клетками.

Похоже, эмбрионы мышей умеют чинить разбитые сердца своих матерей.

А человеческие малыши умеют так помогать? Было замечено, что женщины лучше восстанавливаются после сердечных приступов, если они случаются во время или вскоре после беременности. Возможно, что за этим феноменом также стоят эмбрионы. На ранних стадиях развития у нас много стволовых клеток. Это клетки, роль которых в развитии организма еще предстоит изучить. Они могут развиваться, превращаясь в самые разнообразные ткани в разных органах. У взрослых людей их уже не так много, но эмбрионы переполнены ими, словно шоколадное яйцо с сюрпризом ожиданиями. Иногда некоторым из этих умельцев удается сбежать через плаценту и с кровотоком матери проникнуть на неизведанные территории. Решив где-либо обосноваться, они могут оставаться там на протяжении десятилетий и развиваться в различные ткани. Исследования показали, что эмбриональные клетки обнаруживаются у матери в первую очередь в тех местах, где присутствуют повреждения, например в головном мозге, легких, почках, печени или сердце. В 2012 году было проведено исследование мозга умерших женщин [14].

У тех женщин, что родили сыновей, даже после смерти в мозгу можно было обнаружить мужские клетки – эмбриональные клетки, отправившиеся в путешествие.

Так что вполне возможно, что в голове вашей матери до сих пор остаются клетки вашего тела. Вам нравится об этом думать? Придется с этим смириться.

С точки зрения эмбриона, имеет смысл заботиться о хорошем самочувствии своего хозяина. По такому случаю можно даже поделиться несколькими стволовыми клетками.

Эта область исследований еще довольно молода, но одной из ее целей является использование стволовых клеток плаценты в терапевтических целях.

Итак, как вы могли заметить, эмбрионы не так уж и эгоистичны, как можно было ранее предположить. На самом деле это действительно хорошие ребята, которые, как оказалось, даже усердно выполняют ремонтные работы. Но как только они вылупились, то, кроме как созданием неприятностей, больше ничем не занимаются. На первых порах они ночами напролет кричат и мешают спать. Им нужно постоянно менять подгузники и стараться, подобно маневрирующему самолету, половчее засунуть ложечку с едой им в рот, просто чтобы исхудавшего озорника не забрали представители службы социальной опеки несовершеннолетних. Едва этот этап успевает закончиться, как после короткого перерыва наступает половое созревание.

Надеюсь, что во время беременности вы обзавелись достаточным количеством стволовых клеток, потому что теперь будете регулярно испытывать что-то, очень сильно напоминающее сердечный приступ. Однако существует хорошее средство, спасающее от всего этого стресса. Почаще обнимайте чертенка. Если понадобится, пока не посинеет.

Наука ласк

Вам когда-либо доводилось видеть людей, которые стоят на улице, держа в руках таблички с надписью «Free Hugs»? Как вы реагируете, когда сталкиваетесь с кем-то из них? Вы бросаетесь к таким личностям на шею или быстро вытаскиваете мобильник, чтобы казаться занятым? Несколько лет назад я с таким же плакатиком стоял посреди Музейного квартала в Вене. Несколько часов и бесчисленных объятий спустя я чувствовал себя более живым, чем когда-либо прежде. Многие обнимавшие меня люди говорили мне, что объятия – это именно то, что им было нужно. Объятия дарят нам чувство социальной поддержки. Это служит нам опорой в стрессовых ситуациях.

Люди, испытывающие недостаток социальной поддержки, не только чаще оказываются подвержены депрессии и тревожным расстройствам, они также более восприимчивы к инфекциям.

Тот факт, что постоянный стресс ослабляет нашу иммунную систему, уже давно перестал быть новостью. Замечено, что герпес чаще всего проявляется в периоды особенно сильного переутомления. Образование пузырьков вызвано вирусом, который постоянно живет в наших клетках и пользуется ослабленностью иммунной системы, чтобы разрастись и распространиться. Длительный стресс даже замедляет заживление ран и снижает эффективность прививок.

Если бы я был каким-нибудь мэром, то на каждом втором углу расставил бы бесплатных профессиональных обнимальщиков.

Вспыльчивые жители Вены остро нуждаются в объятиях, да и безработица уменьшилась бы, обнимайся они чаще. Возможно, это даже пойдет на пользу системе здравоохранения. В 2015 году американские ученые опросили сотни людей [16]. Они хотели знать, много ли конфликтов на момент опроса имеет место в жизни участников и как часто им хочется с кем-нибудь обняться. Дальше будет неприятно. Испытуемым закапали в нос жидкость, содержащую вирус-возбудитель простудных заболеваний. После этого храбрым участникам несколько дней нужно было провести в карантине. У них ежедневно замеряли количество слизистых выделений из носа и содержание в них вирусных частиц. Оказалось, что у людей, которых обнимали особенно часто, наблюдались более слабые симптомы простуды, чем у тех, кто ленился обниматься. Предполагаемая причина заключалась в том, что стресс ослабляет иммунную защиту, а крепкие объятия уменьшают стресс. Так что смело выбрасывайте свои мультивитаминные препараты в унитаз, а если хотите пережить зиму без вирусных заболеваний, лучше найдите себе парочку дружелюбно настроенных рук, в которые можно будет завернуться. Если вдруг поблизости никого не окажется, обнимите кошку или в крайнем случае золотую рыбку – главное, не упустить возможность.

А вы вообще знаете, как правильно обниматься? В принципе, хорошо бы при этом нежно поглаживать друг друга. Шведским исследователям такая информация показалась слишком неопределенной, поэтому в 2014 году они воплотили мечту многих загруженных работой ученых – они соорудили прибор для поглаживания [11]. Устройство может гладить руку испытуемого с разными нажимами, температурами и скоростями. Параллельно измеряли активность нервов, проходящих от подвергаемого нежной ласке участка кожи до мозга. Были определены оптимальные условия для поглаживания. По мнению ученых, наиболее приятно ощущается легкое надавливание, причем контакт кожи с кожей дает идеальную температуру. Поэтому в идеале желательно обнимать и гладить друг друга, когда вы полностью раздеты. Но в таком виде лучше не стоять с плакатом в Музейном квартале.

Согласно исследованию, идеальная скорость поглаживания составляет пять сантиметров в секунду.

При поглаживании со скоростью 5 см/с нервы максимально стимулируются. Стало быть, если собираетесь заключить кого-то в преисполненные любви объятия, не постесняйтесь предварительно запастись линейкой и секундомером.

Поздравляю, теперь вы знаете, как правильно приласкать друг друга с научной точки зрения! Об этом можно спокойно рассказать при знакомстве в клубе, такие сведения помогут моментально растопить лед.

Собственно говоря, для чего неженатый генетик пишет главу о любви, половых органах и приборах для поглаживания? Является ли это тщетной попыткой ослабить магию чувств, разложив ее на молекулы, и записать нежность в формулах? Напротив, мне кажется романтичным то, как много природа делает для того, чтобы мы просто могли заняться любовью с нужным человеком в нужное время.

Инстинкт размножения, который долгое время изображали как нечто греховное, на самом деле является выражением того, что делает жизнь возможной и благодаря эволюции даже постоянно улучшает.

В силу нашей изобретательности мы, люди, смогли выработать самое сложное среди всех животных сексуальное поведение. Или вы можете представить себе павиана, который будет заводить отношения на расстоянии, демонстрируя свой красный зад в Skype? Несмотря на всю болтовню о науке и эволюции, нельзя забывать, в чем смысл любви с человеческой точки зрения. Она должна делать двух или более людей счастливыми. И не имеет значения, кто состоит в паре: мужчина и женщина, мужчина и мужчина или женщина и женщина. Гомосексуализм является практически повсеместным явлением в животном мире и наблюдается примерно у 1500 видов. Если вдруг кто-то захочет вам что-то рассказать о «неестественности», пожалуйста, дайте этому человеку учебник биологии. Гомосексуальное поведение встречается как у человекообразных обезьян, так и у плодовой мушки, причем с помощью этой мушки даже пытались понять, откуда берется наша сексуальная ориентация. Собственно говоря, чтобы получить ответы на действительно важные вопросы, огромное количество исследований проводят на мелких, казалось бы, совершенно незначительных животных. Поэтому стоит обратить свой взор к этим маленьким героям биологии, благодаря которым мы так много знаем о жизни.

Глава 3
Крохотные герои молекулярной биологии

Перед зданием Института цитологии и генетики в Новосибирске стоит бронзовая статуя – памятник героям. Это не скульптура завоевателя, политика или борца за свободу, а фигурка старой, сморщенной лабораторной мыши. Она сидит, подогнув свои маленькие задние лапки, укутавшись в шаль и нацепив на кончик носа очки. В руках у мышки две вязальные спицы, которыми она вяжет двойную спираль ДНК. Российские ученые этим памятником хотели выразить свою благодарность всем живым существам, которым мы обязаны нашим нынешним знанием биологии, – подопытным животным.

Все знания, способствовавшие получению Нобелевской премии в области медицины за последние три десятилетия, в той или иной степени зависели от животных.

Без помощи животных современная медицина была бы далека от ее нынешнего состояния.

Летом 2010 года я вернулся домой после музыкального фестиваля в немецком городке Вакен с бактериальным заражением крови и провел несколько дней в больнице. Наверное, несколько ночей под капельницей после Вакена – это все равно самый гладкий переход обратно к нормальной жизни. Вводимые внутривенно антибиотики, которые тогда помогли предотвратить худшее, не смогли бы разработать без подопытных организмов. Я так благодарен им за это, что готов собственноручно воздвигнуть памятник. Вместо этого я посвящаю следующую главу этим героям молекулярной биологии.