Текст книги "Кто мы такие? Гены, наше тело, общество"

Или четвертая возможность: может быть, как предполагают некоторые критики, условия были не так уж идеально синхронизированы, как кажется. Группа ученых написала в Science, предположив, что причина в размере и текстуре гранул мышиного корма. Другая группа считала, что ключевой неучтенной переменной был аспирант, который следил за тестами в Эдмонтоне: у него была аллергия на мышей, и он носил защитный шлем вроде космического. Они предложили довольно затейливую гипотезу о возможных взаимодействиях генетики поведения и ультразвука из воздушного фильтра в шлеме. И выяснилось, что при всем контроле условий эксперимента вкралась критическая ошибка: хвостики мышей помечали маркерами разных цветов – то черным, то красным.

Простите за ехидство, просто меня расстраивает, что исследователи слишком часто держатся за дорогие сердцу предубеждения и закрывают глаза шорами ожиданий. Когда вышла статья команды Крэбба, ее сопровождал комментарий одного из штатных сотрудников журнала под заголовком «Мышиное непостоянство выявляет недостатки тестов». В нем автор сетует, как тяжело будет работать с тестами, которые не дают ожидаемого результата.

По-моему, здесь все наоборот. Если поведенческие тесты не показывают достоверного генетического эффекта, ученым не должно первым делом приходить в голову, что нужно изменить тесты. Если факторы среды, настолько неуловимые, что их не смогли учесть в таком дотошном исследовании, могут заметно изменить влияние генетики на поведение, значит, не так уж много этого генетического влияния. Или его вообще нет.

Мораль сей басни в том, что не стоит слишком воодушевляться по поводу очередного нового генетического компонента поведения, пока эффект не воспроизведут в нескольких независимых лабораториях с широким диапазоном тестов – а это делается редко. Обычно происходит так: команда ученых проделывает хитрые молекулярные манипуляции с мышами. Они вносят изменения в ген, как-то связанный с мозгом, и ожидают, что после всей этой внушительной работы что-то в животных должно поменяться. Их тестируют – и вот чудеса, оказывается, что какой-то поведенческий параметр обнаруживает статистически значимое отклонение от контроля. Ага, влияние есть, тут же появляется броская публикация, а когда в следующей лаборатории эффект не воспроизводится, доказательства можно свести к выявлению «недостатков в тестах». Этот сценарий разыгрывался для множества сенсационных генов. Напрашивается вывод, что многие публикации, связывающие группы генов с определенным поведением, запросто могут быть ошибочными.

Не поймите меня неправильно, я совсем не пытаюсь обесценить гены. Генетика оказывает (иногда колоссальное) влияние на нейробиологию, поведение, на все грани биологии. Данные приведенного исследования убедительно продемонстрировали это для некоторых линий мышей и для некоторых аспектов поведения. Просто опасность завышенных ожиданий подкарауливает даже самых скептически настроенных ученых. И это вовсе не говорит о том, что новый генетический король – голый.

Но посреди нынешнего лихорадочного интереса к генам, особенно среди непрофессионалов, следует помнить, что король не так пышно наряжен, как обычно предполагается. Окружающая среда, даже незначительные ее детали, все же более чем способна заявлять о себе в биологических взаимодействиях и определять нашу сущность.

Примечания и дополнительная литература

Развитие мышки Дуги описано в статье: Tang Y., Shimizu E., Dube G., Rampon C., Kerchner G., Zhuo M., Liu G., and Tsien J., “Genetic enhancement of learning and memory in mice,” Nature 410 (1999): 63). Статья Крэбба и коллег: Crabbe J., Wahlsten D., Dudek B. 1999. “Genetics of mouse behavior: interactions with laboratory environment,” Science 284 (1999): 1670). Комментарий «Мышиное непостоянство выявляет недостатки тестов» М. Энзеринка можно найти в том же выпуске на странице 1599 (Enserink M., Science 284). В статье Крэбба приводятся некоторые поразительно кропотливые меры, которые они предприняли, чтобы стандартизировать условия в трех лабораториях. Дополнительная информация приведена на их сайте www.albany.edu/psy/obssr. Письма в ответ на статью Крэбба можно найти в Science (1999): 285, 2067–70.

Демонстрация, что ген, связанный с поиском новизны, объясняет лишь около 5 % изменчивости в данных у человека, приводится в статье: Ebstein R., Belmaker R., “Saga of an adventure gene: novelty seeking, substance abuse and the dopamine D4 receptor 9D4DR) exon III repeat polymorphism,” Molecular Psychiatry 2 (1997): 361).

Обескураживающая приписка: спустя несколько лет после выхода статьи Крэбба и др. я оказался в кабинете нобелевского лауреата, чьи исследования должны были бы сделать его знатоком этой области. Это был громадный альфа-самец павиана, и я боялся его до дрожи в коленках. Наверняка весь этот стресс сильно мешал работе лобных долей моего мозга (читайте дальше, чтобы узнать, к чему это я) и снижал мою способность к взвешенным решениям, но я решил упомянуть статью Крэбба. «А что вы думаете по поводу той статьи Крэбба в Science?», – с воодушевлением начал я. Отсутствующий взгляд. «Ну, знаете, та статья, где тестировали разные линии мышей в трех разных лабораториях», – неуверенно продолжил я. Холодный, пустой взгляд. Я был ошарашен: похоже, он ничего даже не слышал об этом исследовании, опубликованном, в конце концов, не в какой-нибудь биологической газетенке на эстонском. Я пустился в описания методов и результатов исследования. Он сердито фыркнул и сказал что-то в духе «похоже, что они ни черта не понимают, как проводить элементарные поведенческие тесты». Слава богу, наша встреча скоро закончилась и мне удалось удрать из офиса до того, как мои безрассудные лобные доли позволили мне высказать все, что я думал о его отношении к этому неудобному научному результату.

Генетическая война мужчин и женщин

Большинство молодоженов быстро узнаёт, что близкие отношения, даже самые нежные, могут изрядно накалиться. Обычно пары спорят о деньгах, свекрах и тестях, бывших возлюбленных и о том, как быстро должна расти плацента у женщины, когда она забеременеет. Последний пункт – это что-то потрясающее. Мужик хочет, чтобы плацента у его женщины росла побыстрее, а женщина думает, что это все пацанская гордость, и изо всех сил старается удержать размер плаценты в разумных рамках.

Удивительным образом, подобные конфликты характерны для многих млекопитающих – включая нас самих. И оказывается, это только верхушка айсберга в диковинном мире битвы полов, в которой у самцов и самок разные эволюционные цели. Если осознать существование этой битвы, можно объяснить немало странных черт поведения и физиологии и разобраться в некоторых болезнях, а может быть, и в природе нашего вида.

Самец и самка, даже если это семейная пара, обладают недюжинным потенциалом разногласий из-за несовпадающих целей. Широкая публика впервые оценила это, когда в 1931 году Джимми Кэгни запустил Мэй Кларк по лицу грейпфрутом[7]7
  Сцена из фильма «Враг общества».


[Закрыть]. Ученые редко ходят в кино, поэтому им понадобилось еще несколько десятилетий, чтобы хотя бы приблизительно разобраться в вопросе. Для этого в 1960-х им пришлось отказаться от эволюционной концепции под названием «групповой отбор». Это мирное царство Марлина Перкинса[8]8
  Марлин Перкинс (1905–1986) – американский зоолог и ведущий телепрограммы о животных.


[Закрыть], где животные действуют «для блага вида». На поверку это обычно оказывается не так: если присмотреться поближе, поведение лучше объясняется сочетанием двух явлений. Во-первых, это индивидуальный отбор, где организмы стараются передать последующим поколениям максимальное количество копий своих генов (из чего следует: «Иногда курица – это способ яйца создать новое яйцо»). Во-вторых, родственный отбор, где близкие родственники получают помощь в передаче копий генов (из чего следует: «Я жизнь положу за двоих родных братьев. Или восьмерых двоюродных»).

Основа этого конфликта двояка. Во-первых, брачная пара животных не состоит в близком родстве (у большинства видов выработались хитроумные приспособления, чтобы не допустить спаривания близких родственников), а значит, у них нет особых эволюционных причин сотрудничать. Во-вторых, плата за размножение асимметрична: на самок ложатся метаболические издержки беременности плюс – у некоторых видов – вся тяжесть материнского поведения, а самцам нужно всего лишь раскошелиться калориями на сперму и эквивалент нескольких движений тазом для их вида. Если он выберет плохую самку – потеряет немножко спермы. Если она выберет плохого самца – придется вытирать носы детишкам странной наружности и с сомнительными генами.

Теперь представьте себе пару особей вида, в котором после спаривания самец исчезает навсегда. За свою жизнь самцы спариваются со множеством самок, самки – со множеством самцов. Это открывает необъятные просторы для конфликтов. Какие признаки будут эволюционно успешны у самца? Те, которые максимизируют выживание его потомков любой ценой – даже ценой будущего размножения матери. В конце концов, он ее больше никогда не увидит, с какой стати его должно волновать ее будущее на дарвиновской фондовой бирже? Ни с какой. И даже лучше, если, увеличивая шансы своих детишек на выживание, он при этом уменьшает будущую фертильность матери, не то она станет спариваться с другими конкурирующими самцами. Такова его логика[9]9
  Важная и необходимая оговорка, которая, вероятно, уже знакома читателям, интересующимся этими аспектами биологии: отдельно взятое животное не сидит над книгами об эволюции с калькулятором. Это не сознательная стратегия, выбранная животным. Фразы вроде «животное хочет… решает, что пора…» и т. п. – упрощение для более корректного, но громоздкого: «В ходе эволюции животные этого вида, которым – хотя бы отчасти благодаря генетическим механизмам – лучше удается оптимизировать время расставания, оставляют больше копий своих генов, а значит, этот признак начинает преобладать в популяции». Персонализация в данном случае всего лишь общепринятый прием, помогающий не засыпать всем нам на конференциях. – Прим. авт.


[Закрыть]. А ее? С ней сложнее, она, конечно, хочет, чтобы детеныш от этого спаривания выжил и был здоров, но это не должно быть в ущерб ее репродуктивному успеху. Например, у млекопитающих выкармливание детеныша подавляет овуляцию. Поэтому млекопитающая мать не захочет кормить ребенка всю оставшуюся жизнь, даже если это сильно повысит его шансы на выживание. Иначе у нее может никогда не начаться овуляция, она никогда не забеременеет и не выносит больше молодняка.

У мух дрозофил этот конфликт разыгрывается с особой жестокостью. Они не стареют бок о бок: дрозофилы спариваются со множеством партнеров, которые не приходят даже на второе свидание. И смотрите, до чего они дошли: сперма самцов содержит токсины, убивающие сперматозоиды других самцов. Стоит спариться с самкой, которая недавно спаривалась с кем-то еще, – и спермицид принимается за работу, убивая сперму соперников. Отличная адаптация. Но загвоздка в том, что эта штука токсична для самок и постепенно подрывает их здоровье. Это совершенно не беспокоит самцов. Это повышает его эволюционную приспособленность, и он ее больше никогда не увидит. Продавец ответственности не несет, детка.

Уильям Райс, биолог из Калифорнийского университета в Санта-Крус, провел удивительно изящный эксперимент, в котором не давал самкам дрозофилы эволюционировать, в то время как самцы соперничали друг с другом. Через сорок поколений он отобрал самых эволюционно приспособленных самцов, у которых было больше всего потомков и самые сильные токсины в сперме. Оказалось, что у самок, которые с ними спаривались, продолжительность жизни была меньше.

Какова же стратегия самок? Это стало ясно, когда Райс провел обратное исследование: теперь он оставил самцов как константу, а самкам позволил эволюционировать против М-ра Токсичный Пах. И что же? Через примерно столько же поколений самки эволюционно справились с укороченной продолжительностью жизни, выработав механизмы нейтрализации токсинов, которые придумали самцы. Туше. Здесь идет беспощадная коэволюционная гонка вооружений.

Что необычно и интересно в этом причудливом раскладе – то же самое происходит у млекопитающих, включая и нас. Тут играют роль особые импринтированные гены, которые, похоже, нарушают базовые положения генетики.

Вернемся к школьной биологии – Грегор Мендель, доминантные и рецессивные гены. Мендель учил нас, что генетически детерминированные признаки закодированы в «менделевских» парах генов, по одному от каждого родителя[10]10
  Если говорить точнее, то все особи, принадлежащие к одному виду, имеют один и тот же набор генов. Зато вариантов каждого гена, различающихся нуклеотидной последовательностью, может быть огромное количество. Варианты одного и того же гена – аллели. Так что в тексте идет речь именно о парах аллелей одного гена, а не парах генов, и тогда фраза должна звучать так: «Мендель учил нас, что генетически детерминированные признаки закодированы в “менделевских” парах аллелей, по одному от каждого родителя. – Прим. науч. ред.


[Закрыть]. Он выяснил, как пары генов взаимодействуют и влияют на организм в зависимости от того, одинаковую они кодируют информацию или разную. В мире классической менделевской генетики неважно, от кого из родителей унаследована какая информация. Ванильный ген от мамы и шоколадный от папы или наоборот – признак, который эта пара генов кодирует у ребенка, будет выглядеть одинаково.

Импринтированные гены нарушают правила Менделя. У них работает вклад только одного родителя: парный ген от другого родителя глушится: он теряет всякое влияние на признак. Большинство экспертов полагают, что таких генов у человека всего пара сотен (из примерно 30 000), но они могут оказывать немалое влияние на организм.

Очень странно. Однако эта загадочная картина чудесным образом проясняется, если учесть любопытную закономерность в том, что делают практически все импринтированные гены. Все они так или иначе связаны с ростом – плаценты, плода, новорожденного. И отцовские гены работают на рост – быстрее, больше, дороже, а материнские противодействуют этой тенденции. В 1989 году Дэвид Хейг, эволюционный биолог из Гарварда, предположил, что импринтированные гены, в том числе и у человека, – это пример межполового соревнования, возрождение спермовойн дрозофилы.

Первый театр военных действий – плацента, ткань, которая выглядит немного устрашающе. Она лишь частично связана с самкой, но вторгается (акушерский термин) в ее тело, посылая свои ростки в кровеносные сосуды, чтобы перенаправлять питательные вещества к зародышу. Плацента – поле суровой битвы: отцовские гены подталкивают ее вторгаться еще агрессивнее, а материнские стараются от этого удержать. Как мы об этом узнали? Есть редкие болезни, при которых материнские или отцовские гены, связанные с ростом плаценты, мутируют и выключаются. Если пропадает отцовский вклад, то материнский (сдерживающий рост) не получает противодействия и плацента так и не вторгается в эндометрий и не даст плоду шанс вырасти. А если убрать материнский вклад и выпустить на волю отцовские гены – чрезмерная инвазивность плаценты спровоцирует на редкость агрессивный рак под названием хориокарцинома. Так что нормальный рост плаценты – это патовая ситуация.

Импринтинговая битва продолжается во время развития плода. Ген, который кодирует мощный гормон, стимулирующий рост у грызунов, экспрессируется только в копии, унаследованной от отца. Это классический пример, когда папочка выступает за максимальное развитие плода. У мышей мать противодействует буйному росту, экспрессируя ген клеточного рецептора, который регулирует эффективность гормона роста: снижает чувствительность к этому гормону. Выпад отбит.

После рождения ребенка дело с импринтированными генами принимает совсем странный оборот. Отдельные гены, экспрессирующиеся в отцовской копии, заставляют младенцев активно кормиться. Вот и еще один типичный пример: ускоренное развитие за счет лактационных калорий мамы. Это мы говорим об импринтированных генах, влияющих на поведение. А есть гены, еще более причудливым образом влияющие на развитие мозга[11]11
  Некоторые материнские гены способствуют развитию у плода большей площади коры полушарий, интеллектуальной части мозга. Мутации, выключающие эти гены, вызывают умственную отсталость. Между тем некоторые отцовско-экспрессированные гены способствуют росту гипоталамуса, контролирующего многие бессознательные функции тела. Как эти импринтированные гены, связанные с развитием мозга и функциями, встраиваются в контекст войны полов? Рассуждений на эту тему предостаточно, но наверняка ничего не известно. – Прим. авт.


[Закрыть].

Открытие импринтированных генов может вымостить дорогу к излечению многих болезней, в том числе опухолей, бесплодия и гипертрофии или задержки развития плода. Но вкупе с этим с философской точки зрения такие открытия настораживают и, кажется, подразумевают не самое приятное знание о человеческой природе. Возвращаясь к логике войн дрозофил – какое дело самцу до будущего самки? То же верно для импринтированных генов, скажем, у хомяков: бродяги-самцы лишь забегают быстренько потрахаться. А что же с нами? «В болезни и в здравии», клянемся мы, «пока смерть не разлучит нас». Наш биологический вид породил Пола Ньюмана и Джоан Вудворд. У моногамных животных будущее здоровье и способность к размножению самки настолько же важны для самца, как для нее самой. Так чем же заняты импринтированные гены человеческой пары, обдумывающей, какие закуски подать к столу на золотой свадьбе?

Ответ – сообщения о нашей моногамии весьма преувеличены. Особенности анатомии и физиологии человека свидетельствуют против нее. Полигамия разрешена в большинстве человеческих культур. А многие исследования, от генетических тестов на отцовство до темы недавнего номера Newsweek, указывают, что даже в моногамных обществах много чего происходит за пределами супружеской пары. У нас больше общего с дрозофилами, чем принято считать. (Имейте в виду, мы не самые полигамные на свете. Даже самые наши деятельные мужи производят на свет лишь несколько сотен отпрысков.) Вот вам и хваленая моногамия.

Это звучит удручающе – дрозофилы травят своих возлюбленных, материнские и отцовские гены вымещают все на плоде, пока мама с папой выбирают, в какой цвет покрасить стены в комнате младенца. Зачем природе быть такой суровой – все эти зубы, когти и гены? Обязательно надо соперничать? Почему мы не можем жить дружно?

Здесь биолог-эволюционист, с ноткой богартовской усталости, выдает свое любимое клише. Биология – наука не о том, как должно быть, а о том, как есть. Эволюционный мир суров, человек человеку волк в гонке размножения… некоторых вещей не избежать.

Но недавнее исследование Уильяма Райса и Бретта Холланда намекает, что не так уж это и неизбежно. Можно поискать аккуратные обходные маневры. Экспериментаторы изолировали пары мух, принудив их к моногамии. Затем они скрещивали потомство с потомками других таких же вынужденно моногамных пар. И всего за сорок поколений моногамные потомки разоружились: самцы перестали добавлять в сперму токсин, а самки перестали вырабатывать антитоксин. Правила изменились с самого первого спаривания, в котором соперничество самцов больше не было фактором отбора, – производство токсинов стало неадаптивной тратой энергии. И – сюрприз поважнее – эти моногамные мухи обогнали обыкновенных, соперничающих в гонке размножения. Они оказались более эволюционно приспособленными, потому что освободились от затрат на межполовые войны. Как прекрасно. Под музыку Леннона Imagine мы проникаемся перспективами будущего: отмена военного бюджета дрозофил, безопасный мушиный секс, мирная вселенная, в которой не будет страшно ни одной мухе.

Только представьте себе такой же эксперимент на людях. Изолируйте несколько человек и принудите их и их потомков к моногамии лет на тысячу – наверное, и мы начнем разоружение от приспособлений млекопитающих для межполовой борьбы, а именно от импринтированных генов. Они висят эволюционным грузом, приводят к некоторым воистину кошмарным видам рака. Отнимите у этих генов преимущество, устранив полигамию, – и естественный отбор сам их уберет.

Получается очень странная картина, если мы озаботимся морализаторской идеей – занять сторону моногамии, вспомнить седьмую заповедь в рамках кампании «Уничтожим хориокарциному к 3000 году». Самое время сделать шаг назад. Довольно просто понять, как началось межполовое соревнование у мух. Благодаря случайным изменениям в генах некоторые самцы стали вырабатывать слегка токсичную сперму, и самки оказались перед выбором: или обезвредить ее, или умереть. И все закрутилось. Истоки импринтированных генов несколько сложнее, но конфликт, должно быть, разгорался с тех пор, как первые отцовские гены асимметрично выступили за рост-и-черт-с-ней-с-мамой. Если соседнее племя явится к палеолитическому водопою с дубинками, которые великоваты для охоты на зверей, хозяева поля запасутся еще более увесистыми дубинками – так, на всякий случай. И вот уже повсюду хориокарцинома, токсичная мушиная сперма и бюджет в десятки раз больше образовательного, который тратится на туалетные сиденья для военных по $600. Конфликты, в том числе и этот, проще раздувать, чем гасить.

Примечания и дополнительная литература

Отход от концепции «группового отбора» и введение в современные представления об эволюции поведения можно найти в авторитетной (я нечасто использую это слово, но этот труд его заслуживает) книге: Wilson E.O. Sociobiology, the Modern Synthesis (Cambridge: Harvard University Press, 1975).

Хорошее введение в межполовое соревнование в контексте эволюции можно найти в книге: Miller M. The Mating Mind: How Sexual Choice Shaped the Evolution of Human Nature (New York: Doubleday, 2001). Идея о том, что мы, люди, не такие уж парные создания, как хотим о себе думать, – главная мысль книги: Barash D. and Lipton J., The myth of monogamy: Fidelity and Infidelity in Animals and People (New York: Owl Books, 2002).

Работы Райса о дрозофилах: Rice W. R. Sexually antagonistic male adaptation triggered by experimental arrest of female evolution, Nature 381 (1996): 232; Rice W., Male fitness increases when females are eliminated from gene pool: implications for the Y chromosome, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 95 (1998): 6217; Holland B. and Rice W., Experimental removal of sexual selection reverses intersexual antagonistic coevolution and removes a reproductive load, Proceedings of the National Academy of Sciences, USA 96 (1999): 5083.

Работа Хейга приводится в: Wilkins J., and Haig D., What good is genomic imprinting: the function of parent-specific gene expression, Nature Reviews Genetics 4 (2003): 359.

Обзор данных по импринтированным генам, связанным с развитием мозга: Keverne E., “Genomic imprinting in the brain,” Current Opinion in Neurobiology 7 (1997): 463.

О роли импринтированных генов в послеродовом развитии пишут Itier J. et al. “Imprinted gene in postnatal growth role,” Nature 393 (1998): 125.

Тема номера Newsweek – «Новая неверность» (The New Infidelity, 12 июля 2004).

И еще есть потрясающе интересная и остроумная книга – «Каждой твари – по паре: Секс ради выживания» Оливии Джадсон (М.: Альпина нон-фикшн, 2018). Воображаемая доктор Татьяна пишет воображаемую колонку советов о сексе для представителей самых разных биологических видов.