Текст книги "Геном человека: Энциклопедия, написанная четырьмя буквами"

ГЕНЫ И ПОВЕДЕНИЕ
(психогеномика)

Не всяк умен, кто с головою.

Русская пословица

Как уже многократно говорилось выше, геном всех людей, живущих на нашей планете, почти одинаков, но вот поведение разных людей, их умственные способности, психика порой кардинально отличаются. Сталин, Гитлер, академик Сахаров, физик Ландау, театральный деятель Станиславский, певец Лемешев, космонавт Гагарин, адмирал Ушаков, ударник труда Стаханов – это все представители одного вида гомо сапиенс, но какие они разные по своей психике, таланту и поведению! В чем же причина?

До недавнего времени ведущую роль в решении подобного рода вопросов играли психиаторы и психологи, а также ученые, которые занимались поведенческой генетикой – наукой, изучающей наследование характера, темперамента и особенностей поведения человека. Использование ими многочисленных тестов говорило о том, что интеллект все–таки зависит от внешних воздействий, в первую очередь от характера социальной среды, в которой оказался ребенок. Коэффициент интеллекта (хорошо известный как IQ) у детей, которых много и хорошо обучают, можно повысить буквально за год. Эти данные позволили некоторым ученым утверждать и настраивать на это общественность, что интеллект человека определяется только социальной средой и обучением и практически никак не зависит от наследственности.

Параллельно с этим проводились исследования на идентичных, или, как принято их называть, однояйцовых, близнецах, которые наследуют совершенно одинаковые гены (в следующем разделе мы поговорим об этом подробнее).

В результате анализа близнецов, проведенного канадскими психологами, изучающими генетику лидерства и стремления к лидерству, было доказано наследственное происхождение этих качеств. Как характерную иллюстрацию к данному положению психологи приводят судьбу династии Кеннеди, члены которой из поколения в поколение передают своим потомкам этот самый «ген лидерства». Было установлено, что и за такие черты человека, как тревожность и склонность к депресиии, также в определенной мере отвечает наследственность. Однако сам механизм наследования, гены, ответственные за темперамент, наклонности и пристрастия, остаются пока неизвестными. В отличие от генов, определяющих группу крови, формирование конечностей или цвет глаз, выделить «ген лидерства» или, скажем, «ген гомосексуализма» оказалось значительно сложнее.

Но в последнее время, благодаря гигантским успехам геномики, наметился существенный прогресс в этом вопросе. Науку, возникшую относительно недавно на пересечении генетики и психологии можно назвать психогеномикой по аналогии с фрейдовским психоанализом. Основная задача психогеномики заключается в «охоте за генами», формирующими личность, психику и поведение человека.

Однако решение этой задачи оказалось весьма трудоемким занятием. Данные одних ученых зачастую не подтверждаются другими «охотниками за генами». Дело в том, что поведение человека, его психика, зависят, как правило, от большого числа генов и гораздо больше подвержены влиянию внешней среды, чем морфологические или биохимические признаки.

Одним из первых ярких успехов психогеномики можно, по–видимому, считать обнаружение американцем Д. Хэмером и его коллегами определенной взаимосвязи между мужской гомосексуальностью и строением небольшого участка ДНК, расположенного на самом кончике Х–хромосомы (эту хромосому мужчины наследуют от своих матерей).

Внимание специалистов разных стран привлекли к себе гены, которые кодируют белки, участвующие в передаче сигналов от нейрона к нейрону в разных отделах нервной системы. Один из таких передатчиков – белок серотонин. Для того, чтобы передать сигнал на другой нейрон, ему необходим еще один белок – рецептор. И, наконец, в клетках имеется третий белок, называемый транспортером серотонина, который разрушает молекулы серотонина в нервных клетках. Так вот оказалось, что с генами, кодирующими эти три белка, тесно связаны некоторые особенности поведения человека, в частности, тревожность и склонность к депрессии.

Первым был найден «ген самоубийства». Таковым оказался ген, кодирующий рецептор серотонина. У людей–носителей определенной мутаций в этом гене часто возникают суицидальные настроения. Так был сделан вывод, что суицид имеет определенную генетическую основу.

Затем ученые США, Германии и России обнаружили и изучили участок в геноме, который управляет работой гена транспортера серотонина. Оказалось, что он существует у разных людей в нескольких формах (аллелях). У людей с повышенным уровнем тревожности и склонностью к отрицательным эмоциям этот участок был длиннее, чем у спокойных и более оптимистичных. Увеличение размера регулирующего участка не проходило бесследно: в клетках увеличивалось количество белка–транспортера, то есть его ген работал более активно, чем в норме. Так было показана генетическая взаимосвязь между работой гена транспортера серотонина и определенным поведением человека. Человеку от родителей «в наследство» досталась длинная аллель гена, и он будет мучаться всю свою жизнь сам и быть в сложных отношениях с окружающими людми! Но дает ли нам что–то то знание, которое получили молекулярные генетики? В данном конкретном случае можно положительно ответить на этот вопрос. Для лечения у людей депрессии было создано несколько лекарств, и среди них наиболее известен медицинский препарат Прозак. Механизм действия Прозака основан на подавлении активности белка–транспортера, в результате чего уровень серотонина в нервных клетках увеличивается. Средство оказалось весьма эффективным.

Другой хорошо известный передатчик сигналов в нерной системе – дофамин. Он также действует на нервные клетки через специфический белок–рецептор. Одна из групп нейронов, производящих дофамин, связана с так называемым центром эмоций и удовольствий. Ранее на мышах было показано, что избыток дофамина вызывает у них исследовательскую гиперактивность. Теперь появились и результаты на человеке. Было обнаружено, что один из генов, кодирующих белки–рецепторы дофамина, может существовать в разных аллель–ных формах (длинная и короткая). У людей–носителей длинной аллели чувствительность к дофамину понижена, а у индивидуумов с короткой аллелью – повышена. И это сильно сказывается на поведении человека. Люди с длинной аллелью больше склонны к поиску новых впечатлений, и это стремление к новизне проявляется во всех сферах жизни. Обнаруженный ген так и назвали «геном поиска новизны». Видимо неслучайно у американцев длинная аллель гена рецептора дофамина встречается в 25 раз чаще, чем, скажем, у жителей Южной и Восточной Азии. Из истории мы знаем, как заселялась Америка европейцами. Кто ехал тогда в неизвестность в поисках денег и слав? Конечно же, в первую очередь, это были энергичные люди, склонные к авантюризму, любопытные и импульсивные. Вот они то и внесли длинную аллель «гена поиска новизны» в современную американскую популяцию.

Недавно обнаружены два гена, которые отвечают за материнские инстинкты (эти гены – MEST и PEG3 – так и были названы генами «материнского инстинкта»). При этом, ко всеобщему удивлению, выяснилось, что вовсе не женщины, а мужчины определяют такое тонкое чувство, как материнский инстинкт, поскольку оба гена дочки получают от отцов. Опыты на мышах полностью подтвердили эти результаты. Животные, у которых гены «материнского инстинкта» отсутствовали, не заботились о новорожденных, в результате чего только 8% их детенышей оставались в живых. У нормальных же мышей–матерей выживало более 80% потомства. Поэтому, дорогие женщины, ни один мужчина не смеет упрекнуть вас в том, что вы плохо воспитали дочь. Если с дочерью проблема, то вся причина в «некачественном» отце.

Генетики давно подметили, что преступные наклонности, связанные с физическим насилием, присущи некоторым людям от природы. Исследование одной датской семьи, несколько поколений мужчин которой были склонны к немотивированной физической агрессии, позволило обнаружить «ген агрессивности». Им оказался ген моноаминооксидазы – фермента, участвующего в проведении нервных импульсов.

Перечисленные успехи психогеномики имеют и обратную сторону. Не исключено, что в будущем суды при вынесении приговора будут принимать во внимание результаты генетического анализа. Например, не так давно адвокаты убийцы в американском суде помогли своему клиенту избежать смертного приговора, использовав результаты генетической экспертизы, подтвердившей наследственную склонность судимого к убийствам. И что в этой ситуации делать пострадавшим?

Необходимо подчеркнуть, что, в отличие от генов, ответственных за развитие организма и его физические параметры, наличие «больных» генов, формирующих психику и поведение, еще не означает стопроцентную обреченность человека на определенные отрицательные проявления. Во–первых, как правило, не один, а совокупность генов отвечает за наши душевные характеристики. Между ними существует очень сложное и порой весьма неоднозначное взаимодействие, эффект которого зависит от множества различных факторов. Во–вторых, как считает большинство ученых, психика и поведение человека лишь процентов на 50 определяются генами. Не меньшую, если иногда не большую, роль в этом играют общество, окружение, воспитание, иными словами, окружающая среда. С точки зрения ученых, считавших, что интеллект определяется средой и обучением на все 100 процентов, это очень мало. Но не вполне правы оказались и психологи начала прошлого века – наследственность тоже не определяет интеллект целиком и полностью. В результате в споре «наследственность – среда» оказались в какой–то степени правы как одни, так и другие. Похоже, что в генах нет строгой программы, которую неукоснительно выполняет организм. Содержащийся в них текст напоминает скорее всего некий набросанный в общих словах план, коему человек порой следует, а порой заметно отступает от него.

О взаимодействии генов и окружающей среды вообще, а не только применительно к человеческой психике, и поговорим далее.

ВСЕ ЛИ В НАС ЗАВИСИТ ОТ ГЕНОМА?
(геном и окружающая среда)

Законам природы люди повинуются, даже когда борются против них.

И. Гёте

Как великий художник, природа умеет и с небольшими средствами достигать великих эффектов.

Г. Гейне

Конечно же, надо понимать, что секвенированный геном человека не есть полный ключ к раскрытию всех тайн возникновения, развития и формирования современного человека. Мы живем не в безвоздушном пространстве, а в постоянном ежедневном тесном контакте с окружающей нас средой, с тысячами физических, химических и биологических факторов, которые действуют на нас на протяжении всей нашей жизни. Уже говорилось, что геном – это корень жизни. Поэтому мы и зрим в него. Однако ясно, что многочисленные внешние воздействия также могут влиять на организм, на его функциональное состояние и развитие. Но какова значимость этого влияния? Вопрос очень непростой, особенно если вспомнить трагическую историю развития генетики в нашей стране. Был тяжелый период, когда генетика была отброшена назад на многие годы, когда окружающая среда официально провозглашалась главным фактором развития всего живого.

Одним из важных подходов, который был использован для ответа на поставленный в этой главе вопрос, явилось наблюдение за так называемыми однояйцовыми (монозиготными) близнецами. Такой подход в генетике существует уже давно, он получил и специальное название «близнецовый метод». Этот метод основан на изучении однояйцовых близнецов (то есть людей, имеющих полностью идентичный генетический аппарат) для разделения ролей между участием наследственности и окружающей среды в формировании отдельных признаков и свойств человека. Высокий коэффициент корреляции, близкий к единице, в паре монозиготных близнецов свидетельствует о генетическом происхождении признака, а в паре дизиготных (происходящих из двух разных зигот) близнецов – о формировании признака под влиянием среды.

Однояйцовые близнецы образуются в результате деления одной и той же зиготы и, следовательно, содержат идентичные геномы. Важно, что это не искусственный материал, а материал, поставляемый в руки исследователей самой природой. Хотя появление близнецов – довольно редкое явление (считается, что у человека одна двойня приходится на 80—85 родов; значительно более редки случаи рождения трех, четырех и более близнецов), тем не менее, и имеющихся случаев достаточно для проведения соответствующих исследований.

Близнецы, как необычное явление, привлекли к себе внимание задолго до возникновения естественных наук, в том числе и генетики. Это нашло отражение в многочисленных мифах, легендах, сказках, в изобразительном искусстве. В древности близнецы служили одновременно и предметом страха, и предметом восхищения. В мифах о братьях–близнецах, характерных для индейцев Северной и Южной Америки, один из братьев часто представляется хорошим во всех отношениях, тогда как другой – плохой во всем. Согласно греческой мифологии близнецы Диоскуры (сыновья Зевса) – Кастор и Полидевк – отличались тем, что один из них был смертным, а другой бессмертным. Из легендарных близнецов древнего Рима хорошо известны его основатели Ромул и Рем, вскормленные волчицей. Обращались к этому вопросу и древние философы, и многочисленные ученые в последующие столетия. Однако лишь во второй половине XIX века (1875 год), то есть после трудов Менделя, двоюродный брат Ч. Дарвина антрополог Френсис Гальтон осознал, какое важное методологическое значение имеют однояйцовые близнецы, и понял, что их исследование может быть одним из подходов для понимания взаимодействия наследственности и среды в процессе формирования признаков и свойств организмов.

Близнецовый метод подразумевает сравнение тех или иных свойств, признаков или характеристик между разными однояйцовыми близнецами, а также сопоставление полученных данных с раз–нояйцовыми близнецами (они происходят из разных зигот и генетически разнятся) и с человеческой популяцией вообще. Насколько генетически подобные близнецы подобны друг другу по фенотипу? Как влияет на их различия окружающая среда? Многолетние исследования позволяют пока лишь частично ответить на все эти вопросы.

Так, еще в XIX веке уже упомнянутый Ф. Гальтон начал изучать папиллярные узоры на крайних фалангах пальцев человека и основал дисциплину под названием дактилоскопия, которая до сих пор с успехом используется в криминалистике (об этом мы поговорим подробнее далее). Отпечатки пальцев являются одним из наиболее признанных способов идентификации человека. Характерные «узоры» закладываются у зародыша уже на третьем месяце развития и сохраняются без изменения в течение всей жизни. При сравнении кожных «узоров» у близнецов было выявлено, что они очень похожи (это очень важно), но, что удивительно, эти «узоры» не всегда полностью идентичны. При исследовании ряда других признаков также наблюдали их небольшие вариации у близнецов: цвет глаз и волос, форма губ, носа, уха. Выявлены и различия в физиологии высшей нервной деятельности. В то же время анализ групп и факторов крови показал полную идентичность близнецов по этому показателю. Таким образом, последние признаки полностью генетически детерминированы. Сложнее обстоит дело в отношении многих других признаков. Использование близнецового метода позволяет говорить лишь о неодинаковой изменчивости разных наследственных свойств человека: группа крови не меняется всю жизнь, цвет глаз и волос меняются относительно мало, а вес тела может значительно варьировать. Вместе с тем исследование близнецов дает ценные данные о роли генетических факторов и факторов среды в аномалиях и болезнях человека. Так, при анализе однояйцовых близнецов и их родителей было обнаружено, что наличие шестого пальца (шестипалость) в некоторой степени определяется генетически, а не есть только результат патологии развития. Крупномасштабное сравнение однояйцовых близнецов друг с другом и с разнояйцовы–ми близнецами показало, что возникновение таких инфекционных заболеваний, как корь, коклюш, ветряная оспа практически полностью зависит от возбудителя заболевания, а вот полиомиелит и туберкулез определяются кроме того (хотя и в не большой мере) наследственными свойствами человека. В частности, заболеваемость туберкулезом обоих однояйцовых близнецов более чем в 3 раза выше, чем у двух разнояйцовых близнецов. Исследование близнецов, проведенное в Каролинском институте в Стокгольме, убедительно показало существенное воздействие факторов окружающей среды (курения, загрязнений, питания, образа жизни) на развитие некоторых форм злокачественных заболеваний. Вместе с тем отмечено и определенное влияние генетических факторов на возникновение рака простаты, рака прямой кишки и рака груди.

При анализе близнецов удалось выяснить, что умственное развитие, различия в привычках людей также могут объясняться генетически. Так, выяснилось, что однояйцовые близнецы значительно более сходны между собой в отношении умственных способностей, чем двуяйцовые. Если один из пары однояйцовых близнецов слабоумен, то второй оказывается таким же почти всегда. В то же время у двуяйцовых близнецов такое совпадение отмечено лишь в 25%.

Корреляция коэффициента интеллектуального развития (всем хорошо известного IQ) для воспитанных совместно однояйцовых близнецов почти столь же высока, как, например, корреляция веса тела. Но в то же время корреляция IQ между однояйцовыми близнецами, воспитанными порознь, не выше, чем у разнояйцовых близнецов одного пола, воспитанных совместно. Из этого следует, что одинаковые внешние условия способны в той же мере дать вклад в достижение сходных показателей интеллекта, что и генетические различия между разнояйцовыми и однояйцовыми близнецами.

Или другой пример. У детей известна такая патология, как дислексия – неспособность к чтению. Анализ показал, что у однояйцовых близнецов оба ребенка страдают дислексией в 84% случаев.

Канадскими учеными было проведено исследование 336 пар близнецов (как однояйцовых, так и разнояйцовых) на тягу к различным пристрастиям. Оказалось, что из 30 проанализированных пристрастий тяга к 26 из них в той или иной степени объясняется генами. По мнению ученых, наиболее тесно от генов зависят такие пристрастия, как тяга к чтению, занятие групповыми видами спорта, катание на водном мотоцикле. Более того, генетически обусловлены оказались и некоторые мировоззренческие установки – отношение к смертной казни за убийство и проблема запрещения абортов. На интересы близнецов оказывали воздействие многие характеристики личности, в высокой степени передаваемые потомкам. Тем не менее, ученые отмечают, что ненаследуемые характеристики (такие, как индивидуальный жизненный опыт) также чрезвычайно важны в формировании предпочтений.

Российскими учеными было проведено исследование детей–близнецов в возрасте от 7 до 12 месяцев на предмет того, в какой мере генетика и среда влияют на формирование пяти интегральных черт темперамента: агрессивности, раздражительности, активности, чувствительности к наказанию и общительности. Оказалось, что первые три черты темперамента находятся под жестким генетическим контролем: агрессивность поведения младенца во втором полугодии жизни на 94 процента определяется его генотипом, активность – на 89 процентов, раздражительность – на 85 процентов. Но вот чувствительность к наказанию, зависимость от матери и страх перед незнакомыми почти в равной мере зависят от генотипических особенностей и факторов среды. То есть родительское воспитание и влияние семейной среды могут изменить эти биологически обусловленные черты. Наконец, общительность почти на 90% формируется под влиянием среды, которую создают родители.

Интересно, что гены вмешиваются даже в такой интимный процесс, как продолжительность и прочность брака между людьми. Чтобы установить этот факт, исследователи изучили данные о 800 мужчинах–близнецах, как однояйцовых, так и разнояйцовых. Как и ожидалось, состояние дел в семейной жизни у генетически идентичных однояйцовых близнецов было чрезвычайно схожим, а для генетически неидентичных различалось, и часто весьма значительно. Исходя из этого и был сделан вывод о существовании генетической предрасположенности к разводу. По мнению исследователей, зависимость устойчивости брака от генов может быть связана с такими факторами, как склонность к алкоголизму, наркотикам или депрессии, наследственная природа которых известна достаточно давно. Результаты опроса позволили также сделать вывод о том, что на отношение к первому браку в большей мере влияет окружение человека, в частности, устойчивость брака родителей. Генетические же факторы вступают в дело уже в процессе семейной жизни.

Такие тонкие чувства, как ощущение благополучия и удовлетворенности жизнью («счастливость»), значительно сильнее коррелируют у идентичных близнецов по сравнению с разнояйцовыми близнецами, независимо от материального положения, возраста и образования. Проводившие это исследование ученые утверждают, что у нас чувство благополучия на 50% зависит от генетики, а другие 50% – «от сожалений и удовольствий последних часов, дней и недель», то есть от внешних факторов.

Благодаря методу близнецового анализа на генетический уровень вышла и широко обсуждаемая проблема гомосексуализма. Уже имеются достоверные данные, что около 57% однояйцовых близнецов, 24% разнояйцовых близнецов и 13% братьев мужчин–гомосексуалов также являются гомосексуалами. По данным для женщин–лесбиянок, приблизительно 50% однояйцовых близнецов, 16% разнояйцовых близнецов и 13% родных сестер этих женщин также являются лесбиянками. Более того, недавно ученые вышли на гены, коротые во всем этом «виноваты». Таким образом, при определенных обстоятельствах люди становятся гомосексуалистами в силу генетических причин, то есть по сути они – больные люди. Осознание этого поможет решить, хотя бы частично, две проблемы: проблему гомофобии (плохо ненавидеть больных людей) и проблему наметившегося во всем мире агрессивного гомосексуализма (эти люди требуют признания их здоровыми и полноценными, порой даже гордятся своей особенностью). Однако, если рассматривать гомосексуализм как болезнь, как патологию, ситуация кардинально меняется. Трудно представить себе человека, гордо стоящего с плакатом: «Я страдаю импотенцией, поэтому требую к себе уважения, как к полноценному члену общества!». А ведь гомосексуалисты именно так и утверждают себя.

Согласно современным оценкам, такие показатели, как продолжительность жизни, здоровье человека, также в первую очередь связаны с генетическими факторами, роль которых оценивается на уровне 65—70%. Для каждого из нас важно, что при этом все–таки не меньше 30% шансов отводится окружающей среде, нашему образу жизни и особенно нашему питанию.

Многочисленные и разнообразные данные, приведенные выше, позволяют дать ответ на вопрос, поставленный в заголовке этой главы: геном определяет многое в нас, но и окружающая среда не бездействует, а иногда и весьма заметно вмешивается в нашу сущность. Взаимосвязь между генами и окружающей средой ученые иногда сравнивают с заряженным пистолетом и курком. Пистолет не выстрелит, пока не будет нажат курок. Также обстоит ситуация и в клетке, где в качестве заряженного пистолета служит весьма чувствительный ген или комбинация генов, а функцию курка выполняют всевозможные факторы окружающей среды. Имеется и другое сравнение – с карточной игрой: хороший игрок может выиграть и с плохими картами.

Чтобы разобраться в тех многочисленных взаимосвязях, которые существуют между проявлением отдельных вариантов генов и влиянием на этот процесс различных факторов окружающей среды, был создан специальный международный проект – The Environmental Genome Project. Среди множества задач данного проекта главной является, конечно же, изучение влияния окружающей среды на продолжительность жизни, а также на возникновение и развитие различных заболеваний человека. В конечном итоге этот проект может оказаться не менее важным и сложным, чем знаменитый и очень дорогостоящий проект по секвенированию генома человека. А в том, что он будет продолжаться по времени значительно дольше, чем геномный проект, нет никакого сомнения.