Геном - Мэтт Ридли 31 стр.

Ученые пришли к выводу о том, что где-то на хромосоме X есть ген или гены с половым импринтингом, в результа­те чего эти гены работают только на отцовской хромосоме и всегда выключены на материнской. Эти гены оказывают какое-то влияние на социальное развитие ребенка, в част­ности, на его способность правильно оценивать чувства других людей (Skuse D. Н. et al. 1997. Evidence from Turner's syndrome of an imprinted locus affecting cognitive function. Nature 397: 19-20).

Теперь становится ясно, почему аутизм, дислексия и дру­гие проблемы с речью чаще возникают у мальчиков, чем у девочек. У мальчиков только одна хромосома X, унаследо­ванная от матери. Необходимые гены на ней могут быть не только повреждены, но и выключены в результате имприн­тинга. К моменту написания этой книги такие гены еще не были обнаружены, хотя факты импринтинга других генов хромосомы X известны.

Действительно, на хромосоме X в последние годы было найдено несколько генов, мутации в которых ведут к дис­лексии и (или) кэпилепсии, но пока нет данных об имприн- тинге этих генов (De Covel С. G. et al. 2004. Genomewide sc­an identifies susceptibility locus for dyslexia on Xq27 in an ext­ended Dutch family. Journal о f medical genetics 41: 652-657; Lu J., Sheen V. 2005. Periventricular heterotopia. Epilepsy & behavior7:143-149).

Еще более важный результат состоит в разрешении дав­него спора, продолжающегося на протяжении всего XX ве­ка: что определяет поведенческий половой диморфизм — природа или социальные условия? Одни ученые пытались все свести к наследственности, отрицая роль обучения и социальных традиций; другие видели во всем влияние со­циума и отрицали какое-либо наследование поведения. Впрочем, роль обучения и влияния общества никто никог­да не отрицал. Споры велись в основном вокруг того, имеет ли наследственность хоть какое-то влияние на поведение мужчины и женщины. Я как раз писал эту главу, когда моя годовалая дочка обнаружила маленькую пластмассовую ку­клу и вскрикнула от восхищения. Ее старший брат когда-то давно издал такой же крик, когда обнаружил игрушечный трактор. Как и многим родителям, мне не верится, что та­кое различие в предпочтении игрушек вызывается скры­тым влиянием общества на годовалого ребенка. Мальчики и девочки по природе своей имеют разные склонности и интересы. Мальчики больше склонны к соперничеству, проявляют интерес к машинам, оружию и к активным дей­ствиям. Девочек больше интересуют окружающие люди, на­ряды и общение. Не только социальный уклад ведет к тому, что мужчины предпочитают карты, а женщины — романы.

Как подтверждение сказанного выше можно привести один прискорбный случай, произошедший в 1960 году в США. В результате неумело проведенного обрезания у но­ворожденного мальчика был серьезно поврежден пенис. Доктора решили ампутировать его и, чтобы избежать стра­даний юноши, провели операцию по смене пола ребенка, превратив его в девочку с помощью хирургического вме­шательства и гормональной терапии. Джон стал Джоан и рос (или росла) с куклами и платьицами. Девочка выросла и превратилась в молодую женщину. В 1973 году психолог- фрейдист Джон Мани (John Money) опубликовал свое за­ключение о том, что Джоан стала нормально развитой де­вушкой, что еще раз доказывает несостоятельность теорий о генетической предопределенности роли мужчины и жен­щины в обществе.

До 1997 года никто не удосужился проверить этот факт. Когда Милтон Даймонд (Milton Diamond) и Кейт Зигмун- дсон (Keith Sigmundson) попытались отыскать Джоан, они нашли мужчину, счастливого в браке со своей женой. Его история отличалась от той, которую рассказал Мани. Ребенок постоянно чувствовал дискомфорт и желание но­сить брюки, играть с мальчишками и ходить по-маленькому стоя. Когда ему было 14 лет, родители рассказали о произо­шедшем несчастье, что мальчик воспринял с чувством об­легчения. Он прекратил принимать гормоны, изменил свое имя, снова став Джоном, начал одеваться и вести себя как мужчина, согласился на операцию по удалению груди. В 25 лет он женился на женщине и усыновил ее ребенка. Таким образом, этот случай стал ярким примером наследования поведения мужчины и женщины даже вопреки целенаправ­ленному влиянию общества. Наблюдения над животными также свидетельствуют о наследственной основе поведен­ческих реакций самцов и самок. Мозг — это орган с врож­денной половой принадлежностью. Теперь это утвержде­ние подкреплено данными генетиков, обнаруживших гены половых предпочтений и гены с половым импринтингом (Diamond М., Sigmundson Н. К. 1997. Sex assignment at birth: long-term review and clinical implications. Archives of Pediatric and Adolescent Medicine 151: 298-304).

Хромосома 16 Память

Напомним еще раз, геном — это книга рецептов всех бел­ков организма. Внимательно прочитав эту книгу от корки до корки и сделав поправки на некоторые аномалии, та­кие, как импринтинг, опытный мастер сможет собрать по крупицам целый живой организм. Подобрав точный меха­низм чтения и воспроизведения генов, можно повторить подвиг Франкенштейна и собрать человека в реторте. И что потом? Недостаточно собрать тело и запустить первый вздох. Чтобы тело стало живым, одного его существова­ния еще недостаточно. Организм должен уметь приспоса­бливаться к условиям внешней среды, меняться в ответ на влияния извне, стать самостоятельным, освободиться от своего создателя. Есть своя логика в том, что гены, как не­счастный студент-медик из известной книги Мэри Шелли (Mary Shelly), теряют контроль над организмом, который они сами создали, иначе их детище не найдет своего пути в мире и исчезнет в безвременье. Геном не может указывать сердцу, когда ему биться, приказывать глазам моргать, а мозгу думать. Несмотря на то что гены задают некоторые параметры индивидуальности, интеллекта и характера, на­ступает момент, когда они делегируют свои полномочия ор­ганизму. На хромосоме 16 лежит ген, роль которого как раз и состоит в передаче управления ходом событий от генома организму. Этот ген предопределяет способность к обуче­нию и запоминанию.

Мэри Шелли (1797-1851) - английская писательница, ав­тор книги «Франкенштейн».

Жизнь человека во многом зависит от генов, доставших­ся ему по наследству, но еще больше она зависит от того, чему человек научился за свою жизнь. В геноме запечатлен окружающий мир. Естественный отбор черпает информа­цию из изменяющегося мира и материализует эту информа­цию в изменении генома. Механизм работает безотказно, но слишком медленно. Требуются поколения, чтобы какое- либо изменение закрепилось в популяции. Не удивительно, что для собственного процветания геному пришлось изо­брести более быстрые механизмы моментального измене­ния поведения в ответ на внешние стимулы. За поведение организма отвечает мозг и нервная система. Геном снабдил вас нервами, чтобы послать сообщение о том, что руке го­рячо. Затем уже мозг говорит вам, что следует отдернуть руку от раскаленной поверхности плиты.

Проблемой обучения занимаются нейробиологи и пси­хологи. Обучение представляется нам противоположно­стью инстинкта. Инстинкт — это генетически наследуемое поведение, тогда как обучение — это изменение поведения в результате получения новых знаний и опыта. «Между ин­стинктом и обучаемостью нет ничего общего», — твердили нам социопсихологи на протяжении всего прошлого столе­тия. Но почему одни поведенческие реакции инстинктив­ны, а другие являются результатом обучения? Почему дар речи инстинктивен, а владение языком приходит к нам в результате практики и обучения? Джеймс Марк Болдуин (James Mark Baldwin), герой этой главы, был малоизвест­ным американским теоретиком-эволюционистом конца ХГХ века. В 1896 году он изложил свои взгляды в философ­ской статье, которая оставалась почти незамеченной при жизни автора и после его смерти на протяжении 91 года, пока ее не извлекла на свет в 1980 году группа программи­стов. С удивлением они обнаружили, что трактат, написан­ный почти 100 лет назад, наиболее полно отображает про­блему их исследований — создание искусственного интел­лекта (Baldwin J. М. 1896. A new factor in evolution. American Naturalist 30: 441-451).

Рассуждения Болдуина касались одного основного во­проса: почему какая-то часть информации оставлена при­родой для индивидуального обучения, вместо того чтобы все было запрограммировано в инстинктах. Над обще­ством довлеет общее убеждение, что инстинкт — это плохо, а обучение — хорошо, или, точнее, что инстинкт — это при­митивно, а обучение — прогрессивно. Мы верим, что отли­чие человека от животных как раз и состоит в обучаемости премудростям жизни, вытеснившей животные инстинкты. Ученые, занимающиеся искусственным интеллектом, сле­дуя общественным воззрениям, сразу возвели в идеал идею создания самообучаемого компьютера. Но в общечеловече­ских взглядах кроется фатальная ошибка. В поведении лю­дей инстинктов ничуть не меньше, чем у животных. Мы пол­заем в младенчестве, стоим, ходим, плачем и моргаем точ­но так же инстинктивно, как и другие животные. Обучение зарезервировано только для достижения дополнительных возможностей, таких как чтение, вождение автомобиля, заполнение налоговых деклараций и отоваривание в мага­зинах, в основе которых лежат все те же животные инстин­кты. «Основная функция сознания, — пишет Болдуин, — со­стоит в предоставлении возможности [ребенку] научиться тем навыкам, которые не передались по наследству».

Рассуждения Болдуина касались одного основного во­проса: почему какая-то часть информации оставлена при­родой для индивидуального обучения, вместо того чтобы все было запрограммировано в инстинктах. Над обще­ством довлеет общее убеждение, что инстинкт — это плохо, а обучение — хорошо, или, точнее, что инстинкт — это при­митивно, а обучение — прогрессивно. Мы верим, что отли­чие человека от животных как раз и состоит в обучаемости премудростям жизни, вытеснившей животные инстинкты. Ученые, занимающиеся искусственным интеллектом, сле­дуя общественным воззрениям, сразу возвели в идеал идею создания самообучаемого компьютера. Но в общечеловече­ских взглядах кроется фатальная ошибка. В поведении лю­дей инстинктов ничуть не меньше, чем у животных. Мы пол­заем в младенчестве, стоим, ходим, плачем и моргаем точ­но так же инстинктивно, как и другие животные. Обучение зарезервировано только для достижения дополнительных возможностей, таких как чтение, вождение автомобиля, заполнение налоговых деклараций и отоваривание в мага­зинах, в основе которых лежат все те же животные инстин­кты. «Основная функция сознания, — пишет Болдуин, — со­стоит в предоставлении возможности [ребенку] научиться тем навыкам, которые не передались по наследству».

Заставляя себя учиться чему-либо, мы улучшаем свою конкурентоспособность за счет того, что впоследствии по­лучаем возможность находить верные решения интуитив­но. Таким образом, обучение представляет собой иголку, за которой тянется нить инстинктов. Аналогичный пример мы рассматривали, когда речь шла о хромосоме 13. Тогда говорилось, что развитие скотоводства поставило перед человеком проблему переваривания лактозы. Первое ре­шение было культурно-социальным: молоко превращалось в сыр. Но позже организм нашел иное решение проблемы и сделал его врожденным: ген лактазы стал активно рабо­тать не только у детей, но и у взрослых. Возможно, даже грамотность со временем может стать наследуемым призна­ком, если безграмотные люди достаточно долго будут нахо­диться в ущемленном положении. Поскольку естественный отбор является процессом выделения положительной ин­формации из окружающей среды и кодирования ее в генах, то эволюцию генома человека можно рассматривать как аккумулирование генов обучаемости в течение последних 4 млрд лет.

Но у превращения практических навыков в инстинкты есть свой логический предел. Например, хотя в основе разговорной речи лежит врожденный инстинкт, трудно представить, какой путь должна пройти эволюция, чтобы сделать врожденным еще и словарный запас. Более того, разговорная речь от этого только утратила бы свою гиб­кость. Так, техническая терминология существенно об­легчает общение специалистов, но делает их речь непо­нятной для окружающих. Необходимый словарный запас зависит от профессии человека, возраста, круга интересов и прочих факторов, которые невозможно учесть в генах. Такая же гибкость проявляется и в животных инстинктах. Например, птицы способны корректировать полученную по наследству систему навигации, что позволяет им чутко реагировать на изменения климата и местности.

Болдуин представлял себе взаимоотношения между ин­стинктом и обучением не как противоречие, а как взве­шенную взаимопомощь, баланс которой устанавливается на определенном уровне для каждого вида. Так, молодые орлы учатся охотничьим повадкам у своих родителей, что позволяет им лучше приспособиться к конкретным услови­ям и основным объектам охоты в данном регионе. Кукушке приходится рассчитывать только на свой инстинкт, так как она не знает своих родителей. С самого рождения кукушо­нок уже знает, что нужно избавиться от сводных братьев и сестер, знает, как мигрировать на зиму в определенную область Африки, как ловить гусениц, как подобрать подхо­дящую пару птиц и незаметно отложить яйцо в их гнездо. И все это благодаря врожденным инстинктам, а также соб­ственному жизненному опыту.

Точно так же как мы недооцениваем собственные ин­стинкты, мы часто недооцениваем способность животных к обучению. Например, было установлено, что умение шме­лей собирать нектар с разных видов цветковых растений основывается не на инстинкте, а на обучении методом проб и ошибок. Умело обращаясь с одним видом цветов, шмели поначалу ведут себя неуклюже на цветках иного вида. Но, разобравшись в новом растении, например львином зеве, они уже профессионально работают с другими растения­ми, у которых цветки построены по такому же принципу. Другими словами, шмель может не только учиться, но и об­ладает еще задатками абстрактного мышления.

Другой хорошо известный опыт по обучению животных был проведен на организмах с простым строением — мор­ских червях. Более примитивных созданий трудно себе представить: тельце с веером жабр, заключенное на всю жизнь в домик-трубку. Нервная система представлена груп­пой ганглиев. Вся жизнь посвящена питанию и размно­жению при отсутствии каких-либо поводов для неврозов. Такие черви не могут мигрировать, общаться друг с другом, летать или размышлять. Они просто существуют. Можно сказать, в что отличие от кукушки или шмеля у них вообще нет поведения. Зачем таким существам инстинкты, не гово­ря уже об обучении? И все же они обучаемы.

Если направить на червя струю воды, он прячет свои жабры в трубку. Но если струю воды направлять с некоей периодичностью, то черви начинают прятать свои жабры не так интенсивно. Даже до них доходит, что регулярно по­вторяемые действия не несут в себе опасности. Они «при­выкают» к этому воздействию, а привычка — это вид обу­чения. Если несколько раз перед тем как направить струю воды на червей, воздействовать на резервуар с водой заря­дом тока, черви начнут прятать жабры гораздо интенсив­нее. Этот феномен называется сенсибилизацией. Можно вы­работать классический условный рефлекс, как в знамени­том опыте с собакой Павлова. Например, можно обучить червей прятать жабры в ответ на легкое прикосновение к поверхности воды, если пару раз сопроводить это действие разрядом тока. Теперь они станут реагировать на легкое прикосновение к поверхности воды, но будут равнодушны к обливанию струей воды. Таким образом, уже у морских червей заложены те же задатки к обучению, которые были описаны у собаки и у человека: привыкание, сенсибилиза­ция и ассоциация, но при этом у них еще не появился мозг. Все рефлексы и их изменения в ходе обучения контроли­руются брюшным ганглием — маленьким скоплением нерв­ных клеток.

У ЭрикаКанделя (Eric Kandel), исследователя, проводив­шего данный эксперимент, помимо удовольствия попугать червей, были и другие мотивы. Он хотел установить базо­вые механизмы обучаемости. Что представляет собой об­учение? Какие изменения происходят в нервных клетках, когда мозг (или брюшной ганглий) усваивает новую при­вычку или меняет поведенческую реакцию? Центральная нервная система представляет собой сеть из множества нервных клеток, вдоль которых бегут нервные импульсы, передаваемые от клетки к клетке через синапсы. Достигнув синапса, электрический сигнал преобразуется в химиче­ский, чтобы в следующей клетке вновь превратиться в электрический сигнал. Так электричка бежит по железной дороге до паромной переправы. Затем вагоны перевозятся теплоходом на другой берег водоема, где движение вновь продолжается по железной дороге. Кандель понял, что се­крет лежит в синапсах, объединяющих нейроны. Обучение каким-то образом связано с изменением физиолого-био- химических свойств синапсов. Когда морской червь при­выкает к струям воды, происходит ослабление связи в си­напсе, объединяющем сенсорный нейрон с тем нейроном, по которому поступает команда мышцам спрятать жабры в трубке. Напротив, сенсибилизация усиливает пропуск­ную способность синапса. Постепенно Кандель с коллега­ми вычислили молекулу, которая следит за усилением или ослаблением пропускной способности синапса. Этой моле­кулой оказался циклический АМФ (циклический аденозин- монофосфат).

Канделем был обнаружен и описан каскад биохимиче­ских реакций, запускаемых циклическим АМФ. Пропустим для простоты сложные химические названия соединений, обозначим их просто А, Б, В и т.д.

Вещество А превращается в вещество Б, которое активизирует вещество В, открывающее канал Г, благодаря чему в клетку поступает больше вещества Д, которое является нейромедиатором, переда­ющим сигнал через синапс от одного нейро­на к другому.

Сообщу немножко подробностей относительно этой схемы. Вещество Г присоединяется к белку CREB и акти­визирует его, изменив пространственную конфигурацию. Животные с поврежденным белком CREB могут усваивать новую информацию, но запоминают ее не дольше чем на несколько часов. Работа белка CREB направлена на вклю­чение ряда дополнительных генов, с помощью которых на длительное время изменяется форма и функциональность синапса. Один из генов, запускаемых белком CREB, назы­вается CRE. Этот ген ответственен за синтез циклического АМФ. Еще несколько деталей, и я вас окончательно запу­таю. Но чуточку внимания и терпения. Обещаю, что скоро ситуация прояснится (Schacher S. et al. 1988. cAMP evokes long-term facilitation in Aplysia neurons that requires new pro­tein synthesis. Science240: 1667-1669).