Супергены. На что способна твоя ДНК?. Часть первая. Наука трансформации (Дипак Чопра)

НАШ ГЕНОМ —

ГИБКАЯ КОНСТРУКЦИЯ ИЗ ДНК И БЕЛКОВ,

ВНУТРИ КОТОРОЙ ПОСТОЯННО ПРОИСХОДЯТ ИЗМЕНЕНИЯ,

И В БОЛЬШИНСТВЕ СВОЕМ ЭТИ ИЗМЕНЕНИЯ

ОКАЗЫВАЮТСЯ РЕАКЦИЕЙ

НА ОБРАЗ ЖИЗНИ, КОТОРЫЙ МЫ ВЕДЕМ.

Благодаря генетической революции, которая происходит вокруг нас, у людей появился новый мощный союзник в борьбе за счастье. Идея о том, что ДНК содержит в себе код жизни, не нова. Но идея, что свои гены можно использовать, явно новая. ДНК не закрыта как замороженный банковский счет, с которым ничего нельзя сделать. И железная хватка концепции «биологии как предназначения», о которой мы уже упоминали на страницах этой книги, уже не так сильна, как прежде. Наука изменений рассказывает о бесконечных возможностях, которые заключены в ДНК. Но чтобы в полной мере это понять, мы должны изучить ДНК во всей ее фантастической сложности.

Эволюция всей жизни на планете заключена в дезоксирибонуклеиновой кислоте – таково полное научное название ДНК. Длина одной нити ДНК составляет три метра, но в ядре клетки она занимает пространство всего в 2–3 кубических микрона (1 микрон = 1 миллионной части метра). Около 3 % ДНК сосредоточено в генах, обеспечивая ресурс для белков и рибонуклеиновых кислот (РНК). Вместе с жирами, водой и огромным количеством полезных микроорганизмов они образуют ваше физическое тело. С точки зрения генетика, вы – сложноорганизованная колония, которая построена при помощи ДНК и постоянно перестраивается.

Надстройки организма проходят постоянную проверку, в основе которой лежит ваш образ жизни. То, что носит название экспрессии генов – а именно тысячи химических соединений, которые гены постоянно производят, – крайне пластично. Это идет вразрез с тем, что в основном известно многим людям и во что они верят. Например, сколько раз вы слышали такие расхожие фразы, как «Да он просто вылитый N», «Яблоко от яблони недалеко падает» или «Он весь в своего папашу»? Насколько же эти поговорки правдивы? Действительно ли мы всего лишь повторяем биологию и продолжаем личность своих родителей с небольшими изменениями?

Новая генетика говорит: нет. Как и ваш мозг, который постоянно реагирует на каждый выбор, который вы совершаете, ваш геном так же восприимчив. Пока гены, которые вы унаследовали от родителей, не изменятся, ваши уникальные схемы останутся неизменными на протяжении всей вашей жизни; экспрессия генов изменяется очень плавно и зачастую очень быстро. Но есть и другие гены, восприимчивые к негативным изменениям, происходящим под влиянием диеты, заболевания, стресса и других факторов. Поэтому каждый выбор, который мы делаем в отношении образа жизни, находит отражение на генетическом уровне. Информация, которая воспринимается телом, обретает физическую форму целиком и полностью через экспрессию генов. Что еще удивительнее, как мы увидим дальше, то, как вы обращаетесь со своим телом сейчас, может отразиться на благополучии ваших детей и внуков в далеком будущем.

Кроме ДНК, геном включает в себя особые белки, которые составляют его опору и «подушку». Сама ДНК состоит из четырех химических оснований, пары которых образуют перемычки на двойной спирали.

Двойная спираль ДНК

Четыре основания – это аденин (сокращенно А), тимин (Т), цитозин (Ц) и гуанин (Г). То, что основу каждой формы жизни на Земле составляют всего четыре буквы, никогда не перестает удивлять. Именно так из простого возникает сложное: «А» образует пару с «Т», «Ц» – с «Г». Ваш уникальный геном несет в себе 3 миллиарда оснований, которые вы унаследовали от каждого из родителей. Эти 3 миллиарда оснований делятся на 23 хромосомы, пронумерованные от 1 до 22, плюс половые хромосомы X и Y. От матери ребенок всегда наследует хромосому X. Если ребенок наследует от отца хромосому Y, его пол мужской, если хромосому X – женский. Поскольку каждый из родителей отдает вам 23 хромосомы и 3 миллиарда оснований ДНК, ваши клетки содержат в целом 46 хромосом и 6 миллиардов оснований. Этого уже достаточно, чтобы увидеть, как природа запаслась строительным материалом, чтобы всего из четырех букв вылепить моль, мышь или Моцарта.

Действительно ли мы всего лишь повторяем биологию и продолжаем личность своих родителей с небольшими изменениями? Новая генетика говорит: нет.

Завершение в 2003 г. эпохального проекта «Геном человека» и последующих исследований принесло удивительные, а порой даже ошеломляющие результаты. Например, факт, что наш геном содержит 20 000 генов, что намного меньше, чем мы могли себе представить. Мы считаем Homo sapiens самой высокоразвитой формой жизни на Земле, но это не означает, что у него больше всех генов. Так, в геноме риса, в котором содержится всего 12 пар хромосом, насчитывается 55 000 генов! Как же наш вид обходится меньшим количеством генов, чем рисовое зернышко? Ответ заключается в том, насколько эффективными стали наши гены и какое количество различных белков могут они произвести. Ключ ко всему – экспрессия генов.

В отличие от генов риса, каждый из наших генов может производить множество различных версий одного и того же белка, каждый из которых выполняет свою функцию в организме, слегка отличающуюся от функции другого; они могут либо служить строительным материалом клеток, либо регулировать их работу. Благодаря эволюции человеческой ДНК мы получили больше биологических функций при меньшем количестве генов. Экономия на масштабе вместе с избыточностью (которая обеспечивает запасной материал, благодаря чему выживание не зависит от одной только генетической системы) – основное правило эволюции. Наши гены до сих пор эволюционируют, чем, так сказать, и повышают свою ценность. Более того, у самых ценных для выживания нашего вида генов есть резервные копии на случай, если какой-нибудь из них будет поврежден из-за вредоносной мутации.

А теперь давайте поговорим об эффективном и продвинутом мышлении!

Даже если вы знаете только эти основные факты, вам будет ясно, что набор генов дважды уникален. Во-первых, уникальны гены, с которыми вы родились и которые никто не может воспроизвести, если у вас нет однояйцевого близнеца. Во-вторых, вы уникальны тем, что делают ваши гены в данный момент, потому что именно эта деятельность и есть ваша история, книга жизни, которую пишете вы сами. Результат любого выбора, который вы совершаете в течение жизни («Пойти в спортзал или остаться дома?», «Посплетничать ли с коллегами на работе или не совать нос в чужие дела?», «Пожертвовать ли денег на благотворительность или отложить на собственный банковский счет?»), зависит от одного вопроса: «Что я велю делать своим генам?» Спор между вами и вашим геномом – определяющий фактор вашего настоящего и будущего.

Однако уникальным вас делает не весь геном. Среди 3 миллиардов оснований ДНК уникально лишь каждое тысячное. Это значит, что родители передали вам 3 миллиона оснований ДНК, которые отличают вас от других представителей человеческого рода. Эти различия называются вариантами ДНК. Вариант ДНК иногда может означать, но редко гарантирует определенные заболевания при нормальной продолжительности жизни или просто повышает риск этих заболеваний без гарантии, что они обязательно проявятся. Например, на одной из 3 миллиардов «перемычек» двойной спирали у вас может находиться основание «А», а у вашего брата или сестры – «Т». Это может означать предрасположенность у вас к таким заболеваниям, как болезнь Альцгеймера или определенная форма рака, в то время как у вашего брата или сестры такой предрасположенности нет.

Вопреки общественному восприятию, не существует никаких «генов болезни». Все гены хорошие и все нужны для того, чтобы организм нормально выполнял свои функции. Они заключают в себе варианты, которые могут вызвать проблемы. Положительный момент в этом то, что некоторые мутации повышают сопротивляемость некоторым заболеваниям. Например, несколько редких семейных линий дали практически полный иммунитет к заболеваниям сердца. Не важно, сколько эти люди употребляют жирной пищи, содержащийся в ней холестерин не перерабатывается в жиры крови и не запечатывает коронарные артерии бляшками. Генетики нашли эти группы людей и обнаружили, какой именно вариант дал им сопротивляемость заболеваниям. По тому же принципу выделяют редкие группы людей, у которых практически вся семейная линия страдает от болезни Альцгеймера, проявлявшейся у них в молодом возрасте. Их также следует изучить, чтобы узнать, существует ли некий генетический признак, которым обусловлен столь неблагоприятный результат.

Руди повезло принимать непосредственное участие в самых первых событиях нынешней генетической революции. Когда им с коллегой д-ром Джеймсом Гуселлой было за двадцать, они работали над расшифровкой генома человека в Многопрофильной больнице Массачусетса и были первыми в мире исследователями, которые вычислили ген, вызывающий заболевание; для этого они отслеживали естественные вариации ДНК в геноме. В своем знаковом исследовании они смогли показать, что ген, вызывающий болезнь Хантингтона, находится на хромосоме 4. До этого было совершенно неясно, что вызывает это заболевание, и ни у кого не было ни одной подсказки.

Некоторые варианты могут быть общими и присутствовать у более чем 10 % всех людей, а другие – только в виде отдельных редких мутаций. Из-за одного генетического варианта у вас может быть предрасположенность к определенным заболеваниям или типам поведения, и именно поэтому исследование сосредоточено на роли генов в развитии болезни Альцгеймера или депрессии. Еще некоторые варианты вообще ни на что не влияют, по крайней мере, на этом этапе эволюции человека. Ваш собственный «отпечаток» ДНК основан на наборе вариантов, который вы унаследовали. Это определяет работу и структуру сотен тысяч разновидностей белков в вашем организме.

Гены, которые дают вам неизменные характеристики, например, голубые глаза или белокурые волосы, называются «генами с полной пенетрантностью», и их абсолютное меньшинство – всего 5 % от общего количества. Но в подавляющем большинстве случаев в отношении здоровья и личности вашу генетическую судьбу можно изменить. Гены – всего лишь один из компонентов почти бесконечного взаимовлияния ДНК, поведения и окружающей среды.

Об этом говорили и в недавнем исследовании аутизма (опубликованном в журнале «Nature Medicine»), очень сложного расстройства, имеющего целый спектр разновидностей, над которым Руди тщательно работал на протяжении всей своей карьеры. Образ ребенка, страдающего аутизмом, который преподносят нам средства массовой информации, всегда основан на состоянии полного ухода в себя, в котором ребенок почти не реагирует на какие бы то ни было внешние раздражители. Он полностью потерян в себе и раскачивается взад-вперед или болтает что-то бессвязное и повторяет одни и те же движения, как робот. Его эмоции либо недоразвиты, либо отсутствуют. Родители в отчаянии пытаются пробиться за эту оболочку.

Но в некоторых семьях бывают двое детей с аутизмом и очень часто родители говорят, что их поведение сильно отличается друг от друга. Это впечатление подтвердилось новым исследованием, в котором приняли участие братья и сестры с аутизмом. Ученые исследовали 85 семей с двумя детьми, в которых обоим детям был диагностирован аутизм. Благодаря технологиям общегеномного исследования ассоциаций и определения последовательности полного генома стало возможно рассмотреть миллионы вариантов ДНК в геноме. Целью исследования стали 100 вариантов, которые генетически ассоциировались с более высоким риском развития аутизма. Ко всеобщему удивлению, только у 30 % братьев и сестер, страдающих аутизмом, наблюдались одинаковые мутации ДНК, у 70 % детей они были разными. В группе с одинаковыми мутациями двое детей с аутизмом вели себя более или менее похоже. Но в группе детей с разными мутациями ДНК поведение братьев и сестер различалось. Это говорит о том, что аутизм уникален, поскольку уникален каждый человек. Даже если исследователи изучат геном многих тысяч детей с аутизмом, будет невероятно сложно определить биологическую основу этого заболевания.

В большинстве случаев в отношении здоровья и личности вашу генетическую судьбу можно изменить. Гены – всего лишь один из компонентов почти бесконечного взаимовлияния ДНК, поведения и окружающей среды.

К сожалению, мы не можем предсказать развитие аутизма, что снова возвращает нас к неопределенности. Шанс, что в семье с четырьмя и более детьми будет двое детей с аутизмом, крайне невелик и составляет 1 к 10 000. Как сообщается в «New York Times», двое супругов из Канады, у которых уже были один ребенок с серьезным расстройством аутического спектра и один ребенок без каких-либо проблем в развитии, обратились к врачу, так как намеревались родить третьего малыша и хотели знать, насколько велик риск, что у него разовьется аутизм. Чтобы составить прогноз, врачи исследовали геном самого старшего ребенка с аутизмом. Паре сказали, что шансы на рождение ребенка с аутизмом невелики, а если заболевание и разовьется, то не в форме серьезного расстройства.

В действительности же у третьего ребенка этой пары развилось серьезное расстройство аутического спектра. Супруги сообщили, что поведение обоих детей-аутистов отличается друг от друга. Один достаточно открыт и подбегает на улице к незнакомым людям, а другой держится замкнуто. Один любит играть на компьютере, а второму это не интересно. Один любит бегать, а второй предпочитает сидеть на месте.

Это следствие разнообразия. Не имеет значения, сколько генетических образцов вы берете от людей в прошлом, следующий ребенок будет практически непредсказуем.

Гены четко определяют некоторые факторы, например, проявления ряда редких форм заболевания; в большинстве же случаев генные варианты, которые мы наследуем, дают нам всего лишь предрасположенность к заболеванию. То же самое можно сказать и о генетической предрасположенности к определенным типам личности и поведения. Подводя итог: мы делаем то, что ощущаем, и исходя из того, как видим мир; кроме того, условия окружающей среды, в которой мы находимся, сильно влияют на гены, которые мы наследуем. Никто не может дать точную цифру и сказать, насколько интенсивное влияние необходимо для экспрессии наших генов. Однако больше нет сомнений в том, что ваше влияние играет важную роль, потому что оно постоянно.

Стало возможно восстановить геном неандертальцев из их останков, но, независимо от того, как тщательно изучат их гены, по ним нельзя будет наблюдать будущую эволюцию человека. Не существует гена математики или естественных наук. Если сравнить гены Моцарта и скрипача-любителя, будет невозможно определить, кто из них был гением музыки. Даже самые основные прогнозы оказываются далеко не простыми. Женщина, ждущая ребенка, возможно, захочет узнать, насколько высоким он станет, когда вырастет. Единого гена роста не существует. На данный момент считается, что за это отвечают более 20 генов. Даже если вы сможете спрогнозировать, как эти двадцать генов себя проявят, в лучшем случае вы получите половину ответа. Такие факторы окружающей среды, как питание, причем как матери, так и ребенка, составят вторую половину.

Давайте представим, что в будущем генетика при помощи некоего суперкомпьютера сможет учесть все физические факторы, которые влияют друг на друга. Но даже при наличии всех этих данных прогноз, насколько высоким окажется ребенок, когда вырастет, будет неточным, поскольку всегда могут возникнуть непредвиденные обстоятельства. Например, существует такое условие, как психологическая низкорослость, при котором рост ребенка в условиях семейного насилия замедляется. За счет связи тела и разума психологический фактор, который усугубился из-за вредного эмоционального воздействия, получил физическое выражение. В двух словах, с помощью алфавита ДНК можно написать неограниченное количество «слов», и какими они будут, неизвестно.

Иногда можно вживую наблюдать, как жизненный опыт меняет ДНК человека. На конце каждой хромосомы есть участок ДНК под названием теломера, который защищает хромосому от разрушения подобно наконечнику на шнурке от ботинка. Мы становимся старше, и наши теломеры сокращаются с каждым новым делением клетки. После того как клетка поделится десятки раз, теломеры становятся настолько короткими, что наступает сенесценция (старение) клетки, которая означает, что клетка больше не способна делиться. За этим следует отмирание клетки и отсутствие новых клеток, которые бы ее заменили.

Выяснилось, что образ жизни людей также влияет на теломеры. Ученые из Университета Дьюка исследовали образцы ДНК пятилетних детей и позже образцы ДНК тех же детей, которые взяли у них в возрасте десяти лет. Ученые знали, что некоторые из них подвергались физическому насилию, травле или наблюдали жестокие семейные скандалы. Теломеры тех детей, чей опыт был наиболее тяжелым и стрессогенным, разрушались быстрее всех. Другие же исследователи отмечают, что физические упражнения и медитация способствуют увеличению длины теломер.

Выводы основательны. На долголетие влияют не только варианты ДНК, которые вы наследуете в отдельных генах от своих родителей. То, что происходит с вами сейчас, возможно, проявится завтра в структуре ваших хромосом.

Одно из самых увлекательных путешествий в новую генетику посвящено жизненному опыту и нашим генам. Человеческое существование невероятно сложное, и из-за этого трудно понять, как гены реагируют на повседневную жизнь. Иногда они это делают, и мы начали выяснять, как им это удается. Это и есть тема следующей главы нашей книги, в которой открывается множество новых возможностей, но в то же время возникает и множество загадок.

То, что позволяет генам быть гибкими, изменчивыми и оказывать взаимное влияние друг на друга, входит в сферу изучения новой отрасли под названием эпигенетика. Греческое слово «эпи» означает «над», таким образом, эпигенетика изучает то, что находится на вершине генетики. Физически это оболочка или белки, которые окружают и амортизируют каждую нить ДНК. Вся эта структура называется эпигеномом. Исследование эпигенома на сегодняшний день, возможно, самое захватывающее во всей области генетики, поскольку именно оно выяснило, что гены могут переключаться из активного состояния в неактивное. А что, если мы можем контролировать эти переключения добровольно? От перспектив у любого смелого ученого-генетика кружится голова.

В 1950-е гг., еще до того, как появились догадки о существовании эпигенома, английский биолог Конрад Уоддингтон впервые предположил, что развитие человека от эмбриона до пожилого возраста не «вмонтировано на аппаратном уровне» в ДНК. Потребовались десятки лет, чтобы новая тенденция о генном «программировании» завоевала популярность, сменив знакомое всем утверждение о неизменности генов. Но в конечном счете игнорировать некоторые аномалии стало невозможно. Классический тому пример – однояйцевые близнецы, поскольку они рождаются с идентичным набором генов. Если у них в ДНК «вмонтировано на аппаратном уровне» одно и то же, то им должно быть биологически предопределено прожить абсолютно одинаковую жизнь.

Гены могут переключаться из активного состояния в неактивное. А что, если мы можем контролировать эти переключения добровольно?

Однако этого не происходит. Однояйцевые близнецы с вероятно одной и той же геномной ДНК могут сильно отличаться друг от друга в зависимости от их образа жизни и от того, как это интерпретируется в активность генов. Если вы знакомы с близнецами, вы, вероятно, слышали, что они говорят о том, как отличаются друг от друга. Для того чтобы получилась личность, нужно нечто большее, чем общий геном. Можно построить по одним и тем же чертежам два одинаковых здания, но приспособить их под совершенно разные цели. Например, известно, что шизофрения обусловлена в том числе и генетически, но если один из близнецов страдает шизофренией, то вероятность, что ею будет страдать второй, составляет лишь 50 %. Эта загадка требует дальнейшего обсуждения, но вы уже можете убедиться в неоднозначности подхода к биологии как предназначению. Эпигенетика зародилась тогда, когда генетика сосредоточилась на способах контроля экспрессии генов. Оказалось, что гибкость этих способов контроля, как и нейропластичность мозга, – один из самых ценных подарков, которые мы получили от жизни.

Притом что у всех клеток в вашем организме в основном одна и та же последовательность ДНК и генетический код, каждая из примерно 200 разновидностей клеток обладает своей структурой и выполняет свои функции. Нейрон под микроскопом настолько отличается от клетки ткани сердечной мышцы, что сразу и не скажешь, что ими управляет одна и та же ДНК. Гены запрограммированы создавать множество различных клеток из стволовых клеток, «предшественниц» всех зрелых клеток. Например, стволовые клетки в вашем костном мозге раз в несколько месяцев замещают отмершие клетки крови. У мозга также есть свой пожизненный запас стволовых клеток, что позволяет создавать новые нервные клетки в любой период жизни – прекрасные новости для пожилых людей, которые хотят сохранить жизненную энергию и ясный ум как можно дольше.

Мы только начинаем понимать «программное» наследование, и каждый этап этого понимания приносит свои сюрпризы. Проведенное в 2005 г. исследование д-ра Майкла Скиннера показало, что у четырех поколений потомства крысы, которой во время беременности вводили препараты, подавляющие сексуальную функцию, возникли проблемы с фертильностью. Что удивительно, следующее поколение наследовало проблемы с фертильностью от самцов через химические метки ДНК, известные как метильные группы, которые и были «программируемым» наследуемым признаком, как и последовательность ДНК родителей. Мы знаем, что это не «аппаратный» наследуемый признак, поскольку собственно последовательность ДНК в генах остается одной и той же.

Последовательность ДНК в генах

Если ДНК – склад миллиардов лет эволюции, то эпигеном – это склад кратковременной активности генов, как недавней, так и продолжающейся у одного, двух или нескольких поколений. То, что память может наследоваться, для биологии не ново. Кости плавников древних рыб имеют ту же структуру, что и лапы млекопитающих, и наши собственные руки. Эта память несомненно носит «аппаратный» характер, поскольку каждому виду рыб, медведей, енотов и людей потребовались миллионы лет, чтобы обрести постоянство. Новое в эпигенетике то, что память личного опыта – вашего собственного, вашего отца или прапрабабушки – может незамедлительно передаваться.

Это диктует нам единственную и самую важную идею новой генетической революции. Эпигеном позволяет генам реагировать на опыт. Они не изолированы и открыты миру так же, как и вы сами. Это открывает возможность передавать свои физические и психологические реакции на проявления повседневной жизни через программируемые наследуемые признаки. Говоря проще, когда вы настраиваете свои гены на здоровый образ жизни, вы создаете «супергены». В прежние времена, когда считалось, что только ДНК передается от родителей к потомству, такая возможность представлялась чем-то из области фантастики. Однако в процессе эпохального исследования в 2003 г. ученые взяли две группы мышей с мутантным геном, благодаря которому они получили при рождении желтую шерсть и ненасытный аппетит. Таким образом они были генетически запрограммированы на переедание вплоть до ожирения.

Исследователи кормили одну группу обычной для мышей едой, а в рационе второй группы присутствовали пищевые добавки (фолиевая кислота, витамин B ₁₂, холин и продукт сахарной свеклы бетаин). Оказалось, что потомство мышей, в рационе которых присутствовали пищевые добавки, выросло с бурой шерстью и нормальным весом, несмотря на мутантный ген. Удивительно, что питание их матери преодолело действие гена. В поддержку этого открытия в результате еще одного исследования обнаружилось, что потомство мышей от самок, в рационе которых не хватало витаминов, было больше склонно к ожирению и другим заболеваниям. Таким образом, питание матери может повлиять на развитие ребенка даже сильнее, чем считалось прежде.

Выводы из этих исследований были революционными в нескольких направлениях. Первое: эпигеном всегда реагирует на повседневную жизнь. То, что происходит с вами сейчас, записывается на эпигенетическом уровне и, если люди делают то же, что и мыши, возможно, передается последующим поколениям. И тогда ваши генетические предрасположенности будут принадлежать не только вам. Это своего рода конвейер, на который каждое поколение добавляет свой вклад.

Результаты исследования 2005 г. показали, что дети женщин, которые стали свидетелями террористической атаки на Всемирный торговый центр, когда были беременны, унаследовали от матерей повышенный уровень кортизола – гормона стресса. Травматический опыт, который пережила в детстве ваша мать или бабушка, может изменить вашу личность и передаться вам в виде предрасположенности к тревожности или депрессии. Если геном – это только архитектурный чертеж жизни, то эпигеном – это и инженер, и бригада строителей, и руководитель проекта вместе взятые.

Мы уже говорили о том, что привело к этой революции: эпигенетика. Эпигенетика изучает изменения в активности генов, которые вызваны изменением повседневной жизни и которые не требуют изменений в последовательности ДНК, т. е. мутаций. В этих изменениях задействован некий механизм переключения, который, впрочем, не ограничивается простыми операциями «включить-выключить». Переключение ДНК оказывается таким же сложным, как и поведение людей. Давайте поразмышляем о такой простой поведенческой реакции, как потеря самообладания. Гнев может вспыхнуть и погаснуть, как включенный и выключенный свет, или же кипеть некоторое время. Гнев можно не показывать, создавая видимость контроля над эмоциями. Когда гнев вспыхивает, он может быть как сильным, так и слабым. Каждый представляет эти различия, поскольку все мы хоть раз встречали как вспыльчивых, так и хладнокровных людей. Сами мы тоже знаем, как подавить гнев, но в то же время сопротивляемся этому.

А теперь давайте интерпретируем эту ситуацию с точки зрения генной активности с применением все тех же переменных. Любую активность, на которую способен ген, можно скрыть или приглушить. Она может выражаться частично, иногда проявляться, иногда затихать, как если бы ее включало пусковое устройство, которое запускает стабилизатор температуры. И, подобно тому, как гнев переплетается с остальными нашими эмоциями, наши гены тоже взаимосвязаны. Кажется все более правдоподобным, что сложность любого личного опыта имеет эквивалент на микроуровне.

В какой момент мы начинаем понимать, как много нам еще не известно? Если эмоции управляют генами, а гены управляют эмоциями, этот цикл может быть бесконечным. Эпигенетика привела нас к пульту управления, откуда и происходит любое переключение, но она так и не дала нам в руки ни одного рычага. Управление этими рычагами – индивидуальная ответственность каждого человека. В случае, если генетические изменения никто не контролирует, они могут быть весьма стремительными. Рассмотрим широко известный и очень запутанный пример.

Ниже приведена таблица с данными о росте мужчин в США и странах Европы с 1820 по 2013 г., которую составил специалист по компьютерным исследованиям Рэнди Олсон. (Существуют другие расчеты, результаты которых отличаются от приведенных здесь, но общий принцип у них тот же.) Обратите особое внимание на срез Нидерландов в правом верхнем углу.

Средний рост мужчин в разных странах с 1820 по 2013 г.

Удивительно, но голландцы – самые высокие в мире мужчины, и их средний рост составляет приблизительно 185 см. Говорят, что в Амстердаме существует даже клуб для мужчин, чей рост превышает 210 см, что не считается необычным. А прогулявшись по улицам Амстердама, можно встретить как мужчин, так и женщин ростом выше среднего.

Изменения ДНК, которые мы приобретаем во взрослой жизни, могут передаться последующим поколениям. Именно это показало обследование детей, которые родились у поколения, пережившего голод в Голландии.

Этот рост – результат недавней тенденции, которая также отражена в таблице. Стабильное увеличение роста отмечалось во многих странах с 1820 г., но голландцы опережают всех, поскольку до этого они были самыми низкорослыми из европейцев. Исследование скелетов в могилах с 1850 г. показало, что рост голландских мужчин в среднем составлял приблизительно 165 см, а женщин – около 155 см. (Вторые по росту на 2013 г. датские мужчины, которые на 1829 г. были приблизительно на 6 см выше голландцев, но сейчас слегка отстали.) В чем же причина такого резкого повышения роста за столь короткий промежуток времени?

В поисках ответа на этот вопрос Олсон изучил другую статистику, которая показала: увеличение доходов и повышение уровня жизни голландцев улучшилось равномерно. Вместо нескольких счастливчиков, которым достались все деньги, разбогатели все. Это привело к улучшению качества питания, что обычно связывают с увеличением роста. Но эта же экономическая тенденция распространилась на всю Европу, так что ею нельзя объяснить, почему именно голландцы так прибавили в росте. Окончательно запутывает все обстоятельства то, что по сравнению с сельским населением Голландии в XIX в. телосложение городских жителей стало более субтильным. Городская жизнь, которой сопутствовали высокая детская смертность, инфекционные заболевания, нищета беднейших слоев населения, загрязнение воздуха и дефицит воды, привела к уменьшению роста приблизительно на 2,5 см. В то же самое время благосостояние горожан стабильно росло, так что высокий уровень жизни нельзя считать параметром для прогноза увеличения роста.

Такая вероятность может быть скрыта непосредственно в генах. Последовательность ДНК в генах голландцев такая же, как и была двести лет назад, до совсем недавней волны иммиграции, и их гены не менялись до того, как голландцы начали заключать браки с приезжими. Но что, если правдиво обратное? Олсон подчеркивает, что предки, как известно, были высокими. Возможно, голландцы были высокими множество поколений назад, но затем из-за плохого питания стали ниже. Возможно, в таком случае улучшение питания могло затронуть гены предков, что и привело к увеличению роста.

Такая возможность не кажется слишком убедительной, но любое объяснение должно подразумевать гены, особенно эпигеном. Если эпигеном изменяется в соответствии с нашим опытом в прошлом, что же могло спровоцировать внезапный скачок роста? Поскольку это происходит, одно из самых веских доказательств, что эпигенетика может в некотором роде записывать память о пережитом опыте, также пришло из Голландии. Период голода, известный как Hongerwinter, или «голодная зима», поведал нам об эффектах эпигенетики у людей больше, чем любое другое событие. Когда немцы начали проигрывать Вторую мировую войну зимой 1944 г., которая выдалась особенно суровой, они усилили продовольственное эмбарго в отношении голландцев и начали систематически разрушать транспортную инфраструктуру страны и сельскохозяйственные фермы. Результатом был огромный дефицит продовольствия и голод зимой 1944–1945 гг. Продовольственные запасы в городах на западе Голландии резко сократились. К концу ноября дневной рацион взрослого человека сократился до менее чем 1000 калорий и до 580 калорий к февралю 1945 г. Это составляло лишь половину нормы, необходимой для здорового выживания взрослого человека. Люди ели галеты, небольшие помидоры, сахар, а белок в их рационе практически отсутствовал.

Миллионы лет эволюции наделили нас даром переживать долгие периоды недоедания. Все процессы в организме замедляются, чтобы сохранить энергию и ресурсы. Кровяное давление и сердечный ритм снижаются, и мы начинаем потреблять собственный жир. По большей части это становится возможным благодаря изменениям активности наших генов. В некоторых случаях активность генов усиливается и затихает благодаря эпигенетике. Опыт голландцев продвинулся даже на более глубокий уровень и показал, что изменения ДНК, которые мы приобретаем во взрослой жизни, могут передаться последующим поколениям. Именно это показало обследование детей, которые родились у поколения, пережившего голод в Голландии.

Исследователи из Гарварда получили тщательно сохраненные записи о рождении и данные медицинских карт того времени. Как и ожидалось, у детей, которые родились во время голода, часто были серьезные проблемы со здоровьем. Дети, чьи матери голодали с третьего по девятый месяц беременности, родились с недостатком веса. Однако дети, у чьих матерей период голода пришелся на первый триместр беременности (ближе к концу «голодной зимы», незадолго до того, как продовольственное снабжение наладилось), родились крупнее остальных. Сказалось влияние разницы питания их матерей.

Но еще большие сюрпризы обнаружились при обследовании этих детей, когда они достигли взрослого возраста. По сравнению с рожденными до или после периода голода у них была высокая склонность к ожирению. Среди тех, кто находился в утробе матери, на второй или третий триместр беременности которой пришелся голод, страдающих ожирением было вдвое больше. Кажется, это влияние своего рода эпигенетической памяти. Скоро нам удастся изучить точный ее механизм.

Изучение последствий голода в Голландии важно, так как открыло многим глаза на то, что последствия внутриутробного развития влияют на всю жизнь человека и могут стать причиной изменений в его геноме. Детство прекрасной и многими любимой актрисы Одри Хепберн пришлось на период голода в Нидерландах. Уже во взрослом возрасте она страдала анемией и приступами клинической депрессии. И была в этом не одинока. Дети, которые находились в утробе матери в период голода, также имели повышенную склонность к шизофрении и другим психическим заболеваниям. Хотя данные и не однозначны, но, когда у родившихся в период голода появились свои дети, они также родились с недостатком веса. Геном, подобно конвейеру, продолжал передавать данные о недостатке пищи от одного поколения к другому.

Источником этих новых знаний послужили ужасные страдания, но они проливают свет на то, почему женщине в период беременности так необходима особая забота. Тем не менее эти открытия не обошлись без противоречий. Может ли конвейер действительно проходить через поколения? В 2014 г. данные высококачественного исследования на мышах стали первым убедительным доказательством того, что у млекопитающих присутствует «наследование через поколение». Британский генетик из Кембриджского университета Энн Фергюсон-Смит опубликовала полученные выводы в престижном журнале «Science» после того, как испытала последствия ситуации, напоминающей голод в Голландии, на мышах. Как она сказала: «Я решила, что пришло время экспериментировать самой, а не критиковать других».

Шквал критики обрушился на основной вывод исследования о том, что режим питания матери во время беременности оказывает долговременное влияние на ее потомство на протяжении всей его жизни. Для строгого последователя Дарвина гены ребенка формируются окончательно в тот момент, когда сперматозоид отца оплодотворяет яйцеклетку матери. Фергюсон-Смит и ее коллеги искали непосредственное доказательство и провели эксперимент на породе мышей, которые способны выжить даже при постоянном питании с крайне низким содержанием калорий. Как и ожидалось, у потомства мышей был очень большой недостаток веса. От самцов этого помета произошло следующее поколение потомства, и у мышей второго поколения также был диабет, хотя их режим питания был нормальным. Эти невероятные результаты доказали, что генетический конвейер существует.

Фергюсон-Смит с коллегами также изучали сперматозоиды самцов мышей, которые родились от голодавших самок. В геноме сперматозоидов они обнаружили 100 областей с меньшими эпигенетическими изменениями, чем у мышей, которых выносили самки, чье питание было нормальным. Гены в этих областях были также изменены и у «внуков» голодавших самок.

Чтобы доказательства были убедительнее, исследователи провели параллель с людьми. Результаты исследования Фергюсон-Смит согласовывались с наблюдениями за эпигенетическими изменениями людей, переживших голод в Голландии. По мнению критиков исследования на мышах, реальной причиной полученных результатов стала вариативность среди мышат, в основе которой лежат более традиционные мутации генов. Однако исследователи отобрали мышей с идентичным набором генов, так что критика не вполне обоснована. Это снова показывает, насколько сильно нежелание генетиков-традиционалистов принять новую парадигму нашего развития.

Вырастить поколение детей с наилучшими признаками возможно за счет «программного» наследования, нужно только посмотреть в глубь науки и понять, что это значит.

Новая парадигма открывает невероятные перспективы. Будущим матерям советуют не курить и не пить спиртного во время беременности. Воздействие токсинов на плод повышает риск врожденных пороков развития. Будет полезно изучить статистику рисков. Но как насчет развития ребенка внутри материнской утробы? Вы наверняка читали истории о том, как женщины во время беременности проигрывали будущим детям записи Моцарта, и другие сообщения о том, как на развивающийся плод может повлиять стресс, которому подвергается будущая мать. Эта книга посвящена главным образом тому, как сформировать такой стиль жизни, при котором ваши гены будут функционировать самым оптимальным способом. И это будет вдвойне верно, если вы планируете передать свое генетическое наследие одному, двум или большему числу поколений в будущем. И что будет, если загрузить конвейер подобным опытом, чтобы ваши дети и внуки получили наилучшую возможность для старта благодаря «программному» наследованию? На наш взгляд, это куда более вдохновляющая цель, чем схемы манипуляций с геномом эмбрионов, цель которых – получить «идеального» ребенка. Наука о трансформации не всегда подразумевает вмешательство на уровне шприцов и имплантов.

Вырастить поколение детей с наилучшими признаками возможно за счет «программного» наследования, нужно только посмотреть в глубь науки и понять, что это значит. Чтобы объяснить, как жизненный опыт ведет к генетическим изменениям, нам нужно ввести новый термин: эпигенетические метки. Подобные метки – отпечатки изменений. Это ключ к решению загадки, как перемены в образе жизни влияют на наши гены, если это не резкие перемены, подобные «голодной зиме». Эпигенетические события также могут программировать ДНК за счет химических изменений в подушковидных белках, которыми окружена ДНК. Эти белки также отвечают за то, на какие гены в составе ДНК воздействуют другие белки, которые запускают и останавливают действие гена, усиливают или ослабляют его активность, и даже какой тип белка или РНК произведет ген.

Программирование ДНК

А теперь представьте, что тело внезапно перестало получать должное количество пищи и начинает голодать. Как на это отреагирует тело беременной женщины? Внешне ее тело будет сильно худеть, но мы не увидим, как в эпигеноме возникнут генетические изменения. Подушковидные белки (которые называются гистонами) начинают иначе взаимодействовать с ДНК и оставлять эпигенетические метки. Метки могут быть различных типов, включая особые энзимы под названием «метилаза» и «диацетилазы гистонов». В этом качестве могут выступать даже крошечные частицы РНК. Вам не обязательно помнить, как работает химия эпигенетического программирования, но появляется все больше доказательств тому, что питание, поведение, уровень стресса и количество загрязняющих химических веществ могут повлиять на активность генов, а через нее на выживание и благополучие[1].

Возможно, лучше всех из эпигенетических меток изучены те, которые основаны на метилировании ДНК. Там, где много раз повторяется соединение основания «Ц» с основанием «Г», вероятность метилирования повышается. Если на этом участке много тэгов метилирования, активность гена может прекратиться.

У метиловых меток множество подсказок. Например, многие аллергические реакции начинаются в начале внутриутробного развития. Если питание будущей матери включает в себя много продуктов, которые оставляют в ДНК метиловые метки, вероятность развития у ребенка аллергии повышается. Это значит, что если бы в утробе двух разных матерей развивался один и тот же эмбрион, то родились бы два разных ребенка, несмотря то, что ДНК у них одна и та же. Одно из исследований показало, что определить возраст человека с точностью до пяти лет можно, если посчитать метиловые метки ДНК из образца его слюны. Это напоминает определение степени износа резиновых шин – чем человек старше, тем меток будет больше. Из этого следует, что повышенное метилирование может вызывать преждевременное старение и дегенеративные заболевания среди пожилых людей.

Результат исследования показал, что у мышей, которых перекармливали после рождения, был отмечен избыток метиловых меток на генах, отвечавших за предрасположенность к ожирению. Как будут развиваться те же эффекты у людей, предположить сложно. Но голод в Голландии и эксперименты, которые проводили впоследствии, представляют веские доказательства.

Но что насчет голландцев, которым удалось стать самыми высокими людьми в мире? Иногда чтобы правильно ответить на вопрос, требуется сперва исключить ложные ответы. В этом случае мы знаем, что за рост отвечает не один ген, потому что такого гена не существует. Если будущая мать хочет прогноза, какой рост будет у ее ребенка, когда он станет взрослым, генетика в нынешнем ее понимании не сможет ничего ей сказать. За рост ребенка отвечают более двадцати генов, и их взаимодействие слишком сложно и неоднозначно, чтобы сделать сколько-нибудь точный прогноз.

Даже если бы можно было четко определить эту сторону вопроса, существуют также факторы окружающей среды, которые, по большинству оценок, влияют по меньшей мере на половину финального результата. Эти факторы включают в себя не только питание матери и ребенка, но и такие нюансы, как поведение и образ жизни матери и атмосфера семьи, в которой растет ребенок. Например, в Северной Корее и Гватемале население хронически недоедает, в результате рост детей из-за этого задерживается. Подобный результат может возникнуть и от недостатка медицинского ухода, притом что при нормальной медицинской помощи люди вырастают выше. Но голландцы в этом отношении не слишком отличаются от остальных европейцев. Как мы уже упоминали прежде, на протяжении последних двухсот лет, несмотря на периоды недоедания, как в Германии после Первой мировой войны, улучшение питания и рост благосостояния населения привели к тому, что население всех европейских стран стало выше.

Какие же еще неправильные ответы можно исключить? В генофонд голландцев не добавилось столько новых генов, чтобы они могли повлиять на ситуацию. Даже если новые гены смешались со старыми, нет доказательств, что голландцы начали заключать браки с очень высокими приезжими. Даже выживание самых подходящих кандидатов не будет причиной, поскольку голландцы менее высокого роста не исчезли, так как не проиграли более высоким конкуренции за пищу и воду.

Однако свою роль могли сыграть брачные ритуалы. Когда среди придворных китайского императора стали популярны декоративные собаки, пекинесы имели те же размеры, что и собаки из Западного Китая, от которых они произошли 2000 лет назад. В старых записях говорится, что пекинес должен выглядеть как лев в миниатюре. Заводчики получили наказ вывести собаку, у которой были бы плоская морда, большие блестящие глаза, грива, короткие лапы и очень маленький рост. В воображении китайских придворных дам именно эти признаки делали собаку похожей на льва. Чтобы приблизиться к идеалу, заводчики отбирали самых маленьких щенков в помете и скрещивали друг с другом, постепенно получая на выходе все более низкорослых собак. Каким-то образом на выведении породы могли сказаться и другие аспекты.

Если будущая мать хочет прогноза, какой рост будет у ее ребенка, когда он станет взрослым, генетика в нынешнем ее понимании не сможет ничего ей сказать.

Люди находят себе пару не по плану заводчика, и исторически практически все вступают в брак, так что специфические признаки не отсеиваются, по крайней мере специально. Однако мы действительно осознанно выбираем себе партнера в соответствии с личными предпочтениями. Если вдруг среди голландцев стал популярным высокий рост, и одних высоких людей стали привлекать другие, что могло привести к появлению через некоторое время их высоких потомков. Обычно генетические признаки не бывают крайне выраженными и держатся средних значений. Есть люди ростом в 60 см и в 2,4 м. Но, что поразительно, в основном рост взрослого человека будет средним – от 1,5 до 1,8 м.

Специалисты по статистике называют это явление регрессией к средним величинам, и оно также объясняет, почему у родителей с высоким IQ не обязательно родится ребенок с таким же высоким IQ. Генетический компонент интеллекта (являющийся противоречивой темой) стремится к среднему интеллекту, среднему росту, среднему весу и т. д. Голландцам, если бы они вступали в брак с высокими людьми, потребовались бы поколения для того, чтобы среди населения возникла тенденция. И снова история наследования слишком запутанная, чтобы свести ее только к одному фактору.

Что же теперь? Мы отбросили неверные ответы, и пришло время нового мышления. Голландцы стали выше ростом не из-за одной причинно-следственной связи, но из-за целого комплекса причин. Гены, эпигенетика, поведение, питание и прочие внешние воздействия, конечно же, сыграли свою роль. Эти факторы влияют на всех детей без исключения, так что повлияли они и на голландских детей, которые родились в течение последних двухсот лет. Из этого комплекса причин мы можем сделать несколько положительных заключений.

• Многие факторы из этого комплекса причин можно контролировать.

• Очень немногие из этих причин предопределены. В редких случаях мы марионетки под контролем своих генов.

• Весь комплекс причин склонен меняться.

Эти выводы крайне важны. Облако меняет форму, когда ветер меняет направление, температура воздуха повышается и понижается, атмосферные фронты двигаются, уровень влажности становится выше и ниже. В любой момент облака у вас над головой реагируют не на одно из этих воздействий, а на несколько. Попытка проанализировать одно из них не даст существенных результатов, а иногда окажется невозможна. Примерно как если вы попытаетесь вычислить температуру воздуха в своей комнате, когда там работают пять температурных реле, каждое из которых подключено к автономному источнику питания.

Даже в самых худших условиях, например, под воздействием тяжелого стресса или в военное время, геном человека всегда найдет преимущество. Во время дефицита продовольствия в Голландии врачи местных больниц отметили улучшения у детей, которых госпитализировали с редким кишечным расстройством – целиакией. О причине этого расстройства еще не знали, хотя существовало предположение, что оно связано с питанием, в частности с потреблением пшеницы. Голландский педиатр, д-р Виллем Дике, исследовал эту связь. Когда больные дети почти не получали хлеба, они шли на поправку. Когда продовольственное снабжение возобновилось и больным детям привезли хлеб, состояние пациентов с целиакией снова ухудшилось. Так впервые выяснилась связь с пшеницей. Сейчас известно, что целиакия – аутоиммунное расстройство с генетической предрасположенностью, из-за которой возникает аллергия на клейковинный белок (глиадин), который и обнаружился в пшенице. Эту реакцию также вызывают и другие клейковинные белки, которые содержатся в других злаках.

Подобным же образом в Голландии и Бельгии, в рационе населения которых было много сливочного масла и сыра, во время войны произошло заметное снижение количества сердечных заболеваний. Причиной этого считается резкое снижение калорийности рациона за счет недостатка в нем молока, масла и сыра в период нацистской оккупации. Через несколько десятков лет снижение веса и серьезное ограничение дневного потребления жиров стало частью программ здравоохранения, целью которых было снижение уровня заболеваний сердца.

Облако – не самый подходящий пример для науки и совсем не подходящий для достижения результатов в области медицины. Врачи слишком привязаны к линейным моделям с причинно-следственными связями в основе. Причина А ведет в расстройству Б, и врач выписывает препарат В, чтобы вылечить его. Но что, если пример облаков корректен и неизбежен? Ни в чьей гостиной нет пяти температурных реле, подключенных к автономным источникам питания, но у каждого из нас есть организм с собственными многочисленными биологическими часами, биоритмами и генетическими планами. Именно поэтому у нас в разное время выпадают молочные зубы, наступает половое созревание, проявляется первый приступ артрита, а также происходит еще множество процессов, время которых всегда индивидуально. Все вокруг нас движется подобно делениям на подвижной шкале.

В этой связи возникает вопрос: как же тогда человеческое тело может регулировать себя настолько точно, что синхронизирует все свои биологические часы вплоть до последней молекулы гормонов, пептидов, энзимов, белков и т. д.? Подобно облакам, мы движемся в любом направлении, но, в отличие от облаков, наш организм крайне сложен и достигает невероятной степени контроля.

Теперь, когда у вас сложилось представление о последовательности ДНК человеческого генома, вам станет проще найти гены и мутации, связанные с риском того или иного заболевания. Найдены тысячи генов, которые вызывают широкий спектр болезней, в том числе рак, диабет, сердечные недуги, дегенеративные заболевания мозга в пожилом возрасте. Руди обнаружил несколько генов и мутаций, которые вызывают болезнь Альцгеймера или ее риск (включая первый подобный ген) и другие коварные неврологические заболевания, например, болезнь Вильсона – редкое состояние, при котором в клетках организма накапливается медь, что вызывает серьезные неврологические проблемы, психические расстройства и прочие неприятные последствия. Поскольку ученые открывают все большее количество генов, вызывающих заболевания, мы узнали, что приблизительно 5 % генных мутаций гарантируют развитие болезней, но подавляющее большинство всего лишь повышает склонность и работает только в совокупности с факторами окружающей среды и аспектами образа жизни. В двух словах, человек – это сложный комплекс признаков, прямые генетические причины которых еще не обнаружили и вряд ли смогут обнаружить. Более реалистичный подход к наследованию заболеваний рассматривает ДНК как первоначальный план для строительства, вид и функционал которого постепенно меняется при необходимости.

В Голландии и Бельгии, в рационе населения которых было много сливочного масла и сыра, во время войны произошло заметное снижение количества сердечных заболеваний.

Некоторые верят в то, что достаточно знать, для чего нужен каждый ген, чтобы понять всю картину заболевания, а затем, когда эти связи подтверждаются, для генетически обусловленного заболевания можно назначать лечение. Но существует причина, почему этот шаг до сих пор не сделали, за исключением небольшого количества заболеваний. Нельзя выяснить, что делает тот или иной ген, если не знать, как запустить или остановить его активность (как обычный выключатель), усилить ее или приглушить (как температурное реле) и как исправить его и получить определенные разновидности белков. Не важно, насколько идеален порядок расположения электронных схем компьютера, он мертв, пока его не включат. То же самое верно и для ДНК. Механизм, запускающий активность генов, был загадкой, которая открыла дорогу второй генетической революции.

Улучшая воспоминания

Самое большое достижение за 2,8 миллиарда лет эволюции на Земле – это не человеческая ДНК и даже не зарождение жизни из безжизненных молекул, плавающих в лужицах богатой химическими веществами воды вокруг разломов, в которых находились гейзеры. Величайший триумф эволюции – это память. Память сделала жизнь возможной. Это достаточно ясно. Антитела вашей иммунной системы содержат память обо всех болезнях, которые когда-либо переносило человечество. Новорожденный ребенок сопротивляется заболеваниям, полагаясь на иммунную систему матери, которой он пользуется. Потом у ребенка в зобной железе развивается собственная иммунная система – хранилище памяти о прошлых сражениях против бактерий и вирусов – и начинает вырабатывать антитела. Зобная железа растет и достигает полного функционала к подростковому возрасту, а затем, к достижению человеком двадцати одного года, уменьшается, поскольку ее задача выполнена.

Даже если сосредоточиться только на этом процессе, роль памяти крайне важна. Гены вашего рода определяют, какие антитела появятся у вас. Это лишь небольшой отросток ветви человеческой эволюции. Эта ветвь ведет нас к стволу дерева, в котором хранится в первую очередь память о том, как вырабатывать антитела. Корни дерева – это способность ДНК запоминать опыт и зашифровывать его для будущих поколений. Та к что в следующий раз, когда вы не подхватите простуду, которая косит всех вокруг, помните, что этим вы обязаны самой первой молекуле ДНК.

Эпигенетика предполагает, что клетки нашего организма могут по-своему «запоминать» все, что мы когда-либо пережили. Но предположение еще не доказательство. Есть разница между воспоминаниями о праздновании вашего десятилетия и работой ученого, который исследует генетические изменения, образующие шифр памяти. Эта разница напоминает огромную пропасть. Представьте себя телеграфистом, который регулярно получает потоки точек и тире. Код может быть у вас в руках, вы можете пересчитать все сигналы на бумажной ленте, но если вы не знаете английского, вы не сможете прочитать эти сообщения. Сегодня мы знаем код, но не знаем языка сообщений. Это язык всего человеческого опыта, и он намного сложнее английского.

Ужасная судьба – оказаться во власти своих воспоминаний, но в ней оказывается почти каждый из нас. Старые страхи, раны, травматический опыт и пережитые несчастные случаи засоряют сознание, возникают самопроизвольно и искажают наше видение настоящего. Если у вас агорафобия и вы испытываете страх открытых пространств, вы не можете выйти из дома и не ощущать при этом тревожности. Ваш страх сделал вас рабом собственной памяти. Все мы в большей или меньшей степени рабы событий, которые давно уже миновали и забыты. Чтобы быть в полной мере живым, вы должны научиться использовать свою память, а не наоборот.

Это упражнение слегка неудобно, но присядьте на минуту и позвольте плохому воспоминанию вернуться. Это может быть все, что угодно, независимо от содержания. Не вызывайте свежие болезненные воспоминания. Вместо этого обратитесь к событиям вашего детства. Например, как вы упали с качелей или потерялись в магазине. Что заметили? Во-первых, воспоминание существует, во-вторых, вы можете его оживить. В зависимости от того, насколько сильное это воспоминание, вы сможете почувствовать, что жизнь повторяет сама себя. Та часть зрительной коры головного мозга, которая видит крушение поезда или сцену боя, задействуется и при визуализации крушения или боя, когда человек вспоминает их.

Все, что вы замечаете, отражается в вашем эпигеноме. А теперь давайте сделаем шаг вперед. Когда у детей, которых вынашивали во время голода в Голландии, появилась склонность к ожирению, диабету и заболеваниям сердца, память об этом вела к опыту полуголодной жизни их матерей. Дети не могли вызвать воспоминания об этом в своем сознании, но все же унаследовали молекулярную память. Поразительные результаты исследования 2014 г. стали еще одним доказательством воздействия памяти на ДНК, только в этом случае определяющим фактором было не питание, а страх. Описание эксперимента было опубликовано в солидном журнале «Nature Neuroscience». Ученые научили мышей бояться запаха ацетофенона (приятный аромат, напоминающий цветущий апельсин или вишню), они каждый раз несильно били животных током, когда распространялся этот запах.

От ударов тока у мышей развилась реакция стресса, которую можно было наблюдать по их поведению – мыши дрожали и вели себя беспокойно. Через некоторое время необходимость бить мышей током отпала. Для стрессовой реакции было достаточно одного запаха ацетофенона. Создатели фильмов ужасов могут добиться подобного эффекта, если покажут зрителю темную комнату, в которой раздастся скрип двери. Глаза героини расширяются от ужаса, и что происходит со зрителями? Безобидные картинки и звуки производят такое впечатление, как будто должно случиться что-то ужасное. У большинства зрителей проявится стрессовая реакция.

Но исследование на мышах пошло дальше ассоциации безобидного запаха с ударами током. Этот приобретенный во взрослом возрасте страх унаследовало следующее поколение мышей и даже поколение после них. Дети и внуки мышей, которых держали в страхе, никогда не знали запаха ацетофенона, но начинали дрожать, как только его чувствовали, просто потому, что предыдущее поколение заставили связывать этот запах с болью. Исследователи рассмотрели ген, который образует белковый рецептор, необходимый для распознавания запахов химических соединений, и обнаружили, что в нем произошли эпигенетические изменения за счет метилирования.

Об этом явлении знали всегда, и оно нашло свое отражение в народной мудрости, например, в простом изречении Марка Твена: «Если кошка посидела на горячей печке, она больше не сядет на горячую печку. Она и на холодную-то не сядет». Мудрое замечание о том, что необходимо тут же снова сесть на лошадь, если ты с нее упал, основано на инстинктивном понимании, что страх действует долго, если не перебороть его немедленно. Конечно, условия такого типа создаются посредством памяти, которую вы получаете от нейросетей в вашем мозге. Тот же опыт может на химическом уровне изменить ваш геном и создать параллельную «молекулярную память».

Мы уже несколько раз повторили, что ДНК отвечает как за стабильность, так и за перемены. Теперь мы подходим к новому выводу. Как наш мозг и наши гены определяют разницу между реальной опасностью (горячая печка) и воображаемой (холодная печка)? Очевидно, что животные их не различают, что доказало исследование крупного рогатого скота, который держали за электрическим ограждением. Первым делом животных поместили в тесный загон с электрическим ограждением, которое дает несильный удар током, если к нему прикоснуться. Электрический ток пропущен через одинарную тонкую проволоку.

Всего через день, а в некоторых случаях даже через час, коровы, которых ударило током, научились не подходить к ограждению. Затем их выпускали на пастбище, которое было огорожено одинарной проволокой. Даже несмотря на то, что они могли легко прорвать это ограждение, они помнили опыт удара током от электрической ограды. Таким образом, старый принцип физического удерживания коров за оградой из жердей заменяется психологическим барьером. Фермерам старой закалки сложно признать, что психологическая преграда сильнее физической, но эксперимент показал обратное. Голодных коров отделяла от тюка прессованного сена проволока под током, но они не могли прорвать это ограждение даже чтобы добраться до пищи.

Дети и внуки мышей, которых держали в страхе, никогда не знали запаха ацетофенона, но начинали дрожать, как только его чувствовали, потому что предыдущее поколение заставили связывать этот запах с болью.

Можно ли унаследовать эту форму психологической тренировки? Оказалось, что можно, и это снова подтвердил эксперимент на коровах. Чтобы скот не разбредался вдоль дороги, фермеры устанавливают решетки, обычно из стальных прутьев с отверстиями в них. И тут выяснилось, что настоящие решетки для скота ставить не обязательно. Животных можно сбить с толку видом поддельных решеток, о чем писал Руперт Шелдрейк, британский биолог, известный своими смелыми идеями и исследованиями. (Благодаря им он стал мыслителем-новатором, смелым революционером, отвергнутым сторонниками традиционной биологии, или же тем, кто слишком легко верит в загадочные явления, – зависит от того, кем его считаете лично вы. Мы очень ценим его смелость.) В статье в журнале «New Scientist» в 1988 г. Шелдрейк пишет:

«Фермеры по всему Западу Америки обнаружили, что могут сэкономить на решетках для скота, и начали использовать фальшивые решетки из полос, нарисованных поперек дороги… Настоящие решетки физически не дают животным пройти через них, и скот не пытается это сделать, он их избегает. Воображаемые решетки работают как настоящие. Когда животные приближаются к ним, они „тормозят всеми четырьмя ногами“, как объяснил мне один из фермеров».

И хотя Шелдрейка раскритиковали друзья в Неваде, к которым он приезжал, результаты заинтересовали его. На протяжении десятков лет Шелдрейк был, пожалуй, единственным, кто предполагал, что память можно передавать от предыдущего поколения к последующему. Он не испугался насмешек со стороны генетиков-традиционалистов, а это было задолго до расцвета эпигенетики, и написал книги «The Presence of the Past» («Присутствие прошлого») (1988) и «A New Science of Life» («Новая наука о жизни») (1995), в которых собрал доказательства того, что наследование через поколение реально, и количество этих доказательств только возросло. Это и по сей день захватывающие книги, которые открывают читателю глаза на то, что основная движущая сила эволюции – память. Как объясняет Шелдрейк:

«Согласно моей гипотезе… живые организмы наследуют опыт от предыдущих особей своего вида. Полагаю, что эта коллективная память присуща морфологическим полям и передается во времени и пространстве… С этой точки зрения, скот при первом столкновении с решетками или чем-то похожим на них будет стремиться их избегать из-за [наследования] от другого скота, который на собственном опыте убедился, что проходить через них не надо».

Скептик возразил бы, что этому существуют другие, куда более приемлемые традиционные объяснения. Могло быть и так, что коровы не наследуют боязнь решеток для скота, но начинают избегать их после болезненного опыта столкновения с реальными решетками или же каким-то образом понимают на примере самых опытных животных в стаде.

Шелдрейк отвечает:

«Не думаю, что дело обстоит именно так. Фермеры сказали, что стада, которые прежде не сталкивались с настоящими решетками, также избегают фальшивых. Это обнаружили и ученые из отделения зоотехнии Колорадского университета и Техасского механико-сельскохозяйственного университета, с которыми я переписывался. Тед Фрэнд из Техасского механико-сельскохозяйственного университета изучал реакцию нескольких сотен голов скота на нарисованные решетки и увидел, что животные, которые не видели настоящих решеток, избегают фальшивых так же, как и животные, у которых был опыт столкновения с настоящими решетками».

Существует ли такая возможность для людей? Наследование поведенческих признаков могло бы объяснить, почему индейцы мохок поколениями работали на строительстве небоскребов Нью-Йорка, – они способны ходить по балкам на высоте сотен метров над землей и совершенно не боятся упасть. Могли ли они унаследовать этот признак? Может ли наследственность сыграть роль в том, что российские шахматисты множество раз выигрывали чемпионаты мира?

В то же время этот эффект достаточно гибкий для того, чтобы его можно было обратить, по крайней мере у животных. Шелдрейк пишет о животных, которые избегают фальшивых решеток:

«И тем не менее магию фальшивых решеток можно разрушить. Если коров принудительно гнать вперед или если по ту сторону решетки находится еда, они перепрыгнут через решетку, но иногда одна из коров может внимательно изучить решетку и просто пройти по ней. Если это сделает одно из животных в стаде, вскоре это сделают и другие. После этого фальшивая решетка перестает действовать как барьер».

У овец и лошадей, по крайней мере у некоторых из них, также проявляется врожденная тенденция не переходить через нарисованные решетки. И наоборот, в ходе, возможно, единственного эксперимента на свиньях животные подбегали к нарисованным решеткам, обнюхивали их и начинали облизывать. Техасские ученые использовали смываемую водорастворимую краску на основе муки и яиц.

Эти аспекты поведения легко заметить. Все мы опытные путешественники во времени внутри нашего сознания. Но насколько мы сильны в хранении и восстановлении воспоминаний, настолько же мы проигрываем в стирании плохих воспоминаний. Воспоминания прилипчивы. Последствия старых травм могут не исчезать и в результате многолетнего лечения. Наркотики и алкоголь только временно маскируют их. Отрицание заметает мусор плохих воспоминаний под ковер, но нет никакой гарантии, что они там и останутся.

Генетики говорят, что любой опыт прошлого, хоть положительный, хоть отрицательный, прилипает к нам, потому что занял свое место через химические связи глубоко внутри клетки, в ядре, где находится ДНК. В молекуле соли атомы натрия и хлора прочно связаны друг с другом. Их связанность определяется многими факторами, и если вы разделили соль на компоненты, высвободившийся в результате хлор будет ядовитым. Точно так же связям ДНК необходимо оставаться невредимыми, иначе жизнь растворится в облаке атомов.

Жизнь заключается в постоянстве памяти. До недавнего времени единственной существующей связью считались перемычки, которые соединяют нити двойной спирали ДНК. Однако эпигенетика прибегает к химическим методам для создания генетической памяти прошлого опыта, которая намного более свежая и личная, чем самая первая память молекулы ДНК возрастом 2,8 миллиарда лет.

От адаптации к изменению

Генетика быстро движется по пути к своей второй революции, но как это влияет лично на вас и вашу повседневную жизнь? Просто через адаптацию. Динозавры так хорошо приспособились к окружающей среде, в которой они жили, что считались главными хищниками на Земле. Они миновали климатические барьеры и мигрировали в более холодные регионы, которые теперь находятся в Арктике (принимая во внимание дрейф тектонических плит). В своем питании динозавры были в основном вегетарианцами и иногда плотоядными. Но катаклизм, столь же сильный, как и адаптивность динозавров, уничтожил их. Из-за огромного метеорита, который упал предположительно на территории современного Юкатана, Мексика, климат в одночасье резко изменился. Облака пыли, которые поднялись от столкновения, закрыли солнце по всему земному шару, температура воздуха постепенно упала, а ДНК динозавров не хватило времени на изменения.

Или хватило? Некоторые ныне существующие виды рептилий выживают в холодном климате, когда впадают в спячку на зиму. Это позволяет змеям жить в Новой Англии. Но на адаптацию уходят долгие годы и даже миллиарды лет, если виду приходится ждать случайной мутации. Адаптация через экспрессию генов может произойти намного быстрее.

В 1942 г. голландский ветеринар и специалист по анатомии Э. Дж. Слийпер писал о козочке, которая родилась в 1920-е годы с нефункциональными передними ногами. Козленок смог адаптироваться к своему незавидному положению и научился прыгать как кенгуру на задних ногах. Животное прожило год, а потом внезапно умерло. Вскрыв мертвое животное, Слийпер обнаружил несколько сюрпризов. Кости задних ног козочки стали длиннее. Позвоночник животного был S-образным, и способ прикрепления мышц к костям напоминал скорее человеческий организм, чем организм козы. Также начали формироваться еще два признака, характерных для человека – более широкая и толстая костная пластина, которая защищала колено, и скругленная брюшная полость.

Невероятно думать о том, что всего за год нового поведения благодаря прямохождению началось превращение козы в человека, или, по крайней мере, двуногое животное, потому что все эти изменения связаны с эволюцией хождения на двух ногах. Сама активность генов изменилась и задала новую модель анатомии козы. Долгое время коза Слийпера не привлекала ничьего серьезного внимания. Стандартный дарвинистский подход диктует, что живые существа начинают ходить на двух ногах из-за случайных мутаций, которые изменили нашу сутулую осанку, характерную для других приматов, и такие мутации изредка случаются. Даже без наблюдений Слийпера сторонникам эволюции сложно правдоподобно объяснить, как могли все анатомические изменения, позволяющие людям ходить прямо, развиться одновременно. Они работают все вместе, и пример козы доказал, что развиться они тоже могли вместе, не как мутации, а как способ адаптации. Может ли эпигеном передать полный набор взаимосвязанных изменений?

Пока об этом спорят то тут, то там, скорость адаптации людей не снижается. Вопрос о том, как повлияет ваш образ жизни на ваших детей и внуков, еще не решен. Но перемены, которые происходят лично с вами, не обсуждаются.

Именно поэтому однояйцевые близнецы не в полной мере идентичны. С самого момента рождения они живут разной жизнью и становятся разными людьми, несмотря на то, что их геномы – точная копия друг друга. Однояйцевые близнецы могут различаться в предрасположенностях к заболеваниям и в поведении. Обычно генетические исследования на однояйцевых близнецах проводили с целью определить, что такое наследственность заболевания. Если у одного из близнецов проявляется некое заболевание, каковы шансы, что оно проявится и у другого в течение пятнадцати лет или около того? Это легко рассчитать. Согласно данным изучения сотен пар однояйцевых близнецов, возможность болезни Альцгеймера составляет 79 %. Это означает, что в 21 % случаев этот риск определяется образом жизни даже при идентичном геноме.

На адаптацию уходят долгие годы и даже миллиарды лет, если виду приходится ждать случайной мутации. Адаптация через экспрессию генов может произойти намного быстрее.

И наоборот, наследственность болезни Паркинсона составляет всего около 5 %, из-за чего образ жизни оказывает куда большее влияние на возможность ее проявления. Наследственный фактор переломов шейки бедра в возрасте до 70 лет составляет 68 %, но после 70 он снижается до 47 %. У коронарной недостаточности наследственный фактор составляет около 50 %, не больше случайного шанса. У разных видов рака – толстой кишки, груди и легких – наследственность среди однояйцевых близнецов составляет от 25 до 40 %, и потому существует точка зрения, что большинство, и возможно, абсолютное большинство, видов рака можно предотвратить. Эпигенетические изменения, связанные с развитием рака, могут быть обусловлены регулярным воздействием асбеста, растворителей или сигаретного дыма. Тем не менее эти изменения можно нейтрализовать здоровым питанием и регулярными физическими упражнениями, которые существенно повысят эту возможность.

Для физических изменений не всегда нужны физические причины. Иногда стимулом может послужить одно лишь слово. Если вы встретите нового человека и влюбитесь в него, это вызовет серьезные изменения в активности вашего мозга, чему есть подробное документальное подтверждение, и если тот, в кого вы влюблены, скажет вам не «Я встречаюсь с другим», а «Я тебя люблю», экспрессия генов в эмоциональном центре вашего мозга очень сильно изменится. В то же время химические сообщения, которые отправляются посредством эндокринной системы, помогут сердцу и другим органам адаптироваться. Если на ваши чувства ответят, ваше сердце будет трепетать, а если вас отвергнут – разрываться. В обоих случаях экспрессия генов будет разной.

Старые как мир переживания научно обоснованы. В ходе исследования 1991 г. микробиологи из Алабамского университета вводили мышам вещество, которое укрепляло их иммунную систему – кополимер полиинозиновой и полицитидиловой кислот. Это вещество усиливает активность части иммунной системы, которая содержит естественные клетки-киллеры. В то же время в воздух выпустили запах камфары. Мышей быстро выдрессировали связывать этот запах с введением препарата, после чего небольшой его дозы хватало для стимуляции естественных клеток-киллеров, пока в воздухе присутствовал запах камфары.

Организмы мышей начинали сами вырабатывать вещества, необходимые для стимуляции иммунной системы. Для этого им был нужен лишь небольшой триггер. Это впечатляющее открытие показывает, что гены могут адаптироваться в определенном направлении при очень низкой мотивации. Сами молекулы камфары, проходя от носа мыши к ее мозгу, не оказывают никакого влияния на ее иммунную систему. Эффект создала именно ассоциация с запахом камфары. Мы сделали еще один шаг вперед от экспериментов на коровах, поведение которых изменилось, потому что они помнили боль от удара током. Мыши ничего не запоминали сознательно. Их организмы адаптировались без участия сознания (какое бы оно там ни было), им не пришлось ничему учиться или даже думать.

Люди, конечно же, могут думать, но наши организмы постоянно подвергаются воздействиям разного рода, даже когда мы об этом не знаем. Что касается запаха, феромоны, которые выделяет кожа, связаны с сексуальной привлекательностью у млекопитающих и, предположительно, имеют то же значение у людей. В ходе экспериментов с ароматерапией ученые обнаружили, что участники эксперимента отмечали улучшение настроения после того, как они понюхали масло лимона. Когда же они нюхали масло лаванды или ничем не ароматизированную воду, их настроение не менялось. Настроение улучшалось независимо от того, проходили они до этого курс ароматерапии или нет. При этом одной группе участников ничего не рассказали ни об ароматах, ни о том, какого эффекта от них ждать, и их настроение все равно стало лучше.

Тем не менее нельзя не отметить, насколько сильный эффект дает ожидание. Плацебо-эффект заключается в том, что пациенту дают обычную сахарную пилюлю и говорят, что это лекарство, которое может облегчить симптомы, например, боль или тошноту, и у 30–50 % людей организм начинает вырабатывать вещества, необходимые для ожидаемого результата. Даже когда о плацебо-эффекте стало известно, примечательно, что сами слова (например, «Это поможет вам от тошноты») могут запустить специфическую реакцию, которая связывает мозг и желудок. Человеку можно даже дать таблетку, которая вызывает тошноту, но сказать при этом, что она помогает от тошноты, и у некоторых людей тошнота прекратится. Для полноты картины существует обратный антиплацебо-эффект, при котором сахарная пилюля оказывается бесполезной, а то и вызывает негативный эффект, если человеку, которому ее дали, сказать, что это лекарство не принесет ему никакой пользы.

Кажется, мы достаточно далеко отошли от того, как адаптация провалилась у динозавров, но все эти открытия имеют большое значение. Если простой аромат или слова «От этого тебе станет легче» способны изменить экспрессию генов и если абсолютно нейтральное вещество способно вызывать тошноту или помочь от нее избавиться, перед нами открывается целый мир адаптации. Вместо того чтобы сформировать условный рефлекс и, подобно собакам Павлова, пускать слюну каждый раз, когда звенит колокольчик, сигнал которого связан с приемом пищи, люди делают еще один шаг и переходят к интерпретации.

У мышей, которые научились связывать запах камфары с усилением иммунной реакции, никакой интерпретации не было. Но любая попытка натренировать на подобное поведение человека имеет почти половинные шансы провалиться. Позитивные стимулы, такие как деньги, власть, удовольствие, действуют на всех, но всегда найдется человек, который скажет «нет» и уйдет. Негативные стимулы, такие как физическое наказание, притеснения или принуждение, с большой вероятностью заставят человека делать то, что хотят от него мучители, но всегда найдется тот, кто будет им сопротивляться. Между стимулом и реакцией находится разумное сознание, способное интерпретировать ситуацию и отвечать на нее соответственно.

Гены могут адаптироваться в определенном направлении при очень низкой мотивации.

Итак, у нас есть петля обратной связи, которая работает с каждым переживанием. Существует инициирующее условие А, которое ведет к ментальной интерпретации Б, результат которой – реакция В. Сознание запоминает эту реакцию, и в следующий раз, когда возникает условие А, реакция не будет идентичной. Эта петля обратной связи подобна нескончаемому разговору между сознанием, телом и внешним миром. Мы адаптируемся постоянно и быстро.

Результат был еще интереснее, когда в воздух выпускался все тот же аромат камфары, но крысам вводили препарат, который ослабляет иммунный ответ. И снова по прошествии некоторого времени стоило только аромату камфары появиться в воздухе, иммунная система животных ослабевала. Иными словами, один и тот же стимул (камфара) способен вызвать как реакцию определенного типа, так и ее полную противоположность.

Несмотря на все возрастающее число доказательств в пользу эпигенетики, некоторые биологи-эволюционисты настаивают на том, что эволюция нашего вида полностью случайна и основана только на естественной селекции. И если вы посмеете только предположить, что может существовать некая динамичная эпигенетическая программа, согласно которой и происходит эволюция нашего вида, вы наткнетесь на стену непонимания. Типичные эволюционисты с пеной у рта заклеймят вас «креационистом» и будут донимать вас понятием «теории разумного начала». Но мы точно не имеем в виду «теорию разумного начала». Однако, если рассматривать все растущее число доказательств влияния эпигенетики на здоровье в целом, настало время серьезно задуматься о том, что вторая генетическая революция говорит нам о нашей собственной эволюции.

Разница может оказаться решающей. На протяжении почти тридцати лет в Университете штата Огайо профессор Дженис Кикольт-Глейзер и ее коллеги изучают воздействие хронического стресса на иммунную систему. Общая картина уже была хорошо изучена. Если вы постоянно подвергаетесь стрессу, ваша сопротивляемость заболеваниям снизится. Кроме того, повышается риск развития сердечно-сосудистых заболеваний и гипертонии. Но люди куда меньше знают об опасностях ежедневного стресса, того, который причиняет нам дискомфорт, но с которым нам нужно мириться.

Группа Кикольт-Глейзер рассматривала стресс, который стал распространенным лишь недавно – у ход за страдающими болезнью Альцгеймера. Поколение демографического взрыва все чаще и чаще сталкивается с необходимостью ухаживать за стареющими родителями с болезнью Альцгеймера, а поскольку профессиональный уход ограничен и слишком дорого обходится, брать на себя все заботы приходится выросшим детям. Как бы мы ни любили наших родителей, непрерывный ежедневный уход становится источником сильного хронического стресса.

Мы платим генетическую цену. По данным исследовательского сайта Университета штата Огайо, «…работы других ученых показали, что у матерей, которые ухаживают за хронически больными детьми, отмечаются изменения в хромосомном наборе, что ведет к их преждевременному старению». Когда ученые прицельно занялись исследованием ухаживающих за страдающими болезнью Альцгеймера, для группы Кикольт-Глейзер было неудивительно обнаружить высокие показатели депрессии и прочих психологических эффектов. Но они также хотели изучить и клетки, которые послужили бы доказательством генетических изменений.

Ученые обнаружили их в теломерах иммунных клеток. Напомним, что теломеры – это концевые участки последовательности ДНК, как точка в конце предложения. При постоянном делении клеток теломеры изнашиваются, что и служит признаком старения. «Мы считаем, что изменения в иммунных клетках отражают состояние всех клеток организма, исходя из того, что все клетки организма стареют одновременно», – говорит Кикольт-Глейзер. По ее оценкам, это отнимает у тех, кто ухаживает за людьми с болезнью Альцгеймера, от четырех до восьми лет жизни. Иными словами, адаптивность нашего организма сильно ограничена.

Кикольт-Глейзер указала на многочисленные данные, которые доказывают, что люди, занимающиеся уходом за больными и подвергающиеся стрессу, умирают быстрее, чем те, кто не выполняет подобных обязанностей. «Теперь у нас есть веское биологическое обоснование, почему это происходит», – с казала она. Руди предварительно оценил последовательности всего генома 1500 пациентов с болезнью Альцгеймера и их здоровых братьев и сестер и обнаружил, что в геноме полно повторяющихся последовательностей А, Ц, Т и Г. Некоторые из этих повторяющихся последовательностей в ДНК могут связывать определенные белки, которые находятся глубоко в ядре клетки и контролируют активность расположенных рядом генов. Другие повторяющиеся последовательности расположены на концах хромосом, и их длину контролируют белки, например теломераза. Чем дольше концы хромосом остаются стабильными (восстанавливаются за счет теломеразы), тем дольше живет клетка.

Фактически на протяжении всей нашей жизни мы ежедневно адаптируемся к окружающей среде и изменяем для этого свой организм, в том числе и на уровне активности генов. Следующая пища, которую вы съедите, следующее ваше настроение, следующий час физических нагрузок приносят в ваш организм бесконечный поток изменений. Дарвин объяснил, как вид адаптируется к окружающей среде на протяжении миллиардов лет, учитывая, что за десятки миллионов лет динозавры сначала появились, а потом превратились в птиц. Маховые перья для убежденного дарвиниста – лишь физическая адаптация к требованиям окружающей среды и ничего больше. Но на самом деле наш геном адаптируется в реальном времени каждый момент нашей жизни, и это проявляется в активности генов. Возможно ли, что эти адаптации сами по себе являются движущим фактором?

Сегодня этот вопрос крайне важен. Для подавляющего большинства сторонников эволюции ставить адаптацию впереди мутации неприемлемо. Но существуют исключения. В статье, опубликованной в журнале «New Scientist» в январе 2015 г. под названием «Адаптируйся сначала, мутируй потом», репортер Колин Баррасс рассматривает козу Слийпера в новом контексте. Примитивная африканская рыба, известная как бичир, обладает способностью выживать на суше. Адаптация в виде способности передвигаться по суше позволяет рыбе бичир переживать сезон засухи, покидая пересохший водоем в поисках свежей пресной воды, а также новых источников пищи и территорий для жизни. Другим видам тоже доступна такая адаптация. Когда лягушковый клариевый сом из Юго-Восточной Азии (Clarias batrachus) сбежал во Флориде, он передвигался по суше на большие расстояния. Сом не пользуется ногами, но ползает, опираясь на передние или грудные плавники, что помогает ему держать голову поднятой. Пока рыба остается влажной, она может пребывать на суше сколь угодно долго.

Эта адаптация напомнила биологу-эволюционисту из Университета Оттавы Эмили Стенден о том, как сотни миллионов лет назад древние рыбы вышли из океана. Совсем недавно найденная окаменелость возрастом в 360 миллионов лет стала сенсационным доказательством эпохальных изменений жизни на Земле. У недавно обнаруженного животного, которое назвали тиктаалик, был скелет, похожий на скелет рыбы, но с новыми частями, более характерными для четвероногих обитателей суши. Стенден специализируется на механике эволюции видов и показывает заинтересованным, могли ли такие адаптации ускоряться – а они могли, и весьма серьезными темпами.

Стенден и ее команда вытащили рыб бичир на сушу, и рыбы, которым пришлось ползать с опорой на плавники больше, чем в естественных условиях, изменили свое поведение и стали передвигаться более уверенно. Они крепче прижимали плавники к телу и держали голову выше. С их скелетом также произошли эволюционные изменения: кости, на которых держались плавники, изменили форму за счет действия возросшей силы земного тяготения (в воде рыбы весят меньше). Как и в случае с козой Слийпера, развился целый ряд необходимых адаптаций. Чтобы оценить, к чему приведут нас эти исследования, потребуется время, но они уже предполагают то, что сказано в статье из «New Scientist»: «Адаптируйся сначала, мутируй потом».

Многое еще предстоит узнать, но уверяем, это ведет к чему-то грандиозному. Замещение простой модели эволюции, в основе которой лежат причинно-следственные связи, облаком непонятных влияний выбивает из колеи. То же самое можно сказать и о вашем организме прямо сейчас. Каждый день его бомбардируют различные влияния – пища, поведение, умственная деятельность, пять чувств, а также все, что происходит в окружающей среде. Какой из этих факторов будет решающим? Вы можете иметь генетическую предрасположенность к депрессии или диабету второго типа, или к определенным видам рака, но лишь у некоторых людей с такой предрасположенностью эти гены сработают. Выделить отдельный фактор или отдельные факторы – все равно что подбросить в воздух колоду карт и попытаться вытащить оттуда, скажем, туз пик, когда они упадут на землю.

Ученые не откажутся так просто от линейной причинно-следственной модели. Многим противна сама идея такого отказа. Итак, нам остается модель, которая выглядит как традиционная русская кукла матрешка: внутри самой большой куклы находится кукла поменьше, внутри нее – еще меньше, и так далее. В конечном итоге среди кукол, вложенных одна в другую, последняя окажется невероятно маленькой. Эти куклы забавны, но что, если заявить, что самую большую из них построила та, что поменьше, а ее в свою очередь построила та, что еще меньше, и так далее?

Образ жизни, который вела ваша мать, когда была беременна вами, может отразиться на активности ваших собственных генов и спровоцировать риск развития тех или иных заболеваний через десятки лет.

Фактически именно сюда и завела нас генетика. Иногда генетическая картина достаточно ясная, и никакой неопределенности не возникает. Представьте себе одного белого фламинго среди тысяч розовых. Из-за чего он белый? Линейная последовательность рассуждений дает ответ. Сперва идет вид, род Phoenicopterus объединяет шесть видов фламинго, которые живут в Африке и обеих Америках. У каждого вида есть доминантный ген, который окрашивает перья птиц в розовый цвет поколение за поколением. Но любой ген может мутировать или не активироваться, что в случайном порядке приводит к альбинизму у отдельного птенца. Число птенцов, которые родятся с белыми перьями, можно статистически спрогнозировать, на этом история и заканчивается.

Здесь мы рассуждаем по принципу матрешки и переходим к меньшим и меньшим уровням природы в поиске причин. Это редукционистский метод, научная ценность которого проверена временем. В исследовании природы до уровня мельчайших компонентов и заключается самая суть науки, будь это физик, который изучает субатомные частицы, или генетик, который изучает метиловые метки гена. Но здесь существует весьма серьезная проблема.

Допустим, кто-то страдает ожирением из-за эпидемии ожирения, прокатившейся по развитым странам. Существует множество предположений о причинах ожирения. Среди них стресс, гормональный дисбаланс, вредные пищевые привычки с детства и переизбыток рафинированного сахара и крахмала в современных продуктах питания. Если рассуждать по принципу матрешки, конечное объяснение можно отследить на генетическом уровне. Хотя «ген ожирения» старательно искали и поиски стали еще интенсивнее с появлением статистических доказательств того, что лишний вес появляется у всей семьи, но успех проекта был ограниченным, выявить удалось несколько генов, например, гены FTO, в которых содержатся варианты ДНК, дающие небольшую предрасположенность к ожирению. Как и в случае с такими заболеваниями, как шизофрения, влияние генов дает в лучшем случае предрасположенность.

Сегодня нам удалось обнаружить «меньшую куклу» в виде эпигенетики и механизмов переключения и контроля. Почти любой фактор, который мог бы способствовать развитию ожирения, будь то постоянный стресс, переизбыток сахара, вредные пищевые привычки или гормональный дисбаланс, теоретически можно отрегулировать с помощью эпигенома, своего рода переключательной станции, которая переводит опыт в генетические изменения. Но тут редукционистские аргументы заходят в тупик. Точно сказать, какой именно опыт будет соответствовать появлению на гене той или иной метки, которая изменит активность гена, невероятно сложно. Некоторые люди страдают ожирением без всякого стресса, переизбытка сахара и так далее. В результате невозможно сколько-нибудь точно предсказать, как прошлый или будущий опыт изменит активность ваших генов. Облако причин, которое окружает столь внезапный высокий рост голландцев, относится и к большому числу аспектов эпигенетики. Что-то создает метиловые метки, но метка материальна, а это «что-то», что ее создало, не материально. Токсин, который содержится в окружающей среде, может вызвать эпигенетические изменения, но это же может сделать и сильная эмоция, например, страх, по крайней мере у мышей.

Если посмотреть глубже, базовое предположение о материальности причин эпигенетических меток оказывается сомнительным. Это целый спектр жизненного опыта, от физического взаимодействия до эмоциональных реакций, которые управляют химическими изменениями тех или иных генов и оставляют на них метиловые метки. Как вы помните, метиловая метка – это наиболее изученный метод, которым эпигеном изменяет ген, и размеры ее невероятно малы. Химически метильная группа по размерам не больше атома углерода, связанного с тремя атомами водорода. Метки метилирования только для пары оснований Ц (цитозин) напоминают рыб-прилипал у акульего брюха, а молекула цитозина в сорок раз больше. Доказано, что при изменении ДНК большим количеством метильных меток некоторая ее часть отключается. Кажется, мы нашли самую маленькую куклу, которая включает и выключает больших. Девяносто процентов изменений в ДНК, связанных с заболеванием, расположены на переключаемых участках гена. Более того, эпигенетика оказывает существенное воздействие на внутриутробное развитие, поведенческие и личностные особенности и склонность к заболеваниям помимо генов и мутаций, которые мы наследуем от родителей.

Образ жизни, который вела ваша мать, когда была беременна вами, может отразиться на активности ваших собственных генов и спровоцировать риск развития тех или иных заболеваний через десятки лет. Канадские исследователи из Университета Летбриджа поместили взрослых крыс в условия постоянного стресса, а затем наблюдали за их потомством. У самок следующего поколения крыс детеныши рождались недоношенными. Даже самки поколения, последовавшего за ним, приносили недоношенное потомство, хотя их стрессу не подвергали. Исследователи предположили, что причины этому кроются в эпигенетике. Точнее, они предположили, что эпигенетические изменения, которые обусловлены стрессом, затрагивают микро-РНК[2], крошечные сегменты РНК, которые производит геном и которые регулируют активность генов.

Если не рассматривать возможные аномалии, которые станут предметом медицинских исследований, переключение объясняет, как мы стали такими, какие мы есть. Это основа путешествия, в котором оплодотворенная яйцеклетка в матке своей матери вырастает в полностью сформированного здорового ребенка. Как только первая клетка начинает делиться, каждая последующая клетка содержит ту же самую ДНК. Но для того чтобы из них развился полноценный ребенок, необходимы клетки печени, сердца, мозга и т. д., и все они должны различаться. Эту разницу и регулирует эпигеном и его метки. Стало понятно, что срочно нужна карта эпигенома, которая поможет определить, какую роль клетки каждого типа играют в развитии эмбриона. Четыре страны – США, Франция, Германия и Великобритания – спонсировали проект «Эпигеном человека», миссия которого состоит в том, чтобы показать, где находятся все соответствующие метки, или, выражаясь официальным языком, «идентифицировать, систематизировать и интерпретировать по всему геному структуры метилирования ДНК во всех генах человека и во всех основных тканях».

При участии более 200 ученых в феврале 2015 г. проект достиг ключевой точки, было опубликовано 24 работы с описанием того, какие из миллионов переключателей определяют развитие более 100 типов клеток нашего организма. Для этого потребовалось провести сотни опытов над клетками тканей взрослых людей, а также стволовыми клетками и клетками эмбрионов. (Теоретически пересчитать пятна на шкуре всех леопардов мира было бы проще.) Химические вещества, которые регулируют различные типы клеток, уже были известны, и иногда их переключатели расположены далеко от гена, на который они воздействуют. Фактически переключатель А может находиться на порядочном расстоянии от гена Б. В некоторых случаях исследователям приходилось делать выводы о роли переключателя, изучив химическое соединение-регулятор. Если оно присутствовало в клетке, ученые делали вывод, что переключатель активен.

Составление карты эпигенома в таком объеме было удивительной разработкой. Активация и деактивация основных генов могла бы стать наилучшим вариантом предотвращения и лечения целого ряда заболеваний. Как признают сами ученые, выявление всех переключателей дало бы им море новых данных, но это всего лишь начало. При активности ДНК переключатели взаимодействуют. Они образуют контуры, которые называют сетями, а также могут воздействовать на ген даже на расстоянии. Разобраться в системе контуров не означает понять, почему возникает та или иная активность, точно так же, как определение местоположения всех телефонных аппаратов в городе не скажет вам, о чем говорят люди, когда звонят друг другу. Эпигенетика позволяет активировать разные участки генома параллельно благодаря трехмерной реорганизации генома (например, сложить нить ДНК в петлю), из-за чего эти участки становятся ближе друг к другу.

Аллергия похожа на ошибочное установление личности, когда организм принимает безобидное вещество за враждебное, что ведет к аллергической реакции, которую создает сам организм, а не внешнее вещество.

Существует также воздействие, которое эпигенетика оказывает на ребенка в первые дни его жизни после того, как он покидает утробу матери. Этот период служит поворотной точкой между эпигенетическим влиянием матери и опытом, который принадлежит только ребенку. Насколько важно наложение одного на другое? Этот вопрос основной для медицинских исследований, связанных с младенцами, и одно из них относится к аллергии на арахис. По данным, опубликованным в «New York Times» в феврале 2015 г., приблизительно у 2 % детей в США аллергия на арахис, и это число увеличилось в четыре раза с 1997 г. Никто не может объяснить причину увеличения числа людей с аллергией за последние несколько десятков лет – это также остается загадкой. То же самое можно сказать и о других западных странах.

Ребенок с сильной аллергией на арахис может умереть даже от совсем небольшого его количества в пище. Существует стандартная рекомендация, что употребление в пищу арахисового масла и других продуктов, содержащих арахис, повышает риск развития аллергии. Но результаты тщательного исследования, опубликованные в «New England Journal of Medicine», перевернули традиционные представления об аллергии с ног на голову. При употреблении детьми в пищу арахисового масла и продуктов, содержащих арахис, в первые годы жизни «риск развития аллергии на арахис существенно снижается», пришли к заключению авторы исследования. Новость ободряющая, поскольку она означает, что существует возможность приостановить или обратить возрастающую тенденцию.

Новое исследование проводилось в Лондоне, где 530 детей раннего возраста, находившихся в группе риска развития аллергии на арахис (например, у них уже была аллергия на молоко и яйца), разделили на две группы. Начиная с возраста от 4 до 11 месяцев дети первой группы употребляли в пищу продукты, которые содержали арахис, а из рациона детей второй группы эти продукты были полностью исключены. К возрасту пяти лет у детей, которые употребляли в пищу арахис, наблюдалось намного меньше случаев развития аллергии, чем у детей, чьи родители исключили арахис из их рациона, соотношение составило 1,9 % против 13,7 %. Это позволило выдвинуть предположение, что исключение арахиса из рациона детей способствовало увеличению числа аллергических реакций.

Довольно долгое время родители пребывали в заблуждении насчет аллергических реакций у новорожденных, и не только на арахис. До этого открытия данные были неоднозначными. Новорожденный ребенок наследует от матери иммунную систему, которая служит своего рода мостом, пока организм ребенка не начнет вырабатывать собственные антитела. Зобная железа, расположенная точно между легкими и перед сердцем – место, где вызревают Т-клетки иммунной системы. Когда организм атакуют извне вирусы, бактерии или, например, пыльца, Т-клетки отвечают за то, какие из них отторгнуть. Аллергия похожа на ошибочное установление личности, когда организм принимает безобидное вещество за враждебное, что ведет к аллергической реакции, которую создает сам организм, а не внешнее вещество.

Период наибольшей активности зобной железы длится с самого рождения и на протяжении всего детского возраста, пока не сформируется полный набор Т-клеток, а с наступлением пубертатного периода этот орган атрофируется. Вопрос с центрами аллергии заключается в том, какую часть нашего иммунитета мы наследуем генетически, а на какую влияет окружающая среда после нашего рождения. Для объяснения столь существенного повышения количества аллергических реакций в развитых странах можно допустить, что чем более загрязнена окружающая среда, тем острее должна быть проблема. Но после распада Советского Союза и получения статуса независимых государств республиками, входившими в его состав, которые по загрязненности окружающей среды опережали США и Западную Европу, ученые к своему огромному удивлению обнаружили, что в сильно загрязненных областях Восточной Европы аллергических реакций было меньше, чем на Западе.

Затем стали считать, что правдиво обратное: в чистых западных странах с хорошим санитарным состоянием иммунная система не может противостоять внешним веществам, к которым она должна адаптироваться. Таким образом, было бы крайне важно обнаружить причину аллергии на арахис. В 2000 г. Американская педиатрическая академия выпустила инструкции, в которых рекомендовала исключить из рациона детей в возрасте до трех лет продукты, содержащие арахис, если дети входят в группу риска развития аллергии. К 2008 г. академия признала отсутствие убедительных доказательств эффективности исключения арахиса из рациона детей в возрасте от 4 до 6 месяцев. Однако исследования, которые могли бы подтвердить, что не стоит полностью исключать арахис из рациона, еще не проводились. Первый настоящий ключ к ответу появился благодаря исследованию 2008 г., когда ученые обнаружили, что число детей с аллергией на арахис в Израиле было равно одной десятой части всех еврейский детей в Великобритании. Существенная разница состояла в том, что дети в Израиле употребляют в пищу арахис в течение первых лет жизни, особенно популярную сладость «Бамба» с воздушной кукурузой и арахисовым маслом, а родители британских детей исключают арахис из их рациона, если знают об их аллергии.

Новое исследование не затрагивало другие пищевые продукты, на которые у детей развивается аллергия. Осталось ответить на два главных вопроса. Если дети, которые употребляют в пищу продукты, содержащие арахис, прекращают их есть, остается ли у них предрасположенность к аллергии? Сейчас проводится дополнительное исследование этого вопроса с теми же участниками. Второй вопрос: применимы ли результаты исследования к детям с низким риском пищевой аллергии? Это неизвестно, но исследователи в основном считают, что употребление в пищу продуктов, содержащих арахис, не причинит им вреда. Впрочем, просить обеспокоенных родителей изменить привычки может оказаться непросто, поскольку стандартная забота о ребенке включает в себя в том числе и исключение «неправильных» продуктов.

Мы вдаемся в детали не потому, что у нас есть ответ на вопрос о причине аллергических реакций, но для того, чтобы прояснить, как неоднозначно может быть влияние окружающей среды, даже если в общем известно, что эпигенетические метки к ней чувствительны. Чудесное развитие человека из эмбриона в младенца, затем в ребенка, в подростка, а потом во взрослого включает в себя замысловатый танец генов и окружающей среды. У млекопитающих взаимодействие между новорожденным детенышем и его родителями может глубоко повлиять на здоровье детеныша даже десятки лет спустя. И хотя многие открытия в этой области были сделаны на основании опытов над мышами и крысами, появляется все больше и больше доказательств того, что результаты этих исследований можно применить и к людям. Эти доказательства свидетельствуют, например, о том, что жестокое обращение, пренебрежение и недостаточный уход в раннем возрасте оказывают эпигенетическое влияние на активность генов, что негативно сказывается на последующем физическом и психическом здоровье человека.

Переключение активности генов в ответ на образ жизни происходит за счет крошечной метильной группы, которая пристает к гену, как рыба-прилипала к акуле, и оставляет характерную метку.

Хорошо это или плохо, но события первых лет жизни, которые формируют связи между родителем и ребенком, на глубинном уровне воздействуют на развитие мозга и личности ребенка. Но как устанавливаются эти связи? Все больше и больше исследований показывают, что эпигенетические изменения генов детей в большинстве своем обусловлены детским опытом, который начинается с первых дней жизни. Когда мать проводит с ребенком недостаточно времени, у него могут развиться неадекватная гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковая реакция на стресс, нарушения когнитивного развития и повышенный уровень токсичного кортизола, что показывают анализы слюны детей.

Некоторые дети, подвергающиеся жестокому обращению, умирают в молодом возрасте, и в случае такого трагического исхода их мозг можно изучить при вскрытии. Эти исследования отчетливо доказали эпигенетические изменения (повышенное метилирование) гена NR 3C 1, что ведет к отмиранию нервных клеток в области головного мозга, известной как гиппокамп, которая отвечает за кратковременную память. Подобные изменения можно обнаружить в образцах слюны, взятых у детей, подвергавшихся эмоциональному, физическому или сексуальному насилию. Такое жестокое обращение может привести к развитию психопатического поведения.

Эти открытия расширяют давнее понимание того, что жестокое обращение и недостаток или отсутствие заботы в раннем возрасте оказывают глубокое влияние на психику. Теперь же мы можем отследить причиненный вред и на клеточном уровне. В поисках биологических изменений, которые лежат в основе этих событий, все чаще и чаще задействуются эпигенетические пути, контролирующие экспрессию генов в головном мозге. Подобным же образом в будущем могут стать возможными испытания эффективности психотерапии и медикаментозного лечения, которые позволят проверить, удалось ли предотвратить негативное влияние изменений в эпигеноме.

Благодаря прогрессу это уже стало возможно при испытаниях на животных. В 2004 г. исследование д-ра Майкла Мини из Университета Макгилла показало, что в головном мозге крысят, за которыми ухаживали (вылизывали) матери, было больше глюкокортикоидных рецепторов. Это снижало тревожность и агрессивность поведения. Как удалось этого достичь? Снова благодаря эпигенетике. У мышей, которых матери кормили и вылизывали, произошло меньше эпигенетических изменений, обусловленных метилированием, генов глюкокортикоидных рецепторов. Это привело к повышению уровня кортизола и, таким образом, снизило тревожность, агрессию и стрессовую реакцию.

Большинство противоречий касается последующих поколений, которые в настоящее время испытывают стресс и подвергаются жестокому обращению. Когда мышей-самцов разлучают с матерями, они страдают повышенной тревожностью и проявляют признаки депрессии, например апатию, которые потом передают по наследству последующим поколениям. Негативные эпигенетические последствия разлучения с матерью обнаружили в сперматозоидах взрослых мышей, которые и послужили средством передачи изменений потомству. Похожие исследования показали, что целый ряд последствий плохого питания, воздействия токсинов (например, пестицидов) и стресса, которые ведут к эпигенетическим изменениям головного мозга и сперматозоидов мышей, могут передаваться по наследству последующим поколениям.

Вот пример того, как мы можем повлиять на активность собственных генов, взятый прямо из научной фантастики. Швейцарско-французская команда исследователей из Цюриха вдохновилась новой игрой под названием «Mindflex», которая вышла в комплекте с наушниками, способными фиксировать мозговые волны со лба и ушных мочек игрока. Сосредоточившись на шарике из легкой пены, игрок может поднимать и опускать его на столбике воздуха. Игра заключается в том, чтобы двигать шарик через полосу препятствий только силой мысли.

Исследователи задались вопросом, может ли тот же самый подход изменить активность генов. Они разработали шлем для ЭЭГ, который анализировал мозговые волны и мог затем передавать их беспроводным способом через Bluetooth. Согласно данным, опубликованным в «Engineering and Technology Magazine» в ноябре 2014 г., мозговые волны переводились в электромагнитное поле внутри устройства, которое питало имплант внутри клеточной культуры. В имплант была вмонтирована светодиодная лампа, которая излучала инфракрасный свет. Затем этот свет способствовал выработке определенного белка в клетках. Как прокомментировал это один из ведущих исследователей, «контроль генов подобным образом – нечто абсолютно новое и уникальное в своей простоте».

Ученые использовали инфракрасное излучение, потому что оно проникает глубоко в ткань, но при этом не разрушает клетки. После того как мысленный контроль сработал на образцах тканей, исследователи продолжили эксперименты на мышах и тоже добились успеха. Людей, которые участвовали в эксперименте, просили надеть шлем для ЭЭГ и контролировать выработку белка просто силой мысли. Участников разделили на три группы. Одну из них попросили сосредоточиться, играя на компьютере в «Minecraft». Как сообщается в статье, «судя по уровню концентрации белка в крови одной из подопытных мышей, этой группе удалось добиться ограниченных результатов. Участники из второй группы пребывали в медитации или в состоянии полного расслабления, и им удалось добиться куда более высокого уровня экспрессии белка. Третьей группе, которая использовала методы биологической обратной связи, удавалось сознательно включать и выключать светодиодную лампу, вживленную в тело подопытной мыши».

Помимо интересных последствий влияния силы мысли непосредственно на активность генов, такой подход мог бы когда-нибудь облегчить жизнь больным эпилепсией, помогая им мгновенно усваивать лекарства или включать и выключать активность определенных генов посредством вживленного в головной мозг импланта в самом начале припадка. Непосредственно перед припадком в мозге эпилептика начинается электрическая активность определенного типа, которую можно было бы использовать для активации работающего от света импланта, чтобы быстро выработать противосудорожное вещество. Подобную стратегию можно было бы применить и для лечения хронической боли. Мозг мог бы вырабатывать болеутоляющие вещества при первых признаках возникновения боли.

В общем и целом, наш геном – невероятно гибкая конструкция из ДНК и белков, внутри которой постоянно происходят изменения, касающиеся ее структуры и активности генов, и в большинстве своем эти изменения оказываются реакцией на образ жизни, который мы ведем. Но нельзя оставлять в стороне проблему матрешки. Стало очевидно, что в основе активности генов лежат ее химически обусловленные переключения. Это неоспоримо. Переключение активности генов в ответ на образ жизни происходит за счет крошечной метильной группы, которая пристает к гену, как рыба-прилипала к акуле, и оставляет характерную метку. Без этих химических изменений генов стволовая клетка не могла бы развиваться в конкретные виды клеток, то есть в клетку мозга, а не в клетку печени или сердца. На самом деле у нее бы вообще не получилось ни во что развиваться, она могла бы только бесконечно делиться подобно клеткам раковой опухоли.

Метильные метки – это не только химические изменения, которые могут выключать активность генов, они также напоминают музыкальные ноты и представляют симфонию еще более сложного взаимодействия генов между собой. Если у нас получится читать эти метки в совокупности друг с другом, мы сможем разобраться в том, какой образ жизни вели мы сами (а возможно, и наши родители, и поколение их родителей). Возможным станет напрямую из эпигенома узнать, через какой опыт они прошли, например, им удалось пережить голод. Читать эти метки как нотные знаки симфонии логично, поскольку нужно множество нот, чтобы получилась мелодия. Если смотреть только на одну нотную строку симфонии, впечатление выйдет отрывочным и поверхностным. Точно так же поиск «самой маленькой куклы» в «матрешке» не расскажет вам всей генетической истории.

В генетике метки расшифровываются на генетическом уровне, но следующий шаг, который состоит в том, чтобы объяснить их значение в контексте переживаний, сталкивается с серьезными трудностями. Во-первых, мы можем наблюдать за генетическими изменениями в реальном времени. Во-вторых, мы не можем сказать, что для опыта А характерно генетическое изменение Б, за исключением очень немногих случаев. Должна быть возможность выявить эпигенетические изменения, скажем, от курения, даже при том, что его вредное воздействие на здоровье весьма разнообразно. Зная, как могут действовать химические метки на определенных генах, мы не можем сказать, как определенный жизненный опыт, например, длительное голодание, становится причиной появления конкретных меток на конкретных генах и на каких именно участках генома они появятся.

На сегодняшний день самая большая проблема – это отсутствие связи между метками и их значением. Когда скрипач видит знаки, с которых начинается Пятая симфония Бетховена знакомым «та-да-да-ДАМ», он начинает играть, и его рука со смычком движется вверх и вниз по струнам скрипки. Вы можете увидеть движение его руки, но за этим действием скрывается еще множество невидимых элементов. Скрипач учился читать музыку и знает, что означают ноты. Для него это не просто черные значки на белой странице. Его разум переводит ноты в сложные действия, которые требуют скоординированной работы мозга, глаз, руки и пальцев. И наконец, то, о чем почти не упоминают, потому что это очевидно, человек по имени Людвиг ван Бетховен написал эту симфонию и сочинил известный во всем мире мотив из четырех нот. Эта простая группа нот лежит в основе сотен музыкальных строк.

С учетом всего этого, как химия миллионов генов и механизмы их включения и выключения, которые контролируются на химическом уровне, дают мозгу удивительную способность думать? Никто не знает. Как мозг эволюционировал на протяжении миллионов лет в ответ на программирование со стороны новых и новых мутаций? По мнению генетиков-дарвинистов, все эти мутации произошли случайно. Как из этого могла сложиться вся история, принимая во внимание, что эпигенетические изменения, которые возникают в ответ на наш образ жизни, могут определить, на каком участке генома возникнут новые мутации? В таких случаях даже Дарвину наверняка пришлось бы признать, что не все мутации происходят в случайном порядке.

Конечно, Дарвин в свое время не мог ничего знать об эпигенетике. Но что, если бы он знал? Дарвин мог бы рассказать нам, что эволюция подразумевает взаимосвязь эпигенетических меток и новых генных мутаций. Дарвин шокировал своих современников, когда исключил Бога или любого другого разумного Создателя из объяснения, откуда взялся современный человек. Разумеется, при изучении генетики предположение о наличии некоего высшего разума, который бы стоял «за сценой», не поможет нам понять, как мы эволюционировали. Но теперь мы можем рассматривать неотъемлемый организующий принцип процесса эволюции, который выходит за пределы однобокого представления о случайных мутациях и выживании наиболее приспособленных. При построении новой модели эволюции метильные метки на тысячах генов и их партнеры гистоны, активность которых тесно связана с геномом, помогут определить, где возникнут новые мутации. И тогда дарвиновский естественный отбор будет решать, какие из новых мутаций сохранятся. В этом интригующем, хотя и умозрительном сценарии мы не просто ждем у моря погоды, когда же появятся случайные мутации. Мы оказываем прямое воздействие на будущую эволюцию нашего генома, которая основана на выборах, которые мы совершаем.

Новый сильный игрок: микробиома

Генетика находится в эпицентре взрыва знаний. Непрерывно поступающие данные о геноме и эпигеноме накапливаются ежедневно даже не гигабайтами, а терабайтами, то есть триллионами байт цифровой информации, в тысячу раз больше гигабайта. Такую гору данных сложно воспринимать, еще сложнее анализировать, а тут еще совершенно неожиданно добавилась гора данных размером с Гималаи о таком явлении, как микробы. Медики обычно видят в микробах захватчиков: вирусы и бактерии становятся причиной заболеваний и разрушают иммунную защиту организма. Хотя учитывают и полезных микробов, которые обитают в пищеварительном тракте и помогают переваривать пищу.

Врач со специализацией по заболеваниям желудочно-кишечного тракта очень быстро понимает, какие расстройства могут происходить в кишечнике, но большинство людей почти не знает, что за микробы живут бок о бок с нашими собственными клетками. Если вы принимаете антибиотики, цель которых – убить болезнетворных микробов, полезная микрофлора кишечника тоже пострадает. В норме через некоторое время она восстанавливается после прекращения приема антибиотиков, и максимум, что вы заметите, – это приступ диареи. Когда у путешественников случаются кишечные расстройства вроде «делийского живота» в Индии или «мести Монтесумы» в Мексике, их причина – изменение экологии кишечника. Пищеварительная микрофлора в разных частях мира отличается. Пока вы не чувствуете боли и дискомфорта и у вас не начинается вздутие живота, диарея или запор, вы не станете обращать внимания на свое пищеварение, по крайней мере на уровне микрофлоры.

Однако за последние несколько лет неожиданно открылась важность целой популяции микробов, населяющих наш организм. На причину этого мы уже успели мимоходом намекнуть, когда упомянули, что человеческий организм содержит 100 триллионов чужеродных микробных клеток. Как мы уже говорили, это значит, что 90 % клеток нашего тела, в том числе и подавляющее большинство генетического материала, – микробы. Ваш организм содержит около 23 000 генов в сравнении с миллионом генов бактерий. В глобальном плане мы просто конструкция из бактериальных колоний с небольшой примесью человеческих клеток! Понимание этого пришло, когда открылась возможность составить полную карту генома, включая геномы сотен тысяч всевозможных микроорганизмов, которые обитают в нашем теле, в основном в кишечнике, но также во рту, на коже и прочих частях тела.

Прежде чем мы сможем разобраться с собственными генами, необходимо понять генетическое значение микробиомы, как назвали целую экосистему микроорганизмов, численность которой превышает наши клетки в пропорции 10:1 (также используется синоним «микробиота»). Эти микробы не просто зашли в гости, когда появились высокоорганизованные формы жизни. Симбиоз между клетками нашего организма и триллионами микробов продолжается на протяжении долгого времени, начиная с самого появления микробов 3,5 миллиарда лет назад. Появление наших человекоподобных предков около 2,5 миллиона лет назад – лишь мгновение в сравнении с эволюционным путем бактерий, которые могут создавать гены и даже обмениваться ими. За все это время наше взаимодействие с бактериями повлияло на эволюцию каждого органа, в том числе и мозга. Неизвестно точно, сколько именно видов микробов населяет наш организм, по общим оценкам, их число превышает тысячу, что в любом случае удивительно много. Влияние микробиомы подразумевается в ее описании: второй геном человека, еще один орган, бактериальные внутренние джунгли. Клетки в кишечнике вырабатываются в огромных количествах, около 100–300 миллионов в час в толстой кишке и небольшая часть от 1 до 3 миллиардов в тонком кишечнике. Микробы поселяются в биопленке, которая покрывает стенки кишечника, то также и выходят наружу – так, образец стула по весу содержит 40 % микробов.

Термин «микробиома» ввел нобелевский лауреат биолог Джошуа Ледерберг, но впервые значение микробиомы описал хирург армии США в XIX в. Уильям Бомонт (1785–1853). Бомонт был первопроходцем в изучении физиологии пищеварения и заявлял, что гнев мешает нормально переваривать пищу. С тех пор мы узнали, что огромное количество бактерий в нашем кишечнике напрямую влияет на развитие мозга и центральной нервной системы с момента зачатия до смерти. Кроме того, микробиома ежедневно перестраивает нашу иммунную систему.

Конец ознакомительного фрагмента.