Супергены. На что способна твоя ДНК?

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.

Страх и напуганные коровы

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.

Коза, которая могла стать человеком

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.

Изменения в воздухе

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.

Адаптируйся сначала, мутируй потом

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.