Loe raamatut: «Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть»
Моим детям, Колину и Софии.
В вас я вижу многое от себя.
Но почти все лучшее вы унаследовали от матери.
Pleased to Meet Me: Genes, Germs,
and the Curious Forces That Make Us Who We Are
by BILL SULLIVAN
Copyright © 2019 by William J. Sullivan, Jr.
This edition published by arrangement with DeFiore and Company Literary
Management, Inc. through Andrew Nurnberg Literary Agency.
© Поникаров Е.В., перевод на русский язык, 2022
© Оформление. ООО «Издательство «Эксмо», 2022
Отзывы о книге «Познакомьтесь с собой»
От микробов, которые вас опьяняют, до генетических демонов, скрытых в вашей ДНК: «Познакомьтесь с собой» – головокружительное путешествие по биологии человека. Будет очень сложно отложить эту легкую для чтения книгу, в которой искусно переплетены современные научные данные и популярная культура!
Шарон Моалем, доктор медицины, степень PhD по физиологии человека (со специализацией в нейрогенетике), автор книги «Выживает слабейший»
«Познакомьтесь с собой» настолько близка к философии, насколько вообще возможно для естественно-научных книг. Насыщенная остроумием Салливана, книга представляет нас в виде биологических машин, которыми мы на самом деле и являемся. Вы будете цитировать ее своим друзьям.
Аланна Коллен, степень PhD по эволюционной биологии, автор книги «10 % Human. Как микробы управляют людьми»
«Познакомьтесь с собой» заставит вас посмотреть на мир по-новому. Нам нравится думать, что мы полностью контролируем то, как думаем и как действуем, но Салливан убедительно доказывает, что дела обстоят не так.
Мэтт Саймон, популяризатор науки, пишущий для журнала Wired, и автор книги «Трудная жизнь зомби»
Введение
Познакомьтесь с собой
Люди делают самые странные вещи, не так ли?
Каким бы нормальным человеком вы себя ни считали, найдутся люди, которые сочтут вас чудаком. Человечество невероятно разнообразно – от рациона питания до привычек и убеждений.
Чем это оборачивается? Ну, одним людям нравятся экзотические блюда и тонкие вина; другим достаточно простого гамбургера и пива. Одни люди – вегетарианцы, другие не выносят вкуса брюссельской капусты. Одни всю жизнь остаются тощими, другие ощущают, что их бедра раздаются при одной только мысли о чизкейке. Одним нравится работать, другим – расслабляться.
Точно так же разнообразны и наши привычки. Одни надевают футболки и наносят раскраску на щеки, чтобы болеть за любимую спортивную команду; другие изображают цивилизацию Борг на собраниях фанатов сериала «Звездный путь». Одни любят ночью потусоваться в городе, другие предпочтут ночь в музее. Одни любят путешествовать по миру, другие не отважатся добраться до магазина World Market1. Одни люди модно одеваются, другие шокировали бы ведущих телешоу «Это лучше не носить»2.
А что насчет нашего поведения? Кого-то алкоголь и наркотики совершенно не интересуют, а кого-то – просто притягивают. Кто-то всегда честен, а кто-то лжет, жульничает и крадет без угрызений совести. Кому-то плевать на расовые различия, а кто-то желает видеть только белых. Кто-то не обидит и мухи, а кто-то психует и выходит из себя. Кто-то борется за войну, а кто-то за мир.
То же самое касается и личных отношений. Одни верны своим партнерам, другие только притворяются. Одни полагаются на внешность и деньги, другим важнее то, что находится «за фасадом». Одни хотят найти вторую половину на всю оставшуюся жизнь, другие считают это пожизненным заключением. Одни помнят юбилейные даты, другие забывчивы.
А как насчет самой нашей природы? Одни – добряки, а другие – злюки. У кого-то энергия бесконечна, а кто-то выглядит ленивым. Есть люди бесстрашные, а есть те, кто опасается собственной тени. Есть люди, считающие стакан наполовину полным, и есть такие, для кого он наполовину пуст, да еще и протекает.
И между всеми этими крайностями есть множество людей посередине.
Все мы из плоти и крови, однако какое колоссальное разнообразие заключено в том, как мы живем! И тем не менее я верю, что у всех нас есть одна общая черта – желание понять, почему каждый из нас так разительно отличается от других.
* * *
Веками люди наблюдали, как философы, теологи, гуру самопомощи и Фрейзер Крейн3 пытались разгадать загадки человеческого поведения, часто – почти безуспешно. Однако практические ответы на вопросы, почему мы такие, какие есть, и почему мы делаем то, что делаем, поступают сегодня из неожиданных источников – исследовательских лабораторий.
Ученые недавно узнали о нас весьма многое – темные секреты, о которых на самом деле должен знать каждый. Чем лучше вы познаете себя, тем проще будет идти по жизни. Зная, что движет другими, вы лучше поймете тех, кто не похож на вас.
Всем нам нравится думать, что мы пляшем исключительно под собственную дудку. Однако наука показывает, что музыку играют исполнители, не видимые невооруженным глазом. Мы шагаем по жизни, полагая, что сами задаем ритм, однако шокирующие факты показывают, что это всего лишь иллюзия. Истина состоит в том, что существуют скрытые силы, дирижирующие каждым нашим движением.
Чтобы проиллюстрировать этот момент, давайте взглянем на один из моих личных пунктиков: отвращение к овощам наподобие капусты брокколи. Я всегда ненавидел брокколи, поскольку она кажется мне слишком горькой; запах при ее приготовлении может вызвать у меня рвотные позывы. А вот моя жена уплетает ее за обе щеки. Добровольно! Почему? Ключ в том, как на брокколи реагировали наши дети в младенчестве: сын любил ее, а дочь реагировала так, словно мы пытались ее отравить. Мы не учили детей любить или ненавидеть брокколи: они такими получились. Предполагается, что такое поведение записано в нашей ДНК (в главе 2 мы объясним, как это работает).
Итак, именно гены высказывают свою точку зрения на то, любим мы что-нибудь или нет. Я оправдан! Мое отвращение к брокколи – вовсе не моя вина, и мне надо прекратить извиняться, потому что я не отвечаю за то, какие гены мне достались.
Но если мы не контролируем даже такие простые вещи, как личные вкусы, то что еще находится вне рамок нашего контроля? На страницах этой книги я отправляюсь в путешествие, рассказывающее, насколько велик вклад генов в наше поведение. Как мы увидим, ДНК определяет гораздо больше, нежели физические черты вроде цвета глаз и наличия рук. Она также влияет на то, что мы делаем со своей жизнью, насколько быстро выходим из себя, есть ли у нас тяга к алкоголю, сколько мы едим, в кого влюбляемся и нравится ли нам выпрыгивать из совершенно исправного самолета4.
ДНК часто называют планом жизни, поскольку она содержит инструкции по созданию организма. Когда дело доходит до создания людей, ДНК в большинстве случаев проектирует биологический эквивалент скромного жилища, хотя одни люди получают настоящий особняк, а другие – дом, требующий ремонта. А некоторые, похоже, сконструированы по чертежам «Звезды Смерти».
Но, конечно, мы нечто большее, чем просто куча генов, не так ли? Например, у ваших родственников ДНК имеет много общего с вашей, но вы можете резко от них отличаться. Даже однояйцевые близнецы, которые фактически являются генетическими клонами и гены которых совпадают на 100 процентов, часто различаются внешним видом и поведением. Телевизионное шоу о ремонте домов Property Brothers ведут близнецы Дрю и Джонатан Скотты, однако они вовсе не зеркальные отражения друг друга. Один одержим модой и любит носить костюмы, другой обходится повседневной одеждой. Один любит прорабатывать детали бизнеса, другой предпочитает махать молотком. Один следит за своей едой, другой относится к рациону питания расслабленно. Такие различия заставляют предполагать, что гены строят дом, но в жилье этот дом превращает что-то еще. В этой книге мы рассмотрим факторы окружающей среды, которые могут повлиять на работу наших генов, а также воздействие среды на нашу ДНК, последствия которого могут перейти к будущим поколениям. Способы взаимодействия внешнего мира и наших генов – это новая область исследований, которая называется эпигенетикой.
Эпигенетика может оказывать колоссальное влияние на наше поведение, и, что примечательно, ее воздействие на ДНК начинается еще до нашего рождения. Например, никотин или иные вещества могут химически изменить гены в сперме будущего отца. Пожизненные изменения в ДНК ребенка могут явиться следствием того, что делала мать во время беременности. Эпигенетика играет важную роль в вопросах ожирения, депрессии, тревоги, интеллектуальных способностей и так далее. Ученые выяснили, как может повредить ДНК, а потом неблагоприятно воздействовать на поведение нескольких поколений стресс, плохое обращение или бедность. Эти удивительные открытия эпигенетики показывают еще одну скрытую силу, которая управляет нашим поведением и которую мы также не можем контролировать.
Недавно было установлено, что в дополнение к нашим собственным генам в наши тела попадают и гены других организмов, которые, вероятно, также влияют на поведение. Это делают микроскопические захватчики. Вы когда-нибудь слышали о микробиоме? Что ж, садитесь поудобнее, потому что мы собираемся рассказать об этом. Первые микроорганизмы, попавшие к нам тайком и устроившие лагерь у нас в кишечнике, пришли к нам от матери. С возрастом мы собираем все больше микробов – из пищи, от домашних животных и других людей. Новые исследования показывают, что триллионы микробов, обитающих в нашем кишечнике, могут воздействуют на нашу тягу к пище, настроение, личные качества и прочее. Например, ученые могут превратить обычно бойкую мышь в унылое создание, заменив бактерии в ее кишечнике взятыми у особи, которая страдает депрессией. Мы изучим, как западная модель питания, которая многим нравится, может радикально изменить состав кишечных бактерий; это заставляет некоторых предполагать, что рацион питания вполне может оказаться фактором, способствующим таким проблемам со здоровьем, как аллергия, депрессия и синдром раздраженного кишечника, которые чаще встречаются в богатых странах.
Существует также один шанс из четырех, что некий обычный паразит, передаваемый кошками (он изучается в моей лаборатории), может захватить ваш мозг, ослабить ваши когнитивные способности и предрасположить вас к зависимости, приступам ярости и невротизму.
Мы обсудим появляющиеся подтверждения того, что все эти крохотные микробы влияют на наше поведение, действуя для своей пользы, и это заставляет еще раз задуматься, действительно ли мы сами полностью контролируем свои действия.
* * *
Работа в области биологии в течение последних 25 лет позволила мне приобрести уникальный взгляд на то, как на самом деле устроена жизнь. Мои исследования тех скрытых сил, которые лежат в основе нашего поведения, убедили меня в том, что почти все, что мы думаем о себе, неверно. И мы дорого за это платим. Ложное самоощущение вредит нашей личной, профессиональной и социальной жизни. Коллективное непонимание человеческого поведения препятствует прогрессу и отрицательно сказывается на образовании, психическом здоровье, системе правосудия и мировой политике. Выявление этих скрытых сил позволяет по-новому взглянуть на наше поведение, а также лучше понять людей, которые делают то, о чем мы даже не мечтаем.
В следующих главах мы подробнее рассмотрим то, насколько сильно – а на самом деле слабо – мы можем контролировать свои собственные действия. Это знание поможет нам стать лучше, оно способно изменить наше поведение и привести к более счастливому и здоровому миру. Мы рассмотрим биологические причины, лежащие в основе ожирения, депрессии и зависимости; мы узнаем, как такие знания прокладывают путь к возможности излечиться в этих ситуациях. Мы исследуем настоящие причины, по которым люди становятся агрессивными или кровожадными, и расскажем о потенциальных способах предотвратить такое омерзительное поведение. Также мы узнаем, что наука говорит о любви и влечении и как эти уроки могут улучшить наши взаимоотношения. Наконец, мы заглянем в психологию убеждений, включая политические разногласия, – в надежде, что сможем понять, что именно заставляет нас действовать, следуя слепой вере, а не с помощью разума.
Не могу дождаться, когда смогу рассказать вам о вас! Но прежде чем погружаться в чрезвычайно широкий разброс человеческого поведения, нужно понять стоящие за сценой скрытые силы, которые нас оживили.
Начнем путешествие со встречи с создателем.
Глава 1
Познакомьтесь со своим создателем
Это нелегко – встретиться со своим создателем.
Рой Батти, «Бегущий по лезвию»
Вернитесь мыслями в самый младший школьный возраст, который можете вспомнить, и представьте лица своих приятелей. Будущее было пустыми страницами, ожидающими чернил, его еще только предстояло написать, а возможности казались безграничными. Частью повседневной системы ценностей были оптимистические клише наподобие «ты можешь быть тем, кем хочешь быть!».
А теперь, когда вы вообразили эти солнечные юные лица, подумайте, кем стали ваши одноклассники. Возможно, одни сделали звездную карьеру, занимаясь любимым делом, другие ненавидят свою работу, а третьи, похоже, вообще не могут удержаться нигде. Большинство поступили в вузы, но некоторые обошлись средней школой. Одни до сих пор влюблены в своих школьных подруг, а другие меняют супругов, как зубные щетки. Кто-то заключил однополый брак. Кто-то остался в родном городке, кто-то уехал, кто-то вообще потерял кров. У одних – пресс кубиками, а другие превратились в бочонки. Одни трясутся над своими детьми, другие пренебрегают родительскими обязанностями или плохо с детьми обращаются. Одни всегда оптимистичны, другие даже Моррисси5 заткнут за пояс кислой миной. Кто-то пристрастился к алкоголю и наркотикам, стал педофилом или даже политиком. А кто-то мог оказаться в тюрьме.
Почему вышло так по-разному? Ведь вы росли в одно время, в одном месте, среди одних и тех же людей, и тем не менее не похожи друг на друга. Возможно, какие-то признаки «инаковости» вы замечали уже в раннем возрасте. Маленький Чарли любил нюхать клей. Юный Кэмерон не соответствовал традиционным представлениям о мужественности, Дональд заботился исключительно о себе. А в странненькой Кэрри вообще все было не так.
Когда мы смотрим на своих ровесников, добившихся успеха, многие из нас припоминают, что у них была смекалка, они были предприимчивыми и проявляли огромное трудолюбие. Аналогично тех, кто попал в «лузеры», мы виним в слабоволии, недисциплинированности и лености. Если история вашей жизни выглядит, как книга, получившая Пулитцеровскую премию, вы заслуживаете похвалы. Если она читается, как дешевый романчик в мягкой обложке, страницы которого пригодны лишь для подстилки в птичьей клетке, вы заслуживаете порицания. В любом случае большинство людей верят, что успех или неудача зависит от них самих.
Когда я рос, идея, что все мы – хозяева своей судьбы, находила у меня живой отклик. Однако по мере изучения биологии эта упрощенная концепция переставала быть душеполезной. Возьмем, к примеру, переедание. Многие обвиняют полных людей в отсутствии самоконтроля. Но в реальности это не говорит нам ничего стоящего, не так ли? Почему у некоторых людей нет такого самоконтроля? То же самое касается и людей с депрессией. Некоторые не находят ничего лучше, чем говорить: «Пора вырасти из детских штанишек и избавиться от всего этого!» И снова не помогает. Почему люди с депрессией не могут от нее избавиться? Равным образом беспомощно и наше объяснение действий убийц: «Их душа – чистое зло». Но почему они пошли в сторону насилия?
Чтобы по-настоящему понимать свои действия, нужно копнуть глубже.
Когда компьютеру для запуска какой-нибудь программы требуется много времени, мы не обвиняем его в лености. Когда машина не заводится, мы не кричим, что у нее не хватает решимости. Если двигатель самолета ломается и самолет идет на вынужденную посадку, нам не приходит в голову обвинять технику в преступных намерениях. Безусловно, мы намного более сложные машины, но все же машины. Капитан Жан-Люк Пикар сказал о человекоподобном андроиде Дейте из сериала «Звездный путь: Следующее поколение»: «Если вам неловко вспоминать, что Дейта – это просто машина, то просто помните, что и мы всего лишь другая разновидность машины, только в нашем случае – электрохимической по своей природе».
Очень правильные слова, и современные биологи говорят такие вещи не для того, чтобы расчеловечить нас, а для того, чтобы показать, что́ на самом деле означает быть человеком. Если мы поймем, как работает наша биологическая машина, то сможем понять свое поведение и при необходимости его исправить. Мы словно оказываемся в положении Ральфа Хинкли из сериала «Величайший американский герой», у которого был костюм, дающий суперспособности, но не было инструкции к нему. Разобраться в поведении было бы намного проще, если бы мы располагали каким-то руководством пользователя. И в 1952 году его нашли ученые Алфред Херши и Марта Чейз.
В своей охоте за веществом, которое содержит инструкции по строительству организма, Херши и Чейз обратились к простейшей жизнеподобной форме – одной из разновидностей вирусов, которая заражает бактерии. Их называют бактериофаги, или фаги. Фаги состоят из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты, а выглядят они, словно маленькие лунные модули корабля «Аполлон», которые садятся на поверхность бактериальных клеток. Херши и Чейз помечали каждый отдельный компонент фага с помощью радиоактивных атомов. Для маркировки кислоты использовался радиоактивный фосфор, а для маркировки белков – радиоактивная сера (в ДНК нет атомов серы, а в белках – атомов фосфора). Отслеживая радиоактивные атомы, ученые смогли обнаружить, где находилась ДНК и где – белки фага до и после заражения бактерии.
Как оказалось, внутрь бактерий попала ДНК фага, а белковая оболочка осталась снаружи. Попав внутрь, ДНК фага распорядилась о создании новых фагов, и их было построено так много, что бактерия взорвалась. Этот элегантный эксперимент показал, что инструкции по созданию новых фагов-потомков (и потомков любых организмов, если на то пошло) содержатся именно в дезоксирибонуклеиновой кислоте – ДНК6.
Молекула ДНК имеет форму двойной спирали7, напоминает винтовую лестницу, на которой каждая ступенька состоит из пары соединений, называемых нуклеотидами. В состав каждого нуклеотида входит какое-нибудь азотистое основание, которых в ДНК всего четыре8. Такая структура позволяет легко увидеть, как ДНК несет те единицы наследственности, которые мы называем генами. Винтовая лестница может раскручиваться и выглядеть как обычная, и два соединения, образующие каждую ступеньку, можно расцепить между собой, словно это застежка-молния. Когда цепи ДНК отделяются друг от друга, структура молекулы открывается и ее можно «перевести» на молекулу-переносчик, которая называется матричной РНК9 (мРНК), а уже эта молекула используется как матрица для синтеза белков10. Если рассматривать ДНК как бригадира, то белки действуют как рабочие-строители, обеспечивая структуру и функции нашим клеткам и тканям.
Работа Херши и Чейз предполагает, что ДНК содержит всю информацию, которая нужна для строительства точной копии организма – клона. Эта теория стала реальностью в 1996 году, когда появилась овечка Долли – первое млекопитающее, клонированное из взрослой клетки. Долли создали, поместив ДНК из клетки взрослой овцы в яйцеклетку, откуда ДНК была удалена; затем яйцеклетку подсадили суррогатной матери. Долли была названа в честь Долли Партон, поскольку ДНК взяли из клеток вымени (я не выдумываю!)11. С помощью такого же метода в 2018 году были клонированы первые обезьяны.
В 2003 году в рамках проекта «Геном человека» было завершено секвенирование (то есть определение строгой последовательности) трех миллиардов нуклеотидов, которые входят в человеческую ДНК. Это куча информации: если взять ДНК всего лишь из одной клетки тела, то она растянется на два метра, то есть до размера двуспальной кровати. Если бы мы стали читать последовательность своей ДНК со скоростью по букве в секунду, на это ушло бы почти сто лет. Наш геном содержит примерно 21 тысячу генов, разбросанных по 46 хромосомам, 23 из которых передаются нам от матери, а 23 – от отца.
ДНК надрывалась в течение целых эпох, создавая все формы жизни, подходящие для разных жизненных сред. Жизнь существует не менее 3,5 миллиарда лет. Но теперь одно из множества ее созданий наконец-то вызвали к боссу: мы – первый вид на планете, который встретил своего создателя.
Почему вы не можете быть тем, кем хотите быть
Умение читать язык ДНК заставило нас переписать книги по истории. Изобилие разнообразной жизни на Земле не возникло мгновенно на пустом месте. Процесс начинался с ДНК одной простой клетки и шел в течение миллиардов лет. Формы жизни начинали конкурировать за ресурсы, и те из них, чьи характеристики позволяли им преуспевать в своей среде, передавали ДНК новому поколению, словно эстафетную палочку. Другие, кто не мог соревноваться, либо вымирали, либо уходили в сторону и двигались по новой эволюционной траектории, пригодной для выживания в новой среде.
Известный биолог Ричард Докинз описывал гены как «эгоистичные» репликаторы, как Гордонов Гекко12 биологического мира. Он называет организмы, построенные эгоистичными генами, «машинами выживания», поскольку их основная цель – защитить собственную ДНК и обеспечить ее переход в следующее поколение. Писатель Сэмюэль Батлер сформулировал это на столетие раньше, написав: «Курица – это всего лишь средство, при помощи которого одно яйцо производит другое яйцо».
Несмотря на наши вычурные прибамбасы и навороты, мы ничем здесь не отличаемся. Ученые, изучающие эволюционную психологию, говорят, что практически все наше поведение так или иначе мотивируется упертым стремлением найти себе пару и воспроизвести свои гены. С этой точки зрения объясняется значительная часть человеческих сумасбродств. Стремление к лидерству, жадность и жажда власти – всего лишь скрытые течения в нашем генофонде, которым мало кто может сопротивляться.
Различия между людьми возникают из-за разницы в последовательности их ДНК. Хотя многие осознают, что ДНК строит здание их плоти, большинство людей не понимают, что гены влияют также и на более сложные признаки интеллект, ощущение счастья, агрессивность.
В некоторых случаях генетика оказывает на наш организм вполне прямое влияние. Иногда какое-то изменение одного гена, называемое мутацией или вариантом, производит четко предсказуемые перемены. Один из примеров – серповидноклеточная анемия, когда эритроциты (красные кровяные тельца) меняют свою форму. Проблема вызвана мутацией в гене, который производит гемоглобин – белок, переносящий кислород в эритроцитах. Если человек родился с этой мутацией, то у него обязательно разовьется серповидноклеточная анемия.
Напротив, какие-то сложные признаки, например влияющие на нашу личность и поведение, проистекают из множества генов, согласованно работающих между собой. Перемены в одном гене в рамках целой такой сети не всегда гарантируют заметные перемены в организме. Вот почему важно иметь в виду, что большинство генетических вариантов говорят нам о предрасположенности, а не о достоверности.
Думайте о генах, как о блоках в дженге13. Вытянете не тот блок – и башня рухнет. А вынимание какого-то другого кирпичика оставит ее стоять. Пока оставшиеся блоки держат всю конструкцию, мы все еще в игре. Точно так же мутация в одном гене необязательно означает катастрофу для нашего тела: произойдет ли обрушение, зависит от других генов, которые поддерживают мутировавший. Мы должны также помнить, что не все варианты генов вредны: некоторые мутантные гены дают нам суперспособности, как Людям Икс.
Несмотря на такие оговорки, наши гены могут предоставить ценную информацию о том, кем мы можем быть и кем мы не можем быть. Здорово было бы делать некоторые вещи. Например, мне хотелось бы петь, как Стив Перри из группы Journey. Хотелось стать повыше. Было бы здорово сменить походку, чтобы женщины замирали в восторге, когда я прохожу мимо. Круто было бы стать умнее Альберта Эйнштейна. Думаю, было бы неплохо иметь крылья и летать, как люди-ястребы в комиксе «Флэш Гордон». Но, как бы и пытался, я не стану высоким мачо, который на собственных крыльях сгоняет до Стокгольма, чтобы забрать Нобелевскую премию, спев в финале своей речи Don’t Stop Believin’14. Мечтать забавно, но нужно признать истину: мы не можем быть теми, кем хотим быть. Гены, которые мы наследуем при зачатии, – словно сданные нам карты за покерным столом: приходится играть тем, что есть на руках.
Как выразилась Леди Гага, мы «рождены такими», мы зажаты в определенных ограничениях, которые начинаются на генетическом уровне. И, как мы вскоре увидим, ДНК – всего лишь одно звено на поводке, который тянет нас по жизни.
Как окружающая среда влияет на ваши гены
Представьте, что мы сделали вашу копию, используя тот же метод, которым ученые создали овечку Долли. Вставив вашу ДНК в какую-нибудь яйцеклетку с удаленной собственной ДНК, мы могли бы имплантировать нового вас какой-нибудь суррогатной матери. Через сорок недель у нее появится ребенок, который будет выглядеть в точности, как вы. Он будет расти – и при этом всегда оказываться вашей точной копией. Но встает вопрос на миллион долларов: до какой степени ваш клон будет вести себя так, как вы?
Секвенирование генома человека было гигантским шагом на пути понимания того, как мы функционируем, однако оно дает лишь грубый набросок вашего портрета. Последовательность вашей ДНК читается не как обычный роман, а больше напоминает книгу типа «Выбери себе приключение»15, в которой среда определяет то, как будет разворачиваться повествование. В вашей ДНК много различных потенциальных версий вас. Человек, которого вы видите в зеркале, всего лишь одна из них, воплотившаяся под воздействием уникальных обстоятельств, что влияли на вас с момента зачатия.
Окружающая среда диктует, будет ли годным то или иное изменение в вашей ДНК. Если бы я родился 50 тысяч лет назад, я бы вряд ли прожил очень долго. Дело не только в том, что я ненавижу устраивать ночевки на природе, а моей силы хватает разве что открыть пакет с чипсами, но и в том, что в силу близорукости из меня получился бы весьма убогий охотник-собиратель, который оказался бы легкой добычей для львов, тигров и медведей. Естественный отбор тысячелетиями исключал людей с плохим зрением из генофонда. Однако с изобретением очков люди вроде меня снова оказались в игре16.
Окружающая среда может оказать прямой эффект на ваши гены. Случайные генетические мутации могут возникнуть, например, при сильном воздействии солнца или при попадании в чан с отработанным ядерным топливом. Радиация и некоторые химические вещества называются мутагенами, поскольку они могут повредить ДНК, что часто приводит к бешенству клеток – раку. Количество потенциальных мутагенов соперничает с количеством альбомов, проданных Тейлор Свифт17. Некоторые из самых известных: ультрафиолетовое излучение, табак, алкоголь, асбест, уголь, выхлопные газы, загрязнение воздуха и обработанное мясо18. Количество повреждений ДНК в ваших клетках определяется масштабами воздействия и генетической предрасположенностью.
Окружающая среда может явным образом изменять функции генов, повреждая ДНК, однако это не единственный способ повлиять на их работу. Чтобы лучше понять дальнейшее, полезно представить гены как клавиши фортепиано. Если будете стучать по ним наугад, звуки будут похожи на музыку из фильма ужасов. Чтобы получилась красивая мелодия, нужно нажимать нужные клавиши в нужное время. Точно так же должны работать и гены. Если бы они играли одновременно, вы походили бы на Фредди Крюгера.
Каждая клетка вашего организма содержит одинаковый набор генов, так почему одни из них – клетки мозга, а другие – клетки задницы? В клетках вашего мозга происходит только экспрессия19 генов клеток мозга. В ДНК в клетках мозга есть и гены для клеток задницы, но они не экспрессируются (возможно, за исключением случаев, когда у вашей бывшей или вашего бывшего вместо головы задница). Белки – факторы транскрипции — контролируют экспрессию гена путем связывания с участком ДНК, который находится в начале последовательности нуклеотидов и именуется промотором. Факторы транскрипции определяют, включен или выключен тот или иной ген, действуя, соответственно, как активаторы или репрессоры. Когда вы были эмбрионом, вы состояли из стволовых клеток и они потенциально могли стать в вашем организме клетками любого типа. Судьбу эмбриональных стволовых клеток в значительной степени определяли факторы транскрипции. В стволовых клетках, которые стали вашим мозгом, имелись факторы транскрипции, активировавшие гены мозга. В стволовых клетках, которые стали вашей задницей, имелись факторы транскрипции, активировавшие гены задницы.
На активность факторов транскрипции влияет множество причин, например гормоны. Гормоны, которые производятся вашей эндокринной системой, управляют развитием, половым влечением, настроением, обменом веществ и так далее. Многие вещества в окружающей среде действуют как эндокринные дизрапторы (иначе – эндокринные разрушители, эндокринные деструкторы), то есть вмешиваются в деятельность гормонов и, соответственно, нарушают экспрессию генов. В результате эндокринные дизрапторы могут вызвать репродуктивные, неврологические, иммунные проблемы и дефекты развития. К эндокринным дизрапторам относятся некоторые лекарственные препараты, некоторые пестициды, а также содержащийся в пластмассах бисфенол А. Как и в случае мутагенов, степень воздействия какого-то дизраптора на активность генов определяется его количеством. Пока еще нет единого мнения о предельно допустимых значениях, однако это вопрос важный: эндокринные дизрапторы есть повсюду (в частности, во многих предметах, которыми пользуются беременные/кормящие женщины и дети). Кроме того, негативное воздействие эндокринных дизрапторов на детей может сказываться в течение нескольких поколений. Одно исследование 2018 года показало, что воздействие на женщину диэтилстилбестрола (ДЭС), относящегося к этому классу веществ, повышает риск появления синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у ее внуков.
Факторы транскрипции играют центральную роль в регулировании активности генов, однако они работают неизолированно. Когда ученые более детально изучили ДНК, стало очевидно, что это неоднородная молекула. Некоторые ее участки плотно свернуты и компактны, некоторые – расслаблены и открыты. Экспрессия генов в уплотненной ДНК идет не так активно, как у генов открытых фрагментов. Клетки могут контролировать доступ фактора транскрипции к генам в ДНК двумя основными методами. Первый – это метилирование ДНК: к нуклеотидам, составляющим ген, присоединяется метильная группа CH3. Когда по гену разбросаны метильные группы, его становится труднее читать – словно кто-то замазал во фразе некоторые буквы. Таким образом метилированный ген переходит в положение «выключено» или заглушается. Второй механизм задействует группу белков, называемых гистонами, – они образуют «катушки», вокруг которых накручивается ДНК. На гистоны воздействуют многочисленные химические модификации, а это влияет на экспрессию связанного с ними гена. Вкупе с факторами транскрипции эти процессы обеспечивают невероятную гибкость в экспрессии генов, позволяя тонкую настройку, а не просто «включение» и «выключение». Правильнее будет представлять себе экспрессию не как выключатель лампочки, а как регулятор силы ее света.
