Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде
Шрифт:
К сожалению, негативный опыт может быть зафиксирован в клетке столь же легко, как позитивный. Сильные эмоциональные переживания порой могут переполнить мозг млекопитающего нейрохимикатами, которые принесут метильные группы туда, где их не должно быть. Мыши, которые третировались другими мышами, когда были детенышами, часто имеют эти метильные паттерны в своем мозгу. Так же как и мышата, выращенные нерадивыми матерями (родными или нет), которые отказывались вылизывать, греть и нянчить детенышей. Когда такие мыши вырастают, они теряются в стрессовых ситуациях, причем их провалы нельзя объяснить плохими генами: родные и «усыновленные» мышата в конце концов ведут себя одинаково неестественно. Аномальные метильные паттерны с самых ранних лет впечатываются в мозг, и, поскольку нейроны продолжают делиться, а мозг – расти, паттерны навсегда увековечивают себя. События 11 сентября 2001 года могли оставить следы в мозгу еще нерожденных
Отметим, что эти изменения ДНК не генетические, поскольку цепочка А-Ц-Г-Т остается неизменной. Однако эпигенетические изменения фактически являются мутациями: гены также могут не работать. Как и при мутациях, эпигенетические изменения будут происходить и в клетках потомков. В самом деле, по мере старения в организме каждого из нас накапливается все больше и больше уникальных эпигенетических изменений. Это объясняет, почему личные качества и даже внешние черты однояйцевых близнецов, несмотря на идентичную ДНК, с каждым годом становятся все менее схожими. Это также значит, что избитый в детективах сюжетный ход о том, что один из братьев-близнецов совершил преступление, и оба были отпущены на свободу – поскольку тесты ДНК не смогли их различить – некорректен, потому что так не может продолжаться всегда. Рано или поздно одного из братьев осудит его эпигеном.
Конечно, все эти факты доказывают только то, что клетки организма могут получать внешние сигналы и передавать их другим клеткам, – своеобразная разновидность наследования. Обычно, когда сперматозоид соединяется с яйцеклеткой, эмбрион стирает всю эпигенетическую информацию – это позволяет вам стать вами, человеком, независимым от того, чем занимались его родители. Но есть и факты, которые доказывают, что некоторые эпигенетические изменения, через ошибки или уловки, иногда украдкой проникают к новым поколениям зверят, птенцов и маленьких детей – этого вполне себе хватит, чтобы убедиться в преимуществах ламаркизма и заставить Кювье и Дарвина скрипеть зубами от досады.
Впервые ученым удалось уловить подобные эпигенетические факторы в действии в деревушке Оверкаликс – маленьком поселении в «подмышечной впадине» между Швецией и Финляндией. С XIX века воспитание детей там проходило в весьма жестких условиях. Семьдесят процентов семей имели пять и более детей, из них четверть – более десяти, и все эти рты должны были прокормиться с двух акров (0,8 гектара) неплодородной почвы: для большинства семей это была вся земля, которую можно было наскрести. Плодородности не способствовала погода, на 66-м градусе северной широты примерно раз в пять лет случался неурожай ржи и прочих культур. Были периоды, например в 1830-х, когда урожай погибал практически каждый год. Местный пастор фиксировал эти факты в летописи Оверкаликса с сумасшедшим хладнокровием. «Ничего исключительного не произошло, – гласит одна запись, – только восьмой [подряд] год случился неурожай».
Конечно, не каждый год был безотрадным. Порой земля награждала людей обилием еды, и даже семьи из пятнадцати человек могли наесться вволю и забыть о голодных временах. Однако в самые мрачные зимы, когда урожай засыхал, а дремучие скандинавские леса и замерзшее Балтийское море отрезали деревню от внешнего мира, жители Оверкаликса спасались тем, что резали последних свиней и коров.
Эта история – достаточно обычная для глухой провинции – возможно, так и осталась бы незамеченной, если бы не отдельные шведские ученые. Они заинтересовались ситуацией в Оверкаликсе, потому что желали разобраться, как внешние факторы, такие как недостаток пищи, влияют на беременных женщин, предопределяя проблемы со здоровьем у их потомства. У специалистов был повод так думать, основанный на отдельном исследовании 1800 детей, родившихся во время и сразу после голода в оккупированных Германией Нидерландах: так называемой Голодной зимой 1944–1945 годов.
Суровая зима сковала льдом каналы для кораблей с продовольствием. По земле также невозможно было доставить подкрепление: в качестве своей последней милости, оказанной голландцам, нацисты разрушили дороги и мосты. Дневной рацион взрослого голландца к ранней весне 1945 года упал до 500 калорий в день. Крестьяне и беженцы (к последним принадлежала и семья будущей великой актрисы Одри Хепберн, оказавшаяся в Голландии во время войны) были вынуждены грызть луковицы тюльпанов.
После освобождения
Поскольку в Оверкаликсе голод случался часто, шведские ученые решили, что имеют возможность изучить более интересный вопрос: могут ли эпигенетические эффекты сохраняться через несколько поколений? Короли Швеции издавна требовали от каждого прихода фиксировать данные об урожае (чтобы убедиться в том, что вассалы верны своему королю и ничего от него не утаивают), так что сельскохозяйственные данные Оверкаликса начали сохраняться задолго до 1800 года. Ученые смогли сопоставить эти данные с информацией о рождаемости, смертности и состоянии здоровья прихожан, которые тщательно велись местной лютеранской церковью. Преимуществом стало еще и то, что в Оверкаликсе был чрезвычайно малый приток и отток генетического материала. Суровые морозы и броский местный акцент послужили причиной того, что шведы и лопари из других местностей практически не приезжали в деревню, и из 320 жителей Оверкаликса, которых изучали специалисты, лишь 9 впоследствии переехали в более плодородные земли – таким образом биологи получили возможность следить за целыми семьями на протяжении многих лет.
Многое из того, что было открыто шведами – к примеру, связь между питанием матери и здоровьем будущего ребенка – имело практическое значение. Многое, но не все. В частности, они обнаружили явную связь между здоровьем будущего ребенка и рационом отца. Конечно, отцы не вынашивают детей, так что любые из подобных эффектов могут проскальзывать лишь вместе со сперматозоидами. Что еще более странно, здоровье ребенка улучшалось лишь в тех случаях, когда отец тоже сталкивался с проблемой голода. Дети отцов-чревоугодников жили меньше и болели чаще.
Влияние отцов оказалось настолько явным, что ученые смогли проследить его и дальше, к отцу отца. К примеру, если дедушка Харальд голодал, это положительно влияло на здоровье его маленького внука Олафа. И эти эффекты были совсем не умозрительными. Если дедушка Харальд был обжорой, у внука Олафа вчетверо увеличивался риск заболеть диабетом. Если дедушка был вынужден затягивать пояс, внук жил (с корректировкой на социальное неравенство) в среднем на тридцать лет дольше. Примечательно, что голодание или обжорство оказывало гораздо более сильный эффект на внуков, чем на самих дедов, и дедушки, которые голодали, объедались и ели в меру, жили примерно одинаково – около 70 лет.
Влияние отца/деда не имеет никакого генетического смысла: голод не может изменить последовательность ДНК у родителя или ребенка, установленную при рождении. Однако окружающая среда тоже не является главной причиной изменений. Голодавшие мужчины женились и производили на свет потомство в самые разные годы, соответственно, их дети и внуки жили в различных десятилетиях, как урожайных, так и трудных, – но все они извлекли пользу из того, что их отцы или деды голодали.
Однако влияние окружающей среды может иметь эпигенетическое значение. Опять-таки пища, богатая метильными и ацетиловыми группами, может включать и выключать гены – значит, голодание и чревоугодие могут маскировать и демаскировать ДНК, которая отвечает за метаболизм. Что касается того, каким образом эпигенетические «выключатели» сумели просочиться между поколениями, ученые сумели найти разгадку, изучая сроки голодания. Голодание в период полового созревания, в младенчестве, в половозрелом возрасте не имело никакого значение для здоровья детей и внуков голодающего. Имеет значение лишь то, объедался человек или голодал в период «постепенного роста», в промежутке с 9 до 12 лет, сразу перед половым созреванием. В этот период в мужском организме начинает выделяться группа клеток, которые потом становятся сперматозоидами. Соответственно, если период постепенного роста связан с чревоугодием или голоданием, пре-сперматозоиды могут запечатлеть необычные метильные или ацетиловые паттерны – те, которые будут запечатлены в настоящих сперматозоидах, когда придет время.