Книга Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде - Сэм Кин

Столь же убийственными для теории Ламарка оказались исследования ученых, живших после Дарвина. Они обнаружили, что в организме проводится четкая граница между обычными клетками, с одной стороны, и сперматозоидами (яйцеклетками) – с другой. Соответственно, даже если у кузнеца будет такая же мускулатура, как у державшего небесный свод Атланта, это совершенно ничего не значит. Сперматозоиды никак не зависят от клеток, образующих мышцы, и если у кузнеца они будут 98-миллиметровыми хиляками со слабой ДНК, то, скорее всего, и дети кузнеца родятся слабаками. В 1950-х годах ученые укрепили идею подобной независимости, доказав, что клетки организма не могут изменить ДНК, заключенную в сперматозоиде или яйцеклетке, – единственную ДНК, которая имеет значение в процессе наследования. Теория Ламарка, казалось, умерла окончательно.

Однако в течение последних десятилетий ламарковские черви к нам вернулись! Теперь специалисты рассматривают наследственность как нечто менее стабильное, а барьеры между генами и окружающей средой – как нечто более проницаемое. И это еще не все интересное по поводу генов: заходит речь и об экспрессии генов, то есть их «включении» и «выключении». Клетки обычно «выключают» ДНК, нанося на ее поверхность маленькие бугорки – метильные группы, или же «включают», используя ацетиловые группы, разматывая белковые «узлы». И ученые теперь знают, как клетки передают эти точные паттерны метильных и ацетиловых групп дочерним клеткам, когда бы они ни делились – своеобразная «клеточная память». Правда, ученые когда-то думали, что метильные группы в нейронах отвечают за запись воспоминаний у нас в мозгу. Это не так, но связи между метилами и ацетилами могут влиять на формирование памяти. Ключевой момент в том, что все эти модели хоть и стабильны, но непостоянны: определенные эксперименты с изменением окружающей среды могут добавлять и убавлять метилы и ацетилы, изменяя паттерны. Это фактически разрушает память о том, что организм делал со своими клетками, а эта память – определяющий момент, первый шаг в любой описанной Ламарком наследственности.

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 людей. У некоторых беременных женщин на Манхэттене обнаружили посттравматическое стрессовое расстройство, которое могло эпигенетически активизироваться и деактивизироваться с помощью как минимум дюжины генов, включая гены мозга. Эти женщины, особенно те, кто в минуты трагедии был на последнем триместре беременности, в конце концов родили детей, более тревожных, чувствительных к переживаниям, чем другие дети, сталкивающиеся с нестандартными раздражителями.

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.