Томас Р. Верни – Телесный разум. Как тело влияет на наши мысли, чувства и воспоминания (страница 3)

На другой обложке журнала Time, выпущенного в начале января 2010 года, также изобразили двойную спираль ДНК, представив ее в виде гигантской молнии поперек обложки: ее блестящий золотой бегунок был частично опущен, как будто расстегивал настоящую нить ДНК. Заголовок гласил: «Почему ваша ДНК – это не приговор: Новая наука под названием „эпигенетика“ показывает, как выбор, который вы делаете, может изменить ваши гены и гены ваших детей»[19]. На этот раз журнал Time оказался на верном пути.

Работа Дарвина определяла эволюцию как процесс случайных мутаций между поколениями и выживание наиболее приспособленных особей, однако эпигенетика гораздо ближе к сильно раскритикованной теории французского биолога Жана-Батиста Ламарка, который предположил, что организм может передать своему потомству характеристики, приобретенные в течение жизни.

Эпигенетика – это изучение изменений в активности генов, которые не трансформируют сами гены, но все равно передаются по крайней мере одному последующему поколению. Паттерны экспрессии генов регулируются эпигеномом – совокупностью всех молекулярных меток, регулирующих экспрессию генов, но не меняющих их структуру. Он находится над геномом, сразу за его пределами (отсюда и приставка «эпи-», которая означает «выше»). Ключевой компонент генетики – это метилирование, при котором химическая группа (метил) присоединяется к частям ДНК[20]. Этот процесс действует как регулятор функции генов в ответ на физические и психосоциальные факторы. Эпигенетические «переключатели» включают или выключают гены, а также все промежуточные точки.

Метилирование – это динамический процесс, и уровни метилирования могут меняться в течение жизни в зависимости от внешнего и внутреннего опыта человека. Противоположным ему процессом является ацетилирование. Метилирование останавливает или полностью прекращает работу гена, в то время как ацетилирование частично или полностью включает ген.

Именно благодаря эпигенетическим переключениям факторы окружающей среды, такие как пренатальное питание, стресс и послеродовое поведение матери, могут влиять на экспрессию генов, которые передаются ребенку. Эпигенетические изменения представляют собой биологическую реакцию на один или несколько факторов окружающей среды, которые могут быть позитивными и жизнеутверждающими или, напротив, негативными и опасными для жизни. Эпигенетические изменения выполняют важную функцию во время беременности, биологически подготавливая потомство к среде, в которой оно родится.

ГЕНЕТИКУ МОЖНО СРАВНИТЬ С АППАРАТНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ, А ЭПИГЕНЕТИКУ – С ПРОГРАММНЫМ ОБЕСПЕЧЕНИЕМ ВАШЕГО КОМПЬЮТЕРА.

Одной из основных задач эпигенетики является изучение передачи данных от одного поколения к следующему биологическими, а не психологическими средствами. Биологическое наследование говорит о том, что окружающая среда влияет на половые клетки (сперматозоиды и яйцеклетки) и что эти изменения в геноме затем передаются потомству. Эпигенетика предлагает нам знания и средства, с помощью которых мы можем улучшить физическое и психическое здоровье как наших потомков, так и свое собственное.

Соединение сперматозоида и яйцеклетки, как я уже упоминал, приводит к образованию зиготы (оплодотворенной яйцеклетки). Эта крошечная клетка будет содержать полный набор инструкций по созданию целостного человеческого существа. Я задался вопросом, ограничивается ли информация только архитектурными планами построения тела или также включает данные, которые будут влиять на разум? Прежде чем мы перейдем к рассмотрению этого вопроса, следует упомянуть три других биологических способа обмена информацией между людьми, которые не связаны с зародышевыми клетками.

Недавно ученые обнаружили, что некоторые из переносимых кровью клеток, которые передаются ребенку во время беременности, остаются в теле матери. Кроме того, несколько клеток от предыдущих беременностей сохраняются в организме матери в течение многих лет. Этот процесс называется микрохимеризмом[21]. В результате исследований на людях и животных ученые выявили клетки эмбрионального происхождения в коже, кровотоке и во всех основных органах матери, включая сердце. Эти исследования показывают, что каждый из нас несет в себе две разные популяции клеток: одну – свою собственную и еще одну – от матери. Женщины, вынашивавшие ребенка, хранят в организме по меньшей мере три уникальных популяции клеток: свои собственные, своей матери и ребенка[22].

Аналогичным образом переливание крови и пересадка органов могут на клеточном уровне передавать человеку информацию о доноре. Если моя гипотеза о клеточной памяти верна, то эти донорские клетки могут, как и в случае микрохимеризма, влиять на разум и тело своих реципиентов способами, которые мы только начинаем исследовать.

В этом разделе мы обсудим, как физические факторы, такие как пища, никотин или запахи, влияют на геном.

Статья 1988 года, опубликованная Джоном Кэрнсом[23] в издании Nature – одном из самых известных научных журналов, положила начало тектоническому сдвигу в генетике. В статье описывался эксперимент, в ходе которого определенный штамм бактерий кишечной палочки (E. coli), который не мог усваивать лактозу[24], поместили в лактозную среду[25]. Вместо того чтобы голодать – что, согласно классической теории Дарвина, и должно было случиться, – бактерии вскоре претерпели генетические изменения и, научившись переваривать лактозу, сумели выжить. Кэрнс сообщил, что, по крайней мере, в некоторых случаях избирательное давление может направлять мутации организмов. Прощай, дарвинистская ортодоксальность.

Кэрнс «нагло», как говорили некоторые критики, поднял вопрос о возможных наследственных механизмах Ламарка – в 1988 году это казалось исключительным вероломством. В том же номере журнала Nature Франклин Шталь, почетный профессор биологии Орегонского университета, одобрил выводы Кэрнса и представил свою собственную модель того, как могут происходить «направленные мутации»[26].

Сегодня Кэрнс является профессором микробиологии в больнице Рэдклиффа, что входит в состав Оксфордского университета, и остается ведущим специалистом в области мутационной теории. Его статья 1988 года является одной из наиболее часто цитируемых работ в этой области и положила начало совершенно новой сфере исследований.

Примерно в то же время, когда Кэрнс проводил свои эксперименты, доктор Ларс Олов Байгрен из Университета Умео в Швеции задался вопросом: «Может ли опыт родителей, полученный ими в раннем возрасте, повлиять на черты, которые они передадут своим потомкам?» Байгрен, как и многие другие ученые, собрал множество исторических свидетельств, доказывающих, что неблагоприятные условия окружающей среды (например, угроза смерти от голода) могут оставить отпечаток на генетическом материале яйцеклеток и сперматозоидов, который повлияет на эволюцию, передав новые черты[27] следующему поколению.

Спустя 10 лет после публикации статьи Кэрнса профессор биологии Университета Индианы П. Л. Фостер написал: «Многие последующие исследования показали, что частота мутаций может варьироваться и что их количество увеличивается во время определенных стрессов, таких как недостаток пищи». Это явление получило название «адаптивная мутация»[28]. Сегодня исследование адаптивных мутаций трансформировалось в эпигенетику, и ими заинтересовалась едва ли не каждая университетская лаборатория[29].

Любимое животное генетиков для изучения – C. еlegans – примитивный червь длиной около 1 мм, обитающий в почве. В период с октября 1994 по январь 1995 года в международных журналах о нем появилось 73 научные статьи. C. elegans[30] является привлекательным и эффективным модельным организмом для исследований, потому что с ним легко работать в лаборатории, он почти не требует пищи и в течение нескольких дней производит большое количество потомства путем самооплодотворения.

Червь понимается как отдельный организм, который подвергается сложному процессу морфогенеза[31]. У него есть нервная система с «мозгом» (кольцом окологлоточного нерва), он демонстрирует определенное упорядоченное поведение, способен к элементарному обучению, а также производит сперму и яйцеклетки, благодаря чему спаривается и размножается. Все 959 соматических клеток его прозрачного тела видны под микроскопом, а средняя продолжительность его жизни составляет всего 2–3 недели. Важно отметить, что у червей и людей совпадает до 80 % генов[32]. Неудивительно, что примерно половину всех известных генов, задействованных в болезнях человека, также можно обнаружить и у C. elegans, а потому ученые с удовольствием экспериментируют над этим существом[33].

Например, ученые из Университета Дьюка провели исследование, посвященное последствиям голодания[34]. Они заставили голодать одну группу червей C. elegans в течение одного дня, а другую группу – в течение восьми дней на первой стадии личиночного развития. Когда подача пищи возобновлялась, черви, которых дольше морили голодом, росли медленнее и в итоге достигали меньших размеров и вырастали менее плодовитыми. Они также оказались более восприимчивыми ко второму приступу голода. Их потомство, унаследовав отличительные признаки родителей, родилось меньшим по размерам и численности и менее плодовитым, однако их дети и внуки оказались более устойчивыми к голоду, как будто пытаясь защититься от того, что навредило их предкам.