Глава 15. Как пришло, так и ушло Почему однояйцевые близнецы могут быть вовсе не одинаковыми?
Глава 15. Как пришло, так и ушло
Почему однояйцевые близнецы могут быть вовсе не одинаковыми?
Приставка эпи-обозначает, что что-то размещается на чем-то другом. Растения-эпифиты растут на прочих растениях. Эпитафии и эпиграфы появляются на надгробных плитах и в пафосных книгах. Зеленые предметы, например трава, могут отражать световые волны длиной 550 нанометров («феномен»), но наш мозг воспринимает этот свет как цвет — понятие, связанное с памятью и чувствами («эпифеномен»). Когда проект «Геном человека» заставил ученых сомневаться в некоторых вещах даже больше, чем раньше, – к примеру, как 22 тысячи генов (меньше, чем у винограда!) смогли построить сложное человеческое существо? – генетики стали уделять больше внимания регуляции генов и взаимодействию генотипа и среды, включая эпигенетику.
Как и генетика, эпигенетика включает в себя передачу по наследству определенных биологических признаков. Но в отличие от генетических изменений эпигенетические не влияют на устоявшуюся последовательность А-Ц-Г-Т. Вместо этого эпигенетические наследования влияют на то, как клетки получают, читают и используют ДНК. Гены ДНК – это, говоря компьютерным языком, хард, а эпигенетические факторы – софт. И в то время как биология разграничивает внешнюю среду и мир генов, эпигенетика причудливо совмещает их. Она даже намекает на то, что периодически мы можем наследовать внешние факторы, то есть сохранить биологическую память о том, что наши матери и отцы (или бабушки и дедушки) ели, чем дышали, как выживали.
Честно говоря, отличить настоящую эпигенетику («мягкое наследование») от прочих взаимодействий генетических и внешних факторов довольно сложно. Ясности никак не способствует то, что эпигенетика традиционно была этаким мусорным пакетом идей, куда научные работники скидывали каждую забавную наследственную черту, которую находили. Но главное то, что эпигенетика имеет действительно проклятую историю, где хватает и голода, и болезней, и суицидов. Но ни одна другая отрасль не является столь многообещающей для достижения главной цели биологии человека: перескочить от молекулярных мелочей генома человека к пониманию всех причуд и индивидуальностей полноценного человеческого существа.
* * *
Хотя эпигенетика является передовой отраслью науки, она возвращает к жизни один из самых древних споров в биологии, который вели предшественники Дарвина – француз Жан-Батист Ламарк и его соотечественник, наш старый знакомый барон Кювье.
Так же как Дарвин сделал себе имя, изучая не самые известные виды (усоногих раков), так и Ламарк собаку съел на изучении «червей». В то время под этим понятием объединялись также медузы, пиявки, слизни, осьминоги и прочие скользкие твари: натуралисты не снисходили до того, чтобы классифицировать их подробнее. Ламарк был более внимательным и разборчивым, чем его коллеги, поэтому он решил спасти всю эту живность от таксономической безвестности, выделяя уникальные черты каждого вида и согласно этому разделяя их на отдельные типы. Вскоре он ввел для них термин «беспозвоночные», а в 1802 году пошел дальше, придумав слово «биология» для обозначения всей области науки, которой интересовался.
Ламарк стал биологом, пойдя обходными путями. После смерти своего отца, бравого вояки, семнадцатилетний Жан-Батист бросил духовную семинарию, купил старую клячу и поскакал на Семилетнюю войну. Позже его дочь утверждала, что Ламарк отлично себя проявил на войне, ратными подвигами заслужив офицерское звание, однако она часто преувеличивала достижения отца. В любом случае, военная карьера лейтенанта Ламарка закончилась бесславно: он был травмирован собственными солдатами, когда они в процессе какой-то забавы поднимали молодого офицера за голову. Потеря для армии стала приобретением для биологии, и вскоре Ламарк стал известным ботаником и специалистом по «червям».
Жан-Батист Ламарк разработал первую научно обоснованную теорию эволюции. Она была ошибочной, однако по многим признакам напоминает современную науку – эпигенетику (Луи-Леопольд Буальи)
Не ограничиваясь вскрытием червей, Ламарк разработал помпезную теорию, первым в истории обосновав эволюцию с научной точки зрения. Теория делилась на две части. В главной ее части содержались попытки объяснить, почему эволюция случается вообще: все существа, как утверждал Ламарк, имеют «внутреннюю потребность» к «совершенствованию», к тому, чтобы приблизиться к наиболее сложным организмам – млекопитающим. Вторая часть была связана с механизмами эволюции. И в этой части мы находим пересечения – по крайней мере концептуальные – с современной эпигенетикой, поскольку Ламарк говорил, что все живые существа меняют внешний облик или образ жизни в зависимости от окружающей среды, которая наделяет их организмы определенными признаками.
К примеру, Ламарк предположил, что болотные кулики, стремясь сохранить свои огузки сухими, ежедневно чуть-чуть растягивали ноги и в конце концов обзавелись длинными «ходулями», которые унаследовали и их птенцы. Таким же образом жирафы, чтобы доставать листья с самых верхушек деревьев, приобрели длинные шеи и передали их потомкам. Подобные предположения возникали и по поводу людей: например, год за годом махавшие молотом кузнецы якобы передавали детям свою внушительную мускулатуру. Заметим, что Ламарк не говорил, что животные рождаются с более длинными придатками, быстрыми ногами или прочими чертами, дающими преимущество; вместо этого существа старались развить эти черты. И чем усерднее они старались, тем лучшее наследство передавали своим детям (в этой теории слышны отголоски социологии Вебера и трудовой этики протестантов). Никогда не отличавшийся скромностью Ламарк объявил свою теорию «совершенной» к 1820 году.
Через двадцать лет изучения этих глобальных метафизических представлений о жизни в абстрактном понимании, реальная физическая жизнь Ламарка начала разрушаться. Его научная позиция никогда не считалась основательной, потому что теория приобретенных признаков так и не впечатлила многих коллег Ламарка: в одном из самых сильных и правдоподобных опровержений, приводимых ими, отмечалось, что еврейские мальчики вот уже три тысячи лет подряд рождаются необрезанными. Кроме того, Ламарк постепенно слеп и вскоре после 1820 года был вынужден уйти на пенсию как профессор «насекомых, червей и микроскопических животных». Не имея ни славы, ни доходов, вскоре он превратился в бедняка, целиком зависящего от забот своей дочери. Перед своей смертью в 1829 году он смог лишь «арендовать могилу», то есть его останки покоились с миром всего пять лет, а затем, изъеденные червями, были выброшены в парижские катакомбы, чтобы освободить место в могиле для другого клиента.
Но еще большее посмертное оскорбление Ламарк снес от любезного барона. Кювье и Ламарк сотрудничали в постреволюционном Париже, будучи если не друзьями, то уж точно добрыми коллегами. Конечно, с точки зрения темперамента Кювье был почти на 180 градусов противоположен Ламарку. Барону были нужны факты, факты и только факты, он не верил ни во что, отдававшее домыслами, то есть практически ни во что из поздних работ Ламарка. Кроме того, Кювье напрочь отрицал эволюцию. Наполеон, его покровитель, завоевал Египет и привез оттуда тонны настоящих сокровищ для ученого, в том числе фрески с изображениями животных, а также мумии кошек, обезьян, крокодилов и прочих зверей. Кювье не верил в эволюцию, так как видел, что представленные в этих коллекциях виды животных не изменились за несколько тысяч лет – а несколько тысяч лет в то время казались значительным временным промежутком в истории Земли.
Кювье не ограничивался научными опровержениями и использовал для дискредитации Ламарка свои политические возможности. Среди многочисленных обязанностей Кювье была и такая, как сочинение надгробных речей для членов Французской академии наук, и он порой составлял эти речи так, чтобы метко высмеивать покойных коллег. Он начал «Панегирик» Ламарку с восхваления его преданности червям, сожалея, что недостаточно красноречив и богат на похвалу. Затем, по словам автора, он был просто вынужден вспомнить, что его дорогой друг Жан-Батист много раз сбивался с пути истинного – на бесполезную болтовню об эволюции. Барон Кювье использовал против Ламарка одно из его же несомненных достоинств – умение обращаться к аналогиям, щедро рассеяв по тексту карикатурные описания эластичных жирафов и влажных огузков пеликанов, которые стали неразрывно связаны с именем Ламарка. «Система, основанная на подобных положениях, может потешить воображение поэта, – резюмировал Кювье, – но даже на мгновение она не заинтересует того, кто сам пробовал вскрывать руку, внутренние органы – да хотя бы птичье перо». В целом этот «Панегирик» заслуживает звания «жестокого шедевра», которое дал ему специалист по истории науки Стивен Джей Гоулд. Но, отбросив морализаторство, ловкому барону стоит отдать должное. Для большинства людей написанные панегирики вызвали бы чуть большее неудобство, чем боль в шее. Кювье видел, что в данном случае может превратить это небольшое преимущество в грозную силу, и имел достаточно опыта, чтобы осуществить это на практике.
После разгромного выступления Кювье некоторые ученые-романтики еще цеплялись за идею Ламарка по поводу пластичности окружающего мира, однако другие специалисты – как, например, Мендель – нашли, что его теории оставляют желать лучшего. Многие, впрочем, не могли окончательно определиться со своими взглядами. Дарвин в печати признавал, что именно Ламарк первым сформулировал теорию эволюции, называя его «заслуженно знаменитым ученым». И Дарвин верил, что некоторые приобретенные характеристики (в том числе, изредка, и обрезанный пенис) могут передаваться следующим поколениям. Но в то же время Дарвин отвергал теорию Ламарка в своих письмах друзьям, называя их «настоящим мусором» и «чрезвычайно бедными», из которых он «не почерпнул ни одной идеи либо факта».
Одна из претензий Дарвина заключалась в том, что он верил, что живые существа получают какие-то преимущества в первую очередь благодаря врожденным, а не приобретенным, как в интерпретации Ламарка, признакам. Дарвин также подчеркивал, что эволюция распространялась очень медленно, потому что врожденные черты могут распространиться только тогда, когда особи, обладающие преимуществами, произведут потомство. Противоположно этой гипотезе, в интерпретации Ламарка животные могли сами контролировать процесс эволюции: длинные конечности или крупные мускулы, распространялись очень быстро и в пределах одного поколения. Возможно, худшим из тезисов Ламарка, для Дарвина и кого бы то ни было еще, было то, что француз продвигал голословную телеологию – мистическое учение о стремлении живых существ к совершенствованию и искоренению недостатков путем эволюции – то, что биологи хотели с корнем выполоть из своей работы[98].
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.
После освобождения Нидерландов в мае 1945 года рацион жителей страны увеличился сразу до 2000 калорий, и этот скачок позволил провести натуральный эксперимент: ученые смогли сравнить детей, зачатых во время голода и сразу после него, и определить, кто более здоров. Как и ожидалось, дети, вынашиваемые во время голода, при рождении оказались меньше и слабее; кроме того, в будущем у них чаще встречались такие недуги, как ожирение, диабет и даже шизофрения. Поскольку все дети происходили из единого генофонда, различия между ними, возможно, возникли благодаря эпигенетическому программированию. Нехватка пищи изменила химическую среду матки (окружающий мир для плода) и таким образом повлияла и на экспрессию отдельных генов. Даже шестьдесят лет спустя эпигеномы тех, кто голодал, находясь в материнской утробе, имели заметные различия, и у жертв других случаев большого голода – блокады Ленинграда, кризиса в самопровозглашенной республике Биафра (Нигерия), «Большого скачка» в маоистском Китае – наблюдались схожие долгосрочные эффекты.
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.
Ученые до сих пор исследуют на молекулярном уровне то, что произошло в Оверкаликсе. Но некоторые другие исследования «мягкого наследования» поддерживают идею, что эпигенетика сперматозоидов закладывает глубокие наследуемые признаки… Мужчины, начавшие курить в 11 лет и раньше, имеют более низкорослых детей (особенно сыновей), чем мужчины, закурившие в более позднем возрасте, даже если курильщики из начальной школы быстро бросили свою привычку. Точно так же сотни миллионов азиатов и африканцев, жующих орехи бетеля – стимулятор примерно такой же силы, как капучино, – в два раза сильнее рискуют, что станут отцами детей с сердечной недостаточностью и нарушением обмена веществ. И хотя нейробиологи не всегда могут найти анатомические различия между мозгом здорового и душевнобольного человека, они могут отыскать различные метильные последовательности в мозге – и в сперматозоидах – страдающего шизофренией или маниакально-депрессивным синдромом. Это заставило ученых пересмотреть свои предположения о том, что зигота тщательно избавляется от всех изъянов, которые сперматозоид и яйцеклетка приносят из внешней среды. Это значит, что биологические недостатки отцов могут передаться их детям, а также детям их детей (точно как в родословной ветхозаветных патриархов).
Первенство сперматозоидов в определении долгосрочных последствий для здоровья ребенка – это, пожалуй, наиболее странный момент во всем механизме «мягкого» наследования. Народные приметы предостерегают, что любые впечатления матери – например, встреча с одноруким человеком – могут нанести сильнейший вред ребенку; современная наука, в свою очередь, добавляет, что роль отца в генетике ребенка еще важнее. Вместе с тем, эти специфические родительские эффекты не стали совсем уж неожиданными, науке уже было известно, что материнская и отцовская ДНК передается детям не вполне одинаково. Если самцы львов покрывают самок тигров, у тех рождается лигр – 3,5 метровая кошка, по весу вдвое превосходящая среднего «царя зверей». Но если тигр-самец оплодотворит львицу, получившийся в итоге тигролев будет далеко не таким здоровенным. Подобные расхождения наблюдаются и у других млекопитающих, а это значит, что попытки Ильи Иванова оплодотворить самок шимпанзе и человеческих женщин были совсем не симметричны друг другу, как он надеялся. Иногда отцовская и материнская ДНК даже вступают в конфликт за контроль над плодом. Это, к примеру, происходит в случае с геном IGF.
В данном случае расшифровка названия гена помогает определить его обязанности: IGF обозначает insulin-like growth factor (инсулиноподобный фактор роста), он заставляет ребенка в утробе вырастать до определенных размеров быстрее, чем это подразумевает нормальное развитие. Но в то время как отец хочет, чтобы оба гена IGF работали вовсю, чтобы получился большой крепкий ребенок, который быстро вырастет и начнет передавать свои гены, мать стремится успокоить эти гены, чтобы первенец не повредил ее внутренние органы или вовсе не убил ее при родах, перед тем как она успеет произвести на свет других детей. В итоге получается примерно такая же борьба, как в доме престарелых за грелку: сперматозоид стремится «пристегнуть» ген IGF в нужное место, в то время как яйцеклетка хочет от него избавиться.
Сотни прочих «запечатленных» генов в нашем организме включены или выключены в зависимости от того, кто из родителей передал их нам. Сорок процентов генов из генома Крейга Вентера имели материнские/отцовские различия. Удаление одинаковых участков спирали ДНК, которые могут привести к различным заболеваниям, зависит от того, отцовская или материнская хромосома является неполноценной. Некоторые запечатленные гены даже могут переключаться со временем: у мышей (возможно, как и у людей) материнские гены осуществляют контроль деятельности мозга в детстве, а затем эта задача переходит к отцовским генам. Фактически мы, пожалуй, неспособны выжить без правильного «эпигендерного» импринтинга. Ученые легко могут сконструировать эмбрион мыши с двумя наборами мужских или двумя наборами женских хромосом. При современном уровне развития генетики это не такое уж сложное дело. Но эти «двугендерные» эмбрионы погибнут еще в утробе. Когда ученые добавили несколько клеток организмов противоположного пола, чтобы помочь эмбрионам выжить, самцы стали огромными и пухлыми, как младенцы на картинах Ботеро (спасибо гену IGF), но имели ничтожно малый мозг. У самок же было субтильное тело, но нестандартно большой мозг. Соответственно, разбежки вроде разницы в размере мозга Эйнштейна и Кювье стоит рассматривать только как причуды родословных их родителей: подобным образом распространяется и склонность мужчин к облысению.
Так называемые эффекты родительского происхождения также возродили интерес к одной из самых вопиющих научных фальсификаций, когда-либо совершенных. Учитывая непрочность такой дисциплины, как эпигенетика – в течение последних 20 лет специалисты еще только начали разбираться в ее тонкостях – можно представить, что специалист, который когда-то давным-давно пробирался через все премудрости паттернов, должен бороться за интерпретацию своих результатов, не говоря уже о том, чтобы соглашаться с мнением коллег. И австрийский биолог Пауль Каммерер боролся – за науку, любовь, политику и много за что еще. Однако некоторые современные эпигенетики видят его историю, как, возможно, лишь горькое напоминание о том, как опасно совершать открытия, опережая свое время.
* * *
Амбиции Пауля Каммерера по поводу переделывания природы были не меньше, чем у алхимика, а способности мучить мелких животных – не меньше, чем у подростка. Каммерер утверждал, что может изменить окраску саламандр, даже раскрасить их в горошек или в полосочку, просто окружив их ландшафтом необычного цвета. Он заставлял любящих солнце богомолов принимать пищу в темноте и ампутировал у асцидий хоботки, просто чтобы посмотреть, как это скажется на их потомстве. Он даже утверждал, что может выращивать амфибий с глазами или без, в зависимости от того, сколько солнечного света они получали, будучи головастиками.
Триумфом – и фиаско – для Каммерера стала серия опытов с одной из самых необычных амфибий – жабой-повитухой. Большинство видов жаб спариваются в воде, отпуская оплодотворенную икру в свободное плавание. Жабы-повитухи занимаются любовью на суше, и, поскольку икра на суше гораздо более уязвима, самец наматывает гроздь икринок на свои задние ноги, как гроздь винограда, и таскает их с собой, пока не вылупится потомство. Не отступая от своих чудных привычек, Каммерер в 1903 году решил заставлять жаб-повитух размножаться в воде, увеличивая температуру в террариуме. Тактика сработала: жабы становились сморщенными, как сушеные абрикосы, если не проводили все время в воде, и те, кто выживал, с каждым поколением становились все более любящими воду. У них удлинялись жабры, вырабатывалось слизкое желеобразное покрытие, защищающее икринки от воды, а также (запомните это) развивались «брачные мозоли» – черные шершавые наросты на передних конечностях, помогающие самцу захватывать своих скользких партнерш во время совокупления в воде. Что самое интересное, когда Каммерер возвращал несчастных амфибий в более прохладные и сухие помещения и позволял им спариваться, то их потомки (которым никогда не приходилось жить в условиях пустыни) якобы наследовали признаки водяных животных и передавали их дальше, своим потомкам.
Каммерер объявил о результатах своих опытов к 1910 году. В течение следующих десяти лет он использовал эти и другие опыты (казалось, что у него не было ни одной неудачи), чтобы доказать, что в надлежащих условиях животных можно изменять как угодно. Подобные мысли в то время имели глубокий марксистский подтекст, так как марксисты считали, что единственная причина, по которой нищенские народные массы находятся на самом дне социальной лестницы, это их ужасное окружение. Как убежденный социалист, Каммерер с легкостью спроецировал свои доказательства и на человеческое общество: по его мнению, воспитание и природное окружение были понятиями одного порядка.
Пауль Каммерер, австрийский биолог-мученик, совершивший одну из самых грандиозных афер в истории науки, может считаться невольным первопроходцем в эпигенетике (фото использовано с разрешения Библиотеки Конгресса)
В биологической науке наблюдалась полнейшая неразбериха – дарвинизм считался спорным учением, ламаркизм был практически мертв, законы Менделя еще не восторжествовали, а Каммерер при этом обещал, что может объединить Дарвина, Ламарка и Менделя! К примеру, он проповедовал, что подходящая окружающая среда действительно может пробудить благоприятные гены к существованию. И люди на полном серьезе проглатывали его теории: книги Каммерера становились бестселлерами, он ездил по всему миру с лекциями, которые собирали аншлаги. В этих «ток-шоу» Каммерер, в частности предлагал «лечить» гомосексуалистов с помощью пересадки яичек, а также принять по всему миру сухой закон, аналогичный американскому, так как сухой закон неизбежно должен превратить следующие поколения американцев в сверхлюдей, без малейшей тяги к спиртному.
К сожалению, чем более известным становился Каммерер (вскоре он провозгласил себя «вторым Дарвином»), тем более шатким выглядело его учение. Самым подозрительным было то, что Каммерер в своих отчетах об экспериментах с амфибиями умалчивал о важных деталях. Учитывая его идеологическое позерство, многие биологи – и в особенности Уильям Бэтсон, «бульдог Менделя» в Европе – думали, что Каммерер нагло лжет.
Безжалостный Бэтсон никогда не упускал случая покритиковать своих коллег. Во время упадка дарвинизма в начале XX века он вступил в особенно злобную перепалку со своим бывшим наставником Уолтером Уэлдоном, защитником теории Дарвина. По отношению к Уэлдону Бэтсон повел себя как Эдип: сначала с его помощью влился в научную среду и нашел деньги на свои опыты, а потом прекратил с ним общаться. Дело было настолько плохо, что после смерти Уэлдона в 1906 году его вдова заявила, что виновником гибели мужа стал ненавидевший его Бэтсон – несмотря на то, что Уэлдон умер от сердечного приступа во время езды на велосипеде. Тем временем союзник Уэлдона Карл Пирсон препятствовал появлению статей Бэтсона в печати, а также нещадно нападал на него в своем журнале «Биометрика». Когда Пирсон перестал отвечать на письма Бэтсона, тот напечатал фальшивый тираж «Биометрики» с поддельными подписями, вставил туда свой ответ и распространил журналы по библиотекам и университетам, без какого-либо указания на подделку. В то время по этому поводу был составлен лимерик:
Знаменитый биолог Карл Пирсон
На коллегу нешуточно злился.
Бэтсона и компанию
На три буквы и далее
Посылал биометрик Карл Пирсон.
Бэтсон потребовал возможности проверить жаб Каммерера. Тот проигнорировал его просьбу, отказавшись доставить вещественные доказательства, и критики, не впечатленные оправданиями Каммерера, продолжали нападать на австрийца. Первая мировая война на время прервала дискуссию, так как в военные годы лаборатория Каммерера была разрушена, а все животные погибли. Но, как было отмечено в одной статье, «Первая мировая не смогла полностью уничтожить Австрию и Каммерера вместе с ней, но после войны приехал Бэтсон и завершил это дело». Находясь под постоянным давлением, Каммерер наконец, в 1926 году, позволил американскому соратнику Бэтсона осмотреть единственную жабу-повитуху, которая у него сохранилась. Этот биолог, американский специалист по рептилиям Глэдвин Кингсли Ноубл, написал в журнал Nature, что жаба выглядела абсолютно нормальной, за исключением одного – отсутствия брачных мозолей. Тем не менее под кожу жабы были шприцом введены чернила, чтобы имитировать эти мозоли. Ноубл не использовал слова «фальсификация», но в этом и не было нужды.
Биологическое сообщество взорвалось. Каммерер отрицал какую-либо вину, ссылаясь на саботаж неназванных политических противников. Но ропот со стороны других ученых только нарастал, что привело Каммерера в отчаяние. Незадолго до публикации злополучной статьи в журнале Nature ему предложили работу в СССР – стране, где его неоламаркианская теория была в почете. Шесть недель спустя Каммерер написал в Москву, что он не может с чистой совестью согласиться на эту работу, так как его плохая репутация способна повредить великому Советскому Союзу.
Далее это отказное письмо принимает трагический оборот. Каммерер пишет: «Надеюсь, я смогу собрать в кулак всю свою силу и мужество, чтобы завтра же положить конец моей разрушенной жизни». Он выстрелил себе в голову 23 сентября 1926 года в скалистой сельской местности в окрестностях Вены. Казалось, Каммерер чистосердечно признал свою вину.
Вместе с тем у Каммерера всегда были защитники, и некоторые историки выстраивают достаточно убедительные доказательства его невиновности. Эти эксперты верят, что брачные мозоли действительно появлялись, и Каммерер (или не в меру усердный ассистент) вводили жабам чернила только для того, чтобы «подчеркнуть» доказательства. Другие верят, что провал Каммерера подстроили политические оппоненты. Местная национал-социалистическая партия (предшественник – Национал-социалистическая немецкая рабочая партия – НСНРП), возможно, хотела очернить ученого с еврейскими корнями, потому что его теории заставляли сомневаться во врожденном генетическом превосходстве арийской расы. Кроме того, суицид не обязательно мог произойти из-за разоблачительной статьи Ноубла. У Каммерера постоянно были финансовые проблемы, и он совсем потерял голову из-за Альмы Малер-Верфель. Верфель некоторое время работала у Каммерера неоплачиваемой лаборанткой, но она более известна как роковая женщина, бывшая жена композитора Густава Малера[99]. У нее была интрижка с чудаковатым «ботаником» Каммерером, и хотя он был всего лишь одним из многих ее любовников, он стал просто одержим ею. Однажды он угрожал размозжить себе голову о надгробную плиту Малера, если Анна не выйдет за него замуж. Она лишь посмеялась.
Кроме того, любой обвинитель Каммерера с легкостью может указать на неудобные для того факты. Во-первых, даже такой далекий от науки человек, как Альма Малер-Верфель, светская львица и композитор-любитель, писавшая легкомысленные песенки, вспоминала, что Каммерер, трудясь в лаборатории, был весьма неряшлив, вел записи ужасно небрежно и постоянно (хоть и, как она утверждала, несознательно) игнорировал результаты, которые расходились с его любимой теорией. Более того, научные журналы откопали доказательства того, что Каммерер и раньше прибегал к жульничеству. Его назвали «отцом манипуляций с фотографиями».
Вне зависимости от мотивов, самоубийство Каммерера окончательно обесчестило ламаркизм, так как стало ассоциироваться именно с ним, – ведь делом Каммерера решили заняться нечистоплотные советские политические деятели. Сначала там решили снять пропагандистсткий фильм в защиту чести Каммерера. Фильм «Саламандра» рассказывал историю героя, подобного Каммереру: профессора Занге, которого погубили происки реакционно настроенного священника (намек на Менделя?) Священник и его сообщник ночью проникают в лабораторию профессора Занге и вводят чернила под кожу саламандры; назавтра Занге оказывается унижен, когда во время демонстрации саламандры коллегам чернила протекают и загрязняют воду в ванночке. Потеряв работу, Занге заканчивает тем, что просит милостыню на улице (в компании с обезьянкой, сбежавшей из лабораторных застенков). Но в тот самый момент, когда Занге решает покончить с собой, его спасает женщина, забирая с собой в советский рай. Как бы смешно это ни звучало, но будущий сельскохозяйственный божок Советского Союза Трофим Лысенко поверил этому мифу: он посчитал Каммерера мучеником за социалистическую биологию и начал продвигать его теорию.
По крайней мере, отдельные ее положения. Когда Каммерер так кстати скончался, Лысенко обратил внимание лишь на его неоламаркианские идеи, которые больше подходили советской идеологии. Пылая ламаркианским энтузиазмом, Лысенко пробился к власти в 1930 году и начал ликвидировать генетиков, не поддерживавших идеи Ламарка (в том числе и протеже Бэтсона), казнив и замучив в лагерях десятки ученых. К сожалению, чем больше людей исчезало, тем больше советских биологов готовы были присягнуть извращенным идеям Лысенко. Британский специалист того времени упоминал, что разговаривать с Лысенко о генетике «было все равно что объяснять дифференциальное исчисление человеку, который не знает таблицы умножения». Он был мракобесом от биологии. Неудивительно, что деятельность Лысенко разрушила советское сельское хозяйство – миллионы умерли от голода – однако же там не собирались отказываться от идей Каммерера.
Хоть это и несправедливо, но ассоциация с Кремлем окончательно подорвала репутацию как самого Каммерера, но и ламаркизма, несмотря на то, что сторонники ученого и продолжали выступать в его защиту. Наиболее заметный случай состоялся в 1971 году, когда писатель Артур Кёстлер (что интересно, неоднократно высказывавшийся против коммунистов) написал документальную книгу «Дело жабы-повитухи», в которой оправдывал Каммерера. Среди прочего, Кёстлер раскопал где-то статью 1924 года об открытии дикой жабы-повитухи с брачными мозолями. Это далеко не обязательно оправдывает Каммерера, но намекает, что у этих жаб могут быть скрытые гены, отвечающие за появление брачных мозолей. Такие гены могли быть обнаружены во время опытов австрийца.
Также возможно, что дело в эпигенетике. Ученые отмечают, что, среди прочих эффектов, опыты Каммерера изменили толщину желатиновой оболочки, покрывающей яйца жабы-повитухи. Поскольку это желе богато метильными группами, изменение толщины слоя могло «включать» и «выключать» гены, включая и атавистичные, вроде гена брачных мозолей. Столь же любопытно то, что когда бы Каммерер ни скрещивал жаб, он отмечал, что у их потомства отцовские предпочтения по поводу спаривания на суше или в воде «бесспорно» доминировали над материнскими. Если отец любил спариваться «насухо», те же привычки были у его сыновей и внуков: если предпочитал совокупляться в воде, – то же самое демонстрировали и потомки. Подобные эффекты родительского происхождения играют важную роль в «мягком наследовании»: жабьи тенденции в этом плане перекликаются с историей жителей Оверкаликса.
Строго говоря, даже если Каммерер наткнулся исключительно на эпигенетические эффекты, он этого не понял – и, возможно, на самом деле (если вы, конечно, не верите в нацистский заговор) совершил фальсификацию, введя своим жабам чернила. Но в некотором смысле это даже добавляет Каммереру харизмы. Шум, пропаганда и скандалы вокруг его имени объясняют, почему многие специалисты даже во время хаотического упадка дарвинизма отказывались признавать теории мягкого наследования, подобные эпигенетической. Каммерер, возможно, был и жуликом, и невольным пионером в науке, и тем, кто готов лгать для большей правдоподобности своей идеи, – и тем, кто в конечном счете не солгал. В любом случае он столкнулся с теми же проблемами, с которыми генетики сражаются до сих пор – проблемами взаимодействия генов и окружающей среды, поиском ответа на вопрос, что из этого в итоге доминирует. Это действительно очень животрепещущий вопрос: как бы Каммерер отреагировал, если бы знал, к примеру, об Оверкаликсе. Он жил и работал как раз тогда, когда в шведской деревушке обнаружились некоторые трансгенерационные эффекты. Мошенничал Каммерер или нет, но если бы он увидел хотя бы какие-то следы своего любимого ламаркизма, то, возможно, не отчаялся бы до такой степени, чтобы свести счеты с жизнью.
* * *
В последние десять лет эпигенетика развивалась настолько быстро, что попытки систематизировать ее достижения выглядят практически неосуществимыми. Эпигенетические механизмы могут делать и совсем легкомысленные вещи (например, выращивать у мышей хвосты в горошек), и серьезные – даже толкать людей к самоубийству (как и в случае с самим Каммерером). Наркотики – кокаин, героин – могут сматывать и разматывать спираль ДНК, которая регулирует нейротрансмиттеры и нейростимулянты (что объясняет, почему наркотики доставляют удовольствие), но если постоянно их принимать, ДНК будет все время размотанной, что и приводит к зависимости. Восстановление ацетиловых групп в клетках мозга на самом деле привело к восстановлению забытой информации у мышей, и каждый день появляется еще больше выводов, показывающих, что опухолевые клетки могут управлять метильными группами, чтобы подавлять генетические регуляторы, которые обычно препятствуют их росту. Некоторые надеются, что когда-нибудь нам удастся решить даже проблему эпигенетики неандертальцев.
Соответственно, если вы хотите разозлить биолога, начните разглагольствовать о том, как эпигенетика перепишет теорию эволюции или поможет нам освободиться от своих генов, сковывающих нас, как кандалы. Эпигенетика может внести изменения в наши представления о функциях генов, но не может совсем отвергнуть их. И поскольку эпигенетические эффекты действительно присутствуют у людей, многие биологи подозревают, что такие явления «легко приходят, легко уходят»: метильные, ацетиловые группы и прочие механизмы могут просто испариться через несколько поколений, как изменяются триггеры окружающей среды. Мы просто еще не знаем, может ли эпигенетика насовсем изменить вид. Пожалуй, основополагающая последовательность А-Ц-Г-Т всегда остается незыблемой и напоминает гранитную стену, которая остается стоять, в то время как граффити в виде метильных и ацетильных групп постепенно выцветают.
Данный текст является ознакомительным фрагментом.