Роберт Сапольски - Биология добра и зла. Как наука объясняет наши поступки

В следующей гипотетической ситуации наше растение в среде А сможет вырасти до 1, 2 и 3 см, а в среде В – до 1,5, 2,5 и 3,5 см. Наследуемость получится между 0 и 100 %.

Но давайте рассмотрим совсем другой случай. В среде А рост 1, 2 и 3 см, а в среде В – 3, 2 и 1 см. И для этого случая весьма затруднительно говорить об уровне наследуемости, потому что в разных средах эффекты аллелей меняются на противоположные. Таким образом, перед нами пример центральной концепции генетики – взаимовлияния ген/среда, генов и среды. В соответствии с ней меняются не столько количественные, сколько качественные проявления гена. Вот простое изложение этой концепции. Вы изучаете определенную поведенческую реакцию в двух различных обстановках. И вас спрашивают: «В какой мере данная поведенческая реакция зависит от генов?» А вы отвечаете: «Это зависит от среды». Тогда вас спрашивают: «В какой мере данная поведенческая реакция зависит от среды?» И вы отвечаете: «Это зависит от генов». Здесь ключевым является словосочетание «это зависит», и оно выражает взаимовлияние генов и среды.

Приведу несколько классических примеров, относящихся к поведению {426}.

Болезнь фенилкетонурия возникает из-за мутации в одном-единственном гене. Если не вдаваться в детали, дело обстоит так: данная мутация портит фермент, который превращает фенилаланин – поступающее с пищей нейротоксичное вещество – в нечто безвредное. Поэтому, когда человек с фенилкетонурией ест обычную еду, то фенилаланин накапливается, что приводит к повреждениям в мозге. Но если больной сидит на «бесфенилаланиновой» диете с рождения, то с мозгом все в порядке. Подумаем теперь, как данная мутация влияет на работу мозга. Это зависит от режима питания человека. Какова роль диеты в развитии мозга? Это зависит от наличия данной (редкой) мутации.

Другой пример такого взаимовлияния генов и среды касается депрессии – недомогания, связанного с нарушением серотонинового баланса {427}. Есть такой ген, называется 5HTT, он кодирует транспортер, удаляющий серотонин из синапса. Так вот, один особый вариант (аллелей) этого гена увеличивает риск депрессии… но только если у человека была детская травма [235]. Спросим: каков риск получить депрессию, если у человека имеется тот особый вариант гена 5HTT? Это зависит от детских травм. Каков риск депрессии, если в анамнезе есть детская травма? Это зависит от присутствия того самого аллеля гена 5HTT (да еще от кучи других генов, но принцип, надеюсь, понятен).

Еще один пример связан с геном FADS2, он участвует в жировом обмене {428}. Один из аллелей этого гена ассоциирован с повышенным IQ, но только у тех, кого вскармливали грудным молоком. И мы снова можем увидеть ту же пару взаимозависимостей в системе ген/среда.

И последний пример: он приводится в важном исследовании, опубликованном в 1999 г. в журнале Science . Оно появилось в результате сотрудничества трех генетиков, изучающих поведение: первый – сотрудник Орегонского университета науки и здоровья, второй – Университета Альберты, а третий – Нью-Йоркского университета в Олбани {429}. Исследователи изучали линии мышей, которые различались генетическими вариантами, ассоциированными с поведенческими отклонениями – такими как тревожность и склонность к выработке зависимостей. Для начала ученые удостоверились, что линии мышей во всех трех лабораториях соответственно генетически идентичны. В каждой из лабораторий в клетках у мышей было крутящееся колесо, с его помощью проверяли мышиные поведенческие реакции.

Ученые постарались выравнять все условия, какие только можно. Например, одни мыши родились в лаборатории, а другие прибыли от производителей, поэтому рожденных в лаборатории покатали на автомобиле, чтобы имитировать процесс перевозки, – вдруг это важно? Животных тестировали в одном и том же возрасте, в один и тот же день, начинали эксперименты в один и тот же час по местному времени. Мышат переводили с материнского молока на общий стол одновременно, они жили в одинаковых клетках, спали на одинаковых соломенных подстилках, которые им меняли в одно и то же время. Их вынимали из клеток синхронно и одинаковое число раз, и лаборанты были в одинаковых перчатках. Были предусмотрены одинаковые еда, освещение и температура. Трудно вообразить более сходные условия, разве только трое ученых еще должны были быть однояйцовыми тройняшками, разлученными при рождении.

И что же в итоге наблюдалось? Некоторые аллели продемонстрировали мощный эффект взаимовлияния ген/среда: в разных лабораториях они сработали по-разному.

Вот, например, такой набор данных. Тестируется линия 129/SvEvTac на предмет влияния кокаина на активность. В Орегоне кокаин усилил активность мышей таким образом, что за 15 минут мышиные движения увеличили амплитуду на 667 см. В Олбани – на 701 см за, естественно, то же время. А в Альберте? Больше чем на 5000 см! Это примерно как если бы тройняшки, которые одинаково тренировались и питались, которые ведут одинаковый образ жизни, у которых одни и те же снаряжение и марки одежды, выполняли прыжки с шестом на разных стадионах, – при этом первый близнец взял бы высоту 5,49 м, второй – 5,51 м, а третий – аж 33 м!

Может, ученые не знали, что на самом деле творится у них в лабораториях, может, дела там велись как бог на душу положит? Но нет, вариабельность обстановки в каждой из лабораторий была низкой, условия оставались стабильными. И что еще важнее, другие линии мышей не показали такого взаимовлияния ген/среда, выдав единообразный результат во всех трех лабораториях.

И как же истолковать полученные различия? А вот как: многие варианты генов настолько чувствительны к окружающим условиям, что взаимовлияние генов и среды проявляется даже при минимальных внешних отклонениях, даже в таких надежно выравненных (но не абсолютно идентичных!) условиях, что были в тех лабораториях. Мельчайшие отклонения среды существенно изменили то, что делали гены.

У генетиков упоминать взаимовлияние ген/среда считается освященным веками клише {430}. Мои студенты закатывают глаза, когда я им об этом говорю. И я сам закатываю глаза, когда приходится им об этом говорить. Поэтому в соответствующих ситуациях сосчитайте до десяти, закройте глаза и оттарабаньте заученную фразу: «Если ген и среда взаимно влияют друг на друга, то трудно количественно оценить их относительный вклад в проявление конкретного признака». Отсюда следует весьма дерзкий вывод: бессмысленно спрашивать, что делает данный ген, нужно спрашивать, что делает данный ген в таких-то и таких-то условиях . Это было замечательно сформулировано уже упоминавшимся Дональдом Хеббом: «Фраза наподобие “признак А больше зависит от природы, чем от воспитания” по смыслу практически аналогична заявлению, что… “площадь прямоугольника больше зависит от длины, чем от ширины”». А суть заключается в том, что необходимо разобраться, от чего больше зависит изменчивость площадей в популяции прямоугольников – от длины или от ширины. И именно в популяции, потому что для каждого отдельного прямоугольника такой вопрос бессодержателен.