Read the book: «Телесный разум. Как тело влияет на наши мысли, чувства и воспоминания»

Font:

Посвящается Сандре – моей музе и моей любимой

Если мы ценим стремление к знаниям, то должны свободно следовать за тем, куда могут привести нас эти поиски. Свободный разум – это не лающая собака, которую можно посадить на трехметровую цепь.
Эдлай Э. Стивенсон II

Thomas R. Verny, M.D

The Embodied Mind

Все права защищены. Книга или любая ее часть не может быть скопирована, воспроизведена в электронной или механической форме, в виде фотокопии, записи в память ЭВМ, репродукции или каким-либо иным способом, а также использована в любой информационной системе без получения разрешения от издателя. Копирование, воспроизведение и иное использование книги или ее части без согласия издателя является незаконным и влечет уголовную, административную и гражданскую ответственность.

Вступление

В 13 лет в Вене я прочитал «Толкование сновидений» Зигмунда Фрейда на немецком языке. Меня совершенно очаровало то, как медленные, методичные расспросы Фрейда в конечном счете приводили к открытию глубоко спрятанных конфликтов его пациентов. Именно в тот момент много лет назад я решил стать психиатром. Годы шли, я наконец освоил эту профессию, но меня по-прежнему завораживали сны и бессознательное. Однажды, когда во время сеанса я разбирал с молодым человеком его сон, пациент вдруг без малейших действий с моей стороны начал плакать как маленький ребенок и успокоился лишь через 10 минут.

– Что произошло? – спросил я его.

Он сказал мне, что мысленно увидел себя в детской кроватке, плачущим в попытках позвать маму. Затем он вспомнил, что видел свои детские фотографии и на некоторых из них он лежал в голубой кроватке, тогда как в возникшем воспоминании она определенно была белой. Это несоответствие его смутило.

Я предложил ему задать этот вопрос матери, и он узнал, что, когда он родился, из-за нехватки денег его родителям пришлось на время взять детскую кроватку у соседа. Именно она и была белой. Несколько месяцев спустя они смогли купить ему новую кроватку, на этот раз голубую, и на фотографиях запечатлели уже ее.

Я был одновременно заинтригован и озадачен этим опытом, поскольку на протяжении всей учебы сначала в Торонтском, а затем и в Гарвардском университете мне внушали, что люди ничего не помнят о периоде до двух лет. И все же, продолжая заниматься психиатрией, я неоднократно сталкивался с пациентами, которые рассказывали мне о событиях далекого прошлого, начиная с младенчества, рождения и даже жизни в утробе матери. Некоторые из этих воспоминаний, возможно, возникли из-за подслушанных разговоров членов семьи или были почерпнуты из фотоальбомов или видео. Однако значительное число из этих материалов и сведений было бы нелегко получить, и их подтвердили доказательства, предоставленные родителями, больничными картами и другой документацией. Я задавался вопросом, как объяснить эти воспоминания с научной точки зрения. Именно тогда, после долгих исследований, изысканий и личных контактов с коллегами в области акушерства, психологии, психиатрии и других наук, я написал книгу «Тайная жизнь ребенка до рождения», которая опубликована в 27 странах и продолжает пользоваться широкой популярностью. В то время, почти 40 лет назад, у меня имелось множество убедительных научных доказательств, подтверждающих центральную мысль моей книги: ребенок в утробе матери – это чувствующее, воспринимающее, сознательное и запоминающее существо, по крайней мере начиная с третьего триместра. Однако у меня почти не было научных доказательств, подтверждающих познание любого рода, которое происходило бы раньше этого момента. Конечно, учитывая скорость развития и изменений в биомедицинских науках за последние десятилетия, 40 лет – это практически вечность назад. Многое из того, что сейчас известно в области клеточной биологии, генетики и, что более важно, эпигенетики, не только подтверждает мои утверждения из «Тайной жизни», но и позволяет мне выдвигать новые смелые концепции в этой книге.

К написанию «Телесного разума» меня подтолкнула статья, которую я прочитал шесть лет назад. Ее перепечатали из журнала Reuters Science News, озаглавив как «Крошечный мозг не препятствие для французского государственного служащего»¹ ². Кажется, в июле 2007 года 44-летний француз обратился в больницу с жалобами на легкую слабость в левой ноге. Когда врачи узнали, что мужчине удалили спинномозговой шунт в четырнадцать лет, они провели многочисленные сканирования его головы, благодаря чему обнаружили заполненную жидкостью камеру, которая занимала большую часть пространства в его черепе, оставляя лишь тонкий слой настоящей мозговой ткани. Это был случай гидроцефалии, буквально – вода в мозге. В статье приводилась цитата доктора Лайонела Фейе из больницы де ла Тимон³ в Марселе: «Изображения были невероятными… мозг практически отсутствовал». Пациент был женатым отцом двоих детей и работал государственным служащим, по-видимому ведя вполне нормальный образ жизни, несмотря на то, что его череп заполняла спинномозговая жидкость и почти отсутствовала мозговая ткань.

К моему удивлению, я обнаружил в медицинской литературе поразительное количество документально подтвержденных случаев, когда в детстве людям⁴ удаляли части мозга, чтобы вылечить их от эпилептических припадков. После гемисферэктомии⁵ у большинства детей наблюдалось не только улучшение интеллектуальных способностей и общительности, но и очевидное сохранение памяти, индивидуальности и чувства юмора. Аналогичным образом взрослые, перенесшие гемисферэктомию⁶, демонстрировали долгосрочный контроль над приступами и поразительное повышение трудоспособности после операции.

Если люди, у которых отсутствует большая часть мозга, могут жить нормально или хотя бы относительно нормально, то, подумал я, в организме должна существовать какая-то резервная система, которая может сработать при сбое основной. Следующие шесть лет я посвятил изучению научной литературы в поисках доказательств, подтверждающих мою догадку.

Я обнаружил, что, хотя многие исследователи внесли большой вклад в продвижение науки в своих областях, никто по-настоящему не обобщил эти знания, не сопоставил факты и не подумал о решении этой головоломки. В «Телесном разуме» я постарался сделать именно это.

Наш Телесный разум не тот скованный, что мы знали прежде. Он охватывает значительно больше и опирается на интеллект всех клеток нашего тела, содержащих определенные кусочки информации, микровоспоминания. Все они, как и сознание и разум, возникают из этой разумной сети.

«Телесный разум», который я постараюсь определить как свой уникальный психобиологический термин, представляет собой последовательную и эмпирически обоснованную биологическую теорию, которая знаменует собой значительный отход от исключительного внимания прошлого века к нейронам коры (клеткам мозга) как к единственным важным клеткам в обработке информации, познании и хранении памяти.

«Телесный разум» основан на исследованиях, в которых изучаются интеллект и память в широком спектре систем, выходящих далеко за рамки традиционной центральной нервной системы, включая иммунную систему, сперматозоиды, яйцеклетки, одноклеточные организмы, амебы и многое другое. Память – это сеть, охватывающая все тело. Вопрос о том, можем ли мы сознательно получить доступ к памяти, не так важен, как осознание того, что любой полученный нами опыт оказывает влияние, оставляя отметку, след или отпечаток на наших клетках и тканях.

Многие из этих последствий могут передаться нашим детям и внукам, поэтому крайне важно, чтобы мы осознали как можно больше основных неадаптивных побуждений и моделей поведения и сознательно попытались преодолеть их. В то же время для благополучия крайне важно вести здоровый образ жизни. Мы значительно улучшим жизнь как себе, так и будущим поколениям, если будем активно избегать стресса и беспокойства, а также лживых и вероломных людей, вместо этого сближаясь с людьми, которые поддерживают и ценят нас.

Подобно музыкантам в оркестре, играющим в разных секциях, будь то струнные, духовые или ударные, клетки кожи содержат информацию, отличную от той, какой владеют клетки сердца, и так далее. Воспоминание, возникающее сознательно или бессознательно в результате какого-то триггера, «слышится» подобно оркестровой музыке. Высшие мозговые центры занимают место дирижера и координируют сообщения, которые достигают нашего сознательного «я» и формируют определенное поведение.

Настало время развеять миф о скованном разуме и принять научно обоснованную концепцию воплощенного познания. Это новая революционная концепция в психобиологии, одновременно меняющая парадигму и расширяющая возможности.

Мы думаем, чувствуем и действуем своим телом, с его помощью соприкасаемся с окружающим миром, с ним связан наш разум. Я надеюсь, что «Телесный разум» поможет вам лучше понять, кем мы являемся в отношениях с собой, близкими, обществом и Вселенной, и замотивирует вас проявлять свободу воли и брать на себя ответственность за свои действия.

Глава первая
Имеют ли значение гены?

Соединение сперматозоида и яйцеклетки при зачатии приводит к оплодотворению яйцеклетки и формированию диплоидной клетки, зиготы, которая, прижившись в утробе матери, в итоге станет взрослым человеком. Эта крошечная клетка несет в себе план всего будущего человеческого существа. Удивительно, но это правда. Еще более удивительно, что, согласно научным исследованиям, эта генетическая информация не ограничивается архитектурными планами построения тела, но также включает данные, отражающие опыт и личностные характеристики родителей, что переносят нас в новую науку – эпигенетику.

Думаю, справедливо заметить, что эпигенетика является самым революционным достижением биологических наук с тех пор, как в 1859 году вышла книга Чарлза Дарвина «О происхождении видов».

ЭПИГЕНЕТИКА – ЭТО ИЗУЧЕНИЕ МОЛЕКУЛЯРНЫХ МЕХАНИЗМОВ, С ПОМОЩЬЮ КОТОРЫХ ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА РЕГУЛИРУЕТ АКТИВНОСТЬ ГЕНОВ.

Эпигенетика – наука не только о том, что жизненный опыт меняет нас, но и о том, что эти изменения могут передаваться нашим детям и внукам на протяжении многих поколений. Этот процесс называется трансгенерационным наследованием и в последние годы часто становится областью исследований.

С эволюционной точки зрения мнение, что воздействие важных условий окружающей среды, таких как голод, война, тревога и т. п., должно «информировать» потомство человека для лучшей подготовки к жизни после рождения, имеет смысл. Очевидно, что эта информация может передаться от родителей к детям только через половые клетки (яйцеклетки и сперматозоиды).

В последнее десятилетие исследователи установили, что копии ДНК, передаваемые через гены, не являются окончательными при рождении⁷. Гены – это не приговор. Такие факторы окружающей среды, как питание, стресс и эмоции, могут менять экспрессию генов без изменения их структуры.

Мы совершим стремительное путешествие по генетике: рассмотрим хромосомы, гены, ДНК, РНК и другие понятия. Затем мы перейдем к эпигенетике, которую я разделил на экологическую эпигенетику, то есть физические факторы окружающей среды (загрязнение, токсины, обилие или недостаток пищи), и психосоциальную эпигенетику, которая касается отношений, особенно между родителями и детьми, и психологических факторов (стресс, тревога, наличие или отсутствие привязанности). Также мы уделим особое внимание тому, как жестокое обращение и пренебрежение со стороны родителей влияет на эпигеном ребенка.

Генетика

Невозможно обсуждать генетику без использования научных терминов, из-за чего я вынужден просить вас о снисхождении и терпении. Даже если вы находите некоторые из этих слов пугающими, пожалуйста, читайте дальше. Вы поймете суть. Я обещаю.

Основной единицей наследования является хромосома. Хромосома – это организованный пакет ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), находящийся в ядре каждой клетки. Разные организмы имеют разное количество хромосом. У людей 23 пары хромосом: 22 пары пронумерованных, называемых аутосомами, и одна пара половых – X и Y. У женщин набор хромосом записывается как XX, у мужчин – XY⁸.

Каждый ребенок получает половину своих хромосом от матери и половину от отца⁹.

Геном – это полный набор ДНК в клетке. От 25 000 до 35 000 генов в геноме человека составляют всего 5 % всего генома. Все остальное – переключатели и длинные участки некодирующей ДНК (то есть не производящей белки). Эти области между генами долгое время называли мусорной ДНК. Недавно ученые узнали, что области между генами являются переключателями, которые играют жизненно важную роль в функциях клеток. Мутации в этих областях ДНК могут серьезно повлиять на здоровье человека.

Роберт Сапольски, профессор биологии, неврологии и нейрохирургии из Стэнфордского университета, в своей книге «Почему у зебр не бывает инфаркта. Психология стресса» говоря о геноме человека, приводит следующее сравнение: «Представьте, что у вас есть книга на 100 страниц¹⁰, из которых 95 – это инструкция к тому, как читать оставшиеся 5».

В своем основополагающем труде «О происхождении видов» Дарвин писал¹¹, что эволюционные изменения происходят в течение миллионов лет естественного отбора. Следуя по стопам Дарвина¹², генетики добились невероятных успехов в выявлении отдельных генов с вариациями, которые приводят к простым менделевским признакам и заболеваниям, таким как фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, болезнь Тея – Сакса и муковисцидоз. Однако стоит отметить, что болезни с простыми менделевскими схемами наследования встречаются редко, в то время как большинство заболеваний человека, таких как рак, диабет, шизофрения, алкогольная зависимость, или личностные черты и поведение являются результатом взаимодействия множества генетических, психо-социально-экономических и культурных элементов и, следовательно, считаются сложными и многофакторными.

Обложки журнала Time часто отражают доминирующие культурные, политические или научные феномены, и именно поэтому на обложке выпуска от 25 октября 2004 года была изображена молящаяся женщина с надписью «ГЕН БОГА». Фотография отсылала к статье, в которой выдвигалась гипотеза о наличии в геноме некоего гена Бога. Разумеется, это утверждение далеко от истины.

Не существует ни гена Бога, ни гена гнева, ни гена эгоизма, ни гена шизофрении. Требуется множество генов, чтобы у человека развилась болезнь или появилась та или иная черта личности. Точно так же различные комбинации одних и тех же генов могут создать высокий интеллект, музыкальные способности, дальновидность и другие положительные качества. Исследователи из Женевского университета сообщают, что генетические вариации в одной геномной позиции¹³ влияют на множество отдельных генов. Если меняется один элемент, это влечет за собой изменение всей системы.

Гены преподают нам важнейший жизненный урок¹⁴: все взаимосвязано.

Показательным примером является открытие того, что изменения личности могут повлиять на форму и движения тела¹⁵, по крайней мере у рыбок данио-рерио, что недавно продемонстрировало исследование, проведенное в Университете штата Северная Каролина. Исследователи вывели две группы рыб: одни были смелыми, другие – пугливыми. У смелых рыбок данио-рерио была более изящная форма тела, а также способность быстрее реагировать при возникновении опасности, чем у пугливых. Это исследование подтверждает предположение о том, что такие черты, как индивидуальность или темперамент, могут быть генетически связаны с другими чертами – например, с формой тела¹⁶. Тело – это сложная экосистема, в которой все перестраивается даже при малейшем изменении, создавая эффект домино.

Функционирование генома зависит от его внутриклеточной среды (среды в клетке, окружающей ядро) и его взаимосвязи с внеклеточной, включая гормоны и нейромедиаторы. Внеклеточная среда, представляющая собой ткани и органы организма, в свою очередь, подвержена влиянию окружающей среды индивида – например, доступности пищи или уровня социальных взаимодействий¹⁷. Следовательно, мы неосознанно приспосабливаем свою жизнь ко всему, что происходит внутри и снаружи нас. Замечательно, что наше тело может делать это самостоятельно и нам не приходится думать об этом большую часть времени.

За некоторыми исключениями, каждый тип клеток многоклеточного организма несет в себе один и тот же набор генетических инструкций, закодированных в его геноме. Тем не менее каждый тип клеток экспрессирует (активирует) только те гены, которые необходимы для выполнения его конкретной функции. Белки, которые упаковывают гены в клеточном ядре, называются гистонами. Гистоны действуют как катушки, вокруг которых наматывается ДНК, и играют важную роль в регуляции работы генов. Подробнее об этом мы поговорим в следующем разделе.

В научном сообществе принято считать, что вся информация, передаваемая от одного поколения к следующему, хранится в ДНК организма. Совсем недавно клеточный биолог Энтони Хосе выдвинул революционную теоретическую концепцию наследственности¹⁸. Хосе оспаривает общепринятое мнение, упомянутое выше, и утверждает, что ДНК – это всего лишь список ингредиентов, а не набор инструкций, используемых для создания и поддержания живого организма. Инструкции, по его словам, намного сложнее и хранятся в молекулах, которые регулируют ДНК клетки. Новая структура Хосе преобразует наследственность в сложную сетевую информационную систему, в которой все регуляторные молекулы, помогающие клетке функционировать, могут составлять хранилище наследственной информации.

СТРУКТУРА ХОСЕ ПОМОГАЕТ ПОНЯТЬ, КАК НА ПРОТЯЖЕНИИ ТЫСЯЧЕЛЕТИЙ УСЛОЖНЯЛОСЬ ХРАНЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ, ТЕПЕРЬ В ДОПОЛНЕНИЕ К ЯДРУ ЗАДЕЙСТВУЮЩЕЕ ЕЩЕ И ЦИТОПЛАЗМУ И КЛЕТОЧНУЮ МЕМБРАНУ.

Эта теория вновь подчеркивает необходимость отказа от устаревших концепций центрального механизма управления и введения концепций сетей и контуров обратной связи. Взгляды генетиков начала XX века на наследственность заключались в том, что развитие организма – это односторонний поток информации от ядерной ДНК к РНК-посреднику и производству белка. Однако данная модель, также известная как центральная догма генетики, кажется несостоятельной на фоне недавних достижений эпигенетики. Как мы увидим, эта наука концентрируется на том, как внешние факторы взаимодействуют с генами, вызывая изменения в организме индивида.

Эпигенетика

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 ДНК²⁰. 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 микрохимеризмом²¹. 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 ребенка²².

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.

Экологическая эпигенетика

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

Статья 1988 года, опубликованная Джоном Кэрнсом²³ 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 лактозу²⁴, поместили в лактозную среду²⁵. 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 черты²⁷ 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 лаборатория²⁹.

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. elegans³⁰ 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 морфогенеза³¹. 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 % генов³². 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 существом³³.

Например, ученые из Университета Дьюка провели исследование, посвященное последствиям голодания³⁴. 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.

Эпигенетика завоевала доверие научного сообщества, когда несколько десятилетий назад исследователи изучали детей, выношенных в период голода в конце Второй мировой войны в Нидерландах³⁵. Исследователи обнаружили на одном из генов детей определенную химическую метку (или, как ее еще называют, эпигенетическую сигнатуру). Исследователи связали это открытие с различиями в состоянии здоровья детей: они росли хуже, чем дети других возрастов, и имели массу тела выше средней. Их дети также были меньше ростом и более восприимчивы к диабету, ожирению и сердечно-сосудистым заболеваниям, и эти изменения были заметны в течение трех последующих поколений.

Не только недостаток пищи может подобным образом повлиять на потомство: как показало британское исследование, проведенное в Бристольском университете, это может быть связано и с бедностью³⁶. Исследователи отобрали 40 мужчин, родившихся в 1958 году: одна половина выросла в богатых семьях, а другая – в бедных. В исследовании испытуемых выбрали из верхних и нижних 20 % общества в соответствии с социально-экономическим статусом, чтобы убедиться, что будут представлены примеры обеих крайностей. Сосредоточив внимание на участках ДНК, называемых промоторными областями³⁷, что переводится как «включатели», команда исследовала более 20 000 участков по всему геному.

Почти на одной и той же трети участков у представителей групп получились совершенно разные модели. Что наиболее характерно, уровни метилирования резко отличались: 1252 участка у мужчин из бедных семей и лишь 545 участков у мужчин из богатых семей. Поскольку образцы брали в среднем возрасте, исследователи не могли точно сказать, когда добавились или исчезли эпигенетические метильные группы. Хотя возможно, что гены изменились в младенчестве, детстве или даже в зрелом возрасте, ученые, проводившие эксперименты, придерживались мнения, что эпигенетические изменения, которые они наблюдали в ДНК взрослого человека, стали в значительной степени результатом раннего жизненного опыта.

Сегодня наиболее распространенной хирургической процедурой у фертильных женщин является родоразрешение путем планового кесарева сечения. Однако беременные женщины или те, кто планирует создать семью, должны знать о следующих результатах многочисленных исследований: дети, рожденные путем кесарева сечения, подвергаются повышенному риску развития астмы, диабета первого типа, ожирения, целиакии, рака и подавления иммунного ответа³⁸.

1.«Крошечный мозг не препятствие для французского государственного служащего». Reuters Science News, July, https://www.reuters.com/article/us-brain-tiny/tiny-brain-no-obstacle-to-french-civil-servant-idUSN1930510020070720.

2.Здесь и далее источник информации, помеченной звездочкой, вы можете найти в разделе «Примечания». – Прим. ред.

3.Доктор Лайонел Фейе из больницы де ла Тимон: Feuillet, L., Dufour, H., and Pelletier, J. (2007). «Brain of a white-collar worker.» Lancet, 370(9583), 262.

4.Случаев, когда в детстве людям: Villemure, J. G., and Rasmussen, T. H. (1993). «Functional hemispherectomy in children.» Neuropediatrics, 24(1), 53–55; Battaglia, D., Veggiotti, P., Colosimo, C., et al. (2009). «Functional hemispherectomy in children with epilepsy and CSWS due to unilateral early brain injury including thalamus: sudden recovery of CSWS.» Epilepsy Research, 87(2–3), 290–298; Schramm, J., Kuczaty, S., Von Lehe, M. et al. (2012). «Pediatric functional hemispherectomy: outcome in 92 patients.» Acta Neurochirurgica, 154(11), 2017–2028.

5.Гемисферэктомия – хирургическая операция удаления полушария большого мозга; применяется при распространенных опухолях мозга, эпилепсии. – Прим. пер.

6.Взрослые, перенесшие гемисферэктомию: Carson, B. S., Javedan, S. P., Guarnieri, M., et al. (1996). «Hemispherectomy: A hemidecortication approach and review of 52 cases.» Journal of Neurosurgery, 84(6), 903–911.

7.Важно отметить, что сами фрагменты ДНК как химической структуры остаются неизменными. В процессе метилирования, например, происходит присоединение дополнительных химических групп, но основную последовательность ДНК это принципиально не меняет. (Здесь и далее примечания научного редактора, если не указано иное.)

8.Существуют состояния, связанные с отсутствием одной из половых хромосом или, напротив, с увеличением их количества, при этом фенотипически мы будем определять людей как женщин и мужчин.

9.Помимо основного набора хромосом от матери и отца в зиготу попадают клеточные органеллы – митохондрии, обеспечивающие клетку энергией и имеющие свою собственную ДНК (митохондриальная ДНК). Таким образом, количество генетической информации, получаемой от обоих родителей, превышает половинный набор хромосом.

10.«Представьте, что у вас есть книга на 100 страниц»: Sapolsky, Robert. Why Zebras Don’t Get Ulcers (New York. Henry Holt & Company, 2004).

11.Дарвин писал: Дарвин, Чарлз. Происхождение видов (Лондон: Джон Мюррей, 1859).

12.Следуя по стопам Дарвина: Risch, N. J. (2000). Nature, 405(6788), 847–856; Botstein, D. and Risch, N. (2003). «Discovering genotypes underlying human phenotypes: past successes for mendelian disease, future approaches for complex disease.» Nature Genetics, 33, 228–237.

13.Генетические вариации в одной геномной позиции: Dermitzakis, Emmanouil T., et al. (2015). «Population Variation and Genetic Control of Modular Chromatin Architecture in Humans.» Cell, 162(5), 1039–1050.

14.Гены преподают нам важнейший жизненный урок: Meaney, M. J. (2001). «Maternal care, gene expression, and the transmission of individual differences in stress reactivity across generations.» Annual Review of Neuroscience, 24, 1161–1192.

15.Изменения личности могут повлиять на форму и движения тела: Kern, Elizabeth M.A., Robinson, Detric, et al. (2016). «Correlated evolution of personality, morphology and performance.» Animal Behavior, 117, doi:10.1016/j.anbehav.2016.04.007.

16.Важно отметить, что результаты, полученные на одних моделях (например, на рыбах), далеко не всегда справедливы для других организмов (например, для людей).

17.В то же время одной из ключевых характеристик живого организма является его стабильность, способность поддерживать гомеостаз – внутреннее постоянство. Это обеспечивается множеством систем организма, поэтому говорить о высокой изменчивости вследствие действия факторов внешней среды было бы преувеличением.

18.Теоретическую концепцию наследственности: Jose, A. M. (2020). «Heritable Epigenetic Changes Alter Transgenerational Waveforms Maintained by Cycling Stores of Information.» BioEssays. doi:10.1002/bies.201900254.

19.Сами гены не изменяются, меняется их способность к реализации.

20.Метилирование не считается изменением генома, поскольку нуклеотидная часть ДНК остается прежней.

21.Микрохимеризмом: Yan, Z., Lambert N. C., Guthrie, K. A., Porter, A. J., Nelson, J. L., et al. (2005). «Male microchimerism in women without sons: Quantitative assessment and correlation with pregnancy history.» American Journal of Medicine., 118(8), 899–906; Chan, W. F., Gurnot. C., Montine, T. J., Nelson, J. L., et al. (2012). «Male microchimerism in the human female brain.» PLoS One, 7(9), edoi: 10.1371/journal.pone.0045592.

22.Свои собственные, своей матери и ребенка: Rowland, Katherine (2018). «We Are Multitudes.» Aeon Magazine. https://aeon.co/essays/microchimerism-how-pregnancy-changes-the-mothers-very-dna.

23.Статья 1988 года, опубликованная Джоном Кэрнсом: Cairns, John, Overbaugh. Julie, and Miller, Stephan (1988). «The origin of mutants.» Nature, 335, 142–145.

24.Cахар, содержащийся в молочных продуктах. – Прим. авт.

25.Научный термин для пищи, на которой растут бактерии, обычно в чашке Петри. – Прим. авт.

26.Направленные мутации: Stahl, F. W. (1988) «Bacterial genetics. A unicorn in the garden.» Nature, 335, 112.

27.Повлияет на эволюцию, передав новые черты: Bygren, L. O., Kaati, G., and Edvinsson, S.: (2001) «Longevity determined by ancestors’ overnutrition during their slow growth period.» Acta Biotheoretica, 49, 53–59; Bygren, Olov (2010) in Kaati, G., Bygren, L. O., Edvinsson, S. (2002). «Cardiovascular and diabetes mortality determined by nutrition during parents’ and grandparents’ slow growthperiod.» European Journal of Human Genetics, 10, 682–688.

28.Адаптивная мутация: Foster, P.L. (1999). «Mechanisms of stationary phase mutation: a decade of adaptive mutation.» Annual Review of Genetics, 33,57–88.

29.Мутации – это процесс, затрагивающий саму структуру генетического кода, последовательность генов в ДНК. Эпигенетические изменения структуру ДНК не меняют.

30.Научные статьи о C. elegans: CBS C-elegans (http://cbs.umn.edu/cgc/what-c-elegans).

31.Морфогенез – формирование организма посредством эмбриологических процессов дифференцировки клеток, тканей и органов и развития систем органов в соответствии с генетическим «планом» потенциального организма и условиями окружающей среды. https://www.britannica.com/science/morphogenesis.

32.Совпадает до 80 % генов: Gebauer, Juliane, Gentsch, Christoph, and Kaleta, Christoph, et al. (2016). «A Genome-Scale Database and Reconstruction of Caenorhabditis elegans Metabolism.» Cell Systems, 2(5), 312.

33.Что тем не менее не означает, что данные, полученные на этих червях, могут быть прямо экстраполированы на человека.

34.Последствиям голодания: Jobson, M. A., Jordan, J. M., Sandrof, M. A., Baugh. L. R., et al. (2015). «Transgenerational Effects of Early Life Starvation on Growth, Reproduction and Stress Resistance in Caenorhabditis elegans.» Genetics, 201(1), 201–212.

35.Период голода в конце Второй мировой войны в Нидерландах: Tobi, Elmar W., Slieker, Roderick C., Xu, Kate M., et al. (2018). «DNA methylation as a mediator of the association between prenatal adversity and risk factors for metabolic disease in adulthood.» Science Advances, 4(1).

36.Это может быть связано и с бедностью: Pembrey, M., Saffery, R. and Bygren, L. O. (2015) «Network in Epigenetic Epidemiology. Human transgenerational responses to early-life experience: potential impact on development, health and biomedical research.» Journal of Medical Genetics, 51, 563–572.

37.Промоторными областями: Borghol, N., Suderman, M., McArdle, W., Racine, A., Hallett, M., Pembrey, M., Szyf, M., et al. (2012). «Associations with early-life socio-economic position in adult DNA methylation.» International Journal of Epidemiology, 41(1), 62–74.

38.Причины этого до сих пор активно изучаются и могут быть связаны не с самим фактом кесарева сечения, а, например, с влиянием микробиома.