16. Природа и воспитание

В старину было суеверное представление, что характер и судьба человека определяются расположением планет в час его рождения. К концу прошлого столетия, когда человек стал более осведомлен о роли наследственности в формировании тела и ума, появилась тенденция отводить наследственным влияниям ту же роль, которую астрологи отводили звездам, В произведениях таких писателей, как Золя и Ибсен, моменту зачатия, когда образуется сочетание генов, придается такой же роковой смысл, как моменту рождения у астрологов.

Современная медицина, психология и педагогика, напротив, подчеркивают большую роль среды в развитии индивидуума. Многие стремятся примирить эти две точки зрения, разделяя признаки на наследственные и ненаследственные. Предполагается, что последние формируются под влиянием внешних агентов; первые же рассматриваются как неизбежный рок или неотъемлемая собственность. Так, например, для многих врачей-практиков болезнь либо наследственна, либо ненаследственна, в первом случае с ней ничего нельзя поделать, а во втором появляется надежда на успешное предупреждение и лечение.

Точно так же некоторые люди полагают, что умственные способности наследственны. Другие же считают, что это не так: все люди способны достичь одинакового уровня умственного развития, если им будут предоставлены в одинаковой мере благоприятные условия обучения. Первые полагают, что дети, которые унаследовали гены хороших умственных способностей, станут высокоинтеллектуальными личностями даже без особого обучения, в то время как дети, которым не посчастливилось в отношении генов, не смогут извлечь пользу даже из самого лучшего обучения.

По отношению к преступности существуют те же самые две системы мышления. Некоторые рассматривают склонность к преступлениям как наследственный рок, от которого нет спасения. Имеется книга под названием "Преступление как судьба". Противоположная точка зрения высказана одним бывшим работником Британской полиции, который пишет в своей биографии: "Мы должны избавиться от взгляда на преступника как на наследственный тип; он - это вы, или я, или любой человек, живущий рядом с вами".

"Наследуется ли преступность? Наследственная ли болезнь рак? Являются ли высокие умственные способности результатом обучения?" - подобные вопросы для генетика не имеют смысла. Эти вопросы выражают мысль о противопоставлении наследственности и среды. Мысль о противопоставлении наследственности и среды, "природы и воспитания" неверна (Гальтон, 1874). На самом же деле каждый признак, нормальный или отклоняющийся от нормы, - результат процесса развития и определяется как генами, так и средой. Хотя относительное участие наследственности и среды у отдельных признаков сильно варьирует, лишь немногие признаки полностью определяются наследственностью, а признаков, определяемых только средой, и того меньше. Огнестрельная рана вызывается внешним агентом, но раненый мог быть вовлечен в ссору из-за своего агрессивного характера, который по крайней мере частично мог быть унаследован. Более того, воздействие раны на общее состояние больного и скорость выздоровления зависят от его конституции, отчасти наследственной. На другом конце шкалы природа - воспитание находится некоторое количество признаков, которые целиком определяются генами-то группы крови, цвет глаз и болезни, подобные хорее Генингтона.

Для некоторых из этих болезней в будущем, возможно, найдут способы лечения при помощи внешних воздействий; для других это невозможно, поскольку связь между геном и эффектом его действия слишком непосредственна для того, чтобы человек мог вмешаться. Между этими крайностями лежит подавляющее большинство признаков, которые определяются взаимодействием генов и среды.

Первая среда для млекопитающего - материнская утроба. Мы уже встречались с некоторыми примерами взаимодействия утробной среды и генов эмбриона. Ребенок с положительным Rh-фактором развивается нормально в Rh-положительной матери, но его развитие может быть сильно нарушено, если мать Rh-отрицательна. Теленок генетически женского пола может развиться в стерильный фримартин, так как действие его половых генов подавляется гормонами мужского эмбриона-близнеца. Еще один пример показан на рис. 44. При скрещивании крупного тяжеловоза и маленького шотландского пони величина жеребенка зависит от того, как подбираются родители. Шотландская кобылица, покрытая крупным жеребцом, производит на свет жеребенка меньшего размера, чем крупная кобыла, покрытая шотландским жеребцом. Генетически оба жеребенка обладают одинаковым набором генов, определяющих размеры (сцепленные с полом гены в этом случае не играют роли), но лишь в утробе крупной кобылы эти гены могут проявить себя полностью.

Рис. 44. Влияние различных условий эмбрионального развития на один и тот же генотип. Обратные скрещивания пони и тяжеловозов

Тотчас после рождения животного начинается влияние новой среды как на него самого, так и на действие его генов. Будет ли корова высокоудойной, зависит в такой же степени от ухода и кормления, как и от ее генов. Некоторые люди придерживаются диеты, чтобы не прибавлять слишком в весе; другие могут объедаться сладостями, не теряя стройности фигуры. Такое же взаимодействие наследственности и среды наблюдается в отношении более специфических признаков. У кроликов, гомозиготных по одному из рецессивных генов, из веществ, содержащихся в свежей траве, образуется желтый жир. С потребительской точки зрения желтый жир - проявление нежелательного гена. Кроликовод, у которого животные имеют ген желтого жира, может полностью маскировать его действие, исключив зелень из пищи.

Проявление многих генов зависит от температуры. Гималайский тип окраски кроликов обусловливается генами, которые обеспечивают образование пигмента только при низкой температуре. Поэтому бывают окрашены только наиболее выступающие части тела. Если выщипать шерсть на спине и на боку и подержать животных на холоде, вновь отрастаемая шерсть будет черного цвета и на шкурке образуются темные пятна (рис. 45). Характерная окраска сиамской кошки определяется геном со сходной температурной зависимостью; сиамские котята, растущие на холоде, темнее котят, растущих в теплом помещении. Особая "курчавая" порода кур несет доминантный ген, обусловливающий курчавость перьев. У гомозиготных "курчавых" птиц перья ненормальны и хрупки, и часто птицы оказываются совершенно голыми. Если такую голую птицу укутать в шерстяную попону, у нее на всем теле развивается оперение.

Рис. 45. Влияние температуры на проявление гималайского гена у кроликов. Черное пятно появляется тогда, когда на месте выщипанных новые волосы вырастали при низкой температуре

Жизнь зеленых растений зависит от света. Они используют питательные вещества из воздуха при помощи зеленого хлорофилла, и этот процесс идет только на свету. Более того, у большинства растений хлорофилл не может образовываться в темноте. Для образования хлорофилла требуется много генов. Когда одного из них недостает или он дефектен, сеянец вырастает альбиносом, без хлорофилла, и умирает от голода (см. гл. 4, рис. 6). Сеянец не станет зеленым без света, даже если у него имеются все гены, необходимые для образования хлорофилла. Таким образом, один и тот же фенотип - умирающий белый сеянец - может быть обусловлен или дефектным генотипом (рис. 46, в), или недостатками среды (см. рис. 46, а).

Рис. 46. Один и тот же признак (отсутствие хлорофилла) проявляется в итоге действия среды (а) или нехватки гена (в). Показано только 5 пар генов образования хлорофилла; на самом деле их гораздо больше: ● - нормальные гены образования хлорофилла; ○ - мутантный ген, мешающий образованию хлорофилла

Некоторые растения цветут только тогда, когда продолжительность дня достаточно велика, они хорошо цветут в длинные летние дни в странах, расположенных далеко от экватора. Другим растениям для цветения, напротив, требуются световые короткие дни, как в экваториальных странах. Различия между этими двумя группами растений определяются генетически, и фенотип "цветущее растение" обусловливается взаимодействием соответствующих генов и продолжительностью дня (рис. 47).

Рис. 47. Взаимодействие среды и генотипа в образовании цветков у табака. N. Silvestris (верхний ряд) цветет лишь во время длинных световых дней умеренной зоны; N. Tabacum (нижний ряд) цветет лишь при коротких световых днях тропических стран

Большинство генов, таким образом, не дает стереотипного эффекта, а только определяет характер реакции организма на окружающую его среду. Это верно также и для генов, которые вызывают появление уродств или болезней человека. Мы видели в главе 12, что многие из этих генов характеризуются неполной пенетрантностью. Это означает, что они часто не обнаруживаются у тех лиц, которые генетически несут в себе потенцию для развития болезни. В этих случаях условия среды, обычно еще не изученные медиками, предотвращают проявление вредного гена. В свою очередь, генотипические различия часто определяют ответ на условия среды, являющиеся причинами заболевания.

Совершенно очевидно, что источник инфекционных болезней - среда. Не может быть инфекционных заболеваний без проникновения в тело микробов. Но сила инфекции, выражающаяся в легком или остром течении болезни или в отсутствии ее вообще, зависит от многих обстоятельств; играет роль общее состояние здоровья в период эпидемии или иммунность, обусловленная предшествующей, возможно незамеченной, слабой инфекцией тем же микробом. Часто в дополнение к этому играют роль генетические различия в восприимчивости. Еще в 1898 г. врачи в штате Мэн (США) заметили, что детский паралич (полиомиелит, в то время только что описанная и плохо изученная болезнь) имеет тенденцию поражать детей из одной и той же семьи. В 1943 г. преподаватель средней школы из района Мак Доувэлл штата Зап. Вирджиния собрал сведения о всех лицах, перенесших полиомиелит в последние 50 лег. Он обнаружил, что все они находятся в родственных отношениях. Генетик, разобравшийся в этих данных, пришел к выводу, который позднее подтвердился массовыми исследованиями семей в штате Индиана. По-видимому, имеется рецессивный ген, не сцепленный с полом, позволяющий вирусу проникать в нервную клетку, что и вызывает паралич. Ген имеет неполное проявление, и примерно одна четверть людей, которые гомозиготны по нему, переносят болезнь в легкой форме или остаются здоровыми. Так же обстоит дело с лицами, которые гетерозиготны по этому гену или не несут его вовсе. Таким образом, вирус, генотип и внешние факторы (например, физические упражнения на ранней стадии заражения) взаимодействуют в процессе поражения детским параличом. Сходная картина наблюдается и при других инфекционных заболеваниях, в частности при туберкулезе. Мы еще вернемся к этому в следующей главе.

Рак - столь распространенная болезнь, что обнаружение нескольких случаев рака в одной семье не может служить свидетельством в пользу наследуемости его, тем более, что родственники, вероятно, подвергаются действию тех же факторов, которые предположительно вызывают рак или действительно являются канцерогенными, как, например, работа в урановых рудниках или неумеренное курение. В действительности же нет достаточных оснований для признания генетической склонности к раку вообще. С другой стороны, как будто все же имеется генетический элемент в тенденции к развитию рака определенного типа. У мышей были выведены генетически чистые линии, в которых у большого числа животных развивались опухоли специфического типа, например опухоль грудной клетки или легкого.

Поскольку у человека даже близкие родственники сильно отличаются по генотипу, риск родственника больного раком заболеть тем же типом рака невысок. Раковая болезнь родственника не должна их чрезмерно беспокоить, но все же такие люди должны быть более внимательны к симптомам, которые могут быть началом того типа рака, который преобладает в данной семье.

Все, что правильно в отношении свойств тела, справедливо и для черт ума и эмоций. Уровень умственного развития, особые способности, личные качества - все это результат взаимодействия генетических факторов и факторов среды. Оценка относительной роли генотипа и среды в определении таких признаков - трудная задача. В следующей главе мы рассмотрим один из методов ее разрешения.

А теперь вернемся к началу этой главы. Обсуждение далеко увело нас от представления, что наши гены - подобно звездам астрологов - определяют нашу конституцию, нашу личность и поэтому влияют на многое в нашей судьбе. Мы должны, пожалуй, смотреть на наши гены, как игрок смотрит на доставшиеся ему карты, из которых он должен извлечь все, что может.

Такое сравнение на самом деле справедливо не только в этом смысле. Мы увидим в главе 19, что как карты тасуются перед раздачей, так и гены родителей перемешиваются, прежде чем достаться детям. И даже более того, подобно тому, как ценность любой карты может повыситься или понизиться остальными картами данного игрока, так и значение отдельного гена может зависеть от других генов данного индивида. Если у вас имеется две X-хромосомы, ген, который повышает содержание мочевой кислоты в крови, в редких случаях принесет вам вред. Если вы имеете одну X- и одну Y-хромосомы, ген может вызвать у вас тяжелые приступы подагры. Эстетически приятное сочетание гена голубых глаз и гена черных волос бесполезно для человека, гомозиготного по гену альбинизма, так как последний подавляет образование любого цвета волос и глаз. Иногда необычная комбинация генов может вызвать исключительную ненормальность. У некоторых разновидностей маленьких рыбок платипецилий имеется бросающееся в глаза пятно. Если эту рыбку скрестить с ее дальним родственником - мечехвостом, у гибридов часто развиваются противные черные опухоли (рис. 48). В этом случае гены, в обычном окружении безвредные, а возможно, даже полезные, при сочетании с чужими генами становятся опасными. Поспешу добавить, что такие скрещивания между различными родами рыб ни в какой степени не сопоставимы со скрещиваниями представителей разных рас у человека.

Рис. 48. Влияние генов на проявление других. Мечехвост (слева), спаренный с пятнистой платипецилией (справа). У гибрида (внизу) развились черные опухоли

Мы начинаем жизнь, имея на руках гены, как игрок начинает партию, имея на руках карты. Иногда раздача может быть такой плохой, что трудно ожидать даже умеренного успеха. Еще реже она бывает столь превосходна, что для достижения успеха не требуется никаких стараний, чаще всего успех зависит от умения и опыта игрока. Справедливо будет сказать, что пределы его успехов определяются картами, которыми располагает он и другие игроки; но насколько он приблизится к пределу, зависит от его умения. Хороший игрок с плохими картами может достигнуть большего успеха, чем плохой игрок с хорошими. В жизненной игре в гены человек принимает лишь ограниченное участие, большая роль принадлежит обстоятельствам, которые еще не находятся под нашим контролем. Однако прогресс в этом направлении идет быстро. Гладкие волосы благодаря перманентной завивке можно сделать волнистыми, можно покрасить в светлый цвет темные волосы. Более важно следующее: дефекты речи, вызванные наследственной заячьей губой, могут быть устранены при помощи операции, и ген, обусловливающий восприимчивость к детскому параличу, может быть обезврежен с помощью вакцины против полиомиелита. Чем больше мы будем знать о путях действия генов и характере их проявления в различных условиях среды, тем лучше мы научимся способствовать проявлению хороших генов и ослаблять действие плохих.