От ДНК к поведению

Вспомним кое-что из нашего с вами "общего прошлого". Родился ребенок. Не успели еще привезти его из роддома домой, как родственники, друзья, знакомые спешат выразить молодым супругам свою радость по поводу столь знаменательного события. И начинается: "А глаза-то у Вовы мамины, а нос-то у Вовы - папин". И хотя все это еще не раз будет пересмотрено, подобные речи слышать всем нам приятно.

То, что дети наследуют от родителей какие-то внешние черты, всегда считалось само собой разумеющимся. Большее удивление вызывало то, что иной раз некоторые признаки ребенок наследовал не от папы или мамы, а от деда или бабушки. Известно, например, что Александр Блок был поразительно похож на своего деда Льва Александровича. Разгадку подобных "перескоков" интуитивно чувствовал замечательный поэт и философ древнего Рима Лукреций Кар, писавший в своей знаменитой поэме "О природе вещей":

 Может случиться и так, что дети порою бывают 
 С дедами схожи лицом и на прадедов часто походят. 
 Ибо нередко отцы в своем собственном теле скрывают 
 Множество первоначал в слиянии многообразном, 
 Из роду в род от отцов к отцам по наследству идущих; 
 Так производит детей жеребьевкой Венера, и предков 
 Волосы, голос, лицо возрождает она у потомков.

Сейчас секреты всех этих процессов во многом раскрыты. Современные генетики убедительно объяснят вам, почему у ребенка та или иная форма носа или цвет глаз и почему ген, "ответственный" за дедовы уши, не сработал у папы, а проявил себя лишь у его сына. Дело здесь в так называемых доминантных и рецессивных признаках, т. е. проявляющихся непосредственно в следующем поколении или остающихся до поры до времени спрятанными.

Генетическим путем передаются не только внешние признаки организма. Те же механизмы могут обусловливать и определенные особенности протекания в организме обменных процессов. Генетическому контролю подлежит образование и функционирование различных гормонов и ферментов. Так что ребенок может получить в наследство от папы не только форму носа, но и, например, диабет. И это тоже теперь никого не удивляет. Наука о наследственных болезнях человека достигла столь впечатляющих успехов, что позволяет не только определить степень риска при рождении ребенка у больных родителей, но и делает первые реальные шаги по пути предотвращения и лечения таких заболеваний.

Но и это не все. Уже издавна люди знали, что ребенок может походить на папу или маму также и некоторыми особенностями психики - характером, эмоциональностью, привычками. Не случайно бабушка иной раз не удержится и в сердцах бросит: "Ну что за упрямый мальчишка, вылитый отец!"

Закономерно ли это? Когда мы говорили о наследовании формы носа, цвета глаз и даже диабета, то речь фактически шла о регулировании генами последовательности различных "строительных операций", в первую очередь - синтеза по образу и подобию многочисленных белковых веществ, определяющих собой специфику клеток, тканей, ферментов, гормонов и т. п., т. е. чего-то вполне материального, того, что как бы можно пощупать руками. А тут - психика, нечто неуловимое, нематериальное. Как же такая сугубо материальная частица, как ген, с совершенно определенной химической структурой может отвечать за такие нематериальные вещи, как темперамент, характер, склонности к музицированию или рисованию?

Ответить на все эти непростые вопросы и берется совсем еще молодая, но бурно развивающаяся отрасль учения о наследственности - генетика поведения. Она действительно очень молода: хотя первые исследования, к ней относящиеся, появились более 60 лет назад, все же годом ее окончательного становления считается 1960-й, когда была опубликована первая обобщающая монография американских ученых Дж. Фуллера и В. Томпсона под таким именно названием - "Генетика поведения".

Самые первые задачи, вставшие перед ней, были совсем скромны: установить несомненные факты передачи по наследству тех или иных черт и особенностей поведения животных. И сразу же обнаружились огромные трудности в изучении поведения генетическими методами. Любой поведенческий акт настолько сложен, настолько зависит от множества разнообразных факторов, в том числе внешних, что вычленить в нем какое-то одно звено для изучения и анализа бывает крайне непросто. Поэтому, в частности, работы с классическим объектом исследования высшей нервной деятельности у животных - с собаками - оказались настолько малоперспективными, что были вскоре прекращены и у нас в Союзе (в лаборатории И. П. Павлова) и в США (в лаборатории Джексона). Пришлось переходить на объекты меньшей сложности - на крыс, мышей и даже на издавна полюбившуюся генетикам мушку-дрозофилу, хотя и тут результаты получались часто весьма неоднотипные, а то и противоречивые.

Что же все-таки показали эти исследования? Огромным количеством проведенных экспериментов удалось подтвердить главное: да, несомненно, передача по наследству определенных особенностей поведения имеет место. Прежде всего это относится к сравнительно простым поведенческим актам. Так, выделив предварительно из общей популяции мышей таких особей, которые отличаются по своей активности в ту и другую сторону (т. е. чрезвычайно подвижных и, наоборот, чрезмерно спокойных), можно затем путем селекции и отбора вывести из них две линии животных, уже все представители которых будут характеризоваться либо сангвиническим, либо флегматическим темпераментом. В лаборатории советского ученого-этолога Л. В. Крушинского была выведена, например, линия крыс, буквально все особи которой (98-99 %) отвечали судорожными припадками на малейшие звуковые раздражители.

Гораздо больше трудностей оказалось на пути исследователей, изучавших возможности наследования более сложных психических функций, например способности к обучению. Не всегда легкими и простыми для объяснения были результаты проведенных ими экспериментов. Сама постановка таких опытов - дело нехитрое: в одних из них крыс или мышей испытывают на способность находить кратчайший путь в лабиринте от его начала к кормушке с пищей; в других - быстрее вырабатывать условный рефлекс избегания удара электрического тока, т. е. перемещения в клетке в безопасное место. Тем же путем селекции и отбора, о котором мы только что говорили, удается затем получить линии "очень умных" или "очень глупых" животных, т. е. таких, которые быстро или, наоборот, слишком медленно вырабатывают указанные рефлексы. Казалось бы, все ясно и просто: обе такие линии отличаются наследственными, т. е. передающимися генетическим путем, способностями к обучению.

Но действительно ли тут дело в особых "генах ума" или "генах глупости"? Или эти способности к обучению зависят от каких-то значительно более простых свойств и качеств психики животных? Понять, как необходима осторожность при трактовке результатов подобных исследований, можно хотя бы на следующем примере. В 1931 году М. П. Садовникова-Кольцова путем селекции вывела две линии быстро и медленно обучающихся крыс. Вскоре выяснилось, однако, что вторая группа животных ("глупых") просто отличалась чрезмерной пугливостью. Стоило в экспериментах исключить факторы, вызывающие у животных испуг, как обучение обеих групп шло с абсолютно одинаковым успехом.

Нечто подобное обнаружилось и в другом эксперименте. Вывели линии "умных" и "глупых" крыс, пользуясь методикой изучения их способности ориентироваться в лабиринте при поисках наиболее короткого пути к кормушкам. Но когда эти группы крыс сравнили по другой методике - оборонительной, то призы в этот раз завоевали "глупые". Более подробный и тщательный анализ показал, что быстрое освоение лабиринтной задачи у первой линии крыс зависело не от "ума", а от лучше развитой способности к пространственному различению.

Очень многое, как оказалось, и в обучении и в других поведенческих актах животных зависит также от такого простого фактора, как возбудимость нервной системы. Именно этот, действительно генетически обусловленный фактор Л. В. Крушинский предлагает, например, принимать во внимание при попытках объяснения даже таких замечательных качеств человека, как талант или гениальность. Какая тут связь? Итальянский ученый Ч. Ломброзо в 1895 году опубликовал довольно сенсационную книгу "Гениальность и помешательство", в которой пытался обосновать взгляды на гениальность как на болезненное отклонение в психической сфере человека. Гении, по мнению Ч. Ломброзо, это, мягко говоря,- люди не от мира сего, те же больные, или по крайней мере - полубольные. Конечно, подобные утверждения давно были отвергнуты наукой, всеми трезво мыслящими учеными.

Но вот один интересный факт представлялся все же довольно достоверным и был подтвержден многими исследователями и в последующем: среди родственников выдающихся, гениальных личностей очень уж часто встречаются лица с психопатическими (т. е. действительно болезненными) проявлениями, и чаще всего - в форме чрезмерной возбудимости. Л. В. Крушинский и считает, что передающаяся генетическим путем повышенная возбудимость нервной системы может затем проявлять себя не одинаково у разных членов одной и той же семьи, отличающихся между собой уже по ряду других качеств и задатков. У одних она будет способствовать расцвету их творческих способностей, а у других проявляться лишь патологическими чертами характера. Так, в одной и той же семье один из братьев станет выдающимся ученым, а другой - заурядным психопатом...

Так что ум, способности к обучению - это весьма сложные, комплексные, "комбинированные" качества психической сферы, зависящие от многих более простых ее свойств и особенностей. Поэтому-то и выяснение генной детерминации умственных способностей - дело весьма непростое...

Каковы же конкретные механизмы генетического обусловливания поведенческих реакций, каков путь от гена к поведению, от такой материальной частицы к таким нематериальным феноменам? Как это происходит, спрашивает один из крупных специалистов по генетике поведения С. Бензер (США), что одномерная информация, содержащаяся в линейной последовательности генов в хромосомах, реализуется сначала в двумерную бластулу, затем - в трехмерную систему органов чувств и, наконец, детерминирует собой поведение, для описания которого требуется уже по крайней мере четыре измерения?

В последние годы в генетике поведения стали превалировать именно такого рода исследования, которые направлены на выяснение конкретных физиологических и биохимических механизмов генного обусловливания поведения. И очень многое в этом направлении уже сделано. Рассказ об этом мы начнем с генетической детерминации более простых процессов, обеспечивающих поведенческие реакции, а именно - формирование тех или иных нервных структур, а затем перейдем к процессам более тонким, более интимным - гуморальным.

Итак, что прежде всего требуется организму для осуществления той или иной поведенческой реакции? Естественно - анатомические или структурные "предпосылки". Ведь для того, чтобы, к примеру, наш с вами милый малыш мог проявлять в отношении бабушки свой характер, ему необходимо иметь две здоровые ноги, две руки, затем - те центры в спинном мозге, которые через нервные стволы передают импульсы к мышцам рук и ног, потом - нервные пути, идущие от головного мозга к спинному, и, наконец, все многообразные корковые и подкорковые структуры самого головного мозга, формирующие уже в целом поведенческую реакцию. Все указанные анатомические предпосылки детерминируются генами совершенно так же, как и форма носа или цвет глаз.

Что же показали эксперименты по выяснению генетического контроля над формированием таких структур? Возьмем, например, очень интересные опыты С. Бензера. Он уже много лет работает с традиционным объектом генетиков - мушкой-дрозофилой. В своих работах С. Бензер предпочитает дрозофилу по двум причинам. Прежде всего из-за того, что сравнительная ограниченность и примитивность ее поведения при наличии в то же время у нее довольно просто устроенного генома (т. е. набора генов) позволяют относительно легко установить взаимосвязь между конкретными генами и определенными поведенческими актами. Более того, любой ген, ответственный за формирование тех или иных структур, удается у дрозофилы легко маркировать и затем получать мозаичное потомство, т. е. особей, у которых органы будут иметь совершенно разное происхождение ("химеры"). А это создает огромные экспериментальные возможности. С. Бензер указывает и на вторую причину своей любви к дрозофилам: они представляют своего рода компромисс в генетических исследованиях между самыми простыми и самыми сложными организмами. Так, масса дрозофилы - это как бы среднее геометрическое между массой кишечной палочки и человека. Если кишечную палочку уподобить одиночному нейрону и вспомнить, что человек имеет около 10^l2 нейронов, то и тут дрозофила оказывается как бы посредине между ними со своими 10⁵ нейронами.

Поэтому С. Бензер и считает, что некоторые самые общие закономерности генетического контроля над структурными основами поведенческих реакций у дрозофилы с определенной осторожностью могут быть перенесены и на высших животных.

В качестве мутирующего агента, т. е. агента, способного воздействовать на генные наборы в половых клетках, С. Бензер применял многие химические вещества, в том числе этилметансульфат, который, будучи добавленным в среду, где находились самцы дрозофилы, влиял на их сперму и вызывал различные мутации.

"Чудес" в результате таких экспериментов наблюдалось огромное множество. Например, были получены мухи-мутанты с одним нормальным и другим - дефектным глазом. Если такую муху заставить подниматься вверх по трубе, то в случае поражения правого глаза она будет двигаться по правозакрученной спирали, при поражении левого - по левозакрученной.

Получились у С. Бензера и такие мутанты-мухи, которые, будучи по своему поведению совершенно нормальными в первые дни, затем становились менее активными, координация движений у них нарушалась, они падали на спину, дергали ножками и умирали. При исследовании их мозга обнаруживалось, что он весь буквально изрешечен дырками... Недавно в его лаборатории получили мутацию "тупица": такие мухи оказались совершенно неспособными к выработке условных рефлексов, хотя все другие их физиологические и поведенческие акты оставались совершенно нормальными.

Подобной же направленности исследования проводились и на животных более высокой организации, в частности на таком тоже излюбленном лабораторном материале, как мыши и крысы. Вот, например, эксперименты американского ученого Т. Родерика. Проведя сначала селекцию на высокий и низкий вес головного мозга у мышей, он затем исследовал у обеих групп животных двигательную активность в свободных условиях, а также их способность к обучению в лабиринте. И получил достоверные различия между обеими линиями: мыши с более тяжелым мозгом показывали более высокие способности к обучению.

Но вот ряд других авторов, повторив опыты Т. Родерика, таких убедительных результатов, как он, увы, не получили. Почему? Чтобы найти этому факту объяснение, видимо, следует сначала вообще сказать несколько слов о взаимосвязи между весом мозга и интеллектом.

Можно считать, что в общем в процессе филогенеза, в процессе эволюции животного мира, прослеживается прямая зависимость между усложнением нервной организации и возрастанием относительной величины мозга (хотя некоторые исключения из этого правила и имеются). Считалось, что та же закономерность должна иметь место и в процессе становления человека как биологического вида.

Но антропологи установили, что далеко не на всех этапах этого процесса такая простая взаимосвязь сохранялась. Вот и в очень интересных исследованиях нашего ученого В. И. Кочетковой, подытоженных в монографии, вышедшей в 1973 году, и посвященных важнейшим вопросам так называемой палеоневрологии - учения об эволюции мозга и психической деятельности у ископаемых предков человека, было показано, что закономерностью в эволюции мозга человека являлось не общее возрастание объема и веса содержимого черепа, а преимущественное развитие совершенно определенных мозговых областей, в частности лобных и теменных. При этом некоторые другие участки мозга, например затылочные, у современного человека даже уменьшились! Все это было ею убедительно подтверждено путем сравнения внутренних поверхностей черепов различных представителей наших предков.

Может быть, в связи с нашими рассуждениями стоит напомнить и тот факт, что между весом мозга И. Тургенева и А. Франса имелась огромная разница - 2000 и 1000 граммов! Но кто возьмет на себя смелость определить, кого из них считать "более умным"? Совершенно справедливым поэтому представляется остроумное высказывание американского антрополога Г. Джейсена, заявившего, что полость черепа чем-то сродни кошельку: главное не в общем объеме его содержимого, а в ценности тех монет, которые его наполняют. Так что большой мозг - это не обязательно умный мозг...

Это, очевидно, проливает некоторый свет на то обстоятельство, что результаты экспериментов Т. Родерика и некоторых других авторов не совпали.

Может быть, надо было учитывать не общий вес мозга, а отдельных его областей? Что ж, ученые приняли во внимание и это. И в последующих исследованиях было установлено наличие явной корреляции между способностью тех или иных линий мышей к формированию условной реакции избегания (на удары электротока) и размерами у них гиппокампа - глубинного образования мозга, имеющего важнейшее значение для процессов обучения.

Так обстоит дело с генетическим контролем над формированием структур мозга, связанных с поведенческими реакциями. Перейдем к другим, более интимным механизмам обеспечения поведения животного.

Как известно, передача импульсов от одной нервной клетки к другой происходит в местах их контактов - в синапсах при помощи выделяющихся тут особых веществ - передатчиков или нейромедиаторов. Главные из них - ацетилхолин, норадреналин, серотонин, гамма-аминомасляная кислота. Оказывается, что те или другие нейроны (нервные клетки с их отростками) в своей деятельности используют только один определенный медиатор. Отсюда и название разных нейронов - адренэргические, холинэргические, серотонинэргические. В какой-то мере они выполняют и разную роль - одни действуют тормозящим, угнетающим образом, другие - возбуждающим. Понятно, что преобладание тех или иных нейронов в определенных структурах мозга будет способствовать большей выраженности в них то ли тормозных, то ли возбуждающих воздействий, т. е. будет сказываться на их функциональных способностях.

И вот когда сравнивали несколько разных линий мышей или крыс, отличающихся по своей двигательной активности, агрессивности, по скорости обучения, то оказалось, что указанные признаки явно коррелировали с различиями в содержании нейромедиаторов в их мозге. Так, у животных с повышенной активностью, агрессивностью и способностью к более быстрому обучению отмечался более низкий уровень общего содержания в мозге аминов и серотонина. В других исследованиях у мышей, отличающихся особой агрессивностью, было обнаружено низкое содержание серотонина в переднем мозге и повышенное - норадреналина в стволовых его отделах. (Вспомните, что передний мозг - мозг "ума", а ствол - лишь "регулятор" общей возбудимости, активности.)

Следует иметь в виду, что и более общие гуморальные (жидкостные) факторы в организме способны воздействовать на возбудимость нервных образований. В первую очередь это гормоны, выделяющиеся железами внутренней секреции - половыми, щитовидной, надпочечниками.

Хорошо известно, например, что гормоны щитовидной железы возбуждают нервную систему. У больных так называемой базедовой болезнью усилена функция этой железы. Обычно это худые люди с выпученными глазами. И у них всегда отмечается частый пульс, повышенная нервная возбудимость, раздражительность, психическая ранимость.

А ведь формирование эндокринных органов тоже в значительной мере определяется генетическими факторами. Поэтому не удивительно, что в исследованиях английских ученых К. Холла и П. Бродхерста, которые отбирали и селекционировали крыс по уровню "эмоциональности", активность эндокринных желез у разных линий оказалась далеко не одинаковой. Например, у "высокоэмоциональных" животных более развитыми были надпочечники и щитовидная железа.

В связи с рассматриваемыми вопросами о роли наследственных гуморальных факторов в функционировании нервной системы небезынтересно наблюдение, сделанное советским генетиком В. П. Эфроимсоном. Основываясь на своих данных и на данных других исследователей, он обращает внимание на необычно высокий процент страдающих подагрой среди гениальных личностей. Так, подагрой страдали Галилей, Ньютон, Лейбниц, Гарвей, Линней, Бэкон, Дарвин, Микеланджело, Гёте, Тургенев, Александр Македонский и многие другие. При этом наследственном заболевании в крови содержится избыточное количество мочевой кислоты, отлагающейся затем в суставах и вызывающей в них сильные боли. Иной раз такие больные оказывались надолго прикованными к постели и даже превращались в инвалидов.

Не правда ли, было бы логично, если бы такие упорные, интенсивные боли, отравляющие существование, привели к резкому снижению настроения и работоспособности человека? На деле часто все бывает наоборот: необычайно высокая творческая энергия, целеустремленность, трудоспособность! А секрет, как считает В. П. Эфроимсон, состоит в следующем: по своей структуре мочевая кислота очень сходна с кофеином и теобромином, являющимися общеизвестными стимуляторами мозга (вспомните чай). Так что больной подагрой словно бы постоянно подстегивает свою нервную систему образующимися в самом организме "чаем" и "кофе"!

И наконец, об обменных процессах в самих нервных клетках. В последнее время многие ученые настойчиво пытаются связать такие функции мозга, как обучение, память, с протеканием белкового обмена в мозговой ткани. Особенно с обменом тех белков, которые специфичны только для нее - белка S-100 и 14-3-2. Было выяснено, в частности, что нервные клетки гиппокампа в период обучения отвечают очень интенсивной выработкой именно этих белков.

Сделаем краткое резюме.

Итак, под генетической детерминацией механизмов, лежащих в основе поведенческой деятельности, мы подразумеваем генетический контроль над: а) формированием определенных нервных структур в мозге, б) биохимизмом самой нервной ткани, в) различными неспецифическими гуморальными системами организма (эндокринными органами и др.). Как видим, эта генная детерминация касается лишь наиболее общих, самых кардинальных механизмов функционирования нервной системы. Запомним и это.

Мы рассмотрели как бы самые базисные элементы нейрофизиологических механизмов, лежащих в основе генетически детерминированных психических процессов. И тем не менее уже это дает нам право говорить о наличии биологических основ психической индивидуальности человека, о том, что даже в биологическом отношении одно "я" может, видимо, чем-то отличаться от другого. Поднимемся теперь от такого "атомарного" уровня на порядок-два выше.