Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть

Билл Салливан, 2019

Каждый из нас задумывался о том, почему поступает тем или иным образом, – иногда с восторгом, чаще – с досадой. Долгое время никто не знал ответа на эти вопросы, но сейчас наука готова рассказать нам, почему мы любим одни блюда и терпеть не можем другие, как выбираем друзей и партнеров, почему испытываем те или иные чувства. Билл Салливан – специалист по генетике и микробиологии, а еще заядлый любитель поп-культуры. С научной точностью, юмором и отсылками к культовым фильмам и сериалам он рассказывает о вещах, которые делают нас собой: о генах, микробах и нейронах и о том, как малое и незаметное управляет нами. В формате PDF A4 сохранен издательский макет.

Глава 1

Познакомьтесь со своим создателем

Это нелегко — встретиться со своим создателем.

Рой Батти, «Бегущий по лезвию»

Вернитесь мыслями в самый младший школьный возраст, который можете вспомнить, и представьте лица своих приятелей. Будущее было пустыми страницами, ожидающими чернил, его еще только предстояло написать, а возможности казались безграничными. Частью повседневной системы ценностей были оптимистические клише наподобие «ты можешь быть тем, кем хочешь быть!».

А теперь, когда вы вообразили эти солнечные юные лица, подумайте, кем стали ваши одноклассники. Возможно, одни сделали звездную карьеру, занимаясь любимым делом, другие ненавидят свою работу, а третьи, похоже, вообще не могут удержаться нигде. Большинство поступили в вузы, но некоторые обошлись средней школой. Одни до сих пор влюблены в своих школьных подруг, а другие меняют супругов, как зубные щетки. Кто-то заключил однополый брак. Кто-то остался в родном городке, кто-то уехал, кто-то вообще потерял кров. У одних — пресс кубиками, а другие превратились в бочонки. Одни трясутся над своими детьми, другие пренебрегают родительскими обязанностями или плохо с детьми обращаются. Одни всегда оптимистичны, другие даже Моррисси^[5] заткнут за пояс кислой миной. Кто-то пристрастился к алкоголю и наркотикам, стал педофилом или даже политиком. А кто-то мог оказаться в тюрьме.

Почему вышло так по-разному? Ведь вы росли в одно время, в одном месте, среди одних и тех же людей, и тем не менее не похожи друг на друга. Возможно, какие-то признаки «инаковости» вы замечали уже в раннем возрасте. Маленький Чарли любил нюхать клей. Юный Кэмерон не соответствовал традиционным представлениям о мужественности, Дональд заботился исключительно о себе. А в странненькой Кэрри вообще все было не так.

Когда мы смотрим на своих ровесников, добившихся успеха, многие из нас припоминают, что у них была смекалка, они были предприимчивыми и проявляли огромное трудолюбие. Аналогично тех, кто попал в «лузеры», мы виним в слабоволии, недисциплинированности и лености. Если история вашей жизни выглядит, как книга, получившая Пулитцеровскую премию, вы заслуживаете похвалы. Если она читается, как дешевый романчик в мягкой обложке, страницы которого пригодны лишь для подстилки в птичьей клетке, вы заслуживаете порицания. В любом случае большинство людей верят, что успех или неудача зависит от них самих.

Когда я рос, идея, что все мы — хозяева своей судьбы, находила у меня живой отклик. Однако по мере изучения биологии эта упрощенная концепция переставала быть душеполезной. Возьмем, к примеру, переедание. Многие обвиняют полных людей в отсутствии самоконтроля. Но в реальности это не говорит нам ничего стоящего, не так ли? Почему у некоторых людей нет такого самоконтроля? То же самое касается и людей с депрессией. Некоторые не находят ничего лучше, чем говорить: «Пора вырасти из детских штанишек и избавиться от всего этого!» И снова не помогает. Почему люди с депрессией не могут от нее избавиться? Равным образом беспомощно и наше объяснение действий убийц: «Их душа — чистое зло». Но почему они пошли в сторону насилия?

Чтобы по-настоящему понимать свои действия, нужно копнуть глубже.

Когда компьютеру для запуска какой-нибудь программы требуется много времени, мы не обвиняем его в лености. Когда машина не заводится, мы не кричим, что у нее не хватает решимости. Если двигатель самолета ломается и самолет идет на вынужденную посадку, нам не приходит в голову обвинять технику в преступных намерениях. Безусловно, мы намного более сложные машины, но все же машины. Капитан Жан-Люк Пикар сказал о человекоподобном андроиде Дейте из сериала «Звездный путь: Следующее поколение»: «Если вам неловко вспоминать, что Дейта — это просто машина, то просто помните, что и мы всего лишь другая разновидность машины, только в нашем случае — электрохимической по своей природе».

Очень правильные слова, и современные биологи говорят такие вещи не для того, чтобы расчеловечить нас, а для того, чтобы показать, что́ на самом деле означает быть человеком. Если мы поймем, как работает наша биологическая машина, то сможем понять свое поведение и при необходимости его исправить. Мы словно оказываемся в положении Ральфа Хинкли из сериала «Величайший американский герой», у которого был костюм, дающий суперспособности, но не было инструкции к нему. Разобраться в поведении было бы намного проще, если бы мы располагали каким-то руководством пользователя. И в 1952 году его нашли ученые Алфред Херши и Марта Чейз.

В своей охоте за веществом, которое содержит инструкции по строительству организма, Херши и Чейз обратились к простейшей жизнеподобной форме — одной из разновидностей вирусов, которая заражает бактерии. Их называют бактериофаги, или фаги. Фаги состоят из белковой оболочки и генетического материала одноцепочечной или двуцепочечной нуклеиновой кислоты, а выглядят они, словно маленькие лунные модули корабля «Аполлон», которые садятся на поверхность бактериальных клеток. Херши и Чейз помечали каждый отдельный компонент фага с помощью радиоактивных атомов. Для маркировки кислоты использовался радиоактивный фосфор, а для маркировки белков — радиоактивная сера (в ДНК нет атомов серы, а в белках — атомов фосфора). Отслеживая радиоактивные атомы, ученые смогли обнаружить, где находилась ДНК и где — белки фага до и после заражения бактерии.

Как оказалось, внутрь бактерий попала ДНК фага, а белковая оболочка осталась снаружи. Попав внутрь, ДНК фага распорядилась о создании новых фагов, и их было построено так много, что бактерия взорвалась. Этот элегантный эксперимент показал, что инструкции по созданию новых фагов-потомков (и потомков любых организмов, если на то пошло) содержатся именно в дезоксирибонуклеиновой кислоте — ДНК^[6].

Молекула ДНК имеет форму двойной спирали^[7], напоминает винтовую лестницу, на которой каждая ступенька состоит из пары соединений, называемых нуклеотидами. В состав каждого нуклеотида входит какое-нибудь азотистое основание, которых в ДНК всего четыре^[8]. Такая структура позволяет легко увидеть, как ДНК несет те единицы наследственности, которые мы называем генами. Винтовая лестница может раскручиваться и выглядеть как обычная, и два соединения, образующие каждую ступеньку, можно расцепить между собой, словно это застежка-молния. Когда цепи ДНК отделяются друг от друга, структура молекулы открывается и ее можно «перевести» на молекулу-переносчик, которая называется матричной РНК^[9] (мРНК), а уже эта молекула используется как матрица для синтеза белков^[10]. Если рассматривать ДНК как бригадира, то белки действуют как рабочие-строители, обеспечивая структуру и функции нашим клеткам и тканям.

Работа Херши и Чейз предполагает, что ДНК содержит всю информацию, которая нужна для строительства точной копии организма — клона. Эта теория стала реальностью в 1996 году, когда появилась овечка Долли — первое млекопитающее, клонированное из взрослой клетки. Долли создали, поместив ДНК из клетки взрослой овцы в яйцеклетку, откуда ДНК была удалена; затем яйцеклетку подсадили суррогатной матери. Долли была названа в честь Долли Партон, поскольку ДНК взяли из клеток вымени (я не выдумываю!)^[11]. С помощью такого же метода в 2018 году были клонированы первые обезьяны.

В 2003 году в рамках проекта «Геном человека» было завершено секвенирование (то есть определение строгой последовательности) трех миллиардов нуклеотидов, которые входят в человеческую ДНК. Это куча информации: если взять ДНК всего лишь из одной клетки тела, то она растянется на два метра, то есть до размера двуспальной кровати. Если бы мы стали читать последовательность своей ДНК со скоростью по букве в секунду, на это ушло бы почти сто лет. Наш геном содержит примерно 21 тысячу генов, разбросанных по 46 хромосомам, 23 из которых передаются нам от матери, а 23 — от отца.

ДНК надрывалась в течение целых эпох, создавая все формы жизни, подходящие для разных жизненных сред. Жизнь существует не менее 3,5 миллиарда лет. Но теперь одно из множества ее созданий наконец-то вызвали к боссу: мы — первый вид на планете, который встретил своего создателя.

Почему вы не можете быть тем, кем хотите быть

Умение читать язык ДНК заставило нас переписать книги по истории. Изобилие разнообразной жизни на Земле не возникло мгновенно на пустом месте. Процесс начинался с ДНК одной простой клетки и шел в течение миллиардов лет. Формы жизни начинали конкурировать за ресурсы, и те из них, чьи характеристики позволяли им преуспевать в своей среде, передавали ДНК новому поколению, словно эстафетную палочку. Другие, кто не мог соревноваться, либо вымирали, либо уходили в сторону и двигались по новой эволюционной траектории, пригодной для выживания в новой среде.

Известный биолог Ричард Докинз описывал гены как «эгоистичные» репликаторы, как Гордонов Гекко^[12] биологического мира. Он называет организмы, построенные эгоистичными генами, «машинами выживания», поскольку их основная цель — защитить собственную ДНК и обеспечить ее переход в следующее поколение. Писатель Сэмюэль Батлер сформулировал это на столетие раньше, написав: «Курица — это всего лишь средство, при помощи которого одно яйцо производит другое яйцо».

Несмотря на наши вычурные прибамбасы и навороты, мы ничем здесь не отличаемся. Ученые, изучающие эволюционную психологию, говорят, что практически все наше поведение так или иначе мотивируется упертым стремлением найти себе пару и воспроизвести свои гены. С этой точки зрения объясняется значительная часть человеческих сумасбродств. Стремление к лидерству, жадность и жажда власти — всего лишь скрытые течения в нашем генофонде, которым мало кто может сопротивляться.

Различия между людьми возникают из-за разницы в последовательности их ДНК. Хотя многие осознают, что ДНК строит здание их плоти, большинство людей не понимают, что гены влияют также и на более сложные признаки интеллект, ощущение счастья, агрессивность.

В некоторых случаях генетика оказывает на наш организм вполне прямое влияние. Иногда какое-то изменение одного гена, называемое мутацией или вариантом, производит четко предсказуемые перемены. Один из примеров — серповидноклеточная анемия, когда эритроциты (красные кровяные тельца) меняют свою форму. Проблема вызвана мутацией в гене, который производит гемоглобин — белок, переносящий кислород в эритроцитах. Если человек родился с этой мутацией, то у него обязательно разовьется серповидноклеточная анемия.

Напротив, какие-то сложные признаки, например влияющие на нашу личность и поведение, проистекают из множества генов, согласованно работающих между собой. Перемены в одном гене в рамках целой такой сети не всегда гарантируют заметные перемены в организме. Вот почему важно иметь в виду, что большинство генетических вариантов говорят нам о предрасположенности, а не о достоверности.

Думайте о генах, как о блоках в дженге^[13]. Вытянете не тот блок — и башня рухнет. А вынимание какого-то другого кирпичика оставит ее стоять. Пока оставшиеся блоки держат всю конструкцию, мы все еще в игре. Точно так же мутация в одном гене необязательно означает катастрофу для нашего тела: произойдет ли обрушение, зависит от других генов, которые поддерживают мутировавший. Мы должны также помнить, что не все варианты генов вредны: некоторые мутантные гены дают нам суперспособности, как Людям Икс.

Несмотря на такие оговорки, наши гены могут предоставить ценную информацию о том, кем мы можем быть и кем мы не можем быть. Здорово было бы делать некоторые вещи. Например, мне хотелось бы петь, как Стив Перри из группы Journey. Хотелось стать повыше. Было бы здорово сменить походку, чтобы женщины замирали в восторге, когда я прохожу мимо. Круто было бы стать умнее Альберта Эйнштейна. Думаю, было бы неплохо иметь крылья и летать, как люди-ястребы в комиксе «Флэш Гордон». Но, как бы и пытался, я не стану высоким мачо, который на собственных крыльях сгоняет до Стокгольма, чтобы забрать Нобелевскую премию, спев в финале своей речи Don’t Stop Believin’^[14]. Мечтать забавно, но нужно признать истину: мы не можем быть теми, кем хотим быть. Гены, которые мы наследуем при зачатии, — словно сданные нам карты за покерным столом: приходится играть тем, что есть на руках.

Как выразилась Леди Гага, мы «рождены такими», мы зажаты в определенных ограничениях, которые начинаются на генетическом уровне. И, как мы вскоре увидим, ДНК — всего лишь одно звено на поводке, который тянет нас по жизни.

Как окружающая среда влияет на ваши гены

Представьте, что мы сделали вашу копию, используя тот же метод, которым ученые создали овечку Долли. Вставив вашу ДНК в какую-нибудь яйцеклетку с удаленной собственной ДНК, мы могли бы имплантировать нового вас какой-нибудь суррогатной матери. Через сорок недель у нее появится ребенок, который будет выглядеть в точности, как вы. Он будет расти — и при этом всегда оказываться вашей точной копией. Но встает вопрос на миллион долларов: до какой степени ваш клон будет вести себя так, как вы?

Секвенирование генома человека было гигантским шагом на пути понимания того, как мы функционируем, однако оно дает лишь грубый набросок вашего портрета. Последовательность вашей ДНК читается не как обычный роман, а больше напоминает книгу типа «Выбери себе приключение»^[15], в которой среда определяет то, как будет разворачиваться повествование. В вашей ДНК много различных потенциальных версий вас. Человек, которого вы видите в зеркале, всего лишь одна из них, воплотившаяся под воздействием уникальных обстоятельств, что влияли на вас с момента зачатия.

Окружающая среда диктует, будет ли годным то или иное изменение в вашей ДНК. Если бы я родился 50 тысяч лет назад, я бы вряд ли прожил очень долго. Дело не только в том, что я ненавижу устраивать ночевки на природе, а моей силы хватает разве что открыть пакет с чипсами, но и в том, что в силу близорукости из меня получился бы весьма убогий охотник-собиратель, который оказался бы легкой добычей для львов, тигров и медведей. Естественный отбор тысячелетиями исключал людей с плохим зрением из генофонда. Однако с изобретением очков люди вроде меня снова оказались в игре^[16].

Окружающая среда может оказать прямой эффект на ваши гены. Случайные генетические мутации могут возникнуть, например, при сильном воздействии солнца или при попадании в чан с отработанным ядерным топливом. Радиация и некоторые химические вещества называются мутагенами, поскольку они могут повредить ДНК, что часто приводит к бешенству клеток — раку. Количество потенциальных мутагенов соперничает с количеством альбомов, проданных Тейлор Свифт^[17]. Некоторые из самых известных: ультрафиолетовое излучение, табак, алкоголь, асбест, уголь, выхлопные газы, загрязнение воздуха и обработанное мясо^[18]. Количество повреждений ДНК в ваших клетках определяется масштабами воздействия и генетической предрасположенностью.

Окружающая среда может явным образом изменять функции генов, повреждая ДНК, однако это не единственный способ повлиять на их работу. Чтобы лучше понять дальнейшее, полезно представить гены как клавиши фортепиано. Если будете стучать по ним наугад, звуки будут похожи на музыку из фильма ужасов. Чтобы получилась красивая мелодия, нужно нажимать нужные клавиши в нужное время. Точно так же должны работать и гены. Если бы они играли одновременно, вы походили бы на Фредди Крюгера.

Каждая клетка вашего организма содержит одинаковый набор генов, так почему одни из них — клетки мозга, а другие — клетки задницы? В клетках вашего мозга происходит только экспрессия^[19] генов клеток мозга. В ДНК в клетках мозга есть и гены для клеток задницы, но они не экспрессируются (возможно, за исключением случаев, когда у вашей бывшей или вашего бывшего вместо головы задница). Белки — факторы транскрипции — контролируют экспрессию гена путем связывания с участком ДНК, который находится в начале последовательности нуклеотидов и именуется промотором. Факторы транскрипции определяют, включен или выключен тот или иной ген, действуя, соответственно, как активаторы или репрессоры. Когда вы были эмбрионом, вы состояли из стволовых клеток и они потенциально могли стать в вашем организме клетками любого типа. Судьбу эмбриональных стволовых клеток в значительной степени определяли факторы транскрипции. В стволовых клетках, которые стали вашим мозгом, имелись факторы транскрипции, активировавшие гены мозга. В стволовых клетках, которые стали вашей задницей, имелись факторы транскрипции, активировавшие гены задницы.

На активность факторов транскрипции влияет множество причин, например гормоны. Гормоны, которые производятся вашей эндокринной системой, управляют развитием, половым влечением, настроением, обменом веществ и так далее. Многие вещества в окружающей среде действуют как эндокринные дизрапторы (иначе — эндокринные разрушители, эндокринные деструкторы), то есть вмешиваются в деятельность гормонов и, соответственно, нарушают экспрессию генов. В результате эндокринные дизрапторы могут вызвать репродуктивные, неврологические, иммунные проблемы и дефекты развития. К эндокринным дизрапторам относятся некоторые лекарственные препараты, некоторые пестициды, а также содержащийся в пластмассах бисфенол А. Как и в случае мутагенов, степень воздействия какого-то дизраптора на активность генов определяется его количеством. Пока еще нет единого мнения о предельно допустимых значениях, однако это вопрос важный: эндокринные дизрапторы есть повсюду (в частности, во многих предметах, которыми пользуются беременные/кормящие женщины и дети). Кроме того, негативное воздействие эндокринных дизрапторов на детей может сказываться в течение нескольких поколений. Одно исследование 2018 года показало, что воздействие на женщину диэтилстилбестрола (ДЭС), относящегося к этому классу веществ, повышает риск появления синдрома дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ) у ее внуков.

Факторы транскрипции играют центральную роль в регулировании активности генов, однако они работают неизолированно. Когда ученые более детально изучили ДНК, стало очевидно, что это неоднородная молекула. Некоторые ее участки плотно свернуты и компактны, некоторые — расслаблены и открыты. Экспрессия генов в уплотненной ДНК идет не так активно, как у генов открытых фрагментов. Клетки могут контролировать доступ фактора транскрипции к генам в ДНК двумя основными методами. Первый — это метилирование ДНК: к нуклеотидам, составляющим ген, присоединяется метильная группа CH₃. Когда по гену разбросаны метильные группы, его становится труднее читать — словно кто-то замазал во фразе некоторые буквы. Таким образом метилированный ген переходит в положение «выключено» или заглушается. Второй механизм задействует группу белков, называемых гистонами, — они образуют «катушки», вокруг которых накручивается ДНК. На гистоны воздействуют многочисленные химические модификации, а это влияет на экспрессию связанного с ними гена. Вкупе с факторами транскрипции эти процессы обеспечивают невероятную гибкость в экспрессии генов, позволяя тонкую настройку, а не просто «включение» и «выключение». Правильнее будет представлять себе экспрессию не как выключатель лампочки, а как регулятор силы ее света.

Процессы, которые влияют на экспрессию гена без изменения самой последовательности ДНК, называются эпигенетическими, что означает «за пределами гена»^[20]. Эпигенетические модификации (также именуемые эпигенетическими метками) позволяют среде отправить вашим генам текстовое сообщение, которое меняет не только их работу у вас, но и их возможную работу у ваших детей и внуков. Как заметил знаменитый ботаник Лютер Бёрбанк, «наследственность — не что иное, как сохраненная среда». Физические вещества, с которыми вы сталкиваетесь в среде, могут вызывать эпигенетические изменения в вашей ДНК: теперь экспрессироваться будут не те гены. Это может оказаться существенной выгодой для вас и ваших детей, поскольку быстрые изменения в экспрессии генов позволяют быстро приспосабливаться к условиям окружающей среды.

Примечательно, что на экспрессию генов посредством эпигенетики влияют не только физические вещества, но и определенное поведение, например плохое обращение с детьми, издевательства, зависимость и стресс. Такие негативные события могут повредить нашу ДНК, а в некоторых случаях эти «шрамы» передаются нашим детям. Мы рассмотрим несколько соответствующих примеров в последующих главах, а пока укажем на один, подчеркивающий важность эпигенетики для нашего поведения. Хорошо известно, что низкое социально-экономическое положение коррелирует с увеличением заболеваний во взрослом возрасте: дети, выросшие в бедности, гораздо чаще сталкиваются с проблемами со здоровьем, когда вырастают. Конечно, тут сказываются внешние причины, однако крайне важными могут быть также и стартовые различия. В работе 2012 года генетик Моше Шиф из Университета Макгилла в Канаде продемонстрировал, что у взрослых, сталкивавшихся в детстве с экономическими проблемами, и у тех, кто вырос в обеспеченных семьях, метилируются разные группы. Аналогичные различия в метилировании ДНК наблюдались у обезьян, появившихся у родителей низкого ранга и у родителей с высоким статусом.

Эти и многие другие исследования, которые мы обсудим, заставляют предположить, что наша ДНК изначально загружена эпигенетическими метками, полученными в раннем детстве или даже в утробе; в последнем случае это именуется пренатальным^[21]программированием (программирование плода). Можем ли мы рождаться запрограммированными на поведение, соответствующее — по мнению генов — нашему положению в социальной иерархии? Могут ли гены, которые у бедной молодежи метилируются иначе, объяснить проблемы со здоровьем и поведением в более позднем возрасте? Что в итоге образует порочный круг? Мы пока не знаем ответа на эти провокационные вопросы, однако подобные исследования предполагают, что дети из малообеспеченных семей страдают не только от неблагоприятных социальных условий, но и от неблагоприятных биологических последствий.

На наше поведение могут воздействовать также эпигенетические метки, добавленные на ранних стадиях жизни к белкам-гистонам. Эпигенетика может даже диктовать карьерные решения, особенно если мы — муравьи в лаборатории биолога Шелли Бергер из Пенсильванского университета. Члены муравьиной колонии выполняют специализированные задачи: более крупные муравьи — солдаты — защищают колонию, мелкие работают фуражирами и находят пищу. Можно решить, что крупные муравьи записывались в армию, а мелкие учились собирать еду у опытных соплеменников, но это не так.

Поскольку такому поведению никто не учит, Бергер с коллегами выдвинула гипотезу, что на жизненный выбор муравьев влияют эпигенетические механизмы. Чтобы проверить это предположение, она ввела в мозг детенышей муравьев препарат, который изменял гистоны, взаимодействующие с ДНК. Во-первых, удивляет уже то, что можно ввести что-то в мозг муравья. Во-вторых, изменив гистоны, Бергер смогла перепрограммировать поведение муравьев, превратив солдата в фуражира (фуражиры, получившие препарат, собирали пищи даже больше обычного). Другими словами, этот эпигенетический препарат изменил судьбу муравьев-солдат, не меняя их генов.

Эпигенетические исследования подчеркивают тесное взаимодействие между нашими генами и средой и говорят, что судьба необязательно определяется генами. Да, мы не можем сказать, какие гены были задействованы при рождении, но, возможно, способны изменить среду таким образом, чтобы это влияло на экспрессию генов подобно тому, как опытный игрок в покер может блефовать, чтобы выиграть с плохими картами.

Что микробы добавляют к вашим генам

Ученые недавно установили, что на наш организм воздействует более 21 тысячи генов нашей ДНК. И нужно еще учесть, что на нас и внутри нас живут триллионы микроорганизмов — бактерий, грибков, вирусов и паразитов, которые добавляют к нашей генетической экосистеме миллионы дополнительных генов. Совокупность таких микроорганизмов называется микробиотой^[22] (или микрофлора), а совокупность их генов — микробиомом.

Такое известие может испугать вас, однако подавляющее большинство этих крошечных безбилетных пассажиров пришли в наш организм с миром и несут пользу. Например, бактерии в кишечнике помогают переваривать пищу и вырабатывать витамины. А некоторые производящие серу^[23] бактерии способны очистить комнату, когда вам нужно побыть в одиночестве. «Дружественные» бактерии, которые не вызывают никаких заболеваний, помогают также держать под контролем «недружественные» патогенные бактерии.

За создание микробиоты в нашем организме мы должны благодарить своих матерей. Первыми собственными бактериями мы покрываемся, когда проходим по родовым путям. Затем мать продолжает делиться своими бактериями в процессе грудного вскармливания. Поэтому микробиота отчасти наследуется — некоторые виды передаются от матери к ребенку. Мы продолжаем приобретать микробы в течение всей жизни, собирая их из еды, воды, воздуха, с дверных ручек, при взаимодействии с другими людьми и с животными. У различных людей типы бактерий в кишечнике различаются в зависимости от рациона, географического положения, стандартов гигиены, болезней и возраста.

Вероятно, вы замечали, что каждый дом пахнет немного по-разному. Иногда это связано с приготовлением пищи, домашними животными, курением, плесенью или мальчишками-подростками, однако запах зависит и от микробиомов его жителей. Исследователи обнаружили, что люди окружены «микробным облаком», подобно грязнуле Пиг-Пену из комикса «Мелочь пузатая». Куда бы ни отправились, вы оставляете кусочки своей микробиоты, подобные микроскопическим хлебным крошкам.

Может оказаться, что в не столь отдаленном будущем полиция, вооружившись этой информацией, сможет использовать микробиоту для определения людей подобно тому, как сейчас применяются отпечатки пальцев и ДНК. Микробное облако, вероятно, вносит свой вклад и в то, почему собаки могут легко нас выслеживать, и в то, почему комары одних людей кусают чаще, чем других. Отходы жизнедеятельности бактерий, живущих на нашей коже, создают запах, который распространяется в воздухе при движении. Животные с острым обонянием могут ощутить аромат этих соединений и следовать за ними к источнику. В седьмой главе мы узнаем, что микробное облако может влиять и на то, с кем у нас будет бурный роман.

Эти микроорганизмы крошечные, однако, как предупреждал нас магистр Йода, не нужно судить о вещах по размеру. В нашем кишечнике обитает около 10 тысяч видов бактерий, добавляющих нам лишних восемь миллионов генов. Их совокупная масса может достигать полутора килограммов, так что микробиота весит столько же, сколько наш мозг. Кстати, если вы худеете, это хорошая новость. Не стесняйтесь применить это новое знание, встав сегодня вечером на весы: вычтите из своей массы полтора килограмма бактерий. (Не благодарите!) А вот еще фактик, которым вы можете озадачить гостей на следующей вечеринке: бактерий у вас больше, чем клеток в теле. Это означает, что бактериального в нас больше, чем человеческого. И если в нас и на нас живет столько других существ, то в какой степени именно они правят бал и командуют парадом?

За последние годы микробиом получил огромное внимание прессы. Кажется, что микроскопические создания в нашем теле воздействуют абсолютно на все — от аппетита до залечивания ран. Кроме выработки витаминов и прочих полезных пищевых соединений, бактерии в кишечнике являются главным источником нейромедиаторов — биохимических веществ, влияющих на наш мозг. Некоторые ученые предполагают, что посредством нейромедиаторов наши бактерии могут воздействовать на наше настроение, личные качества и темперамент.

Когда исследователи выращивают мышей, лишенных микробиоты, у животных проявляются странные нейрологические проблемы — они не реагируют на стресс адекватным образом. Такие исследования обнаружили ось «кишечник — мозг», своеобразную линию биохимической связи между этими системами органов. Такая ось существует и у людей, поскольку ученые установили сильную корреляцию между проблемами кишечника и проблемами психического здоровья. Например, тревожные и депрессивные расстройства четко связаны с синдромом раздраженного кишечника и язвенным колитом. Кроме того, у многих людей есть паразиты, которые не убивают: они могут бездействовать в мозге до конца жизни. Как мы еще увидим, ученые установили корреляцию между наличием одного конкретного паразита у трех миллиардов человек с определенными видами поведения.

Из-за генов, привнесенных в наше тело, наши жильцы-микробы оказываются еще одной скрытой силой, которая дергает за ниточки нашего поведения так, что мы об этом не подозреваем.

Почему у нашего создателя проблемы

В фильме «Звездные войны» Шив Палпатин (император) стал господином Дарта Вейдера после того, как склонил его на темную сторону. Однако в конце концов Дарт Вейдер уничтожил императора. Это классический рассказ о том, как слуга убивает своего хозяина. Подобная судьба может ожидать и гены, которые были бесспорными хозяевами Земли почти четыре миллиарда лет.

Примерно 600 миллионов лет назад гены сконструировали первый нейрон (нервная клетка) у древних организмов (возможно, они напоминали современных медуз или червей). Спустя много лет эти нейроны соединились, сформировав мозг, который дал дополнительное преимущество удачливым «машинам для выживания». Со временем, увеличивая число нейронов и количество связей между ними, мозг становился все больше и все быстрее работал. Не только у человека, но и у некоторых животных он стал достаточно мощным, чтобы дать самоосознание (включая приматов, слонов, дельфинов, касаток и сорок). Эволюционный путь, развивший наш мозг, был дорогой из желтого кирпича, и в результате мы пришли к открытию, что ДНК и есть волшебник, который находится за ширмой.

Наш мозг дает чувство собственного «я», которое заставляет современного Homo sapiens ощущать себя Решителем всех проблем; как следствие, возникает искушение считать, что это освобождает нас от тирании генов. Неизбежным ограничением этой искушающей идеи является тот факт, что наш мыслительный орган построен по генетическому плану, заложенному в ДНК: мозг — это орган наших генов, созданный нашими генами и для наших генов. Как мы увидим, не все мозги созданы равными и не мы выбирали тот, который оказался между нашими ушами.

Стал ли мозг, несмотря на исходные генетические ограничения, достаточно сложным, чтобы жить собственной жизнью, чтобы думать самостоятельно? Наш мозг содержит невероятные 100 миллиардов нейронов — в тысячу раз больше, чем число подписчиков в Твиттере у певицы Кэти Перри. Более того, у одного нейрона в среднем может быть 10 тысяч отростков, соединяющихся с другими нейронами, а это позволяет им всем общаться друг с другом с помощью биохимических сигналов. В человеческом мозге более 100 триллионов нейронных связей, а это означает, что их в тысячу раз больше, чем число звезд в нашей Галактике^[24].

Как и у прочих животных, бо́льшая часть физических действий нашего тела (например, сердцебиение, дыхание, пищеварение и потение) выполняется на автопилоте, под контролем самой древней части мозга. Наверху этой автоматизированной системы, как завитки на верхушке рожка мороженого, находится кора головного мозга, та его часть, которая думает о погоде, фондовом рынке, о том, что только что произошло в научно-фантастическом сериале «Очень странные дела», и о том, следует ли вам принимать запрос на добавление в друзья от бывшего (или бывшей).

Эта масштабная беседа нейронов переносит внешний мир к нам в голову; здесь обсуждается, как нам на него реагировать. А интрига закручивается. Будучи центром управления весьма социального биологического вида, наш мозг работает в окружении бесчисленного количества других мозгов, колоссального коллективного разума, оперирующего информацией прошлого и будущего. И какова будет наша реакция теперь, когда коллективные мозги осознали эгоистичную игру ДНК?

Скоро у нас появятся возможности придать новый вид нашему создателю — мозгу. Мы разрабатываем способы редактирования генов, управления эпигенетическими метками, перестройки микробиомов и видоизменения мозга — той деятельности, которая делает нас соавторами жизни, а не просто пассивными живыми механизмами. В перспективе наше умение создавать самовоспроизводящиеся машины с помощью искусственного интеллекта может вообще отменить потребность в генах. А что, если мы объединим биологическую жизнь с механической? А может, мы просто промежуточные ступеньки во Вселенной, предназначенной для андроидов? Если мы не будем осторожны, то можем разделить судьбу Дарта Вейдера: победить свою дезоксирибонуклеиновую госпожу, но при этом получить смертельные ранения.

Наука узнала многое о том, кто мы и почему делаем то, что делаем. Однако инструкция гораздо сложнее, чем мы когда-либо представляли. Несмотря на наш интеллект, юмор и любовь к искусству, мы должны признать суть того, чем являемся, — «машины для выживания», построенной с помощью ДНК, которая существует под воздействием многочисленных скрытых сил, находящихся вне нашего контроля. В последующих главах рассмотрим поближе, насколько сильно или слабо мы в реальности управляем своими действиями и как можно использовать эти знания, чтобы улучшить себя и других людей в этом мире.

Примечания

5

Стивен Патрик Мо́ррисси (род. 1959) — британский музыкант, известный саркастичными текстами песен и недовольством всем на свете.

6

До эксперимента Херши — Чейз многие ученые считали, что наследственная информация содержится в белках.

7

Такой термин устоялся, хотя он и не совсем верен. Строго говоря, ДНК имеет форму двойной винтовой линии или двойного винта.

8

Аденин (обозначается латинской или кириллической буквой A); гуанин (G или Г); цитозин (C или Ц) и тимин (T). Между собой азотистые основания соединяются попарно: аденин с тимином, а цитозин с гуанином. Сами нуклеотиды тоже иногда называются теми же терминами и обозначаются теми же буквами.

9

РНК — рибонуклеиновая кислота.

10

Первый из описанных процессов, когда информация с ДНК переносится на синтезируемую РНК, называется транскрипцией. Второй процесс, когда по матрице РНК синтезируется белок, называется трансляцией.

11

Американская певица Долли Партон известна своим пышным бюстом.

12

Гордон Гекко — жадный персонаж фильма «Уолл-стрит» в исполнении Майкла Дугласа.

13

Дженга — настольная игра, в которой игроки строят башню из блоков-кирпичей, по очереди перекладывая блоки из основания башни на ее вершину, пока башня не упадет.

14

Очень популярная песня группы Journey.

15

Choose Your Own Adventure — серия детских книг-игр, появившаяся в 1979 году. Герой-читатель постоянно делает какой-то выбор и переходит на соответствующую страницу книги.

16

История близорукости сложнее. На инуитах (эскимосы) было показано, что буквально за одно поколение частота близорукости выросла с 1 до 20–25 % при переходе от охоты и собирательства к современному образу жизни. Исследования показывают, что основные причины близорукости не генетические, а средовые — долгое пребывание в помещениях и низкобелковая высокоуглеводная диета. Среди крестьян в традиционных обществах близорукость встречается у 6–15 % людей среднего возраста (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28702951/). — Прим. науч. ред.

17

Тейлор Свифт — популярная американская певица, альбомы которой расходятся миллионными тиражами: например, только в первый день продаж альбома Folklore в июле 2020 года было продано 1,3 миллиона экземпляров.

18

Данные о мутагенности жареного и вареного мяса весьма противоречивы. Оно повышает риск некоторых типов рака, но скорее всего за счет изменений в реакциях организма на мутантные клетки. — Прим. науч. ред.

19

Экспрессия — процесс преобразования информации в гене в конечный продукт — белок или РНК.

20

От греч. ἐπι — сверх, вне, за пределами.

21

Пренатальный (от лат. natalis — «относящийся к рождению») — дородовой.

22

От др. — греч. µικρός — малый и βιοτή — жизнь.

23

Автор ошибается: не серу, а сероводород. — Прим. науч. ред.

24

По современным оценкам, в нашей галактике от 100 до 400 миллиардов звезд.