Рафаил Нудельман
Загадочная связь

Интеллект спрятан в половых хромосомах?

Всякий биолог знает, что женский и мужской мозг различны. Это знает даже обыватель. Мужчины спрашивают направление куда реже женщин. Зато среди синхронных переводчиков в ООН решительно преобладают женщины. Участки мозга, заведующие речью (а, быть может, и лингвистическими способностями вообще), у женщин не втиснуты в одно полушарие, как у мужчин, — они рассеяны по мозгу так широко, что порой говорят, что у женщин два центра речи. Таких различий женского и мужского мозга (а из-за этого — и поведения мужчин и женщин) можно назвать десятки.

Естественно, возникает вопрос: чем они обусловлены? Явно не одними лишь культурными факторами. Эти факторы — воспитание, традиции окружающей среды и тому подобное — недостаточны, чтобы объяснить, почему маленькая девочка радостно визжит, впервые увидев куклу, а её братик с восторгом хватается за стоящий рядом игрушечный автомобиль. Часто говорят, что мужские и женские различия задаются гормонами. Это верно. Тестостерон действует иначе, чем эстроген, и оба они оказывают глубокое воздействие на анатомию, психику и поведение соответствующих полов. Но гормональной системой управляют гены. И, спустившись по этой лестнице рассуждений, мы в конечном итоге приходим к генам. К каким?

Вот так учёные в стерильных условиях штурмуют X-хромосому
Вот так учёные в стерильных условиях штурмуют X-хромосому
Вопрос этот важен не только практически — например, для психиатров или детских воспитателей. В нём скрыт большой общебиологический смысл. Мозг — то, что прежде всего отличает человека от всех остальных существ на Земле. Это значит, что гены, послужившие становлению человеческого мозга, были, по существу, „генами очеловечивания“. Гены, а не труд сделали человека человеком. Причём сами гены, а не их количество. После расшифровки человеческого генома стало окончательно ясно, что не число генов определяет сложность организмов. У человека чуть больше генов, чем у прозрачного червячка Cenorabditis elegans, и меньше, чем у некоторых моллюсков. На сегодняшнем уровне биологических знаний видны лишь два фактора, которые могут быть истинной причиной высшей сложности человеческого мозга, — специфические гены и их специфические комбинации или же особая активность этих генов у человека. Скорее всего, повинно и то, и другое. И если так, то, поднявшись по этой лестнице рассуждений, мы вправе повторить вопрос: какие это гены? Где они находятся? Когда появились? Как работают?

По этому поводу выдвинуто много гипотез. Самая известная среди них называет главным „геном очеловечивания“ недавно обнаруженный (и широко разрекламированный в научно-популярной литературе) „ген речи“ FOXP2, который находится на 7-й человеческой хромосоме. Но другие исследователи — например, такие специалисты, как Р. Докинз и С. Пинкер, — считают, что речь возникла за счёт использования уже готовых участков, или „модулей“ человеческого мозга, сложившихся в ходе его постепенного увеличения и усложнения, но ранее предназначавшихся для каких-то иных функций, а попутно взявших на себя также заведывание речью (такое использование случайной способности готовых модулей выполнять и другие функции называется экзаптацией). Эти соображения побуждают искать другие, неречевые „гены очеловечивания“ и, в первую очередь, такие, которые могли способствовать увеличению черепа и мозга у далёких предков человека, например, исследованный Брюсом Ланом (и тоже широко обсуждаемый) ген ASPM. Третья группа учёных отвергает и этот подход, напоминая, что при недавнем исследовании черепов ранних гоминоидов выяснилось, что объём их черепов и мозга возрастал непрерывно, а вот характер изготовляемых ими орудий труда (то есть уровень умственных способностей) менялся скачками. Иными словами, не появление речи и не объём мозга, говорят они, были главными факторами очеловечивания, а нечто третье или четвёртое, или пятое.

Женская хромосома «умнее» мужской

Тут мысль некоторых учёных обратилась к генам женской хромосомы X. Несомненно, эта хромосома едва ли не больше всех других связана с работой человеческого мозга, то есть с умственными способностями и вообще психикой человека. Простейшим подтверждением этого может служить так называемый синдром Тернера — комплекс особенностей развития, который отличает девочек, родившихся с одной Х-хромосомой вместо обычных двух. Оказывается, отсутствие одной Х-хромосомы резко меняет весь ход развития ребёнка. Кроме анатомических изменений и позднего развития яичников, а то и бесплодия, оно порождает у девочки мальчишеский характер и, что более неприятно, вызывает чётко выраженную трудность в установлении социальных связей, столь важных в человеческом обществе. Кроме того, такие девочки в 200 раз более склонны к аутизму, чем нормальные.

Разумеется, синдром Тернера — это крайний случай, поскольку он вызван отсутствием целой хромосомы. Подавляющую часть подтверждений связи Х-хромосомы с работой мозга дают болезни, вызванные отсутствием или неисправностью не всей хромосомы, а всего лишь одного какого-то её гена. Вот один из многих примеров. В 2003 году английский педиатр профессор Скузи нашёл расположенный вблизи центра Х-хромосомы одиночный ген, порча которого (мутация) вызывала утрату способности распознавать чувство страха. Утрата этой способности, равно как и притупление способности распознавать душевные состояния другого человека вообще, весьма характерны для аутистов. Дальнейшее изучение показало, что мутация этого гена действительно влечёт за собой анатомические изменения в так называемой амигдале — том участке мозга, который заведует, в частности, распознаванием чужих эмоций, а затем было обнаружено, что такие же изменения амигдалы имеются у женщин, страдающих синдромом Тернера. Видимо, именно поэтому они так сильно склонны к аутизму. У нормальных женщин вредное воздействие мутации гена на одной X-хромосоме может быть компенсировано работой того же, но здорового гена на второй Х-хромосоме, однако в случае синдрома Тернера эта вторая Х-хромосома полностью отсутствует. Аналогично положение мужчин, поскольку у них вторую Х-хромосому заменяет хромосома Y. Поэтому аутизм более распространён именно среди мужчин. Некоторые феминистки на этом основании утверждают даже, что аутизм с его глухотой к чувствам других людей — всего лишь экстремальная форма типично мужского поведения.

Существуют и более выразительные примеры влияния генов Х-хромосомы на развитие и работу мозга. Один из них связан с так называемым синдромом Ретта. Он поражает девочек примерно в годовалом возрасте. Они перестают говорить и не могут ничего удержать в руках. Их руки непрестанно движутся, как будто они их моют. Всего несколько лет назад никто не знал, что вызывает эту болезнь. Лишь в 1999 году, после 10-летних поисков, Худа Зогби и её аспирантка Рут Амир нашли тот ген, мутация которого вызывает заболевание. Оказалось, что этот злополучный ген инструктирует все клетки тела производить белок MeCP2. Если ген нормален, его белок в определённый момент развития мозга выключает из работы несколько других генов, и тогда мозг ребенка развивается нормально. Если же ген поражён мутацией, своевременное выключение не происходит. Мозг, пропустивший этот момент, начинает развиваться неправильно. Так возникает синдром Ретта.

Ген MeCP2, как выяснилось, находится на женской половой хромосоме X. Поскольку у женщин этих хромосом две, одна из них на 75 процентов заблокирована, чтобы избежать излишней активности находящихся на ней генов. У мужчин же только одна Х-хромосома, другая половая хромосома у них — Y, поэтому работают все гены Х-хромосомы. Если ген MeCP2 на этой хромосоме мутировал, это чаще всего кончается смертью эмбриона: мутация делает его нежизнеспособным. Поэтому у мужчин синдром Ретта практически не встречается. Но у женщин Х-хромосом две, и чаще всего мутация затрагивает ген только на одной из них, а ген на второй хромосоме остаётся здоровым. Однако, как мы сказали, одна из этих двух хромосом обязательно „выключается“, причём в каждой клетке — своя, по закону случая. Теперь всё зависит от этого случая. Если окажется, что в 80 процентов всех клеток организма выключена хромосома со здоровым геном, а работает та, в которой ген мутировал, у девочки уже в годовалом возрасте возникнет тяжелейший синдром Ретта. Если процент клеток с активным мутировавшим геном окажется меньше, тяжесть заболевания будет тоже меньше. Если их будет не больше 20 процентов, девочка останется практически здоровой. Поскольку инактивация второй Х-хромосомы происходит у девочки в эмбриональной фазе, их судьба предопределяется этим случайным распределением уже в зародыше. К счастью, опыты на мышах показали, что болезнь вызывается не самой порчей гена, а недостачей здорового белка в мозгу, и поэтому можно надеяться, что синдром Ретта удастся со временем предотвратить, вводя в мозг нужное количество белка.

Но ген MeCP2 — лишь один из генов Х-хромосомы. Как мы говорили, полная её расшифровка показала, что более трети её генов, около 300, связаны с разными болезнями, причём около 100 из этих генов — с нейрологическими заболеваниями. И если повреждение каждого из этих генов влечёт какое-то повреждение работы мозга, можно думать, что в норме все эти гены, видимо, как-то связаны с его нормальной работой. Иными словами, порядка 100 генов Х-хромосомы (почти 10 процентов всех её генов!) кодируют такие белки, которые, по всей видимости, выполняют функции, важные для нормального развития и работы мозга.

Подтверждения их важной роли в высшей нервной деятельности человека были получены и в работах совсем другого рода. Так, недавно британский биолог Крэйг закончил исследование 2000 пар близнецов, как девочек, так и мальчиков; он изучал степень разнообразия их умственных способностей и социального поведения. Если эти свойства связаны с X-хромосомой, то следовало ожидать большего разнообразия в парах девочек, потому что у них работают 100 процентов генов одной Х-хромосомы и еще 25 процентов генов второй, „выключенной“. У мальчиков же работают только 100 процентов генов их единственной Х-хромосомы. Оказалось, что эти характеристики действительно более разнообразны у девочек, то есть распределены именно так, как должно быть в случае их тесной связи с генами Х-хромосомы.

Случайность, сделавшая человека человеком

Многочисленность всех этих фактов побудила некоторых биологов выдвинуть радикальное предположение, согласно которому взятые вместе все эти гены Х-хромосомы образуют некий „Х-фактор“ и именно он обуславливает уникальность человеческого мозга или, проще говоря, что пресловутые „гены очеловечивания“ следует искать на Х-хромосоме.

Так изменялись предки человека
Так изменялись предки человека
Так изменялись предки человека. Чем ближе к современности, тем больше объём черепа и меньше размер челюсти. Также человек значительно подрос: со 120 см у австралопитека до 180 в наше время

Одним из возможных кандидатов на эту роль называют ген, открытый в 2004 году швейцарскими исследователями Кессманом и Бурки. Белок этого гена, называемый GLUD2, управляет процессом разложения образующегося в мозгу нейромедиатора глютамата (нейромедиаторы — это различные вещества, участвующие в передаче нервных сигналов). Такой ген есть также у других приматов, но его нет у мартышек, и, видимо, он появился у предков человека после их отделения от мартышек. Но известно, что именно после отделения у этих общих предков человека и обезьян череп и мозги начали быстро увеличиваться. Следуя элементарному (но далеко не всегда правильному) рассуждению — „после этого значит вследствие этого“, — Кесманн и Бурки предположили, что это явление — увеличение мозга (приведшее в конце концов, по их мнению, к „очеловечиванию“) — было вызвано как раз появлением и последующей эволюцией их „глютаматового“ гена. Им удалось доказать, что он появился благодаря удачной случайности. На Х-хромосоме уже был его предшественник в виде гена GLUD1 (он существует у человека и сейчас), и однажды в процессе образования на нём молекулярной копии, несущей в себе инструкцию по изготовлению соответствующего белка, одна из этих молекул-инструкций случайно не отправилась по назначению в клетку, а встроилась обратно в цепь ДНК в виде нового гена (случай так называемой ретротранспозиции). При этом встроилась она вблизи участка Х-хромосомы, уже связанного с работой мозга. Поэтому новый ген „автоматически“ приобрёл такую же специфичность. Затем он несколько раз менялся, так что его белок GLUD2 приобрёл способность разлагать глютамат. „И вот так появление этого гена, — пишут авторы, — подготовило почву для последующего появления человека с его большим черепом и мозгом“.

Кессманну и Бурки пока не удалось обнаружить прямую связь глютаматового гена и объёма мозга, но многие специалисты считают наличие такой связи весьма вероятным. Во всяком случае, на данный момент найдено всего два гена, тесно связанных с процессами обучения и запоминания у крыс, и ген GLUD2 — один из них.

Но у профессора Кроу, руководящего группой исследователей Оксфордского университета, есть другой кандидат на роль „Х-фактора“. В 2003 году группа профессора Кроу обнаружила интересный участок ДНК, имеющийся на обеих половых хромосомах человека — как на X, так и на Y. Единственный активный ген в этом участке имеет гоминидо-специфичность, иными словами, он существует и активен у всех гоминидов — предшественников человека, но его нет у шимпанзе и горилл. Белок, кодируемый этим геном, относится к группе так называемых адгезивных („склеивающих“) белков мозга и весьма интересен тем, что играет важную роль в соединении („сборке“) клеток мозга в сложные структуры. Мозг человека (и предшествующих ему гоминидов) обладает асимметричным расположением различных структур и участков, и это принципиально отличает его от мозга шимпанзе и горилл. Специалисты считают, что именно такая асимметрия обусловила способность человека к языку. Как считает Кроу, эта цепочка фактов перебрасывает мостик от найденного им гена к уникальной человеческой характеристике — обладанию речи. Эта гипотеза отличается от упомянутой выше теории „гена речи“ тем, что на роль такого гена предлагается не FOXP2 с 7-й хромосомы, а общий ген Х- и Y-хромосомы. Иными словами, она тоже относится к тому классу гипотез, которые связывают процесс „очеловечивания“ с половыми хромосомами (хотя и через язык, а не через размер мозга, как „глютаматовая“ гипотеза).

Шизофрения — плата за «очеловечивание»?

Но Кроу идёт ещё дальше. Он обращает внимание на некоторые особенности шизофрении. Она равно распространена среди всех групп населения Земли, что указывает на её прямую связь с какими-то специфическими человеческими особенностями. Далее, она имеет семейный характер, а время начало этого заболевания и дальнейший прогноз различны у мужчин и женщин, что указывает на связь этого заболевания с половыми хромосомами. При этом, хотя многие мужчины-шизофреники имеют меньше детей, чем нормальные, шизофрения почему-то не исчезает из человеческой семьи. Это можно объяснить тем, что имеется какой-то компенсирующий фактор, который делает обладание „геном шизофрении“ в чём-то полезным человеку и потому сохраняет этот ген в человеческой популяции. Кроу постулирует, что гипотетический „ген шизофрении“ — это тот же открытый им общий ген Х- и Y-хромосом, который связан с появлением у человека языка, а его связь с шизофренией состоит в том, что мутация этого гена ведёт к распаду языковой системы на каком-то её глубинном, смысловом уровне, то есть к утрате связи слов со смыслами, что характерно как раз для шизофреников. Иначе говоря, появление шизофрении стало возможным с появлением того же гена, который сделал возможным появление языка и — через язык — „очеловечивание“ гоминидов. Шизофрения — это плата за „очеловечивание“.

Хорошие новости для «ботаников» — женщины издавна предпочитали умных

Все эти гипотезы, связывающие эволюцию человека с его Х-хромосомой, имеют общий источник: все они спровоцированы некоторыми поистине уникальными свойствами этой хромосомы. Во-первых, она одна из самых стабильных, менее всего изменившихся за время эволюции человека (поскольку невозможна её рекомбинация с напарницей, мужской половой хромосомой Y). Во-вторых, единственная X, которая находится в клетках мужчин, может проявить все положительные и отрицательные особенности своих генов максимальным образом (чего не могут сделать обычные аутосомы, влияние каждой из которых может быть скомпенсировано действием её напарницы). Как известно, наиболее приспособленные к среде обитания мужчины имеют, как правило, и наибольшее количество детей, а так как все эти дети получают отцовскую Х-хромосому, она распространяется в популяции (в группе или в племени) быстрее Х-хромосомы других мужчин. И если на этой отцовской Х-хромосоме есть какие-то гены, выгодные обоим полам, например, „гены речи“, „гены большого мозга“ или гены „обучаемости и запоминания“, эти гены (и качества) быстро становятся всеобщим достоянием членов популяции. Так могло происходить становление человека. Поэтому прав профессор Виллард, когда он говорит: „Если обретение высших когнитивных способностей было необходимым этапом нашей эволюции, имеет смысл искать эти функции на Х-хромосоме“.

По теории „Х-фактора“ становление человека должно было происходить в два этапа. На первом этапе шла эволюция самой Х-хромосомы, постепенно обретавшей способность влиять на умственное развитие человека. На втором этапе должен был происходить отбор и закрепление в популяции именно этих „генов очеловечивания“. По мнению немецкого биолога Хорста Хамайстера, на этом этапе главную роль играл так называемый половой отбор. Возможно, уже на заре человеческой эволюции некоторые из женщин приобрёли гены, побуждавшие их выбирать в качестве сексуальных партнёров мужчин с более высоким уровнем „интеллекта“, и в результате их потомки приобрёли как „гены большого интеллекта“, так и „гены предпочтения более высокого интеллекта“, и у потомства таких пар эти гены стали передаваться из поколения в поколение совместно. А так как более высокий интеллект обеспечивал более высокую выживаемость, то процесс этот все более расширялся. „Очеловечивание“ обретало характер снежной лавины.

Знание-сила

Статьи близкой тематики:
Расшифровка X-хромосомы.  Рафаил Нудельман.
Y-хромосома: жизнь и судьба.  Рафаил Нудельман.
Молекулярный механизм эволюции.  Рафаил Нудельман.
Пух и кролик: два взгляда на изменчивость и эволюцию биологических форм.  Владимир Черданцев.
Для чего нужно половое размножение.  В. В. Вельков.
Стресс — ускоритель эволюции.  В. В. Вельков.
Гомо сапиенс и геном.  Игорь Лалаянц.
Гены и история.  Игорь Лалаянц.


AthleticMed магазин спортивной медицины по низким ценам!
2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт. Партнёрская программа.
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования