[99]. Наследуемость – это мера того, в какой степени наблюдаемые в популяции различия можно объяснить генетическими факторами (а не влиянием окружающей среды). Довольно просто на словах, но чрезвычайно сложно на деле.
Давайте предположим, что все японцы рождаются черноволосыми. Это означает, что среди японцев нет вариаций по цвету волос, следовательно, наследуемость цвета волос в Японии равна нулю. Цвет волос – на 100 % генетический признак, но поскольку все люди имеют в этом смысле одинаковое генетическое строение, природных вариаций не существует (пока люди не начинают седеть, но об этом для простоты мы умолчим). Любые вариации цвета волос в Японии являются результатом окрашивания, но этот признак, очевидно, не относится к разряду генетических.
Половая принадлежность человека определяется в момент зачатия типом проникающего в яйцеклетку сперматозоида. Поскольку у человека существуют лишь два пола[100], наследуемость пола составляет 100 %: все видимые вариации определяются генетически. Или вот еще пример: все люди умеют говорить, следовательно, способность говорить запрограммирована генетически, а то, на каком языке говорит человек, полностью определяется местом рождения, то есть внешним фактором. Таким образом, генетика не влияет на то, на каком языке говорит человек, следовательно, разнообразие языков есть результат внешнего воздействия, и наследуемость этого признака равна нулю. Чтобы еще больше запутать ситуацию, наследуемость привязана к популяциям. Она является мерой различий, наблюдаемых в группах людей, а не в отдельных людях. Меры таких различий не существует.
Безусловно, приведенные примеры являются крайне упрощенными. Я сделал это намеренно, чтобы прояснить этот очень сложный параметр. Большая часть характеристик складывается под влиянием обоих факторов. Гальтон подарил нам выражение «природа против воспитания», но теперь мы знаем, что между ними нет никакого противоречия. Любой человек формируется в результате сложного сочетания природных (генетических) и внешних факторов (всего того, что не относится к генам). Гораздо правильнее говорить «природа через воспитание»[101]. Многолетнее изучение близнецов дало нам большой объем информации относительно наследуемости сложных человеческих признаков. Среди них самым сложным является интеллект, и за сто лет исследований мы выяснили, что наблюдаемые в популяции различия интеллекта являются генетическими примерно на 50 %. Это не означает, что 50 % вашего интеллекта связано с генами, а 50 % приобретено за счет обучения и общения с родителями. Это означает, что половина различий в популяции имеет генетическую природу, а половина связана с внешними факторами[102]. Вывод таков: когда мы с помощью метода GWAS пытаемся выявить генетические компоненты в гигантской популяции, мы находим лишь крохотную часть. И то же самое относится к множеству сложных заболеваний, которые, как мы полагали, должны отражаться в наших генах в виде естественных вариаций. Однако даже такие простые параметры, как рост, оказались не такими уж простыми.
Мы знаем, что рост – в значительной степени наследственный признак. Десятки исследований, проведенных за последнее столетие, показали, что значительная часть различий по этому параметру связана с генами, и лишь небольшая часть определяется внешними факторами. Если самый высокий человек в популяции имеет рост 210 сантимеров, а самый маленький – 150 см, разница составляет 60 см. Примерно 55 сантимеров – вклад генетики. Методом GWAS были проанализированы десятки тысяч человек, и было выявлено множество аллелей, связанных с этим параметром. Но даже если учесть суммарный вклад всех этих генетических элементов, получается прибавка лишь в 5 или 10 сантиметров. И пока мы не знаем, откуда берутся остальные 45 сантимеров.
То же самое касается болезней сердца. И шизофрении. И наркозависимости. И биполярного расстройства. И интеллекта. И многих-многих параметров, состояний и заболеваний. Гены не определяют большую часть фенотипических проявлений биологии и психики человека. В формировании каждого признака может быть задействовано несколько десятков или сотен генов, причем действие их кумулятивное и подвержено влиянию окружающей среды.
Отчасти проблема заключается в том, что в попытках определить заболевание и найти способ лечения мы одновременно страстно пытаемся отнести это заболевание к той или иной категории. Однако любая болезнь – уникальное сочетание причины (или причин) и конкретного пациента. Одни более уникальные, другие менее, но те, которые относятся к сфере поведения, психологии или психиатрии, безусловно, уникальны. Вот почему врачи постоянно заново классифицируют и переименовывают заболевания. Теперь аутизм называют расстройством аутистического спектра, поскольку это состояние имеет целый непрерывный спектр признаков. В одних случаях проявления весьма серьезные, в других – гораздо менее выраженные, в третьих – просто другие.
Отчасти наблюдаемое «отсутствие наследуемости» связано с ограничениями метода GWAS. Метод направлен на выявление только распространенных SNP – таких вариаций, которые часто встречаются в популяции. Но вполне возможно, что наследуемость связана с более редкими вариантами. Так называемые вариации числа копий (copy number variations, CNV) трудно анализировать, поскольку, по определению, они представляют собой вариации числа многократно повторяющихся участков генома. Часто в этих участках обнаруживаются новые мутации, которых не было в семейной истории и поэтому их бывает сложно найти.
В целом мы пока не знаем, с чем связано «отсутствие наследуемости». Однако это научная загадка, а не мистика, и ответ содержится где-то в геноме. Вполне возможно, причина кроется в каких-то неизвестных вариациях гнома. Каждая может оказывать лишь едва заметное действие, но все вместе под влиянием внешних факторов они вносят весомый вклад в формирование того или иного сложного признака. Давайте вернемся к этому вопросу лет через десять.
Все эти истории сплетаются в один рассказ, который предлагает нам генетика, но который нам трудно понять по причинам культурной традиции. Мы слишком сильно верили в существование простых законов, объясняющих наше устройство. Мы считали, что каждый ген определяет какой-то признак или заболевание, и, прослеживая историю семьи от одного поколения к другому, мы сможем их идентифицировать. Эта идея родилась за много столетий до возникновения современной генетики.
Первые упоминания о генетическом консультировании приводятся в главной книге иудаизма, Талмуде, в трактате Йевамот:
«Если она сделала обрезание своему первому ребенку, и он умер, и сделала обрезание второму ребенку, и он тоже умер, ей не следует делать обрезание третьему ребенку; но рабби Шимон бен Гамлиэль сказал: Она должна сделать обрезание третьему ребенку, но не четвертому. Так ли? – Иди и слушай, что сказал рабби Хия бар Ава от имени рабби Йоханана: Вот что случилось с четырьмя сестрами в Сефорисе. Первая сделала обрезание своему ребенку, и он умер; потом вторая [сделала обрезание своему ребенку], он умер, а потом третья [сделала обрезание своему ребенку], и он тоже умер. Четвертая пошла к рабби Шимону бен Гамлиэлю, и он сказал ей: “Ты не должна делать обрезание [своему ребенку]”. Но невозможно, что если бы третья сестра пришла, он сказал бы ей то же самое! – Если так, в чем смысл слов рабби Хии бар Авы? Возможно, он хотел научить нас следующему: эти сестры ввели прецедент!»
По-видимому, здесь описан случай гемофилии – заболевания, при котором у мальчиков при порезах не образуются сгустки крови и поэтому очень высок риск кровотечений со смертельным исходом. Гемофилия – одно из первых заболеваний, изученных в генетическом плане. В 1989 году было показано, что причина заключается в одном гене, находящемся на X-хромосоме (поэтому страдают только мужчины; у женщин аномалия на одной хромосоме компенсируется наличием парной X-хромосомы). Раввины знали о существовании этой патологии еще в 200-х годах до н. э. и, учитывая смертельную опасность этого состояния, делали исключение для мальчиков, родившихся в семьях носителей гемофилии, избавляя их от обрезания. В 1803 году врач из Филадельфии Джон Отто описал семью, в которой мальчики страдали от такой патологии (он называл их «кровоточивыми»), а женщины были здоровыми носителями заболевания. На основании семейного анамнеза он установил происхождение болезни от одной женщины-носительницы «по фамилии Смит, жившей недалеко от Плимута, в Нью-Гемпшире, и передавшей это свойство своим потомкам».
О том, как признаки передаются от родителей детям, мы знали уже очень давно, задолго до того, как Мендель выполнил свои потрясающие эксперименты и вывел на их основании законы наследования. Мы знали о знаменитой габсбургской губе (результате многолетнего близкородственного скрещивания), считавшейся признаком королевской крови. Первая королева Елизавета имела ярко-рыжие волосы, которые впоследствии, возможно, из-за выпадения волос после перенесенной оспы, заменил рыжий парик. Некоторые историки полагают, что королева старалась подчеркнуть сходство со своим гораздо более уважаемым рыжеволосым отцом, королем Генрихом VIII.
Генетика – наука о семейных признаках, а за семейным сходством мы наблюдаем уже на протяжении нескольких тысячелетий. Но на протяжении большей части истории мы отслеживали и изучали внешние и наиболее явные наследственные признаки. Я не хочу сказать, что эти признаки передаются как-то неправильно, но только они самые простые.
А человеческая природа сложна. Так почему мы считаем, что генетика человека должна быть простой? Физики часто создают упрощенные модели Вселенной. У них есть «стандартная модель» – набор уравнений, описывающих поведение фундаментальных частиц, составляющих материю: кварков, электронов и столь важных бозонов Хиггса. Со временем, по мере появления новых данных, эта модель будет совершенствоваться, но на основании предыдущих результатов многие физики полагают, что модель Вселенной станет еще проще. Биологи порой завидуют физикам, поскольку каждый раз, когда мы открываем какой-то новый биологический закон – универсальность генетики, эволюцию за счет естественного отбора, – общая картина только усложняется.