о функций, что выделять отдельно самоконтроль нет смысла — это все равно что пытаться оценивать, изменяется ли работа отдельных микросхем в телевизоре после того, как его разбили молотком. Большие дозы алкоголя и наркотиков выводят из строя весь мозг сразу, а оценить влияние малых доз очень сложно: здесь вступают в игру индивидуальные отличия и компенсаторные механизмы, так что дозы, опасные для одних детей, на других не окажут катастрофического влияния. Заранее узнать, насколько стоек ребенок к токсинам, пока невозможно, так что лучше не рисковать и хотя бы во время беременности воздерживаться от потенциально вредных воздействий.
Выше я много раз говорила, что пока ученые не до конца понимают, как именно стресс и другие факторы влияют на силу воли. Достоверно подтвержден один механизм — активация ГГНС, как у плода, если нервничает мама, так и у зрелого организма, если переживает ребенок или взрослый. Но, очевидно, есть и другие механизмы. Так, исследователи почти не сомневаются, что стресс портит силу воли (и не только ее) эмбриона и новорожденного посредством могучего инструмента под названием эпигенетическая — то есть надгеномная — регуляция. Впервые термин предложил британский биолог Конрад Уоддингтон в 1942 году. Ученый работал с мухами и знал, что, если обработать куколок парами эфира, взрослые мухи вырастут уродцами с измененным телом (вместо жужжалец на нем появятся зачатки второй пары крыльев). Чтобы проверить, сохраняется ли это изменение в поколениях, Уоддингтон скрещивал таких мух друг с другом. Потомков "неправильных" насекомых ученый тоже обрабатывал эфиром, затем отбирал потомков с недокрыльями и снова скрещивал их. Уоддингтон повторил эти манипуляции с несколькими поколениями мух, а затем убрал из опыта эфир. К удивлению исследователя, мухи "отращивали" дополнительную пару крыльев даже без обработки токсичными парами. Изменение, которое было вызвано внешним воздействием и, очевидно, не изменяло ДНК (ученый травил эфиром уже вылупившихся куколок, гены которых не были повреждены), каким-то образом проявилось и передалось в череде поколений{97}. Уоддингтон назвал диковинный способ наследования "мягким" — в противовес обычному "жесткому", когда новые признаки сохраняются благодаря изменениям в генах, т. е. мутациям. Термин "эпигенетика" прижился, хотя позже выяснилось, что у мух Уоддингтона проявилось не "классическое" эпигенетическое наследование, о котором мы поговорим ниже.
В 1940-е годы ученые не знали, где именно и как хранится наследственная информация: американцы Альфред Херши и Марта Чейз провели знаменитый эксперимент, в котором было однозначно показано, что носитель такой информации — ДНК, только в 1952 году[48]. Но уже тогда было ясно, что, воздействуя на взрослый организм или даже на эмбрион, невозможно прицельно изменить этот носитель так, чтобы он передал потомкам новый признак[49]. После экспериментов Уоддингтона и его последователей выяснилось, к большому огорчению тех, кто любит получать простые ответы на сложные вопросы, что наследование всевозможных характеристик — намного более запутанный и многогранный процесс, чем полагали генетики. Энтузиасты проекта "Геном человека" были уверены: как только ученые получат в свое распоряжение полную последовательность ДНК, они быстро разберутся, как закрепляются и реализуются разные признаки. После расшифровки стало ясно, что быстро разобраться не получится — слишком многого мы пока не понимаем. А тут еще возникла эпигенетика, которая по сложности вполне может соперничать с генетическим наследованием.
Эпигенетические механизмы заставляют ферменты по-разному считывать те или иные гены, расставляя на них всевозможные "пометки" — химические модификации. Сегодня ученые знают множество способов такой маркировки: начиная с 1980-х годов ежегодно издаются сотни и тысячи работ по эпигенетике. Лучше всего изучено так называемое метилирование ДНК — навешивание метильных остатков (химическая формула — CH3) на некоторые генетические "буквы". Чаще всего "буквы", на которые ставятся метки, расположены на особых участках в начале генов под названием промоторы. Промотор — это как бы предисловие к гену, в котором сообщается, как именно его следует читать. На промоторы же "садятся" ферменты, расшифровывающие записанную в гене информацию. Обнаружив на промоторе метильные группы, ферменты "понимают" что считывать этот ген не нужно. В итоге внешне он остается не поврежденным, однако на деле не работает. Кстати, многие "мутации безволия", о которых мы говорили выше, находятся как раз в промоторах.
Другой вариант эпигенетической модификации затрагивает не саму ДНК, а специальные белки-гистоны, на которые намотана длинная молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (иначе она попросту не поместится в крошечном клеточном ядре, да еще и намертво запутается). Различные химические метки на гистонах, скажем, ацетильные или фосфогруппы, определяют, смогут ли ферменты считать записанную в гене информацию. Некоторые из меток ослабляют взаимодействие ДНК с гистонами, другие же, наоборот, усиливают. Если какой-нибудь ген слишком плотно притянут к гистону, ферменты не могут оттащить его и добраться до записанной информации, так что ген остается неактивным. Если же связь ДНК с гистонами слабая, ферментам удобно "сесть" на ген и прочитать его[50].
Эпигенетические механизмы позволяют быстро — т. е. в течение жизни конкретного организма — отвечать на внешние воздействия. "Классический" же эволюционный способ приспосабливаться к меняющимся условиям среды, т. е. мутации, требует нескольких поколений (а зачастую и нескольких десятков). Эпигенетика — это система быстрого реагирования, благодаря которой живое существо может адаптироваться к изменившимся условиям, не меняя ДНК[51]. Например, у детенышей серых полевок, которые рождаются осенью, шерсть заметно гуще, чем у мышат, рожденных весной{98}. Разница в толщине меха — результат работы эпигенетических регуляторов. Они "подправляют" режим считывания генов, которые кодируют белки, контролирующие развитие шерстяного покрова. Сигналом для таких регуляторов служит концентрация в крови матери гормона мелатонина: он вырабатывается железой под названием эпифиз и регулирует суточные и сезонные ритмы. Чем короче световой день, тем больше мелатонина. Если мелатонина много, значит, наступает зима, и нужно обеспечить детеныша густым мехом. Когда концентрация мелатонина мала, ферменты "понимают", что приближается жаркое лето и мышонку нужна вентиляция. Прерийные полевки пошли еще дальше: у этих грызунов эпигенетика определяет, кого они будут любить всю жизнь. После спаривания в прилежащем ядре зверьков активируются особые ферменты. Они модифицируют гистоны в генах рецепторов к гормонам окситоцину и вазопрессину — считается, что именно они во многом отвечают за чувство привязанности. Гистоны отходят от ДНК, гены начинают активно считываться, в мозгу растет количество рецепторов, на рецепторы садятся гормоны — и новая неразлучная пара готова{99}.
Не только мыши, но и каждый, кто читает эту книгу (как и все остальные люди), — результат работы эпигенетических механизмов. Разные клетки нашего тела выполняют совершенно различные функции — кардиомиоцит даже внешне не похож на нейрон, и оба они отличаются от фибробласта[52]. При этом все клетки нашего тела несут один и тот же набор генов — точно такой же, как в яйцеклетке, которая дала начало всему организму. Но в клетках печени работают одни гены, а в клетках сердца — совсем другие. Именно эпигенетические метки, проставленные в нужных местах, заставляют работать только те участки ДНК, которые необходимы для жизни конкретного типа клеток.
Эпигенетические метки на ДНК или гистонах позволяют оперативно отрегулировать работу тех или иных систем в ответ на внешние воздействия: такая быстрая адаптация повышает шансы существа на выживание. Более того, новые метки могут передаваться потомкам. В прошлом Земля была довольно спокойным местом: чаще всего условия радикально менялись на временных отрезках протяженностью в тысячи и миллионы лет, и детеныши появлялись на свет и жили в той же среде, что родители. Поэтому эпигенетическая адаптация, которая появилась у папы или мамы, с высокой вероятностью была полезна и детям. Homo sapiens сделал жизнь на планете непредсказуемой: в последние столетия все меняется с фантастической скоростью, и адаптации, которые облегчали существование родителям, детям только мешают. Поэтому сегодня многие эпигенетические "подкрутки" приносят человеку массу проблем. В том числе и проблем с самоконтролем.
Стресс — мощнейший фактор, который легко может убить организм. Кроме того, раз есть стресс, значит, есть и внешняя опасность, которая его вызвала. И если предполагается, что детеныш будет расти в условиях стресса, необходимо подготовить его к такой тяжелой жизни. На самом деле, конечно, никто специально не готовит эмбрионы к будущему. Просто детеныши, которые лучше отвечали на стресс, с большей вероятностью оставляли потомство, и в череде поколений закрепились инструкции, как регулировать работу эпигенетических механизмов при стрессе. И если непосредственные эффекты стресса объясняются активацией гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы, то за долгосрочные последствия хотя бы в части случаев ответственна эпигенетика. Очень наглядные доказательства, как организм заранее корректирует свою работу, чтобы лучше приспособиться к условиям будущей жизни, были получены на крысах. Заботясь о новорожденных крысятах, самки вылизывают их и чистят шерстку (когда она появляется). Ученые заметили, что детеныши крыс, матери которых в первую неделю после родов делали это часто и подолгу, вырастают более спокойными, чем крысята, чьи мамы не слишком заботились о них. Различия касались не только поведения: ГГНС крысят, выращенных халатными мамашами, была заметно более активной и возбудимой, чем у детенышей внимательных самок. Но если сразу после рождения крысят меняли местами — т. е. детенышей заботливых мам подкладывали крысам-лентяйкам, а крысят, рожденных у холодных матерей, отдавали ласковой "мачехе", картина менялась ровно на противоположную. Неродные крысята у плохих мам вырастали нервными, со "вздрюченной" ГГНС, а у хороших — спокойными, с не слишком активной гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системой.