/Интеллект спрятан в половых хромосомах?/ /Женская хромосома «умнее» мужской./ /Случайность, сделавшая человека человеком/ /Шизофрения — плата за «очеловечивание»?/ /Хорошие новости для «ботаников» — женщины издавна предпочитали

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 ее 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?

Вопрос этот важен не только практически — например, для психиатров или детских воспитателей. В нем 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. Причем 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?

У ученых есть подозрение, что причину облысения следует искать в Х-хромосоме

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 счет 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 далеких предков человека, например, исследованный Брюсом Ланом (и тоже широко обсуждаемый) ген ASPM. Третья группа ученых отвергает и этот подход, напоминая, что при недавнем исследовании черепов ранних гоминоидов выяснилось, что объем 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 объем мозга, говорят они, были главными факторами очеловечивания, а нечто третье или четвертое, или пятое.

На Х-хромосоме расположен «оборотневый» ген. Мутация в нем приводит к рождению у нормальной женщины «волосатых» детей

Женская хромосома «умнее» мужской

Тут мысль некоторых ученых 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 ребенка. Кроме анатомических изменений и позднего развития яичников, а то и бесплодия, оно порождает у девочки мальчишеский характер и, что более неприятно, вызывает четко 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 ее гена. Вот один из многих примеров. В 2003 году английский педиатр профессор Скузи нашел 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 влечет 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 распространен 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 ее аспирантка Рут Амир нашли тот ген, мутация которого вызывает заболевание. Оказалось, что этот злополучный ген инструктирует все клетки тела производить белок МеСР2. Если ген нормален, его белок в определенный момент развития мозга выключает из работы несколько других генов, и тогда мозг ребенка развивается нормально. Если же ген поражен мутацией, своевременное выключение не происходит. Мозг, пропустивший этот момент, начинает развиваться неправильно. Так возникает синдром Ретта.

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

Ген МеСР2, 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 МеСР2 на этой хромосоме мутировал, это чаше всего кончается смертью эмбриона: мутация делает его нежизнеспособным. Поэтому у мужчин синдром Ретта практически не встречается. Но у женщин Х-хромосом две, и чаше всего мутация затрагивает ген только на одной из них, а ген на второй хромосоме остается здоровым. Однако, как мы сказали, одна из этих двух хромосом обязательно «выключается», причем в каждой клетке — своя, по закону случая. Теперь все 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 МеСР2 — лишь один из генов Х-хромосомы. Как мы говорили, полная ее расшифровка показала, что более трети ее генов, около 300, связаны с разными болезнями, причем около 100 из этих генов — с нейрологическими заболеваниями. И если повреждение каждого из этих генов влечет 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 ее 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.

Одним из возможных кандидатов на эту роль называют ген, открытый в 2004 году швейцарскими исследователями Кессманом и Бурки. Белок этого гена, называемый GLIJD2, 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 нем 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» приобрел такую же специфичность. Затем он несколько раз менялся, так что его белок GLUD2 приобрел 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 объема 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 гак 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 гоминилов) 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 X- 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 «гл юта матовая» гипотеза).

Вот так ученые в стерильных условиях штурмуют Х-хромосому

Шизофрения — плата за «очеловечивание»?

Но Кроу идет еще дальше. Он обращает внимание на некоторые особенности шизофрении. Она равно распространена среди всех групп населения Земли, что указывает на ее прямую связь с какими-то специфически ми 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 чем- то полезным человеку и потому сохраняет этот ген в человеческой популяции. Кроу постулирует, что гипотетический «ген шизофрении» — это тот же открытый им общий ген X- и Y- хромосом, который связан с появлением у человека языка, а его связь с шизофренией состоит в том, что мутация этого гена ведет к распаду языковой системы на каком-то ее 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 ее 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 ее 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 приобрели гены, побуждавшие их выбирать в качестве сексуальных партнеров мужчин с более высоким уровнем «интеллекта», и в результате их потомки приобрели 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.