Работ, в которых изучается воздействие на самоконтроль других популярных токсических веществ, а именно алкоголя и наркотиков, почти нет. Причина здесь не в том, что спиртное и наркотики не влияют на силу воли: каждый, кто видел окончательно спившегося алкоголика или сторчавшегося наркомана, знает, что влияют, и еще как. Просто воздействие этих веществ настолько сильно и поражает такое количество 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.
Повреждающие факторы – от стресса до никотина – изменяют работу генов, задействуя эпигенетические механизмы
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 году48. 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 признак49. 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 модификации не меняют ДНК, но указывают ферментам, как именно считывать записанную в ней информацию
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 его50.
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 ДНК51. 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].
