Синдром Паганини и другие правдивые истории о гениальности, записанные в нашем генетическом коде - Сэм Кин

После освобождения Нидерландов в мае 1945 года рацион жителей страны увеличился сразу до 2000 калорий, и этот скачок позволил провести натуральный эксперимент: ученые смогли сравнить детей, зачатых во время голода и сразу после него, и определить, кто более здоров. Как и ожидалось, дети, вынашиваемые во время голода, при рождении оказались меньше и слабее; кроме того, в будущем у них чаще встречались такие недуги, как ожирение, диабет и даже шизофрения. Поскольку все дети происходили из единого генофонда, различия между ними, возможно, возникли благодаря эпигенетическому программированию. Нехватка пищи изменила химическую среду матки (окружающий мир для плода) и таким образом повлияла и на экспрессию отдельных генов. Даже шестьдесят лет спустя эпигеномы тех, кто голодал, находясь в материнской утробе, имели заметные различия, и у жертв других случаев большого голода – блокады Ленинграда, кризиса в самопровозглашенной республике Биафра (Нигерия), «Большого скачка» в маоистском Китае – наблюдались схожие долгосрочные эффекты.

Поскольку в Оверкаликсе голод случался часто, шведские ученые решили, что имеют возможность изучить более интересный вопрос: могут ли эпигенетические эффекты сохраняться через несколько поколений? Короли Швеции издавна требовали от каждого прихода фиксировать данные об урожае (чтобы убедиться в том, что вассалы верны своему королю и ничего от него не утаивают), так что сельскохозяйственные данные Оверкаликса начали сохраняться задолго до 1800 года. Ученые смогли сопоставить эти данные с информацией о рождаемости, смертности и состоянии здоровья прихожан, которые тщательно велись местной лютеранской церковью. Преимуществом стало еще и то, что в Оверкаликсе был чрезвычайно малый приток и отток генетического материала. Суровые морозы и броский местный акцент послужили причиной того, что шведы и лопари из других местностей практически не приезжали в деревню, и из 320 жителей Оверкаликса, которых изучали специалисты, лишь 9 впоследствии переехали в более плодородные земли – таким образом биологи получили возможность следить за целыми семьями на протяжении многих лет.

Многое из того, что было открыто шведами – к примеру, связь между питанием матери и здоровьем будущего ребенка – имело практическое значение. Многое, но не все. В частности, они обнаружили явную связь между здоровьем будущего ребенка и рационом отца. Конечно, отцы не вынашивают детей, так что любые из подобных эффектов могут проскальзывать лишь вместе со сперматозоидами. Что еще более странно, здоровье ребенка улучшалось лишь в тех случаях, когда отец тоже сталкивался с проблемой голода. Дети отцов-чревоугодников жили меньше и болели чаще.

Влияние отцов оказалось настолько явным, что ученые смогли проследить его и дальше, к отцу отца. К примеру, если дедушка Харальд голодал, это положительно влияло на здоровье его маленького внука Олафа. И эти эффекты были совсем не умозрительными. Если дедушка Харальд был обжорой, у внука Олафа вчетверо увеличивался риск заболеть диабетом. Если дедушка был вынужден затягивать пояс, внук жил (с корректировкой на социальное неравенство) в среднем на тридцать лет дольше. Примечательно, что голодание или обжорство оказывало гораздо более сильный эффект на внуков, чем на самих дедов, и дедушки, которые голодали, объедались и ели в меру, жили примерно одинаково – около 70 лет.

Влияние отца/деда не имеет никакого генетического смысла: голод не может изменить последовательность ДНК у родителя или ребенка, установленную при рождении. Однако окружающая среда тоже не является главной причиной изменений. Голодавшие мужчины женились и производили на свет потомство в самые разные годы, соответственно, их дети и внуки жили в различных десятилетиях, как урожайных, так и трудных, – но все они извлекли пользу из того, что их отцы или деды голодали.

Однако влияние окружающей среды может иметь эпигенетическое значение. Опять-таки пища, богатая метильными и ацетиловыми группами, может включать и выключать гены – значит, голодание и чревоугодие могут маскировать и демаскировать ДНК, которая отвечает за метаболизм. Что касается того, каким образом эпигенетические «выключатели» сумели просочиться между поколениями, ученые сумели найти разгадку, изучая сроки голодания. Голодание в период полового созревания, в младенчестве, в половозрелом возрасте не имело никакого значение для здоровья детей и внуков голодающего. Имеет значение лишь то, объедался человек или голодал в период «постепенного роста», в промежутке с 9 до 12 лет, сразу перед половым созреванием. В этот период в мужском организме начинает выделяться группа клеток, которые потом становятся сперматозоидами. Соответственно, если период постепенного роста связан с чревоугодием или голоданием, пре-сперматозоиды могут запечатлеть необычные метильные или ацетиловые паттерны – те, которые будут запечатлены в настоящих сперматозоидах, когда придет время.

Ученые до сих пор исследуют на молекулярном уровне то, что произошло в Оверкаликсе. Но некоторые другие исследования «мягкого наследования» поддерживают идею, что эпигенетика сперматозоидов закладывает глубокие наследуемые признаки… Мужчины, начавшие курить в 11 лет и раньше, имеют более низкорослых детей (особенно сыновей), чем мужчины, закурившие в более позднем возрасте, даже если курильщики из начальной школы быстро бросили свою привычку. Точно так же сотни миллионов азиатов и африканцев, жующих орехи бетеля – стимулятор примерно такой же силы, как капучино, – в два раза сильнее рискуют, что станут отцами детей с сердечной недостаточностью и нарушением обмена веществ. И хотя нейробиологи не всегда могут найти анатомические различия между мозгом здорового и душевнобольного человека, они могут отыскать различные метильные последовательности в мозге – и в сперматозоидах – страдающего шизофренией или маниакально-депрессивным синдромом. Это заставило ученых пересмотреть свои предположения о том, что зигота тщательно избавляется от всех изъянов, которые сперматозоид и яйцеклетка приносят из внешней среды. Это значит, что биологические недостатки отцов могут передаться их детям, а также детям их детей (точно как в родословной ветхозаветных патриархов).

Первенство сперматозоидов в определении долгосрочных последствий для здоровья ребенка – это, пожалуй, наиболее странный момент во всем механизме «мягкого» наследования. Народные приметы предостерегают, что любые впечатления матери – например, встреча с одноруким человеком – могут нанести сильнейший вред ребенку; современная наука, в свою очередь, добавляет, что роль отца в генетике ребенка еще важнее. Вместе с тем, эти специфические родительские эффекты не стали совсем уж неожиданными, науке уже было известно, что материнская и отцовская ДНК передается детям не вполне одинаково. Если самцы львов покрывают самок тигров, у тех рождается лигр – 3,5 метровая кошка, по весу вдвое превосходящая среднего «царя зверей». Но если тигр-самец оплодотворит львицу, получившийся в итоге тигролев будет далеко не таким здоровенным. Подобные расхождения наблюдаются и у других млекопитающих, а это значит, что попытки Ильи Иванова оплодотворить самок шимпанзе и человеческих женщин были совсем не симметричны друг другу, как он надеялся. Иногда отцовская и материнская ДНК даже вступают в конфликт за контроль над плодом. Это, к примеру, происходит в случае с геном IGF.