Познакомьтесь с собой. Как гены, микробы и нейроны делают нас теми, кто мы есть

Такое известие может испугать вас, однако подавляющее большинство этих крошечных безбилетных пассажиров пришли в наш организм с миром и несут пользу. Например, бактерии в кишечнике помогают переваривать пищу и вырабатывать витамины. А некоторые производящие серу[23 - Автор ошибается: не серу, а сероводород. – Прим. науч. ред.] бактерии способны очистить комнату, когда вам нужно побыть в одиночестве. «Дружественные» бактерии, которые не вызывают никаких заболеваний, помогают также держать под контролем «недружественные» патогенные бактерии.

За создание микробиоты в нашем организме мы должны благодарить своих матерей. Первыми собственными бактериями мы покрываемся, когда проходим по родовым путям. Затем мать продолжает делиться своими бактериями в процессе грудного вскармливания. Поэтому микробиота отчасти наследуется – некоторые виды передаются от матери к ребенку. Мы продолжаем приобретать микробы в течение всей жизни, собирая их из еды, воды, воздуха, с дверных ручек, при взаимодействии с другими людьми и с животными. У различных людей типы бактерий в кишечнике различаются в зависимости от рациона, географического положения, стандартов гигиены, болезней и возраста.

Вероятно, вы замечали, что каждый дом пахнет немного по-разному. Иногда это связано с приготовлением пищи, домашними животными, курением, плесенью или мальчишками-подростками, однако запах зависит и от микробиомов его жителей. Исследователи обнаружили, что люди окружены «микробным облаком», подобно грязнуле Пиг-Пену из комикса «Мелочь пузатая». Куда бы ни отправились, вы оставляете кусочки своей микробиоты, подобные микроскопическим хлебным крошкам.

Может оказаться, что в не столь отдаленном будущем полиция, вооружившись этой информацией, сможет использовать микробиоту для определения людей подобно тому, как сейчас применяются отпечатки пальцев и ДНК. Микробное облако, вероятно, вносит свой вклад и в то, почему собаки могут легко нас выслеживать, и в то, почему комары одних людей кусают чаще, чем других. Отходы жизнедеятельности бактерий, живущих на нашей коже, создают запах, который распространяется в воздухе при движении. Животные с острым обонянием могут ощутить аромат этих соединений и следовать за ними к источнику. В седьмой главе мы узнаем, что микробное облако может влиять и на то, с кем у нас будет бурный роман.

Эти микроорганизмы крошечные, однако, как предупреждал нас магистр Йода, не нужно судить о вещах по размеру. В нашем кишечнике обитает около 10 тысяч видов бактерий, добавляющих нам лишних восемь миллионов генов. Их совокупная масса может достигать полутора килограммов, так что микробиота весит столько же, сколько наш мозг. Кстати, если вы худеете, это хорошая новость. Не стесняйтесь применить это новое знание, встав сегодня вечером на весы: вычтите из своей массы полтора килограмма бактерий. (Не благодарите!) А вот еще фактик, которым вы можете озадачить гостей на следующей вечеринке: бактерий у вас больше, чем клеток в теле. Это означает, что бактериального в нас больше, чем человеческого. И если в нас и на нас живет столько других существ, то в какой степени именно они правят бал и командуют парадом?

За последние годы микробиом получил огромное внимание прессы. Кажется, что микроскопические создания в нашем теле воздействуют абсолютно на все – от аппетита до залечивания ран. Кроме выработки витаминов и прочих полезных пищевых соединений, бактерии в кишечнике являются главным источником нейромедиаторов – биохимических веществ, влияющих на наш мозг. Некоторые ученые предполагают, что посредством нейромедиаторов наши бактерии могут воздействовать на наше настроение, личные качества и темперамент.

Когда исследователи выращивают мышей, лишенных микробиоты, у животных проявляются странные нейрологические проблемы – они не реагируют на стресс адекватным образом. Такие исследования обнаружили ось «кишечник – мозг», своеобразную линию биохимической связи между этими системами органов. Такая ось существует и у людей, поскольку ученые установили сильную корреляцию между проблемами кишечника и проблемами психического здоровья. Например, тревожные и депрессивные расстройства четко связаны с синдромом раздраженного кишечника и язвенным колитом. Кроме того, у многих людей есть паразиты, которые не убивают: они могут бездействовать в мозге до конца жизни. Как мы еще увидим, ученые установили корреляцию между наличием одного конкретного паразита у трех миллиардов человек с определенными видами поведения.

Из-за генов, привнесенных в наше тело, наши жильцы-микробы оказываются еще одной скрытой силой, которая дергает за ниточки нашего поведения так, что мы об этом не подозреваем.

Почему у нашего создателя проблемы

В фильме «Звездные войны» Шив Палпатин (император) стал господином Дарта Вейдера после того, как склонил его на темную сторону. Однако в конце концов Дарт Вейдер уничтожил императора. Это классический рассказ о том, как слуга убивает своего хозяина. Подобная судьба может ожидать и гены, которые были бесспорными хозяевами Земли почти четыре миллиарда лет.

Примерно 600 миллионов лет назад гены сконструировали первый нейрон (нервная клетка) у древних организмов (возможно, они напоминали современных медуз или червей). Спустя много лет эти нейроны соединились, сформировав мозг, который дал дополнительное преимущество удачливым «машинам для выживания». Со временем, увеличивая число нейронов и количество связей между ними, мозг становился все больше и все быстрее работал. Не только у человека, но и у некоторых животных он стал достаточно мощным, чтобы дать самоосознание (включая приматов, слонов, дельфинов, касаток и сорок). Эволюционный путь, развивший наш мозг, был дорогой из желтого кирпича, и в результате мы пришли к открытию, что ДНК и есть волшебник, который находится за ширмой.

Наш мозг дает чувство собственного «я», которое заставляет современного Homo sapiens ощущать себя Решителем всех проблем; как следствие, возникает искушение считать, что это освобождает нас от тирании генов. Неизбежным ограничением этой искушающей идеи является тот факт, что наш мыслительный орган построен по генетическому плану, заложенному в ДНК: мозг – это орган наших генов, созданный нашими генами и для наших генов. Как мы увидим, не все мозги созданы равными и не мы выбирали тот, который оказался между нашими ушами.

Стал ли мозг, несмотря на исходные генетические ограничения, достаточно сложным, чтобы жить собственной жизнью, чтобы думать самостоятельно? Наш мозг содержит невероятные 100 миллиардов нейронов – в тысячу раз больше, чем число подписчиков в Твиттере у певицы Кэти Перри. Более того, у одного нейрона в среднем может быть 10 тысяч отростков, соединяющихся с другими нейронами, а это позволяет им всем общаться друг с другом с помощью биохимических сигналов. В человеческом мозге более 100 триллионов нейронных связей, а это означает, что их в тысячу раз больше, чем число звезд в нашей Галактике[24 - По современным оценкам, в нашей галактике от 100 до 400 миллиардов звезд.].

Как и у прочих животных, бо?льшая часть физических действий нашего тела (например, сердцебиение, дыхание, пищеварение и потение) выполняется на автопилоте, под контролем самой древней части мозга. Наверху этой автоматизированной системы, как завитки на верхушке рожка мороженого, находится кора головного мозга, та его часть, которая думает о погоде, фондовом рынке, о том, что только что произошло в научно-фантастическом сериале «Очень странные дела», и о том, следует ли вам принимать запрос на добавление в друзья от бывшего (или бывшей).

Эта масштабная беседа нейронов переносит внешний мир к нам в голову; здесь обсуждается, как нам на него реагировать. А интрига закручивается. Будучи центром управления весьма социального биологического вида, наш мозг работает в окружении бесчисленного количества других мозгов, колоссального коллективного разума, оперирующего информацией прошлого и будущего. И какова будет наша реакция теперь, когда коллективные мозги осознали эгоистичную игру ДНК?

Скоро у нас появятся возможности придать новый вид нашему создателю – мозгу. Мы разрабатываем способы редактирования генов, управления эпигенетическими метками, перестройки микробиомов и видоизменения мозга – той деятельности, которая делает нас соавторами жизни, а не просто пассивными живыми механизмами. В перспективе наше умение создавать самовоспроизводящиеся машины с помощью искусственного интеллекта может вообще отменить потребность в генах. А что, если мы объединим биологическую жизнь с механической? А может, мы просто промежуточные ступеньки во Вселенной, предназначенной для андроидов? Если мы не будем осторожны, то можем разделить судьбу Дарта Вейдера: победить свою дезоксирибонуклеиновую госпожу, но при этом получить смертельные ранения.

Наука узнала многое о том, кто мы и почему делаем то, что делаем. Однако инструкция гораздо сложнее, чем мы когда-либо представляли. Несмотря на наш интеллект, юмор и любовь к искусству, мы должны признать суть того, чем являемся, – «машины для выживания», построенной с помощью ДНК, которая существует под воздействием многочисленных скрытых сил, находящихся вне нашего контроля. В последующих главах рассмотрим поближе, насколько сильно или слабо мы в реальности управляем своими действиями и как можно использовать эти знания, чтобы улучшить себя и других людей в этом мире.

Глава 2

Познакомьтесь со своими вкусами

Я не люблю брокколи. И я не люблю ее с тех пор, когда был маленьким ребенком и мать заставляла меня ее есть. Теперь я президент Соединенных Штатов, и я не буду больше есть брокколи[25 - В американской культуре брокколи занимает примерно то же место, что у нас манная каша, служит синонимом невкусной, но полезной еды, которой пичкают детей.].

    Джордж Буш

Несомненно, брокколи полезна. Но примерно 25 % людей, включая меня, считают ее дрянью. То же самое касается кале[26 - Кале? (грюнколь, кудрявая капуста) – разновидность огородной капусты.], брюссельской капусты, цветной капусты и большинства других овощей семейства крестоцветных, которые родители безжалостно навязывают нашим вкусовым рецепторам. Отвращение к этим популярным блюдам делает меня объектом насмешек на многих вечеринках. Есть столько интересных тем, о которых можно поговорить, но беседа неизбежно переходит в надоедливый допрос о моих пищевых пристрастиях.

«Даже салат не любишь?» – Нет. Если передо мной оказывается тарелка салата, я реагирую как Рон Суонсон из сериала «Парки и зоны отдыха»: «Это ошибка. Вы случайно дали мне еду, которую ест моя еда».

«Наверное, это какая-то психологическая травма. Твоя мама запихивала в тебя брокколи в детстве?» – Нет. Я брал всю порцию в рот и говорил, что мне нужно в туалет.

«Вы же ученый, вы прекрасно понимаете, насколько полезны овощи». – Да, но конкретно этому ученому, то есть мне, питаться зеленью трудно. Я лучше съем морковь.

Все это, конечно, достало, но я не могу не задаться вопросом, что со мной неладно. Я смотрю, как кто-то забивает себе рот зеленью – добровольно! – а потом искренне этим наслаждается. И зеленею от зависти.

Овощи не единственный пункт в меню, который может вызывать раздоры у едоков. Некоторые люди – большие сластены. Некоторые любят острую пищу. Некоторые не выносят молочных продуктов. Кто-то не может жить без кофе. Одни не любят алкоголь, другие крайне привередливы в выборе вин. А кое-кто любит такие блюда, которые многие вообще сочтут несъедобными.

Языки у всех людей выглядят одинаковыми, так почему же наши предпочтения в еде и питье настолько различны? Есть ли надежда добиться мира за обеденным столом?

Почему вы ненавидите брокколи

Разное отношение к брокколи прекрасно отражено в эпизоде «Жареная курица» сериала «Сайнфелд». Креймер протестует против появившегося рядом ресторана Kenny Rogers Roasters, однако пристрастился к тамошней еде. Он разрабатывает секретную операцию, чтобы еду для него в ресторане покупал приятель Ньюман. Джерри заподозрил неладное, увидев, как Ньюман покупает в ресторане брокколи, поскольку тот «не станет есть брокколи, даже если она будет обжарена в шоколадном соусе». Чтобы развеять подозрения Джерри, Ньюман заявляет, что любит брокколи. Но когда Джерри предлагает ему съесть кусочек, он быстро выплевывает капусту, называет ее «мерзкой травой» и ест горчицу с медом, чтобы заглушить противный вкус.

Ньюман – явный супердегустатор (этот термин психолог Линда Бартошук предложила для подобных мне людей с обостренным чувством вкуса). Может показаться, что быть супердегустатором – дело хорошее, однако это не так. Эта буква S находится у меня не на груди, а скорее похожа на алую букву на лбу[27 - Букву S на груди носит Супермен. По закону короля Эдуарда VI 1547 года букву S на лбу или щеках выжигали беглым рабам (slave).].

Думаете, вы тоже можете быть супердегустатором? Что ж, проверьте себя. Капните на язык синим пищевым красителем. Он окрасит всё, кроме вкусовых луковиц (вкусовые сосочки), которые будут выглядеть как розоватые бугорки. Возьмите круглый стикер с дыркой посередине, прилепите на кончик языка и с помощью лупы подсчитайте, сколько вкусовых луковиц в кружке. У супердегустаторов, как правило, больше вкусовых луковиц – в таком кружке их оказывается свыше 30.

Каждая вкусовая луковица включает примерно 50–150 рецепторных клеток. Семейство генов под названием TAS2R (что произносится почти как «тейстер»[28 - Taster – англ. «дегустатор».]) создает вкусовые рецепторы на поверхности этих клеток – они соединяются с молекулами наших еды и питья. Как только эти молекулы попадают к нам в рот и соединяются со вкусовыми рецепторами, в мозг подается сигнал: «О-о! Шоколадные тарталетки с арахисовой пастой!» или «Чёрт, кале!».

Кроме повышенного количества вкусовых луковиц, супердегустаторы могут также обладать генетическими изменениями в своих генах TAS2R, благодаря которым их вкусовые рецепторы лучше обнаруживают горькие оттенки. Ген под названием TAS2R38 определяет соединения тиомочевины, имеющиеся во многих овощах. Трудно представить, что даже в вегетарианской пище может найтись нечто с таким зловещим названием, как тиомочевина, однако это всего лишь одно из множества химических веществ, содержащихся в брокколи. Вот почему ученые испытывают отвращение к активистке Вани Дева Хари, ведущей блог о питании Food Babe и заявившей однажды: «Нет никаких “допустимых уровней потребления” для любых химических веществ». На самом деле вся наша еда состоит из химических веществ, даже если она органическая и не содержит ГМО.

В 1930-х годах Артур Фокс, химик из компании «Дюпон», стал первым, кто обратил внимание на различную реакцию людей на соединения тиомочевины. Фокс случайно плеснул каким-то из этих веществ на себя и коллегу по лаборатории; его самого химикаты не беспокоили, а вот коллега жаловался на их горький вкус (капля попала в рот). Фокс не был супердегустатором, а его сослуживец – был. Так было получено одно из первых прямых подтверждений, что один человек вовсе не обязательно чувствует такой же вкус, что и другой.

Различия в гене TAS2R38 у людей обусловлены разной последовательностью в ДНК, что фактически означает: белок вкусовой луковицы, произведенный этим геном, будет другим. В частности, ДНК супердегустаторов создает вкусовые рецепторы, которые воспринимают соединения тиомочевины невероятно горькими. Мозг супердегустатора считает, что та зеленая жуть, которую он только что сунул себе в рот, не годится в пищу людям. Да, брокколи не вызовет у такого человека реального физического заболевания. Однако горечь так сильна, что иногда может вызвать рвотный рефлекс. Другими словами, имеющийся у супердегустаторов вариант гена TAS2R38 – это попытка ДНК обезопасить и защитить их от потенциально ядовитых растений.

Важно помнить, что мы – продукты нашей ДНК, молекулы, которая целенаправленно выполняет миссию по копированию самой себя. ДНК создает живых существ, подобных нам, которые служат «машинами для выживания» и максимизируют ее шансы перейти в следующее поколение. (Звучит холодновато, но здесь мы придерживаемся истины.)

Будучи «машинами для выживания», мы обладаем вкусовыми сосочками, которые помогают нам отличить то, что полезно для нашего тела, от того, что может оказаться смертельным. Чтобы понять наши вкусы, мы должны осознать, что растения тоже являются «машинами для выживания». Поскольку они не могут убежать от хищников, их ДНК разработала альтернативные стратегии защиты. Один из способов – сделать части растения невкусными или вообще ядовитыми, чтобы животные сразу прекращали их жевать. Производя горькие химические вещества, растения избегают попадания на обед к таким ненавистникам брокколи, как я.

Одна из стратегий, которую растения применяют для воспроизводства, – использование того факта, что животные являются сладкоежками. Такие растения заключают свои семена в сладкие плоды, так что животные будут съедать их, а потом невольно распространять семена. Если вы задумаетесь, то поймете, что растения – это большие манипуляторы. Если бы я мог есть салат, я бы ел его яростно, с энтузиазмом протыкая вилкой сердечки ромэна[29 - Салат ромэн (римский салат) – разновидность латука.].

Почему вы любите брокколи

Если вариация гена TAS2R38 защищает нас от поедания ядовитых растений, то почему не все люди ненавидят брокколи? Скорее всего, это зависит от разновидностей растений, которые окружали наших далеких предков. Если они жили на территории, заполненной токсичными растениями, наличие гена супердегустатора могло дать преимущество при выживании. С другой стороны, благословение может обратиться в проклятие, если эти растения в действительности оказались бы съедобными; в этом случае супердегустаторы не смогут воспользоваться их питательными веществами, поскольку вкусовые луковицы будут вводить их в заблуждение.

Не только рецепторные, но и другие гены влияют на то, что мы считаем вкусным и как перерабатываем (или расщепляем) определенные продукты. Обнаружение и описание этих генов – новая область науки, называемая нутригенетикой. В работе 2016 года генетик Паоло Гаспарини из Университета Триеста в Италии открыл 15 новых генов, связанных с предпочтениями тех или иных продуктов – от артишоков до йогурта. Он идентифицировал эти новые гены, пройдя через геномные последовательности более чем 4500 людей и найдя гены, связанные с 20 различными пищевыми продуктами, которые нравились этим людям. Интересно, что ни один из этих генов не является обычным подозреваемым в связях с рецепторами запаха и вкуса, а это означает, что нам еще предстоит многое узнать о том, почему наши организмы категорически против определенных продуктов.

Почему вы не можете сказать сахару «нет»

Шоколад может исправить почти всё, что случается в жизни. Однако, верите вы или нет, не все млекопитающие разделяют нашу любовь к сладкому. Вы когда-нибудь пробовали отломить кусочек батончика KitKat для своей кошки? Интересно, почему ваш добрый поступок был встречен таким ледяным безразличием? Строгие хищники вроде кошек не имеют вкусовых рецепторов для обнаружения сладкого вкуса. (Неужели это объясняет вид Сердитой Кошки?[30 - Сердитая кошка (Grumpy Cat) – кошка с мрачной мордой, ставшая интернет-мемом в 2012 году. Хозяйка объясняла внешний вид неправильным прикусом.])

В современном мире вкусовые рецепторы для сладостей доставляют нам проблемы с питанием. В древние времена наши предки-приматы использовали спелые плоды, чтобы обеспечивать тела энергией. Поскольку больше всего сахара – в спелых плодах, у нас развилась любовь к сладкому, чтобы извлечь из пищи максимальное количество калорий. Соответственно, наша любовь к сладкому уходит корнями в эволюционное наследие и избавиться от нее крайне трудно. И тем не менее вы, возможно, замечали, что одни люди легко откажутся от пончика, а другие будут сражаться за него насмерть.

Вариант гена, ответственный за любовь к сладкому, действительно обнаружен, и есть люди, у которых он отсутствует. Эти «мутанты» ходят среди нас, отказываясь от десертов и заставляя ощущать всех остальных виноватыми. (Я почти уверен, что у моей жены ген любви к сладкому есть. Когда я прошу ее поделиться капкейком[31 - Капкейк — американский вариант небольшого кекса. Обычно украшен сверху глазурью, кремом, шоколадом и т. д.], она отдает мне нижнюю половину.)

Исследование 2008 года, проведенное диетологом Ахмедом Эль-Сохеми из Торонтского университета, обнаружило вариант гена под названием SLC2a2, который коррелирует со склонностью брать два кусочка сахара вместо одного. SLC2a2 кодирует белок, названный GLUT2, доставляет глюкозу из крови в клетки мозга, где та расщепляется с высвобождением энергии. Исследователи полагают, что такое изменение в рецепторе GLUT2 мешает восприятию глюкозы и в результате организм не может надежно измерить уровень глюкозы в крови. У вас может быть полный бак, а датчик глюкозы показывает, что вы заправлены только наполовину. Поэтому вы берете второй кусок торта, будучи в неведении, что уже «насластились». Исследования на мышах подтверждают эту идею: мыши с нехваткой GLUT2 будут продолжать есть, даже если их мозг уже замаринован в глюкозе. У людей варианты гена SLC2a2 коррелируют с повышенным риском диабета II типа.

Почему вы любите нездоровую пищу

Вы все еще думаете, что отказ от нездоровой пищи – всего лишь вопрос воли? А если я скажу вам, что предрасположенность к ней могла быть запрограммирована в вашей ДНК еще до вашего рождения?

Оказывается, что матери, которые едят нездоровую пищу, богатую сахаром, солью и жирами, рожают детей, которые, похоже, обладают врожденным пристрастием к такому же рациону. Считается, что это происходит из-за того, что ребенок растет в семье, где плохо едят. Никто не оспаривает такую возможность, однако эксперименты на лабораторных крысах показывают, что происходит нечто большее, чем кажется на первый взгляд. Подумайте о таком факте: исследование 2007 года показало, что крысята, рожденные матерями, которые питались во время беременности нездоровой едой, тоже предпочитали жирное, сладкое и соленое. А детеныши крыс, которые во время беременности питались правильно, не стремились к нездоровой еде.