Почему люди разные. Научный взгляд на человеческую индивидуальность

Один из таких важных факторов – неизбежная случайность развития организма, в особенности нервной системы. Это не “опыт” и не “среда”, как мы обычно думаем, – нечто, определяющее индивидуальность снаружи, вроде социального опыта и вирусной инфекции. Скорее, случайность развития свойственна самому организму. Во время развития человеческий мозг производит около 200 млрд нейронов, из которых около сотни миллиардов выживают на раннем этапе жизни. В мозге взрослого каждый из этой выжившей сотни миллиардов нейронов создает примерно 5000 синаптических соединений с другими нейронами. Эти 500 трлн синапсов возникают не случайным образом. Сигналы от сетчатки должны поступить в центры визуальной обработки в мозге, а сигналы от частей мозга, инициирующих движения, должны найти путь к соответствующим мышцам, и т. д. Главная биологическая проблема в том, что человеческий мозг настолько огромен и сложен, что его строение невозможно точно задать последовательностью индивидуальной ДНК[67]. Мелкие и случайные изменения в числе, положении, биомеханической активности или движении клеток в развивающейся нервной системе могут со временем привести к существенной разнице в нервных тканях и функциях у однояйцевых близнецов, растущих вместе. Как прекрасно сформулировал нейрогенетик Кевин Митчелл, “если меня или вас сотню раз клонировать, в результате получатся сто новых людей, каждый со своими особенностями”[68].

Можно предположить, что различия между однояйцевыми близнецами, возникающие за счет индивидуального опыта или случайности развития, влияют на время или картину экспрессии генов в разных клетках организма. Да, иногда это действительно так. Например, один из химических процессов, регулирующих экспрессию гена, – это метилирование ДНК и перенос химических ацетильных групп (C₂H₃O) к белкам гистонам (ацетилирование гистонов). Если сравнить этот процесс у однояйцевых близнецов, мы обнаружим, что близнецы очень похожи на раннем этапе жизни, но по мере взросления у них накапливается все больше эпигенетических различий, приводящих к тому, что профили их генной экспрессии постепенно расходятся[69]. Это звучит настолько убедительно, что возникает соблазн объяснять влияние опыта на индивидуальность исключительно регуляцией экспрессии генов. Но это не так. Есть другие важные аспекты индивидуального опыта, полностью независимые от регулирования экспрессии генов.

■ ■ ■

Как и всех биологов моего поколения, меня учили, что соматические клетки (все клетки тела за исключением яйцеклеток и спермы) генетически идентичны. Таким образом, разница между клетками возникает из-за различных паттернов генной экспрессии, которые определяются в процессе развития и при получении опыта. Именно это делает клетки печени отличающимися от клеток кожи, хотя, предположительно, в обеих имеется одна и та же последовательность ДНК.

До недавнего времени для чтения ДНК нужно было собрать ее очень много: взять кровь или соскоб со щеки и смешать ДНК из множества разных клеток, прежде чем приступить к секвенированию. Однако не так давно стало возможным прочитать всю последовательность ДНК, все 3 млрд нуклеотидов, по единственной клетке, например клетке кожи или нейрону. Обладая такой технологией, Кристофер Уолш и его коллеги из Бостонской детской больницы и Гарвардской медицинской школы изолировали 36 индивидуальных нейронов из здорового мозга трех человек (посмертно) и определили полную генетическую последовательность каждой клетки[70]. Оказалось, что нет двух нейронов с совершенно одинаковой последовательностью ДНК. В каждом нейроне в среднем имеется около 1500 мутаций в отдельных нуклеотидах. Полторы тысячи нуклеотидов из 3 млрд всего генома – это совсем немного, но такие мутации могут иметь важные последствия. Например, одна мутация обнаружилась в гене, который управляет созданием белка ионного канала, имеющего ключевое значение для электрической активности нейронов. Если эта мутация присутствовала бы в группе нейронов, а не в одном, она могла бы вызвать эпилепсию. Другая находилась в гене, связанном с более высокой заболеваемостью шизофренией. В этом отношении в мозге нет ничего особенного. Каждая клетка тела аккумулирует мутации, и, таким образом, каждая клетка имеет немного иной геном. Этот феномен называется мозаицизмом, и когда он происходит не в сперме и яйцеклетках, то называется соматическим мозаицизмом. Иногда соматический мозаицизм очевиден. Например, знаменитое родимое пятно на голове Михаила Горбачева – результат спонтанной соматической мутации в единственной исходной клетке, которая при делении образовала группу клеток с увеличенными капиллярами, так и получилось темное пятно на коже.