Чем расплачивается человек за быструю эволюцию своего вида

С тех пор как несколько миллионов лет назад обитавшие на деревьях прародители людей по одним только им известным причинам решили спуститься на землю, дела у них явно пошли на лад. Сначала представители древнего рода выучились быстро передвигаться на двух ногах, спустя какое-то время наиболее сообразительные члены племени узнали, что такое огонь, начали применять инструменты и придумали свой первый язык. Современный человек вовсю пользуется плодами прогресса собственного вида: нас давно не преследуют хищники, поиски пищи и прочих материальных благ стали куда более предсказуемыми, а продолжительность жизни существенно возросла.

Но мало кому может прийти в голову мысль, что даже у эволюции есть своя цена. В своем новом исследовании* сотрудник Института эволюционной антропологии общества Макса Планка Филипп Хайтович показал, как за большие успехи вида в целом приходится горько расплачиваться отдельным его представителям.

ДРУГИЕ МОЗГИ

Наши древние пращуры взялись за ум крепко. За недолгое время возможности человеческого мозга возросли многократно. Но хотя сами результаты эволюции вполне очевидны, причины, сделавшие возможным такой прогресс, не так-то просто установить. С этой проблемой столкнулись биолог Хайтович и его коллеги, которые одними из первых решили сравнить геномы человека и его ближайшего «родственника» — шимпанзе.

Сравнивая активность множества генов в различных тканях человека и обезьяны, ученые тщательно документировали все обнаруженные различия. Особые надежды Хайтович возлагал на мозг, справедливо полагая, что именно в нем исследователям удастся отыскать самые существенные изменения. Однако ученых результаты проведенной инвентаризации генов воодушевили не слишком. Генетические различия мозга человека и обезьяны оказались не настолько ярко выражены, как того ожидали исследователи. Вместо того чтобы сосредоточить свое внимание на небольшой группе генов, существенно различавшихся своей активностью в нервных тканях обезьяны и человека, ученым пришлось иметь дело с очень большим набором совсем незначительных изменений. Наиболее эволюционировавшие гены Хайтович рассортировал по 22 группам, представители каждой из которых отвечали за один строго определенный химический процесс в мозге. Отобрать даже из такого сокращенного набора генов именно те, которые позволили обезьянам выбиться в люди, представлялось непростой задачей. Каждый изучаемый процесс казался по-своему важным.

В нелегком деле поиска генетических основ интеллекта исследователям помогло явление, рассудку совершенно противоположное. Хайтович и его коллеги обратили свое внимание на шизофрению — болезнь, поражающую не просто мозг, а именно разум. «Идея заключалась в том, чтобы сопоставить изменения, произошедшие в ходе эволюции, с теми генетическими нарушениями, которые связывают с возникновением заболевания, — объясняет Филипп Хайтович. — Если бы нам удалось обнаружить какие-либо совпадения, это позволило бы значительно сузить круг поиска генов, отвечающих за мыслительные способности человека».

Гены, изменение активности которых сопровождает шизофрению, долго искать не пришлось. За последние годы черный список пополнился таким количеством новых представителей, что объяснение этого многообразия само по себе стало представлять отдельную научную проблему.

Используя базу данных Института медицинских исследований Стенли, ученые оценили, как в результате шизофрении меняется активность более чем 16 000 генов. Полученную информацию Хайтовичу оставалось только сопоставить с результатами собственного исследования.

Задумка себя более чем оправдала. Шестью из 22 различавшихся в мозге человека и обезьяны химических процессов управляли гены, активность которых нарушалась при шизофрении. Связанные с душевным расстройством гены оказались как раз теми, над которыми лучше всего поработала эволюция. И на этом сюрпризы не закончились. Все попавшие под подозрения Хайтовича гены выполняли одну-единственную задачу — снабжение мозга энергией. «Мы совершенно не ожидали такого результата, — признается ученый. — Не было никаких предварительных свидетельств того, что все обнаруженные нами различия можно будет свести к особенностям питания мозга».

Все указывало на то, что ученым удалось нащупать генетические особенности, которые определяли нормальную работу человеческого интеллекта.

Описав гены, по-разному управляющие обменом веществ у человека и шимпанзе, Хайтович со товарищи занялись самой химией мозга. Исследователи изучили химический состав образцов нервной ткани здоровых и страдавших шизофренией людей, а также шимпанзе и значительно более далекой от человека макаки. Хайтович и его коллеги обнаружили, что болезнь сопровождается значительным изменением концентраций простых молекул, напрямую связанных с питанием мозга. Эта картина не зависела от возраста и пола источников образцов. Принимаемые больными лекарства также не оказывали на наблюдения существенного влияния. Сравнивая распределение таких веществ в мозге человека и двух видов обезьян, Хайтовичу удалось подтвердить свои результаты, полученные для генов. По изменению концентрации отвечающих за питание мозга молекул можно было легко проследить путь от обезьяны до человека. Коллективу Хайтовича удалось сделать и еще одно интересное наблюдение. Все изменения химического состава мозга, сопровождающие шизофрению, всегда оказывались направлены в противоположную эволюции сторону. Связь психического заболевания и биологического прогресса человечества неожиданно для самих исследователей оказалась самой что ни на есть непосредственной.

ГОРЕ ОТ УМА

Результаты Хайтовича свидетельствуют о том, что со своим прогрессом человечество поспешило. Так, по крайней мере, считает сам ученый. Делая мозг человека все сложнее и сложнее, природа не особенно заботилась о цене этого полезного инструмента. Стремительно развивающийся мозг требовал лучшего питания, в то время как возможности организма за этими запросами просто не поспевали. В результате гонки за интеллектом мозг современного homo sapiens работает на пределе своих возможностей. Существование шизофрении Хайтович считает прямым последствием такой перегрузки.

Многообразие совершенно не связанных друг с другом причин, способных вызывать у человека психические расстройства, давно ставит исследователей в тупик. Гипотеза Хайтовича позволяет легко объяснить, в чем тут дело. «Вследствие того что человеческий мозг достиг своих конструктивных ограничений, любое, даже незначительное нарушение обмена веществ способно вызвать сбои в работе сознания», — объясняет ученый. Если Хайтович прав, то, быть может, значительные усилия, многие годы направляемые на поиск особых «генов шизофрении», не имеют большого смысла.

«Если вспомнить другие эпизоды биологической истории человека, то идея об эволюционном происхождении шизофрении перестает выглядеть экстравагантной, — говорит Хайтович. — Так, к примеру, большинство распространенных проблем с коленными суставами — это расплата человека за поспешный переход к передвижению на двух конечностях». По словам ученого, рано или поздно человеку удастся избавиться от вредных последствий прямохождения и не в меру развитого мозга. Для того чтобы организм мог как следует наладить свои новые функции, нужны время и многие поколения. «По сравнению с нашими недавно изменившимися коленными суставами возникшая в глубокой древности грудная клетка работает как часы, — объясняет биолог. — И это несмотря на то, что дышать нам приходится постоянно».

Ученый не предлагает ждать миллионы лет, пока энергетические возможности мозга сами догонят вырвавшиеся вперед потребности. «Если гипотеза о центральной роли обмена веществ в возникновении шизофрении окажется верной, это будет означать, что теоретически с помощью специально подобранных препаратов или даже диет болезнь можно вылечить», — говорит Хайтович. Правда, для того, чтобы такие методы лечения заработали, предстоит еще во многом разобраться. В науке, как и в эволюции, главное — это время.