Текст книги "Род человеческий"

Автор книги: Энтони Барнетт

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 23 страниц)

Окружающая среда, или «воспитание»

Из всего сказанного следует, что под окружающей средой мы подразумеваем любое воздействие на индивидуум извне с момента зачатия. Самые первые влияния окружающей среды на человеческий организм проявляются еще в матке: питание ребенка до рождения зависит от веществ, которые переносятся кровью матери. От плохого питания матери страдает ребенок; так, например, если в пище матери недостаточно кальция, у ребенка могут быть слабые кости.

На еще не родившегося ребенка оказывает влияние психическое состояние матери. Известно, что участившиеся случаи пилоростеноза у новорожденных явились отражением огромного нервного напряжения людей во время войны. (Пилоростеноз – сужение привратника желудка, вызываемое его врожденным утолщением; приводит к истощению и глубокому нарушению обмена веществ; проявляется в частой рвоте, запорах, скудном мочеиспускании и прогрессирующем снижении веса.) Как предполагают, нервное расстройство матери вызывает изменения в составе ее крови, что в свою очередь влияет на кровь эмбриона и приводит к нарушению роста определенных тканей.

Но если это так, то психическое состояние матери, влияя на ребенка посредством изменений в крови, не вызывает аналогичного состояния у ребенка. Здесь нет ничего общего с поверьем о так называемой связи между тем, что видит мать или о чем она думает во время беременности, и внешностью или наклонностями ее будущего ребенка. Мысли беременной женщины «влияют» на ее ребенка через столь прозаическую субстанцию, как кровь, которая поступает в матку. Не следует думать, будто у спокойной матери родятся дети с ровным характером или ребенок будет разбираться в искусстве, если мать станет постоянной посетительницей картинных галерей и концертов в период беременности.

С момента рождения ребенка воздействие на него окружающей среды значительно усложняется, причем самой важной составной частью этой среды являются родители, хотя немалое значение имеют и другие люди, а также климат, пища, возбудители инфекционных заболеваний и еще много подчас неуловимых факторов.

Ламаркизм

Важность влияния среды бесспорна; в следующих главах мы еще не раз встретимся с многими фактами, подтверждающими это. И тем не менее одно предполагаемое воздействие окружающей среды вызвало сильнейшие разногласия среди ученых. Принято думать, что, если, скажем, человек путем неустанной работы над собой добивается определенного успеха на избранном поприще, его дети склонны наследовать какую-то часть приобретенного им мастерства. (Разумеется, мы не имеем в виду тех случаев, когда дети попросту учатся ремеслу отца, – такая учеба ничем не отличается от учебы в школе; наследственность в ее биологических аспектах тут ни при чем.)

Эту теорию, ошибочно названную «наследованием приобретенных признаков», связывают с именем Ламарка (1744–1829); поэтому мы иногда говорим о ламаркизме. Ламаркизм уже давно представляет предмет споров среди биологов, но недавно возобновившаяся полемика приняла новую форму.

Как утверждал Ламарк и многие биологи – его современники, а также биологи более позднего времени, – разнообразные влияния, испытываемые индивидуумом в течение жизни, оказывают воздействие на его потомков, причем наиболее важным фактором считалось «употребление» и «неупотребление» органов, а по мнению Ламарка, немаловажную роль тут играла еще и воля, или стремление организма к определенному действию. В отличие от своих современников Ламарк был эволюционистом: он был убежден, что виды не неизменны, они проходят медленный процесс изменений, а изменения эти вызываются, во-первых, влиянием окружающей среды на сменяющие друг друга поколения и, во-вторых, их усилиями приспособиться к ней. О современной теории эволюции пойдет речь в гл. 4. Здесь мы попытаемся рассмотреть вопрос, существует ли на самом деле передача приспособленности к воздействиям окружающей среды, как об этом говорит Ламарк, и если существует, то насколько она важна.

Коль скоро мы знаем о существовании хромосом и генов и о их роли в наследственности, у нас есть все основания сомневаться в справедливости теории Ламарка. Ведь, будь она справедлива, мы должны были бы предположить, что, скажем, обучение игре на фортепьяно вызывает изменение генов или другой наследственной субстанции и поэтому дети музыкантов могут стать пианистами с меньшей затратой сил или вовсе без нее. Но у нас нет никаких фактов, подтверждающих подобную теорию, а все, что мы знаем о способах изменения генов, противоречит ей.

И все же иногда казалось бы невозможное становится реальным, поэтому теория Ламарка проверялась на целом ряде экспериментов. Однако сколько-нибудь приемлемых доказательств получено не было: как правило, гены оказывались исключительно стабильными и обычные изменения окружающей среды их не затрагивали. Так, действие «неупотребления» проверялось на мухах, которых в течение 69 поколений разводили в темноте, но на их зрении это никак не сказалось: глаза мух по-прежнему нормально реагировали на свет. А в ряде экспериментов удалось показать, что ламарковский эффект не имел места и там, где его можно было бы ожидать (при условии справедливости теории). Один из самых известных экспериментов провели на бобовых. Растения подвергли самоопылению, а в потомстве провели отбор по размеру семян. Оказалось, что если в каждом поколении отбирать для посадки наиболее крупные семена, то средний размер семян увеличивается. Однако этот процесс продолжается не бесконечно: после некоторого числа поколений средний размер семян достигает постоянной величины, а если и варьирует, то без определенного направления и дальнейший отбор ничего не меняет. (Строго говоря, здесь необходимо уточнить, что в случае возможной мутации – об этом речь пойдет в следующей главе – отбор вновь станет действенным.)

И все же размер семян в отдельном бобовом растении варьирует, так как он в известной мере зависит от положения семени в стручке: семена, находящиеся в неблагоприятном положении, растут хуже других. Но если для дальнейшего разведения отбирать наименьшие семена, средний размер полученных растений будет таким же, как и растений, выращенных из крупных семян. Это объясняется тем, что отбор в комбинации с самооплодотворением привел к появлению линии растений, в которой отсутствует генетическая изменчивость: все индивидуумы имеют одну и ту же генетическую конституцию и различие между ними, если оно и наблюдается, может быть только результатом влияния окружающей среды. Так, размеры семян зависят от различного снабжения питательными веществами или разного местоположения.

Результаты этих опытов весьма важны, так как подтверждают воздействие фактора среды – положения в стручке, – хорошо фиксированного в каждом поколении, но не оказывающего никакого влияния на последующие. Как бы тщательно ни отбирались для дальнейшего разведения большие или меньшие семена, их средний размер в новых растениях остается постоянным. Если же придерживаться теории Ламарка, отбор наиболее крупных семян вызвал бы увеличение их размера в последующих поколениях, а наиболее мелких – уменьшение. Итак, генотип, или генетическая конституция, одинаков для каждого семени, а фенотип, или внешнее проявление признаков, варьирует. Эта фенотипическая вариация происходит без изменения генотипа.

Группа растений или животных, полученная путем специального скрещивания и обладающая одинаковыми генетическими признаками, называется чистой линией. Нечто близкое к чистой линии можно получить у животных, скрещивая братьев с сестрами в течение тридцати или более поколений. Такого рода эксперименты нередко проделывают с быстро размножающимися видами, например мухами и даже крысами и мышами. Для некоторых видов исследований чистые линии представляют большую ценность. Если, например, нужно сравнить влияние на рост двух видов питания, желательно, чтобы их получали генетически максимально сходные группы животных. Тогда будет ясно, что выявленные различия между группами не детерминированы генетически, а значит, будет исключен и возможный источник ошибок. Чистые (инбредные) линии, как мы увидим в гл. 11, очень важны в сельском хозяйстве для выведения улучшенных пород.

Рис. 5. Действие отбора в течение ряда поколений.

Отбор растений кукурузы по признаку содержания белка: высокого (верхняя линия) и низкого (нижняя линия). Эффективный вначале отбор по прошествии 6–8 лет привел к относительно стабильному уровню: небольшие годовые отклонения, видимо, обусловлены разными климатическими условиями. Это пример отбора, используемого для получения чистой линии.

Эти факты представляют определенную ценность и для биологии человека. Если сравнивать две группы людей, например жителей Японии и Шотландии, по таким признакам, как рост и плодовитость (оба признака поддаются измерению), можно обнаружить разницу в средних показателях. Различаясь по среде обитания, обе группы, несомненно, отличаются и генетически. Трудность заключается в определении степени влияния средовых и генетических различий на рост или плодовитость. Как мы увидим в следующих главах, несмотря на эти трудности, можно все же сделать некоторые выводы.

Что же касается ламаркизма, то можно с определенностью сказать: эта теория не имеет никаких экспериментальных обоснований и противоречит всему, что мы знаем о механизме наследственности.

Близнецы и наследственность

Гораздо больше и не столь специальным языком можно сказать о взаимодействии наследственности и среды (или, как мы говорим, природы и воспитания). Определить, какая часть изменчивости данного признака, например роста, объясняется наследственностью, а какая – воздействием окружающей среды, – одна из самых серьезных проблем. Лучше всего проследить это на особой группе людей – так называемых однояйцовых близнецах.

Существует два типа близнецов. У европейцев примерно три четверти близнецов появляются в результате одновременного выхода двух яйцеклеток, по одной из каждого яичника, в момент введения семени. Обе яйцеклетки оплодотворяются и развиваются бок о бок в матке. Небольшие млекопитающие (кошки, собаки, крысы, кролики) и некоторые крупные млекопитающие (например, свиньи, львы, тигры) производят на свет одновременно нескольких детенышей. У человека такие близнецы называются двуяйцовыми; они могут внешне значительно отличаться друг от друга и, разумеется, иметь разный пол. Близнецы другого типа развиваются из одного-единственного оплодотворенного яйца, на раннем этапе развития разделившегося на две самостоятельные части – каждая дает начало отдельному индивидууму. Так появляются однояйцовые близнецы. Генетически они однотипны, так как хромосомы в ядрах клеток всего организма произошли от одного набора хромосом, первоначально находившегося в яйцеклетке. Однояйцовые близнецы проявляют подчас поразительное сходство, не только внешнее, но и в эмоциональных особенностях. Они всегда одного пола.

Но, пожалуй, самым важным является то обстоятельство, что полностью они никогда не идентичны. Хотя чаще всего они растут вместе и их окружение почти также одинаково, как и генетические факторы, все же можно заметить известные различия; правда, в среднем их гораздо меньше, чем между обычными братьями и сестрами или двуяйцовыми близнецами. Так, результаты специальной количественной оценки их умственных способностей различаются в среднем примерно на 9 баллов, в то время как у обычных братьев и сестер различие это доходит до 16 баллов.

Проявления заметных различий между однояйцовыми близнецами всегда чрезвычайно сложны. Для иллюстрации приведем такой пример: одна из двух сестер-близнецов родилась с меньшим весом, медленнее росла, постоянно отставала в физическом и интеллектуальном развитии и чаще болела различными инфекционными болезнями. Кроме того, на протяжении восьми лет у нее наблюдалась тяжелая форма гипертонии. У ее здоровой сестры кровяное давление было нормальным, но, как показали исследования, потенциально она тоже имела склонность к сужению сосудов; возможно, перенеси она в свое время какое-нибудь серьезное заболевание, и у нее развилась бы гипертония, как у сестры. По всей вероятности, такое различие у сестер-близнецов следует объяснить неудачным положением плода в матке; в процессе развития это привело к накоплению неблагоприятных факторов для одного близнеца, в результате его развитие, интеллектуальное, эмоциональное и физическое, протекало по-иному во всех отношениях.

Любопытные исследования проводились с парами близнецов, разъединенных в раннем возрасте и выросших в разных семьях и в совершенно непохожих условиях. Нередко приходится слышать, что, несмотря на это, близнецы остаются по-прежнему удивительно схожими. И в самом деле обычно это действительно так: известны случаи, когда разделенные пары близнецов находили друг друга уже взрослыми благодаря тому, что одного из них ошибочно принимали за другого. Правда и то, что сходство между однояйцовыми близнецами, живущими совместно или раздельно, проявляется самым поразительным образом: даже кариесом поражаются часто одни и те же зубы. В отдельных случаях это сходство играет очень важную роль в жизни близнецов. Сошлемся на такой пример. Два однояйцовых близнеца жили в Оксфорде; один из них умер от неоперабельного рака желудка, у оставшегося в живых рентгенологическое обследование не обнаружило никаких патологических изменений. Обследование повторяли каждые три месяца, и через год обнаружилось слабое указание на утолщение в стенке желудка. Одних показаний рентгена было недостаточно для принятия решения об операции, тем не менее больного оперировали, удалив на ранней стадии раковую опухоль – такую же, от которой умер первый близнец. Пациент выздоровел.

Но вернемся к близнецам, с детства воспитывающимся в разных условиях. Мы вовсе не всегда констатируем их чрезвычайное сходство между собой. К примеру, двух мальчиков, уроженцев Глазго, разделили, когда им было три года: один из них остался в рабочем квартале города, другой жил в деревне под Глазго. Когда им исполнилось шестнадцать лет, их сравнили и обнаружили, что умственные способности обоих выше среднего, но юноша, живший в городе, набрал 125 баллов, в то время как его брат, живший в сельской местности, – только 106. Оба они оказались хорошими футболистами, но у выросшего в деревне физическое развитие было лучше (в частности, он обогнал своего брата в росте на 2,5 сантиметра) и он проявил большую способность к работе с различными механизмами.

Этот пример лишний раз подтверждает влияние окружающей среды на интеллектуальное и физическое развитие человека. Среда оказывает влияние и на эмоциональное состояние. В доказательство этого положения приведем такой пример. Две американские девушки – однояйцовые близнецы – с детства воспитывались в разных условиях. Одна росла в состоятельной семье, была окружена многочисленными друзьями и получила хорошее образование. Другая, воспитывавшаяся в бедной среде, не получила законченного образования, мало общалась с людьми. В результате первая в двадцать лет была веселой общительной и жизнерадостной девушкой, в то время как у ее сестры настроение то и дело менялось, она была застенчива, нерешительна, выглядела подавленной, страдала дефектом речи (шепелявила).

Взаимодействие наследственности и среды

Иногда спрашивают: что важнее – наследственность или окружающая среда? На этот вопрос не так легко ответить. Если под этим подразумевать, чтó имеет наибольшую силу воздействия, то и тогда следует ограничиться частными случаями. Например, индивидуальные различия в цвете глаз детерминированы в основном генетически, поэтому можно сказать, что для данного признака наследственность имеет большое значение. А вот заболевание корью зависит в основном от концентрации вируса кори, и, следовательно, здесь важен фактор среды.

Но где-то между этими двумя крайностями находится целый ряд признаков, в частности рост. Несомненно, в немалой степени рост человека определяет наследственность: если у вас высокие родители, вы с большей вероятностью тоже будете высоким. С другой стороны, на рост определенно воздействует такой фактор среды, как питание. В Англии до 1940 г. подростки, посещавшие частные школы с высокой платой за обучение, были в среднем примерно на 10 сантиметров выше своих сверстников из более бедных семей, которые могли себе позволить посылать детей только в государственные школы. Само по себе это еще ничего не значит: возможно, бедные потенциально, генетически не способны достигать роста богатых. Однако эксперименты показали, что, если дети бедняков питаются не хуже, чем дети богатых, они догоняют их в росте и весе.

Таким образом, на рост человека влияют как его генетическое строение, так и окружающая среда. Строго говоря, нельзя определить, чтó действует сильнее. Взаимодействие наследственности и среды нередко иллюстрировали опытами на животных. Если, к примеру, использовать чистые линии мышей с разной способностью к росту, можно обнаружить, что различные линии мышей лучше всего растут в несходных условиях: единой наилучшей для всех линий среды нет. С полным основанием можно предполагать, что это применимо и к человеку. Так что пословица «что одному на пользу, другому во вред» отражает очень общий и важный биологический принцип.

И все-таки, несмотря на эти, казалось бы, очевидные факты, одни ученые склонны придавать наследственности больший вес, чем среде, в то время как другие настаивают на всесильности среды. Что касается приверженцев наследственности, то мы вернемся к этому вопросу в гл. 7, а пока рассмотрим, что имеют в виду те, кто придает особое значение окружающей среде. Итак, отвечая на вопрос, что важнее, мы дали довольно уклончивый и интригующий ответ, какой нередко можно услышать от ученых: мы сказали, что ни наследственности, ни среде нельзя с полным основанием приписать особых преимуществ.

Попытаемся обосновать такое утверждение. Если рассматривать этот вопрос с практической точки зрения, то есть с точки зрения достижения полезных результатов, следует сделать упор на окружающую среду. Разумеется, это относится только к человеку. Мы научились улучшать (и успешно применяем это на практике) домашних животных и культивируемые растения путем выведения новых пород и сортов: при этом уничтожаем не удовлетворяющий нас молодняк и позволяем размножаться только нескольким отобранным особям. Кроме того, по мере необходимости мы используем искусственное осеменение или опыление. Но, прежде чем сделать это, нам следует решить, для какой именно среды выводится новая порода: животное, выведенное для одних условий, непригодно для других. Для человека такого рода меры предлагать нельзя. Мы должны, за очень небольшим исключением, принять как данное генетическую конституцию живущих популяций и пытаться приспособить к ним окружающую среду.

2
Менделевские законы наследственности и человек

Изменчивость управляется многочисленными законами; некоторые из них уже смутно выясняются и будут вкратце обсуждены в дальнейшем.

Чарлз Дарвин

Изменение собственной генетической конституции человеку неподвластно. Но хотя многие из нас вряд ли согласились бы пересмотреть свои матримониальные планы из-за генетических соображений, не бесполезно узнать, что можно, о генетике человека. Генетические закономерности по большей части устанавливали опытным путем на искусственно опыляемых растениях и быстро размножающихся животных, в частности на знаменитой плодовой мушке – дрозофиле. Впервые точное описание того, как гены определяют различия между индивидуумами одного вида, дал Грегор Мендель.

Свои опыты он ставил на душистом горошке. Любопытно, что статья с подробным описанием его наблюдений и выводов прошла совершенно незамеченной, хотя журнал, в котором она была опубликована в 1866 г., был доступен ученым^[2]2
  В России подробное изложение опытов Менделя появилось уже в 1874 г. в работе «О растительных помесях» И. Ф. Шмальгаузена – отца И. И. Шмальгаузена, крупнейшего эволюциониста нашего времени.


[Закрыть].

В 1900 г. трое ботаников – немец Карл Корренс, австриец Эрих Чермак и голландец Гуго де Фрис – независимо друг от друга опубликовали работы, подтверждавшие выводы Менделя. С тех пор механизм наследственности изучало множество исследователей, но в знак признания приоритета Менделя законы передачи наследственности получили название менделевских.

Менделевские законы наследственности

Законы передачи наследственных факторов, установленные Менделем на растении, применимы и к человеку. Предположим, что рыжеволосая женщина вышла замуж за брюнета и все их дети будут брюнетами (при условии что мужчина не является носителем гена рыжих волос, другими словами, он, выражаясь языком селекционера, «чистокровен» по черным волосам). Следовательно, ген, определяющий черный цвет волос, доминантен по отношению к гену, определяющему рыжий цвет волос; о последнем принято говорить как о гене, который находится в рецессивном состоянии. Теперь предположим, что один из детей этой пары вступает в брак с потомком аналогичной пары и у них родится, скажем, двенадцать детей. И хотя оба родителя – мать и отец – брюнеты, в среднем один из четырех детей у них будет рыжим, и, значит, в семье наиболее вероятное число детей с рыжими волосами – трое (из двенадцати).

Рис. 6. Наследование рыжеволосости у человека.

Ярко-рыжие волосы обусловлены рецессивным геном; его проявление заметно лишь в присутствии одинакового с ним гена. «G» означает «ген». Пунктиром обозначен признак рыжеволосости и ген, ответственный за него.

В случае, подобном приведенному, говорят, что признаки как бы «перескакивают» через поколение. Спрашивается: как же это происходит? Выше (в гл. 1) мы уже отмечали, что индивидуум получает от каждого родителя по одному хромосомному набору; хромосомы являются носителями наследственных факторов – генов. Появление у родителей-брюнетов ребенка с рыжими волосами обусловлено наличием гена, который мы обозначим буквой r, и рыжими рождаются только те индивидуумы (любого пола), которые получили r от обоих родителей. Поэтому они имеют генетическую конституцию rr. В рассмотренных нами случаях именно такая конституция была у женщины первой пары, в то время как ее муж не имел ни одного гена r. Его генетическую конституцию, определившую черный цвет волос, мы назовем RR (здесь заглавные буквы говорят о доминантности признака).

Каждый ребенок первой пары получил r от матери и R от отца. Следовательно, их генетическая конституция была Rr и они родились брюнетами, поскольку R всегда вызывает появление черных волос даже в присутствии r. Дети от брака двух людей с конституцией Rr могут иметь конституцию RR, Rr или rr, и в среднем отношение брюнетов к рыжим будет 3 : 1. Разумеется, это отношение устанавливается только при большом числе обследованных семей; в отдельных семьях, даже если они и очень велики, его вывести трудно. Такого рода соотношения вначале были получены на растениях, затем на насекомых, и только позднее их удалось подтвердить на человеке. Ведь для того, чтобы судить об эффективности законов Менделя, необходимо вырастить два поколения растений или животных и изучить соотношения встречающихся признаков на большом числе индивидуумов. Наследование далеко не всех признаков можно объяснить так просто.

Современная генетика – и в этом одно из ее достижений – установила, что при наследовании не происходит простого слияния родительских признаков. Раньше предполагали, что каждый индивидуум представляет собой смесь родительских признаков (грубо говоря, по аналогии с красками; ведь известно, например, что оранжевая краска получается от смешения желтой с красной). На примере с цветом волос мы убедились, что рыжие волосы появляются во втором поколении в «неразбавленном виде». Их появление следует отнести за счет генов, которые передаются непосредственно из поколения в поколение.

Эта независимость генов сказывается в появлении новых комбинаций признаков в результате брака между людьми, обладающими разным набором генов. Поясним это на примере. Женщина, родившаяся от брака африканки из племени грикуа и шотландца, вышла замуж за «белого» мужчину смешанного происхождения. У них было четверо сыновей, и выглядели они следующим образом: один очень высокий, почти белый, но с карими глазами и вьющимися волосами; второй – среднего роста, с более темной кожей, карими глазами, но с прямыми черными волосами; третий – также среднего роста, несколько темнее второго, с карими глазами и волосами кафрского типа, и, наконец, четвертый – среднего роста, промежуточного цвета кожи, с карими глазами и темно-каштановыми волосами готентотского типа. Итак, в этой семье (показанной на рис. 7) самые различные черты лица, и встречаются они в необычных сочетаниях с другими признаками: например, у первого сына светлая кожа, но волосы негроидного типа.

Рис. 7. Сыновья женщины смешанного происхождения (отец – шотландец, мать из племени грикуа) и европейца.

Если эти признаки определяются генами различных хромосом, то понятно, что они будут расщепляться именно таким образом. Каждая хромосома, наследуемая от отца, получена им в свою очередь от одного из его родителей; то же следует сказать и о хромосомах, наследуемых от матери. А так как дети одних и тех же родителей получают различные комбинации хромосом, то у них могут проявиться признаки их дедушек и бабушек в самых различных сочетаниях, и это доказывает отсутствие слияния признаков.

Но каждая хромосома несет много генов, поэтому вполне возможны случаи, когда признаки не расщепляются, а остаются сцепленными, то есть локализованными в одной хромосоме, и наследуются совместно. Сцепление признаков, характерное для многих животных и растений, не часто встречается у человека. Но для нас сейчас это и не так важно, ибо сцепление очень редко бывает полным. Его нарушение возникает при обмене наследственным материалом между парами хромосом в процессе образования яйцеклетки и сперматозоида: обмен материалом неизбежно разрушает сцепление между генами.

На основании всего сказанного можно сделать следующий вывод: проявление той или иной наследственности определяется генами, которые встречаются у различных индивидуумов в любых сочетаниях. Именно этой рекомбинацией генов мы и обязаны огромным разнообразием человеческих типов. Даже самые малочисленные группы людей, живущих в практически одинаковой окружающей среде, отличаются большим разнообразием во внешнем виде и других признаках. Частично это объясняется пусть очень незначительными, но все же различиями в факторах среды, а в основном – «перетасовкой» генов в каждом поколении.