Проблема наследуемого и приобретенного в поведении (животные и люди)

Две вещи наполняют душу всегда новым

и всё более сильным удивлением и благоговением,

чем чаще и продолжительнее мы размышляем

о них,– звёздное небо надо мной и моральный закон во мне.

И. Кант

Инстинкт удивительно корректен к разуму.

Древний повелитель поведения, он обычно

не командует, не требует слепого подчинения,

даже не советует. Он только незаметно

направляет желания и мысли...

В. Дольник

Введение. О принципах наследования душевных свойств

Истоки и опора «морального закона» внутри нас – это серьёзнейшая проблема, несомненно достойная пристального изучения. И, по-видимому, проблема не только научная. Содержание значительной части педагогических, психологических и политических стратегий зависит от характера разрешения проблемы наследования по биологическим и по культурным каналам. Если в общественное сознание положены лишь представления, что любые качества личности могут быть сформированы при помощи единственной схемы «стимул–реакция» (вполне научной!), то начинает доминировать иллюзия, что человека (и человечество) можно легко изменять или, напротив, удерживать в заданных рамках, хитро манипулируя им или насильственно конструируя его «нравственные формы».

Отношение людей к проблеме «наследственность и среда» связано с общим их мировоззрением. Так, основательные научные исследования, проведённые в Лондонском университете (1985), авторы которого опросили 308 человек (198 женщин и 110 мужчин) разного возраста, с разным уровнем образования, политических и религиозных убеждений, социальной принадлежности и попросили их определиться в том, каково влияние наследственности и среды на шесть групп признаков человека (всего сорок восемь самых различных черт). Оценке подлежали: 1) «физические» характеристики (рост, вес и другие); 2) способности и умения (интеллект, память, полилингвизм, музыкальные, математические и так далее); 3) личностные особенности (агрессивность, экстра-интраверсия, независимость и другие); 4) убеждения (религиозные, политические, моральные, расовые и другие); 5) психологические проблемы (алкоголизм, фобии, криминальность и другие); 6) болезни и физические проблемы (сердечные заболевания, рак, диабет, ожирение).

Понятно, что физические характеристики (даже болезни и физические проблемы) представлялись в большей степени зависимыми от наследственности, а убеждения и личностные особенности, как более зависимые от среды. Интереснее оказалось то, что «консерваторы и либералы» были убеждены в ведущей роли наследственных причин (генетических детерминант) в формировании человека. Люди «левых» убеждений (лейбористы и особенно коммунисты), напротив, полагали, что ведущая роль в формировании индивидуальности человека принадлежит окружению (средовым детерминантам). И настоящий вопрос не в том – кто прав в большей степени, а в том, что из этого следует на практике.

Начало научному исследованию наследственных основ индивидуальных различий у людей было положено английским учёным, антропологом и психологом, одним из основателей биологической статистики Фрэнсисом Гальтоном, который опубликовал в 1865 году статью «Наследственный талант и характер», а затем, в 1869 году, и книгу «Наследственный гений: исследование его законов и последствий». Публикации Ф. Гальтона, в силу его научного авторитета, имели широкий общественный резонанс и живо обсуждались. Таким образом, впервые был серьёзно поставлен вопрос о возможности наследования талантов и гениальности.

Следует заметить, что в том же 1865 году началась и история всей классической генетики, когда Грегор Мендель впервые сделал в Брюннском обществе естествоиспытателей доклад об открытых им законах наследственности. То есть научное исследование законов наследования физических и психических признаков началось одновременно. Но дальнейшая судьба этих научных направлений сложилась по-разному.

Работы Ф. Гальтона и Г. Менделя опирались на начинающее оформляться к середине XIX века представление о существовании неких дискретных естественных носителей наследственности – задатков. Ч. Дарвин называл такие относительно независимые, автономные носители наследуемых свойств организма «геммулами». Это понятие можно считать прототипом принятого сегодня понятия «ген». Ф. Гальтон, опираясь на идею Дарвина, полагал, что в каждом живом существе находится большое количество задатков и даже гораздо большее, чем способны определить сегодня учёные, поэтому на каждый такой явный элемент, приходится бесчисленное множество скрытых (как бы спящих). По мысли Гальтона в организме существует особый пакет неизменяемых, характерных для вида наследуемых задатков, а на этом фоне – совокупность изменяемых, комбинируемых задатков, ответственных за индивидуальную изменчивость.

§1

Генетика: понятие о генотипе и фенотипе

Закономерности наследования жизненных форм издавна выявлялись на основании наблюдений за изменчивостью и за причудливыми вариациями некоторых родительских признаков у детей и внуков. Проблемами взаимосвязанности изменчивости и наследования как видовых, так и индивидуальных признаков (свойств), и законами их передачи от одного поколения организмов к другому, занимается наука генетика. Отметим, что прошло лишь 150 лет с тех пор, как были отчётливо зарегистрированы первые законы наследования, меньше ста лет с тех пор, как были изучены истинные носители генетической информации - хромосомы, и меньше пятидесяти лет с тех пор, как были обоснованы представления о молекулярной природе генетических кодов. Современная генетика – это полноценная наука, и она имеет свои собственные методы, часть из которых, правда, намного старше её самой, и многие из них уже тысячи лет успешно использовалась людьми, как, например, практика «селекции» (отбора, подбора) для выведения различных пород домашних животных и культурных растений. Сегодняшняя генетика представляет собой один из самых продвинутых разделов биологии, поскольку здесь имеется вполне зрелая теоретическая база, опирающаяся на достаточно строгие основные законы (сравнимые с законами физики), и серьёзный математический аппарат.

Центральная проблема классической генетики

За историей генетики стоит одна из самых острых драм XX века, которая показывает, как в наше время переплетены судьбы науки и общества. Связано это обстоятельство с необходимостью принятия той трудной мысли, что любое существо «присутствует» на Земле как бы в двух формах: а) в виде генетических кодов (в свёрнутом, преформированном виде), которые находятся в половых клетках; б) телесно оформленной и активной, имеющей вполне определённую осязаемую видовую и индивидуальную «воплощённость». При этом кодовые формы весьма и весьма консервативны, а телесные, напротив – очень изменчивы. Такая мысль невыносима для «бытового материалиста», поскольку он, массовый материалист эпохи технической революции, предполагает, что лишь среда, внешние условия обусловливают всё сущее от начала и до конца. И поэтому ему не претит даже средневековая концепция постоянного «самозарождения» жизни из «всякого хламa» при наличии должных условий. Для ортодоксального идеалиста же не телесная, генетически свёрнутая форма существования противна постольку, поскольку она все же остаётся материальной.

Однако, если принять мысль о таком «биологическом дуализме» нашего существования, следует признать, что между видами животных и растений и между средой их обитания происходит постоянный эволюционный кругооборот информации. Он осуществляется циклически и опирается на индивидуальные жизненные циклы организмов, входящих в состав вида.

Весь ход жизнедеятельности и развития особей, от рождения до половой зрелости,– это участие в конкурсе, призом в котором является участие в размножении. Преимуществом пользуются те особи, которые лучше всего удовлетворяют требованиям приспособленности к ситуации «здесь и сейчас». А генетическая информация, благодаря которой они выиграли конкурс, передаётся от «сегодняшнего» состояния биогеоценоза через развитие плода к последующему поколению взрослых особей данного вида.

Собственно для информационного кругооборота, который обеспечивает долговременную подгонку организмов к среде, и предназначены генная и телесная формы живых существ. Только такой приём естественным образом обеспечивал видовые стратегии «запоминания» объективных, «физических» законов, характерных для сферы его обитания. Так и было до поры до времени – вплоть до появления внегенетических (социальных и социокультурных) матриц. Поскольку всё, что мы приобрели в своём жизненном опыте, чему мы научились, поняли или изобрели усилиями своего мозга – не наследуется по генетическим каналам. Так, русский или немецкий по своим этническим корням ребёнок, рождённый и выросший в Китае и среди китайцев, будет говорить и думать по-китайски. Хотя по всем антропологическим признаком он не будет похож на китайца. Мало того, ведь и все индивидуально приобретённые телесные формы также не наследуются. Самый простой пример: множеству поколений щенков фокстерьеров купируют (подрезают) хвосты, но они продолжают рождаться хвостатыми. Отсюда следует важнейший закон генетики: никакие приобретённые «плотской» формой (сомой) признаки не наследуются.

Организация наследственной информации

Попытаемся осмыслить несколько ключевых элементов, входящих в понятийный аппарат генетики. Так, все видимые, воплощенные в формах тела (и проявляющиеся в функциях) наследуемые признаки у данной особи называются её «фенотипом». Точнее, фенотип – это совокупность дискретных, наследственно обусловленных признаков - фенов, обычно альтернативных, но обязательно наблюдаемых признаков, регулируемых одним или совокупностью свёрнутых признаков или генов (известных или неизвестных генетику).

А все те внутренние факторы, которые определяют наследственную конституцию особи, её фенотип, называются «генотипом». Генотип – это совокупность всех наследственных задатков особи, иначе говоря, совокупность всех её генов, являющихся дискретными носителями наследственной информации. Расположены гены в определённых участках (локусах) более крупных и сложных структур – хромосом, которые находятся в ядре каждой клетки нашего тела.

Генетические коды

Хромосомы, по сути дела, являются транспортными средствами (ковчегами, кораблями), с помощью которых во время полового размножения гигантские информационные комплекты, содержащие всю видовую и индивидуальную информацию, передаются половыми клетками в наследие потомкам от их родителей.

Когда речь заходит о молекулярных основах генетики, многие из нас склонны впадать в панику, понимая, что это уж очень «тонкая материя». Хотя сам по себе генетический код достаточно прост. И в течение первых сорока лет нашего столетия биологи не воспринимали всерьёз предположения о том, что содержащиеся в хромосомах нуклеиновые кислоты несут генетическую информацию. Код состоит всего из четырех форм молекулярных конструкций – нуклеотидов, которые исчерпывают весь генетический «алфавит». Закономерно комбинируясь, нуклеотиды соединяются друг с другом в группы, содержащие только по три элемента. Тройки нуклеотидов, или триплеты в свою очередь полимеризуются, образуя огромной длины нитевидные, не разветвляющиеся молекулы нуклеиновых кислот. Нуклеиновая кислота, находящаяся в хромосомах ядра клеток, называется дезоксирибонуклеиновой кислотой, или ДНК. Способность нуклеотидов соединяться в устойчивые, но отнюдь не случайные, последовательности и послужило основой для кодовой формы записи наследственной информации. Здесь нуклеотиды подобны «буквам» в книжном тексте. «Словам» же в этаком тексте соответствуют группы из трёх нуклеотидов – триплеты (они же – кодоны).

Отдельный ген – это участок ДНК хромосомы, имеющий свою последовательность букв-нуклеотидов, которая ни в каком другом гене не повторяется (уникальные последовательности). Следовательно, каждый ген аналогичен фразе или абзацу книжного текста, содержащего законченную мысль-инструкцию, обеспечивающую синтез одного-единственного белка в клетке. При этом многие фрагменты генетических текстов исполняют роль «знаков препинания» или других служебных знаков в книжном тексте (знаки начала и конца абзаца, переноса, пробелы между словами и другие). И такие гены называют «регуляторами». Каждая хромосома это отдельная гигантская молекула ДНК, которая компактно упакована совместно со «служебными» (структурными) белковыми молекулами. В ДНК плотность информации фантастически велика, так, 1 миллион «букв» размещается на отрезке длиной в 0,3 мм. Одной из важнейших особенностей ДНК является её способность к самопроизвольному удвоению – «репликации».

Внешне молекула эта напоминает скрученный в спираль замок «молнию» – это и есть знаменитая «двойная спираль» Уотсона и Крика. Если такой молекулярный замок расстёгивается, а в растворе есть свободные нуклеотиды, то каждая половинка восстанавливает недостающую часть при помощи особого фермента (ДНК-полимеразы), и в результате образуются две дочерних двойных спирали. То есть каждая отдельная ниточка двойной спирали ДНК может служить матрицей или «шаблоном» для синтеза новой

полноценной двухцепочной молекулы. Таким образом могут копироваться (удваиваться) целые хромосомы. На этом свойстве основано размножение клеток, и дочерние клетки в своём ядре содержат копии материнских хромосом.

Воспроизводство наследственной информации

Вся генетическая информация, хранящаяся в хромосомах организма, называется геномом. У человека такая информация сосредоточена в 23 хромосомах. Однако каждая хромосома как бы продублирована, и общее количество хромосом, которые сосредоточены в «библиотеке» – ядре клеток, представлено 46 хромосомами (то есть их 23 пары). Следовательно, и все гены (а значит, и нуклеотиды) генотипа человека парны. А значит, типичная клетка человека содержит 6- 10⁹ нуклеотидных пар ДНК. Теоретически это количество ДНК можно упаковать в куб со стороной в 1,9 мкм. Для сравнения, в книге, с таким же количеством самых мелких букв, было бы более миллиона страниц, а её объем – в 10¹⁷ раз больше.

Половой процесс основан на явлении «удвоенности» генома и способности каждой из его половинок обособляться и комбинироваться с любым другим аналогичным комплектом хромосом (но исключительно того же биологического вида животных или растений!). Названное свойство приводит к тому, что половина хромосом достаётся зародышу от матери, а другая половина – от отца. У многоклеточных животных половой процесс включает две непременные стадии: 1) Гаметогенез – или порождение половых клеток, которые (и только которые) несут лишь по одному комплекту хромосом. Такие клетки возникают в результате уникальной формы клеточного деления – мейоза, ведущего к редукции двойного (диплоидного) набора хромосом до одинарного (гаплоидного). 2) Оплодотворение, или восстановление диплоидности в новом организме – зародыше, за счёт объединения (порождённых в ходе гаметогенеза) гаплоидного ядра яйцеклетки с гаплоидным же ядром сперматозоида.

То есть в каждом поколении возникают свои генные комбинации наследственного материала, приобретённого видом в ходе его эволюции, а отсюда, и фенотип каждой особи представляет собой уникальное, хотя в той или иной мере предсказуемое, сочетание материнских и отцовских признаков. Половой процесс – главный «генератор» разнообразия организмов, входящих в состав вида. Одним из ведущих условий приспособляемости биологических видов к факторам внешней среды как раз и является их (видов) гено- и фенотипическое разнообразие. При этом абсолютно все клетки организма несут совершенно одинаковые наборы хромосом, идентичные тому, что возникли в момент оплодотворения. Сам по себе половой процесс не порождает новых видов, но постоянно приводит к порождению всё новых индивидуальностей благодаря раскладке очень разнящихся «генетических пасьянсов».

Надо сказать, что это обстоятельство сразу породило ряд аргументов у противников классической генетики. Ведь морфология и функция у разнообразных типов клеток, входящих в состав высших организмов, часто очень сильно отличаются. Трудно представить, что такие разные клетки, как лимфоцит и нейрон, являются владельцами одного и того же генома. Генетики же сначала объясняли столь большую разницу между клетками с помощью гипотезы, согласно которой гены в процессе специализации клеток могут селективно утрачиваться. Теперь известно, что это не так; приобретение специализированными (дифференцированными) клетками своих особенностей определяется избирательной «экспрессией» отдельных генов и угнетением, «репрессией», ненужных, а не потерей. Образно говоря, библиотека генома не является «общедоступной», и потребители информации, клетки какого-либо типа, могут «читать» лишь те его фрагменты, которые позволительно читать исключительно им, тогда как все другие участки генетического текста полностью закрыты. Ненужные гены закрыты (репрессированы), но обязательно содержатся целиком в ядре каждой клетки.

Лучшее доказательство сохранения генома при дифференцировке клеток было получено в классических экспериментах Гердона на лягушках. Если ядро полностью дифференцированной клетки эпителия языка лягушки ввести в ооцит, ядро которого предварительно удалено, пересаженное донорское ядро инициирует развитие из реципиентной яйцеклетки нормального головастика.

Технологии клонирования идентичных особей (клонинг) далеко ушли вперёд за истёкшие 40 лет. Уже стало возможным клонирование млекопитающих, а имя шотландской овцы Долли, явившей собой первый успешный пример таких достижений, известно многим миллионам людей. В настоящее время широко обсуждается возможность клонирования человека. Хотя профессиональные генетики относятся к возможности реализации такого проекта крайне скептически, но ясно, что время, когда это станет технически возможно, не за горами. Другой вопрос – будет ли такая генотипическая копия конкретного человека, воплощённая в фенотип, истинной копией данного человека. Ведь фенотип человека мы сами (!) оцениваем в огромной мере по совершенно особым параметрам – социальному и интеллектуальному поведению, душевным качествам и тому подобному.

Всё перечисленное в огромной степени зависит от функции нашего человеческого мозга. Мозг человека созревает необычайно долго хотя бы потому, что его масса у новорождённого ребенка составляет меньше 1/3 мозга взрослого. Становление фенотипа поведения зависит от большого количества внешних социокультурных обстоятельств, многие из которых, являясь обязательными факторами нормального развития человека, сами по себе могут быть диаметрально разными по форме. Так что воспроизвести их искусственно, чтобы вырастить не только телесно, но и «духовно идентичного» человека, не представляется возможным практически. Поэтому к лозунгу романтического периода науки: «Наука может всё!» сегодня следует добавить: «... но не любой ценой». Ведь каждый школьник знает, что технически возможно получить золото, например, из свинца (мечта алхимиков средневековья). Но стоимость такого золота чудовищно велика, и никто не станет этого делать, чтобы обогатиться.

Не следует думать, что фенотип состоит из фенов так же, как генотип – из генов. Фен – это просто генетически обусловленный признак, обусловленный чаще всего множеством генов и способный модифицироваться средой. Проблема внутривидовой изменчивости настолько сложна и важна, что привела к возникновению новой науки – фенетики. При этом важно помнить, что фенотип обладает заметной способностью к модификациям. Это достигается за счёт некоторой «избыточности» информации в генотипе, допускающей приспособительные вариации телесных форм (а значит, и регуляторно-приспособительных функций организма). Известные генетически допустимые рамки изменчивости организма, его фенотипическая пластичность называются «нормой реакции». Можно сказать, что генетически передаётся не какой-то стабильный признак, а именно норма реакции, как бы «эскизный проект» признака.

Если воспользоваться наглядной моделью, то генотип – это как бы пустой и съёжившийся детский воздушный шарик. Если мы вложим его в гранёный сосуд и надуем, то шарик, который по «генотипической тенденции» должен был бы округлиться, приспособит свою форму к форме сосуда. Существенным свойством органического развития является его пластичность, обязанная своим происхождением «регуляционным буферам», которые служат как бы «амортизирующей прокладкой» между генотипическими инструкциями и требованиями среды. Попросту говоря, организм может жить в условиях не очень благоприятных, то есть таких, которые выходят за стандартные рамки генотипической программы. Равнинное растение может вырасти и в горах, но по форме оно уподобится горным растениям, иначе говоря, фенотип его изменится, а гено-

тип нет, ибо если перенести его зёрна на равнину, то из них опять появятся растения первоначальной формы

Отметим – далеко не всё, что с точки зрения здравого смысла нам кажется «признаком», генетик назовёт феном или признаком наследуемым. Данное положение вызывает массу трудностей при изучении наследуемых «форм поведения».