§4 Генетическая память

Феномены генетической и индивидуальной памяти

То, что мы называем памятью – это одна из самых удивительных наших способностей. Память является самой долговечной способностью. Она, несомненно, есть и у младенцев, и у глубоких стариков, которые помнят события восьмидесятилетней (или большей) давности. Всё наше настоящее – это продолжение прошлого, да и настоящее формируется благодаря памяти. Говоря иначе – память придаёт направленность ходу развития личности человека и даже самому ходу времени.

При всём том память включается в работу как бы сама по себе, только лишь в некоторых случаях её необходимо (далеко не всегда сознательно) активировать, «обращая внимание» мозга на важную информацию. Если память и нужно (можно) «тренировать», то только для каких-то специальных операций. Кроме того, люди заметно отличаются друг от друга индивидуальными способностями: а) запоминания, б) забывания и в) припоминания. Совершенно отчётливо видны и возрастные различия людей к запоминанию и припоминанию. Несомненно то, что память является производным от особенностей конструкции мозга. Например, никто не станет обучать мух или муравьев; плохо обучаются лягушки и черепахи; напротив, наши домашние животные легко узнают хозяев, и мы можем очень многому их обучить. Уже это свидетельствует, что свойства памяти обусловлены эволюционно генетически закреплёнными свойствами мозга, что они зависят от высоты и совершенства его организации в ещё большей степени, чем от личного опыта. Следовательно, всё индивидуальное, что составляет свойства отдельного животного, и всё личностное, что составляет свойства отдельного человека, состоит из теснейшим, интимным образом переплетённых, взаимодействующих информационных систем. Первая, столь же древняя, как и всё живое,– генетическая информационная система или хромосомная память. Вторая же, возникшая относительно недавно, свойственная только высокоразвитым животным – это память мозга.

Мозг и память

Память позволяет всем животным успешно осваивать пространство обитания, и, в зависимости от образа жизни того или другого вида, его представители способны лучше запоминать разные типы сигналов из внешней среды – одни лучше помнят зрительные образы, другие – звуки, третьи – запахи. В соответствии с этим у одних животных лучше представлены в мозге зрительные, слуховые или обонятельные центры, а их мозг строит «карту мира» на основе тех признаков, которые «впитывает» ведущий анализатор. И все приметы на такой карте либо как-то «светятся», либо «звучат», либо «пахнут».

Различные способы обогащения памяти, научения, опирающиеся на совершенно различные механизмы, выбираются и включаются мозгом непроизвольно. Все известные способы формирования памяти – это проявления работы индивидуальных механизмов «усвоения» обстоятельств внешнего мира, проявления работы органов центральной нервной системы. Психофизиологи так и говорят, что научение – это процесс, позволяющий накапливать информацию в нервной системе, а память есть совокупность информации, приобретённой мозгом и управляющей поведением. Такова память мозга, содержащего информацию, которая, как нам известно, не наследуется генетически, не способна встраиваться в генотип.

Генетическая память

Кроме индивидуально формирующейся или «благоприобретаемой» памяти, обусловленной нейробиологическими механизмами, как мы знаем, существует и другая, записанная в генотипе, эволюционно приобретённая память. На основе генетической памяти задается вся специфическая конституция тела живого существа, а значит, и все приёмы приспособления его к меняющимся условиям внешнего мира, и, конечно же, особенности его мозга.

Очевидно, что два рассмотренных блока памяти предназначены для исполнения различной биологической роли, поэтому следует понять, как они соотносятся и как взаимодействуют? И в чём сущность их отличий?

Нам уже известны некоторые особенности устройства носителей наследственной информации. Генетические коды невероятно компактны. При этом они в высочайшей степени надёжны. Надёжность эта настолько велика, что внесение любой новой записи в генетические тексты очень проблематично. Организм многоклеточных создаёт глубоко эшелонированную, многоступенчатую защиту своего генома. И это понятно, ведь генный тезаурус каждого вида – это уникальный набор данных, включающий опыт сотен миллионов лет эволюции. С другой стороны, если нет изменений в генетической информации, то нет и эволюции. Эволюция и обеспечивается благодаря происходящим «ляпсусам» в генотипической передаче. Ошибки, искажения в генетических текстах называются генными мутациями. А возникают они спонтанно или под влиянием особых внешних факторов, которые называют мутагенами.

Что стоит за термином «мутация», который так часто употребляется сегодня? В строгом биологическом понимании естественные, самопроизвольно возникающие мутации – это единственный источник эволюционных изменений в живой природе. Большей частью их просто невозможно заметить. Только лишь когда мутационные изменения проявляются в фенотипе организма (в его морфологических или физиологических признаках), становится возможным искусственное создание (отбор, селекция) новых форм животных или растений. Или лечение, коррекция их. Естественные мутации случайны и непредсказуемы. Это связано прежде всего с крайне сложной организацией генетического аппарата, способностью его к частичному восстановлению при повреждении (репарации и компенсации). Но, по этим же причинам, характер мутаций подчиняется некоторым (пока мало известным) закономерностям, что позволяет вычислять (предсказывать) вероятность их появления. Мутации возможно вызывать искусственно (и это делают!), и тем самым повышать эффективность селекции. Наибольшей эффективностью в качестве мутагенов обладают некоторые химические вещества и ионизирующая радиация. Различают несколько видов мутации: 1) изменения кариотипа (отклонения в численности хромосом от видового стандарта); 2) хромосомные (аберрации сопровождаются необратимыми изменениями в структуре хромосом); 3) генные (точечные изменения в генных локусах хромосом). Мутации подразделяют на полезные, нейтральные и вредные. Большая часть мутаций относится к нейтральным или вредным. Это определяется тем, что мутации есть повреждение генетических текстов (программ). Если мутация влечёт за собой гибель организма, её называют летальной.

Нам важно подчеркнуть, что мутации – это и есть единственный способ записи новой информации в генетическую память. Согласно положениям современной генетики – гены мутируют не направленно, а вслепую, лотерейно. И это ещё одна важнейшая особенность генетической памяти. Ни одна запись, внесённая в генетический текст, не бывает изначально целесообразной, но, несмотря на это, все они принимаются к «испытанию в эволюции».

Такие мутагенные «правки» в геноме чем-то похожи на работу обезьяны с пишущей машинкой. А именно: названный «творческий комплекс» – обезьяна → пишущая машинка → лист бумаги – является крайне непродуктивным, и ждать от него «Войны и мира» вряд ли стоит. Вероятность появления такого рода «статистического романа» столь ничтожна, что если бы эволюция жизненных форм действительно шла на основе исключительно вероятностных законов, то шла бы она неправдоподобно длительно и никак не уложилась бы в отмеренные по геологическим данным сроки существования Земли. Названное обстоятельство является весомым аргументом противников дарвиновской эволюционной теории.

Из сказанного следует другая важная особенность биологической эволюции на основе существующих механизмов генетической памяти – бремя испытания генетических инноваций ложится не на те особи, которые их «приобрели», а на их потомков. Дело в том, что мутации, возникающие в любых клетках тела (соматические мутации), для обогащения наследственной информации абсолютно несущественны. Значение имеют лишь те мутации, которые происходят в половых клетках. Только последние имеют шанс у наследоваться, перейти в разряд «эволюционно приобретённых» признаков.

С названным обстоятельством глубоко связана биологическая роль особей мужского пола у животных. Половые клетки продуцируются у половозрелых мужчин в огромных количествах. Число зрелых сперматозоидов в одной порции эякулята достигает 200– 300 миллионов. Поскольку эякуляционный акты (извержение спермы) способны происходить тысячи раз, каждый мужчина «потенциально» мог бы стать отцом всего человеческого населения Земли. Сперматозоиды – это самые маленькие клетки организма человека, объём их равен 17 мкм³ (размер яйцеклетки человека гораздо больше и составляет 1,4х 10⁶мкм³). Вся их конструкция содержит лишь компактное ядро с гаплоидным (половинным) набором хромосом, аппарата движения (жгутика) и аппарата растворения оболочки яйцеклетки (акросомы). Из 200 миллионов спермиев половина содержит материнские хромосомы, а другая – отцовские хромосомы данного мужчины. Вся эта армия подвижных клеток нацелена на единственную цель – яйцеклетку (у человека – единственную в буквальном смысле слова). Причин такой избыточности мужских половых клеток много, но главная состоит в том, что именно данные клетки представляют собой первичный материал для изменчивости. Миллионократно размноженные идентичные генетические тексты – это гигантская «ловушка» для мутаций (мишень для мутагенов). Таким образом, генотип как бы «подставляется» мутагенам, и тогда в нём может быть увеличено разнообразие. А увеличение разнообразия, даже если это ошибки, и являет собой шанс для эволюции. Но – только шанс. Добавим, что обнаружено одно важное различие среди сперматозоидов: Y-спермии (мужской геном) называют «зайцами», они более активны, подвижны, но быстрее погибают; Х-спермии называют «черепахами», они, напротив, медлительны, но более живучи. Соответственно, если яйцеклетка готова к оплодотворению, то вероятность её оплодотворения Y-сперматозоидом заметно возрастает. У молодожёнов, часто занимающихся сексом, Y-сперматозоиды постоянно присутствуют в половых путях женщины и оплодотворяют яйцеклетку. Поэтому первые дети после свадьбы – обычно мальчики. Аналогичная ситуация в семьях вернувшихся с фронта солдат.

Напомню, что мужчины и в поведении, и во внешней форме своей как бы шлют «вызов эволюции», активно «взаимодействуя» с механизмами естественного отбора, прямо вступая в борьбу с обстоятельствами.

Взаимообусловленность генной наследственности и функций мозга

Животное рождается с набором очень сложных врождённых программ поведения. Эти программы находятся в определённых отношениях друг с другом – одни более высокого ранга, другие, подчинённые. Их работа, как правило, разделена во времени, хотя часть иерархически высших может включать другие как сменяющие или замещающие друг друга элементы (альтернативные варианты). Но они могут выстраиваться и в упорядоченные цепочки с закономерной последовательностью их активации. В течение своей жизни животное должно менять типы инстинктивных программ. «Не существует таких животных, поведение которых было бы неизменным на протяжении всей жизни С возрастом механизмы поведения меняются». Изменения такие могут быть постепенными, едва заметными, а могут быть скачкообразными. Их могут менять время суток, сезон года или характер окружения. Удивительно, что при этом они не всегда с очевидностью адаптивны.

Но что это значит – родиться с набором врождённых программ поведения, инстинктов?

Поведение как животных, так и человека целесообразно по одному-единственному основанию – выжить! Это достаточно жёсткий критерий, и следовало бы ожидать от инстинктивных программ не меньшей «твердости» проявления. Реально же никакой жёсткости в инстинктах высших позвоночных не наблюдается, а имеет место лишь гибкая форма влечения: «я хочу так» или «мне нужно это».

По мнению А. Н. Северцова – психическая деятельность животных, способствующая накоплению ими жизненного опыта, происходит без изменения их наследственности, то есть при наличии одних и тех же врождённых свойств. В свою очередь, психика, формируемая индивидуальным опытом, представляет собой надстройку над наследственностью. Развивая эту мысль, Ю. Г. Трошихина утверждает:

Мы... убеждены в значении мозга как такового аппарата, который создаётся в эволюции в качестве дополнительного к генетическому аппарату. Если видовой опыт накапливается, фиксируется и передаётся через хромосомный аппарат, то индивидуальный опыт накапливается, сохраняется и перерабатывается другими индивидами посредством работы мозга и связанным с ними эффектов.

Мозг следует рассматривать как второй, дополнительный к геному, резервуар информации, предназначенный для хранения более «короткой», «ситуационной» информации и, что особенно важно, для индивидуальных операций с этой информацией. Попробуем сопоставить два типа памяти, способствующих приспособлению организма.

I. Генный резервуар памяти (видовой и популяционный) – это информация, предающаяся с хромосомами половых клеток отца и матери. Она обеспечивает нас «инструкциями» (программами) построения тела и, соответственно, инструментами для функциональных и поведенческих приспособительных реакций во всех допустимых для животных и человека ситуациях. Такой комплект генетических текстов обеспечивает пределы реагирования организма каждого вида (его «норму реакции»), предлагая сразу готовые решения (направления или цели) выхода из неблагоприятной или новой ситуации и средства выхода. Генная информация является как бы обобщённой; гены являются хотя и закономерно перераспределяемым, но общим «сокровищем», которым обладает весь вид или популяция данного вида. Генетический путь адаптации, являясь самым древним, характерен как для простейших одноклеточных организмов, так и для многоклеточных растений и животных. Генетические тексты специфичны для каждого вида, представляют собой хорошо защищённую филогенетическую память вида, и по этой причине представители разных видов на один и тот же неблагоприятный фактор реагируют заметно по-разному. Реальные приспособительные возможности подобного способа реагирования для каждого отдельного представителя вида достаточно велики и описываются как «модификации». «Недостатки» названного способа реагирования хорошо известны биологам, и они полагают, что генетическое обогащение памяти (филогенетически наследуемое «научение»), широко используется лишь низшими животными. Почему? А) Прежде всего сами эти реакции медленны, что прекрасно видно на примере растений, которые лишены нервной системы. В то время, как нервная система способна невероятно ускорять не только управление действиями организма, а даже осуществлять некоторые соматические, «телесные» модификации у животных. Это не говоря уж, о появившейся вместе с нервной системой и мозгом способности приспосабливаться за счёт поведения. Б) Другая «неприятная» особенность генетической памятнее консервативность, связанная с невероятной трудностью её обогащения и значительной неопределённостью, малой предсказуемостью мутаций генетических текстов, что делает её практически мало пригодной для индивидуальных приспособлений. В связи с этим организмы, не имеющие мозга, могут лишь приспосабливаться к существующим условиям, но не могут прогнозировать будущего.

II. Индивидуальные резервуары памяти (органы центральной нервной системы). Нервная система, а затем и мозг, дали качественно новые возможности приспособления животным, которые в силу своей активной подвижности «только и делают, что меняют условия обитания». Причём подвижность животных в пространстве обитания очень упорядочена, а границы этого пространства задаются поведенческой активностью каждого конкретного животного и контролируются его мозгом. Следует иметь в виду, что благодаря появлению мозга, кроме физического пространства у животных может появиться и принципиально новое пространство существования, а именно – социальная среда.

Органы центральной нервной системы в качестве механизма адаптации открыли обладателям мозга ряд абсолютно новых возможностей:

а) появление быстродействующего «процессора», обрабатывающего информацию, поступающую от разных органов чувств, синтезирующего эту очень разнокачественную информацию и обобщающего её в виде отражённой «картины мира»;

б) появление феномена индивидуальной памяти, а значит, и экстраполяция опыта любой особи в будущее;

в) появление возможности принятия решений и выбора из нескольких возможных в «распознанной» ситуации;

г) появление функции мотиваций и эмоций, то есть создание предпосылки для работы в многоаспектных ситуациях, обеспечивающей условия для внутренней «конкуренции или доминирования» программ поведения;

д) появление возможности управлять собой и влиять на других. Последняя позиция для нас особенно важна, поскольку как

справедливо отметил К. Прибрам: «Важнейшая возможность организма управлять собой – это что-то делать, воздействовать на своё окружение, то есть изменять поведение во внешнем и (или) внутреннем мире».