Мы - это наш мозг. От матки до Альцгеймера - Свааб Дик Франс (книги онлайн читать бесплатно TXT) 📗

XXI.2. Эволюция мозга XXL 2 Эволюция мозга Мы, люди, существуем, потому что некая странная группа рыб отличалась своеобразной анатомией плавников, которые превратились в ноги назем¬ ных животных; потому что земля никогда полно¬ стью не замерзала в ледниковый период; потому что малочисленному и неприметному виду живот¬ ных, возникшему в Африке четверть миллиона лет назад, удалось каким-то образом выжить. Возмож¬ но, мы и хотели бы услышать внеземное объясне¬ ние всего этого — но такового не существует. Стивен Джей Гулд (1941-2002) Наша отличительная особенность — фантастический мозг весом 1,5 кг, состоящий из примерно 100 миллиардов клеток, нейронов. Это в 15 раз превышает население земного шара. Каждая клетка мозга находится в контакте с 10 000 других мозговых клеток посредством высоко специализированных контактов — синапсов. Наш мозг содержит 100 000 км нерв¬ ных волокон. Тем не менее основные свойства нервных кле¬ ток: принимать, направлять, обрабатывать и посылать им¬ пульсы — сами по себе не специфичны для нервной ткани. В принципе эти свойства также присущи и многим другим видам ткани живых организмов, даже одноклеточных. Это относится и к рудиментарным формам памяти и внимания. Но, как писал уже профессор К. У. Ариенс Капперс (1930), первый директор Института мозга в Амстердаме, нервная сис¬ тема, дифференцировавшаяся в ходе эволюции, значительно улучшила все эти функции. В то время как скорость переда¬ чи раздражения в других тканях, не принадлежащих к нерв¬ ной системе, редко выходит за пределы 0,1 см/с, простей¬ шая нервная клетка передает такой импульс со скоростью 0,1-0,5 м/с. Как показал профессор Капперс, наши нервные 497

XXI. Эволюция клетки могут передавать импульсы даже со скоростью 100 м/с. И это только одно из особых свойств нервных клеток, давшее громадное эволюционное преимущество. Губки, самые примитивные животные, имеют лишь не¬ сколько видов клеток; у них нет ни специализированных органов, ни настоящей нервной системы. Но имеются пред¬ шественники нервных клеток, и в их ДНК присутствует поч¬ ти полный комплект генов для построения белков на воспри¬ нимающей части синаптического контакта между нервными клетками (на постсинаптической мембране). Так в ходе эво¬ люции, при всего лишь нескольких модификациях могла возникнуть совершенно новая функция передачи химиче¬ ских нейротрансмитгеров. Примитивная нервная клетка возникла 650-543 миллио¬ на лет назад, в прекамбрии. Кишечнополостные уже тогда обладали диффузной нервной системой с настоящими ней¬ ронами и синапсами. С самого начала эти нервные клетки использовали химические нейротрансмиттеры, постепенную молекулярную эволюцию которых можно проследить вплоть до близкородственных им химических нейротрансмиттеров нашего мозга. Излюбленным кишечнополостным при иссле¬ дованиях является крошечный пресноводный полип гидра (hydra), состоящий всего из 100 000 клеток. У гидры уже имеют¬ ся уплотнения нервной системы в голове и в подошве, что может рассматриваться как первое эволюционное образова¬ ние для возникновения головного и спинного мозга. В нерв¬ ной системе гидры присутствует химический нейротранс- митгер, напоминающий и наш вазопрессин, и наш окситоцин. Этот маленький белок, вырабатываемый нервными клетка¬ ми как химический нейротрансмиттер, называют нейропепти¬ дом. У позвоночных животных ген этого нейропептида снача¬ ла удвоился, а затем в двух местах изменился. Так возникли два близких друг к другу, однако специализированных, нейро¬ пептида, вазопрессин и окситоцин, которые, среди прочих, 498

XXI.2. Эволюция мозга лишь недавно стали предметом особого интереса как важ¬ нейшие нейротрансмиттеры нашего социального мозга (см. II.3, Х.2). В соответствии с местом, где они вырабатываются, выделяются, и местом, где принимаются их сообщения, эти два нейротрансмиттера могут быть задействованы также в функции почек (см. VI. 1), при родах и лактации (см. II.2, 3), ритмах дня и ночи (см. XXI.4), стрессе, влюбленности (см. V.3), эрекции (см. V.4), доверии, боли и ожирении (см. VI.5). В ра¬ ботах по Гидра-пептид-проекту в 2001 году уже было выделено 823 пептида и получены их химические характеристики. Среди них были также нейропептиды, которые затем были впервые найдены у позвоночных животных; пептид, активи¬ рующий образование головы гидры, был найден также в гипота¬ ламусе, в плаценте и в опухолях мозга у человека. Химическое родство различных видов животных чрезвычайно велико. Первая в ходе эволюции группа нервных клеток в голове, которую можно охарактеризовать как начало головного моз¬ га, головной ганглий, имеется у плоских червей. Постепен¬ ные, небольшие структурные и молекулярные изменения в процессе эволюции мозга ясно показывают, что нам следует весьма условно относиться к часто провозглашаемому уни¬ кальному месту человека в животном мире. Дарвин уже вы¬ сказал это в книге The Descent of Man and Selection in Relation to Sex (Происхождение человека и половой отбор] (1871): «Я думаю, что никто не сомневается в том, что значительно большая величина мозга человека по отношению к величине его тела, в сравнении с гориллой и орашутаном, непосредственно связана с его более высокими умственными способностями. <.. .> С другой стороны, никто не думает, что интеллект двух животных или двух людей можно точно определить, измерив объем их черепа». Совершенно точно: величина нашего моз¬ га очень важный, но, конечно, не единственный фактор, опре¬ деляющий наши умственные способности. Небольшие моле¬ кулярные различия также имеют большие последствия. 499

XXI. Эволюция XXI.3 Молекулярная эволюция Как было возможно, что не то чтобы черес¬ чур умный сын состоятельных родителей в конце концов изложил идею, самую важ¬ ную из всех, какие мы когда-либо знали? Мидас Деккере о Чарлзе Дарвине, газета De Volkskrant, 2 января 2010 Движение Intelligent Design (ID) [Разумный замысел] в последние годы предпринимает, в том числе и в Нидерландах, судорож¬ ные и явно безуспешные попытки демонтировать теорию эволюции Дарвина. Отрицание существования эволюции, безусловно, законом не запрещается, однако публичное отри¬ цание имеющихся научных данных, чем постоянно занима¬ ется Разумный замысел, ясно показывает наличие двух разных мерок: поношение Бога в Нидерландах всё еще противозакон¬ но, но поношение Дарвина не возбраняется. Частью ID-кампа¬ нии стало отрицание громадного вклада молекулярной биоло¬ гии в наше понимание эволюции. Так, в книге Кееса Деккера о Разумном замысле (2005) профессор-натуралист Ари ван ден Бёкел говорит: «Неоднократно предполагали, что успехи моле¬ кулярной биологии за последние десятилетия обеспечат ре¬ шительную поддержку дарвиновской теории. Ничто не может быть дальше от истины». Я хотел бы на нескольких примерах показать, сколь абсурдным является это самоуверенное утверж¬ дение приверженца ID-движения. Почти невозможно представить, что Дарвин еще в 1859 году, не располагая молекулярными знаниями нашего времени, писал, что начало всякой жизни — единая первоформа, по¬ тому что все живые ткани химически почти полностью подоб¬ ны друг другу. С тех пор молекулярная биология поставила эту визионерскую идею на прочный фундамент. Эволюция ДНК, например, привела к: 1) постепенным молекулярным из¬ 500

XXI.3. Молекулярная эволюция менениям в генах, кодирующих образование белков; 2) удвое¬ нию генов и формированию из них новых функциональных генов; 3) исчезновению генов и 4) эволюционным изменениям в некодирующих белки частях, РНК, выполняющих важные регулирующие функции в клетке. Молекулярные исследова¬ ния постоянно обогащают нас новыми знаниями и идеями относительно пути, по которому шла эволюция, и о том, поче¬ му она проходила именно так, а не иначе. То же относится к генам, имеющим отношение к нервной системе. Значитель¬ ное молекулярное соответствие нервной системы червей, насекомых и позвоночных, от рыб до человека, говорит о том, что все они должны были иметь одного общего предка, жив¬ шего 600 миллионов лет назад. Щетинковый червь (Platynereis dumerilii) длиной в несколько сантиметров — живое иско¬ паемое. Его эмбриональное развитие следует той же молеку¬ лярной программе, что и ранняя стадия развития млекопи¬ тающих, в том числе и человека. Дарвин, конечно же, оценил бы молекулярное исследо¬ вание ДНК митохондрий знаменитых земляных вьюрков, которых он встретил на Галапагосских островах во время своего плавания на Бигле. Исследования подтвердили, что все 13 видов вьюрков произошли от одного предка, как и пред¬ положил Дарвин. Этот предок 2,3 миллиона лет назад мигри¬ ровал из южноамериканского континента на Галапагосские острова. Идея Дарвина о том, что предков человека нужно было бы искать в Африке, получила поддержку со стороны молекулярной биологии: как материнская митохондриальная ДНК, так и отцовская Y-хромосомальная ДНК ведут в Африку. Подтвердились также идеи Дарвина о волнах миграции че¬ ловека из Африки и континентальной миграции в Европу и Китай. Теперь уже ясно, что из Африки были две волны ми¬ грации человека. Первая, миграция Homo erectus, 2-1,6 мил¬ лиона лет назад и вторая, миграция современного человека, Homo sapiens, 50 000-60 000 лет назад. Незначительные от¬ 501