Кто они — близнецы?
Каждое лето, в первые выходные августа тысячи пар близнецов съезжаются в Твинсбурге, маленьком городке в штате Огайо. Городок этот и назвали в честь его основателей, близнецов, почти двести лет тому назад. В эти дни тут проходит фестиваль Дней Близнецов, трехдневная череда пикников, концертов самодеятельности, конкурсов самых похожих друг на друга близнецов. Праздник этот давно превратился в место, где можно одновременно встретить едва ли не больше всего близнецов на свете.
Братья Дейв и Дон Вольфы из городка Фентона, штат Мичиган, уже много лет приезжают на Дни Близнецов. Как и большинство приехавших сюда близнецов, они с удовольствием проводят время друг с другом. Более того, последние 18 лет пятидесятитрехлетние шоферы провели в кабине своего огромного грузовика, развозя грузы от Сиеттла до Нью Джерси. Один сидит за рулем, второй отсыпается на койке позади своего брата. Оба носят одинаковые дремучие бороды, слушают одну и ту же музыку по радио, придерживаются одинаковых суровых консервативных политических взглядов, любят пожевать одну и ту же еду в дороге, а в свободные дни вместе отправляются на охоту или рыбалку. Такая жизнь их совершенно устраивает. Это все потому что мы близнецы, - говорит Дон.
В один из фестивальных дней братья зашли в палатку, которую поставили тут ФБР и два крупных университетa, Нотр Дам и Университет Западной Виджинии. Тут близнецов фотографируют камерами с высокой разрешающей способностью, снимают у них отпечатки пальцев и сканируют их радужные оболочки: тестируется аппаратура, предназначенная для распознавания личности, и самый трудный тест, который ей можно придумать — это, конечно, испробовать ее на близнецах.
Невооруженным глазом монозиготных близнецов часто не различишь, однако компьютер сумеет заметить крохотные различия в форме и расположении веснушек, пор кожи, изгибе бровей, - объясняет специалист по компьерным системам из университета Нотр Дам Ратрик Флинн. Но имеющиеся сегодня в продаже компьютерные прграммы для распознавания лиц, могут легко ошибиться из-за различий в освещении или даже просто выражении лица, причем они далеки до распознавания обычных людей, а уж отличить одного близнеца от другого им просто не дано.
Из-за косматых бород, которые закрывают братьям Вольф половину лица, компьютерная система совсем с ними не справляется, и это вызывает злорадство обоих. Дeйв говорит: «Я тут спросил одного типа, если бы я совершил преступление, а потом пошел бы домой и побрился, смог бы их компьютер меня узнать? А он мне говорит, мол, пожалуй, нет, и ты уж никаких преступлений лучше не совершай.»
Природа и среда
Кроме Флинна и его коллег близнецами занимаются и другие ученые. С разрешения организаторов праздника, несколько исследовательских групп поставили свои палатки на территории фестиваля. Рядом с палаткой ФБР исследователи механизма вкусовых ощущений дают близнецам попробовать алкоголь из крошечных стаканчиков и просят их порознь описать вкус. Рядом с ними гинекологи из Кливлендкой университетской больницы задают вопросы сестрам-близнецам. Тут же дерматологи из компании Proctor and Gamble интервьюируют близнецов о том, как они предохраняют свою кожу от солнечных ожогов.
Всем этим ученым наблюдения над близнецами могут помочь разобраться в сложных отношениях наследственности и среды. Посколько монозиготные близнецы произошли от одной оплодотворенной яйцеклетки, и у них одинаковые гены, все различия между ними, например, меньше морщин у того близнеца, который берег свою кожу от солнца, могут быть отнесены за счет окружающей среды. С другой стороны, если сравнить разнояйцевых близнецов, у который только примерно половина генов общая, с однояйцевыми, можно вычислить до какой степени на нашу жизнь влияют гены. Так, например, если какое-то заболевание встречается у однояйцевыц близнецов чаще, то, скорее всего, склонность к заболеванию определяется наследственностью. Таким образом, вырисовываются два основных направления исследований: изучение разницы между монозиготными близнецами позволяет определить степень влияния среды на организм, а сравнение пар монозиготных и гетерозиготных близнецов помогает понять как гены и окружающая среда формируют наши личности, поведение и склонности к различным болезням.
В последние годы, однако, ученые пришли к выводу, что кроме сложного взаимодействия генов и окружающей среды на формирование человеческого организма влияет еще и третий фактор. Сравнительно новая наука эпигенетика изучает как и почему «включаются» и «выключаются» гены, как и когда считывается с них информация.
Близнецы по имени Джим
Идея изучать влияние наследственности и среды на примере близнецов принадлежит английскому ученому Френсису Гальтону, и он же первым в 1875 году употребил выражение nature and nurture (природа и среда). В конце прошлого века было опубликовано исследование о нескольких парах близнецов, разлученных в младенчестве.
Самая известная история о разлученных близнецах — это история о двух братьях, рожденных в городке Пикуа, в штате Огайо в 1939 году. Джим Спрингер и Джим Льюис были усыновлены сразу после рождения двумя разными семьями, и получили одно и то же имя. Когда братья наконец встретились в возрасте 39 лет в 1979 году, они были поражены тем, насколько схожими оказались не тоько они сами, но и их жизни. Оба брата были ростом в 6 футов и весили 180 фунтов. В детстве у обоих были собаки по имени Игрушка, оба проводили каникулы в одном и том же месте во Флориде. Оба были женаты на женщинах по имени Линда, оба развелись и женились вторично. Обеих вторых жен звали Бетти. У каждого было по сыну по имени Джеймс Аллан, оба служили шерифами в городках, где они жили, оба любили что-нибудь мастерить дома, страдали сильными головными болями, курили сигареты одной марки и пили одно и то же пиво. Они, правда, носили разные прически: у Джима Спрингера волосы спадали на лоб, а Джим Льюис зачесывал их назад, но зато у них были одинаковые улыбки и совершенно неразличимые голоса. Оба признались, что имели привычку оставлять жене любовные записки, уходя на работу.
Томас Бушар, психолог из Миннесотского университета, пригласил обоих Джимов к себе в лаборатории как только он узнал об их существовании. Близнецов подвергли серии тестов, в которых подтвердилось их удивительное сходство. «Помнится, я сидел за письменным столом, когда, они вошли, - вспоминает Бушар — и я обратил внимание на то, что у обоих были обкусаны ногти. Ни один психолог про это не спросит, а вот, пожалуйста, факты прямо перед тобой.» Позже, скептики утверждали, что многие общие черты двух братьев могли быть объяснены простым совпадением, однако, Ненси Сигал, профессор психологии Университета Штата Калифорния в Фуллертоне, подтверждает необыкновенное сходство братьев во всем. “Я увидела их примерно через год после того как они встретились друг с другом, - вспоминает Сигал, которая присоединилась к группе Бушара в 1982 году, - у них были разные прически, но я все равно не могла запомнить кто из них был кто».
К тому времени исследователям стало известно и о других парах близнецов, которые были разлучены в младенчестве и воссоединены во взрослом возрасте. За два десятилетия 137 пар близнецов посетили лабораторию Бушара, чтобы принать участие в том, что стало называться Миннесотское исследование выращенных порознь близнецов.
У близнецов сравнивались словарный запас, зрительная память, математические способности, пространственное воображение, функции легких и сердца, электроэнцефалограммы. Сравнивались результаты многочисленных психологических тестов. В общей сложности, каждому из них задавали около 15 000 вопросов. «Мы старались узнать о них абсолютно все», - говорит Бушар.
Вооружившись огромным количеством данных, Бушар, Сигал и их коллеги принялись распутывать самые запутанные тайны человеческой природы. Почему некоторые люди всегда веселы, а некоторым всегда грустно? Как вышло, что кто-то получился общительным, а кто-то застенчивым? Откуда, собственно, берутся умственные способности? Данные подвергли статистическому анализу, главным в котором стало исследование коэффициента наследуемости. В общих чертах, наследуемость измеряет насколько разница по тому или иному признаку между членами популяции может быть объяснена разницей в их генах. Сравнивая разброс в данных между монозиготными близнецами, у которых гены одинаковые, и гетерозиготными близнецами, которые разнятся половиной своих генов, можно вычислить коэффициент наследуемости, который показывает, насколько изучаемый признак зависит от наследственности. Например, коэффициент роста для человека -0.8, это значит, что на 80% рост человека зависит от того, какие он получил гены, а на 20% от того, где он родился, вырос, как питался и так далее.
Рассмотрев данные об умственных способностях, исследователи пришли к неожиданным выводам. У людей, принадлежащих одной и той же культуре, разница в IQ обуславливалась наследственностью в гораздо большей степени, чем воспитанием и образованием. Используя данные четырех разных тестов, ученые установили, что коэффициент наследуемости умственных способностей равен 0.75. Эти данные противоречили принятой многими учеными теории о том, что наш мозг — это пустая страница, и все, что на ней написано, появляется в результате жизненного опыта. Многим вспомнилась и печально известная евгеника, течение, популярное в Европе и Америке в начале ХХ века и имевшее цель «улучшить» человеческий род селекцией наподобие селекции, применяемой в сельском хозяйстве. Наиболее леворадикально настроенные университетские группировки серьезно пытались меня уволить, - вспоминает Бушар.
Ученые пытались установить, насколько воспитание в семье влияет на коэффициент интеллекта. При сравнении идентичных близнецов, выращенных в одной и той же семье, с выращенными в разных семьях, они обнаружили, что IQ у близнецов оказался очень схожий, независимо от того, где они выросли. Бушар с коллегами, однако, не преминули проявить осторожность и заметить, что правильное воспитание, несомненно, помогает интеллекту ребенка достичь своего полного потенциала. Коэффициент наследуемости умственных способностей оказался равным 0.75: три четверти от природы, четверть от воспитания.
Кроме Миннесотского проекта, который закончился в 200 году, близнецами занимались и другие исследовательские группы. Одна из них, например, установила, что монозиготный близнец сидящего в тюрьме преступника имеет в полтора раза больше шансов угодить в тюрьму, чем гетерозиготный близнец. Это помогло ученым сделать вывод о том, что склонность к нарушению закона тоже наследуется. Впрочем, возможно, что наследуются уже упомянутые выше умственные способности, и близнецы поглупее чаще попадаются (прим. переводчика). В другом исследовании продемонстрировались генетические корни глубокой религиозности. Выбор религии, однако, совершенно не зависел от наследственности: склонность, скажем, стать католиком или протестантом зависела исключительно от воспитания. Везде, куда бы не упал взор ученых, виднелся след генов, формирующих наши жизни.
Разлучены сразу после рождения
В Канаде живут две супружеские пары, для которых вопрос о том, как ДНК определяет наше поведение, оказался не теоретическим. С 2000 года они воспитывают двух идентичных сестер-близнецов на расстоянии 275 миль друг от друга. Линетт и Майк Шоу встретились с Аллисон и Кирком МакЛеод, когда они, пользуясь услугами одного и того же агентства, отправились в Китай, чтобы удочерить там новорожденную девочку. Когда они увидели шестимесячных младенцев, они сразу поняли, что девочки -родные сестры, но администрация детского дома не разрешила обеим девочкам попасть в одну и ту же семью, и две канадские пары решили растить их, не теряя контакта друг с другом.
Семья Шоу стала нам как бы дополнительными родственниками, - говорит Кирк. Мы стараемся проводить как можно больше времени вместе.
Каждые полтора-две месяца семьи навещают друг друга. Как только автомобиль МакЛеодов останавливается у дома Шоу, Лили вихрем вылетает из машины и устремляется прямо в объятия своей сестры Джиллиан. Разительное сходство двенадцатилетних сестер бросается в глаза. Семьи Шоу и МакЛеодов знают, что таких случаев, когда знакомые две семьи порознь растят близнецов, очень немного, в основном, как и в их случае, это семьи, усыновившие детей из детдомов в Азии. Обе девочки, однако, относятся к своему уникальному положению очень спокойно. «Не то, чтобы нмне это все не нравилось, но и особого восторга тоже не вызывает, - говорит двенадцатилетняя Лили, - вот, если бы мы жили поближе друг к другу, можно было бы оставаться в гостях у сестры и на ночь. Да, было бы здорово, - соглашается Джиллиан.
Поскольку семьи не теряли контакта, они смогли сравнивать развитие обеих девочек. В возрасте 14 месяцев они обе сделали свои первые шаги. У них были одинаковые дефекты молочных зубов, обеим пришлось некоторое время поносить очки из-за косоглазия. Обе в раннем детстве отличались боевым характером. С возрастом Лили проявила больше способностей к искусству, в то время как Джиллиан, очевидно, под влиянием других детей из сеньи Шоу, Хезер и Эрика, увлеклась спортом. «Но зато потом Лили как вышла на беговую дорожку, и как пробежала стометровку, - говорит Кирк, -и заставила нас призадуматься насчет природы и среды». Вопрос взаимодействия наследственности и воспитания занимает умы родителей в обеих семьях. «Мне кажется, что как родители, мы влияем на своего ребенка, - говорит Аллисон, - а потом я смотрю, у Лили меняется выражение лица, совершенно как у Джиллиан, и становится даже страшновато».
Третья составляющая
Пример сестер Лили и Джиллиан показывает как сильно гены влияют на наше развитие. Однако, есть и обратный пример. Два брата-близнеца в Мериленде растут в одной семье, но получились они очень и очень разными. Что же это такое, что сумело пересилить влияние и наследственноти и среды? “Сегодня на большой перемене я видел облако cumulus congestus, - говорит Сэм, пока он поджидает из школы своего брата Джона, - Очень большое. А потом оно распалось на nimbostratus». Шестилетний Сэм звучит как профессор метерологии. Его мама сообщила, что облака — это его последнее увлечение. А до них он интересовался поездами, космосом и картами. В поледнее время он читает детскую энциклопедию, всю подряд, собирая факты, по выражению его мамы, как белка орехи.
Оба близнеца учатся в первом классе, но в разных школах, потому что Джону нужна специальная программа. Когда школьный автобус останавливается возле дома и выпускает Джона, Сэм обнимает брата. Джон смеется в ответ, но не говорит ни слова. Когда Сэм выпускает его из объятий, Джон идет к своему ящику с игрушками, в возбуждении всплескивая руками. Он находится в своем собственном закрытом для других мире.
Обоим мальчика в возрасте около двух лет был поставлен диагноз: аутизм. Болезнь Джона куда заметнее: он не может говорить, его руки находятся в постоянном движении и он избегает смотреть людям в глаза. Сэму тяжело общаться с другими людьми. Нет ничего удивительного в том, что оба монозиготных близнеца страдают одной и той же болезнью: если у одного из близнецов обнаружен аутизм, то шансы, что тот же диагноз будет поставлен и второму, равны 70%.
Никто пока не знает, что вызывает аутизм, поражающий примерно один процент новорожденных. Есть данные, что наследственность играет тут какую-то, пока не слишком понятную, роль, многие специалисты считают, что главная роль тут отведена каким-то, неизвестным нам пока, факторам окружающей среды. Исследование близнецов в Калифорнии показало, что если среда и влияет на возникновение аутизма, это должно произойти во время внутриутробного развития и в первый год жизни ребенка.
Родители Джона предполагают, что нечто подобное могло случиться и с ним. Джон родился с пороком сердца и в возрасте трех с половиной месяцев перенес тяжелую операцию, а потом проходил курсы сильных антибиотиков. «Первые полгода жизни у Джона были совершенно другими, чем у Сэма,- говорит их отец.
Вскоре после того, как близнецам был поставлен диагноз, родители записали их для участия в программе исследовательского института в Балтиморе. Их кровь была также отправлена на анализ в лабораторию эпигенетики при Университете Джона Хопкинса. Эпигенетика изучает как происходит превращение генетической информации, записанной в ДНК, в собственно наши тела, как «включаются» и «выключаются» гены, формируя из одной-единственной клетки целый человеческий организм, которые потом будет расти и стареть. Если представить себе нашу ДНК как клавиатуру, а гены как клавиши, то можно сказать, что эпигенетика изучает музыку, написанную для нашего индивидуального фортепьяно.
Подход к проблеме взаимодействия генов и среды с точки зрения эпигенетики помог нам более ясно представить себе как именно факторы среды влияют на гены. Эксперименты на крысах показали, что стресс, испытываемый крысой во время беременности, может повлиять на плод и вызвать аномалии в поведении у новорожденный крысят. Самые различные факторы могут вызвать неполадки в процессе формирования нового организма. Но в общем, нормальный эпигенетический процесс -это тот, в результате которого неспециализированные клетки эмбриона превращаются в клетки лечких, печени, сердца, формируют органы.
«Во время беременности каждая клетка получает каскад эпигенетический команд , и это заставляет работать одни гены и не работать другие и вызывает формирование высокоспециализированных тканей» - говорит директор Центра Эпигенетики Университета Джона Хопкинса Эндрью Файнберг. Файнгберг изучает метилирование, процесс изменения ДНК, который может затруднять считывание информации ДНК и «закрывать» производство белка, закодированного метелированным фрагментом. Чтобы понять, как при одних и тех же генах могут родиться дети с разными формами аутизма, группа Файнберга изучает ДНК близнецов с аутизмом, ищет на ней эпигенетические «метки», участки с ДНК, на которых метилирование изменило считывание генов.
Исследователи надеются найти несовпадающие метилированные участки на ДНК Джона и Сэма и разобраться в том, что же эти участки кодируют. Это должно по идее приблизить их к пониманию того, почему братья получились такими разными, почему такие разные мелодии были проиганы на одной и той же клавиатуре. Директор лаборатории эпигенетики Торонтского Центра Психиатрии Артурас Петронис считает такой подход к проблеме многообещающим. Исследователям давно уже известно, что сложные психиатрические заболевание, вроде аутизма, передаются по наследству. Но самое тщательное исследование последовательности ДНК у близнецов с разными формами аутизма, как у Сэма и Джона, не помогло понять, почему они получились такие разные. За тридцать лет существования молекулярной генетики мы сумели разобраться в двух-трех процентах вопросов о том, как наследуются психиатрические заболевания. Пока что министерство здравоохранения США выделило 185 миллионов долларов на исследования в области эпигaнaтики.
И Файнберг и Петронис признают, что эпигенетике предстоит еще очень много работы. Ученые пока совсем слабо представляют себе эпигенетическую регуляцию сложных болезней вроде аутизма. Правда, понемногу становится ясно, что в то время как наши гены нельзя изменить никак, эпигенетический процесс может быть изменен. Гены, «прикрытые» метилированием, могут быть «открыты» для прочтения, по крайней мере, в принципе. Вполне может быть, что с годами ученые научатся регулировать эпигенетический процесс и, таким обрaзом, лечить многие болезни.
Карандашом и чернилами
Тем временем Дни Близнецов продолжаются. Генетик Даниэль Рид стоит у палатки исследовательского центра Монелл и призывает близнецов записаться на участие в ее проекте. «Когда смотришь на близнецов, -говорит она,- становится совершенно ясно, что очень многими чертами они обязаны наследственности. Но также ясно и то, что у всех близнецов имеются различия. С моей точки зрения, ключ к этим различиям лежит в эпигенетике.» "Рид высоко ценит заслуги Бушара в исследовании близнецов. «Он был первопроходцем. Подумайте, ведь еще 50 лет тому назад считалось, что алкоголизм или стенокардия вызываются исключительно образом жизни больного. Совсем недавно еще думали, что шизофрения — это результат тяжелого детства. Исследования близнецов более ясно позволили нам понять, с чем мы родились, а что нам уже дано при жизни".
Рид считает, что новейшие исследования в эпигенетике позволили нам поближе подойти к пониманию взаимодействия наследственности и среды. «Что-то мать Природа пишет карандашом, а что-то чернилами. Что написано пером, уже не изменишь, а написаное карандашом можно еще стереть и переписать. Карандашными записями Природы и занимается эпигенетика.» Шестилетние братья Сэм и Джон пока что не знают, чем наука сможет им помочь. Джон недавно начал говорить, к восторгу своих родителей. Сэм же зачитался древнегреческими мифами и, прочтя миф об Икаре, попытался немножко полетать со спинки дивана. В результате он сломал руку и заодно увлекся ортопедией. У каждого мальчишки свои собственные полеты.
Метки: биология • интересно • люди • познавательно • родственники • сравнение • статья • увлекательно • фото • Фотографии • человек
