Гени впливають на нашу поведінку, але їхня влада не безмежна
Добре відомо, що поведінка багато в чому залежить від генів, хоча про суворий детермінізм у більшості випадків говорити не доводиться. Генотип визначає не поведінка як така, а скоріше загальне принципи побудови нейронних контурів, відповідальних за обробку інформації і прийняття рішень, причому ці «обчислювальні пристрої» здатні до навчання і постійно перебудовуються протягом життя.
Відсутність чіткої та однозначної відповідності між генами та поведінкою зовсім не суперечить тому факту, що певні мутації можуть змінювати поведінку цілком певним чином. Проте пам'ятаймо, кожна поведінкова ознака визначається не одним-двома, а величезною безліччю генів, які працюють узгоджено. Наприклад, якщо виявляється, що мутація в якомусь гені призводить до втрати дару мови, це не означає, що «науковці відкрили ген мови». Це означає, що вони відкрили ген, який поруч із безліччю інших генів необхідний для нормального розвитку нейронних структур, завдяки яким людина може навчитися розмовляти.
Це коло тем становить предмет генетики поведінки. У оглядових статтях, опублікованих в останньому номері журналу Science, наведено низку яскравих прикладів того, як зміни окремих генів можуть радикально змінювати поведінку. Наприклад, ще в 1991 році було показано, що якщо пересадити невеликий фрагмент гена period від мухи Drosophila simulans іншому виду мух (D. melanogaster), трансгенні самці другого виду починають під час залицяння виконувати шлюбну пісеньку D. simulans.
Інший приклад - ген for, від якого залежить активність пошуку їжі у комах. Ген було вперше знайдено у дрозофіли: мухи з одним варіантом цього гена шукають корм активніше, ніж носії іншого варіанту. Той самий ген, як з'ясувалося, регулює харчова поведінка бджіл. Правда, тут вже відіграють роль не відмінності в структурі гена, а активність його роботи: у бджіл, що збирають нектар, ген працює активніше, ніж у тих, хто піклується про молодь у вулику. Як вийшло, що той самий ген подібним чином впливає поведінка в таких різних комах, мають зовсім різний рівень інтелектуального розвитку? Чіткої відповіді на це питання поки що немає.
Ефект Болдуїна: навчання спрямовує еволюцію
Взаємини між генами та поведінкою зовсім не вичерпуються односпрямованим впливом перших на друге. Поведінка теж може проводити гени, причому цей вплив простежується як і еволюційному масштабі часу, і протягом життя окремого організму.
Поведінка, що змінилася, може вести до зміни факторів відбору і, відповідно, до нового напрямку еволюційного розвитку. Дане явище відоме як "ефект Болдуїна" (Baldwin effect) - на ім'я американського психолога Джеймса Болдуїна, який вперше висунув цю гіпотезу в 1896 році. Наприклад, якщо з'явився новий хижак, від якого можна врятуватися, залізши на дерево, жертви можуть навчитися залазити на дерева, не маючи до цього вродженої (інстинктивної) схильності. Спочатку кожна особина вчитиметься новій поведінці протягом життя. Якщо це буде продовжуватися досить довго, ті особи, які швидше вчаться залазити на дерева або роблять це спритніше через якісь вроджені варіації в будові тіла (трохи чіпкіші лапи, пазурі тощо), отримають селективну перевагу, то їсти залишатимуть більше нащадків. Отже, почнеться відбір на здатність залазити на дерева та на вміння швидко цьому навчатися. Так поведінкова ознака, що спочатку з'являлася щоразу заново в результаті прижиттєвого навчання, згодом може стати інстинктивною (вродженою) — поведінка, що змінилася, буде «вписана» в генотип. Лапи при цьому теж, швидше за все, стануть чіпкішими.
Інший приклад: поширення мутації, що дозволяє дорослим людям перетравлювати молочний цукор лактозу, відбулося в тих людських популяціях, де узвичаїлося молочне тваринництво. Змінилася поведінка (люди стали доїти корів, кобил, овець чи кіз) — і в результаті змінився генотип (розвинулася спадкова здатність засвоювати молоко у віці).
Ефект Болдуїна поверхово схожий з ламарківським механізмом успадкування набутих ознак (результатів вправи або невправи органів), але діє він цілком по-дарвінівськи: через зміну вектора природного відбору.
Інший приклад - ген for, від якого залежить активність пошуку їжі у комах. Ген було вперше знайдено у дрозофіли: мухи з одним варіантом цього гена шукають корм активніше, ніж носії іншого варіанту. Той самий ген, як з'ясувалося, регулює харчова поведінка бджіл. Правда, тут вже відіграють роль не відмінності в структурі гена, а активність його роботи: у бджіл, що збирають нектар, ген працює активніше, ніж у тих, хто піклується про молодь у вулику. Як вийшло, що той самий ген подібним чином впливає поведінка в таких різних комах, мають зовсім різний рівень інтелектуального розвитку? Чіткої відповіді на це питання поки що немає.
Ефект Болдуїна: навчання спрямовує еволюцію
Взаємини між генами та поведінкою зовсім не вичерпуються односпрямованим впливом перших на друге. Поведінка теж може проводити гени, причому цей вплив простежується як і еволюційному масштабі часу, і протягом життя окремого організму.
Поведінка, що змінилася, може вести до зміни факторів відбору і, відповідно, до нового напрямку еволюційного розвитку. Дане явище відоме як "ефект Болдуїна" (Baldwin effect) - на ім'я американського психолога Джеймса Болдуїна, який вперше висунув цю гіпотезу в 1896 році. Наприклад, якщо з'явився новий хижак, від якого можна врятуватися, залізши на дерево, жертви можуть навчитися залазити на дерева, не маючи до цього вродженої (інстинктивної) схильності. Спочатку кожна особина вчитиметься новій поведінці протягом життя. Якщо це буде продовжуватися досить довго, ті особи, які швидше вчаться залазити на дерева або роблять це спритніше через якісь вроджені варіації в будові тіла (трохи чіпкіші лапи, пазурі тощо), отримають селективну перевагу, то їсти залишатимуть більше нащадків. Отже, почнеться відбір на здатність залазити на дерева та на вміння швидко цьому навчатися. Так поведінкова ознака, що спочатку з'являлася щоразу заново в результаті прижиттєвого навчання, згодом може стати інстинктивною (вродженою) — поведінка, що змінилася, буде «вписана» в генотип. Лапи при цьому теж, швидше за все, стануть чіпкішими.
Інший приклад: поширення мутації, що дозволяє дорослим людям перетравлювати молочний цукор лактозу, відбулося в тих людських популяціях, де узвичаїлося молочне тваринництво. Змінилася поведінка (люди стали доїти корів, кобил, овець чи кіз) — і в результаті змінився генотип (розвинулася спадкова здатність засвоювати молоко у віці).
Ефект Болдуїна поверхово схожий з ламарківським механізмом успадкування набутих ознак (результатів вправи або невправи органів), але діє він цілком по-дарвінівськи: через зміну вектора природного відбору.
Цей механізм дуже важливий для розуміння еволюції. Наприклад, з нього випливає, що зі зростанням здатності до навчання еволюція виглядатиме все більш «цілеспрямованою» і «осмисленою». Він також дозволяє передбачити, що у розвитку інтелекту може виникнути позитивний зворотний зв'язок: що вища здатність до навчання, то вища ймовірність, що почнеться відбір ще більшу здатність до навчання.Соціальна поведінка впливає на роботу генів
Коли самець зебрової амадини (Taeniopygia guttata) — птахи з сімейства ткачикових — чує пісню іншого самця, у певній ділянці слухової області переднього мозку починає експресуватися (працювати) ген egr1. Цього не відбувається, коли птах чує окремі тони, білий шум чи будь-які інші звуки – це специфічна молекулярна відповідь на соціально значиму інформацію.
Пісні незнайомих самців викликають сильнішу молекулярно-генетичну відповідь, ніж щебет старих знайомців. Крім того, якщо самець бачить інших птахів свого виду (що не співають), активація гена egr1 у відповідь на звук чужої пісні виявляється більш вираженою, ніж коли він сидить на самоті. Виходить, що один тип соціально-значущої інформації (присутність родичів) модулює реакцію на інший тип (звук чужої пісні). Інші соціально-значущі зовнішні сигнали призводять до активації гена egr1 інших ділянках мозку.
Білок, що кодується геном egr1, є транскрипційним фактором, тобто регулятор активності інших генів. Характерною особливістю цього гена є те, що для його включення досить короткочасного зовнішнього впливу (наприклад, одного звукового сигналу), і включення відбувається дуже швидко - рахунок часу йде на хвилини. Інша його особливість у цьому, що може надавати негайне і дуже сильний вплив працювати багатьох інших генів.
Це явище вивчають зокрема на бджолах. Вік, у якому робоча бджола перестає доглядати молодь і починає літати за нектаром і пилком, частково зумовлений генетично, частково залежить від ситуації у колективі (див.: Виявлено ген, регулюючий поділ праці бджіл, «Елементи», 13.03.2007). Якщо сім'ї не вистачає «добувачів», молоді бджоли визначають це зниження концентрації феромонів, виділених старшими бджолами, і можуть перейти до збирання харчування в молодшому віці. З'ясувалося, що ці запахові сигнали змінюють експресію багатьох сотень генів у бджолиному мозку, і особливо сильно впливають на гени, що кодують транскрипційні фактори.
Взаємини з родичами можуть призводити і до довгострокових стійких змін експресії генів у мозку, причому ці зміни можуть навіть передаватися з покоління в покоління, тобто успадковуватись майже зовсім «по Ламарку». Дане явище засноване на епігенетичних модифікаціях ДНК, наприклад, на метилюванні промоторів, що призводить до тривалої зміни експресії генів. Тобто, генетика багато що визначає, але найбільше визначає те, що ти вивчаєшь, як, з ким, як тривало і що завтосовуєшь на практиці.
