Реферати українською » Биология и химия » Гени управляють поведінкою, а поведінка — генами


Реферат Гени управляють поведінкою, а поведінка — генами

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Олександр Марков

Журнал Science опублікував серію оглядових і теоретичних статей, присвячених взаємозв'язку генів та правильної поведінки. Останні дані генетики і нейробіології свідчить про складність і неоднозначність цієї взаємозв'язку. Гени впливають навіть у такі складні аспекти людської поведінки, як сімейні стосунки і громадські відносини й політична діяльність. Проте й зворотне вплив поведінки працювати генів та його еволюцію.

Гени впливають нашу поведінка, та їх влада безмежна

Відомо, поведінка великою мірою залежить від генів, хоча про суворому детермінізмі здебільшого годі й казати. Генотип визначає не поведінка як такий, а скоріш загальне принципи побудови нейронних контурів, відповідальних за обробку котра надходить інформації та прийняття рішень, причому ці «обчислювальні устрою» здатні до навчання і постійно перебудовуються протягом. Відсутність чіткого і однозначного відповідності між генами і поведінкою зовсім не від суперечить тому факту, що існують певні мутації можуть змінювати поведінка цілком належним чином. Але потрібно пам'ятати, кожен поведінковий ознака визначається не одним-двома, а величезним безліччю генів, працюючих узгоджено. Наприклад, якщо можна знайти, що мутація у якомусь гені призводить до втрати дару промови, це отже, що «вчені відкрили ген промови». Це означає, що вони відкрили ген, що поряд із безліччю інших генів необхідний розвитку нейронних структур, внаслідок чого то вона може навчитися розмовляти.

Цей коло тим є предметом генетики поведінки. У оглядових статтях, опублікованих у останньому числі журналу Science, наведено ряд яскравих прикладів того, як окремих генів можуть радикально змінювати поведінка. Наприклад, ще 1991 року засвідчили, що, якщо пересадити невеличкий 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 активність пошуку їжі у комах. Ген уперше знайдено у дрозофіли: мухи з однією варіантом цього гена шукають корм активніше, ніж носії іншого варіанта. Та сама ген, з'ясувалося, регулює харчове поведінка бджіл. Щоправда, то грають роль не розбіжності у структурі гена, а активність його роботи (див. нижче): в бджіл, збирають нектар, ген for працює активніше, ніж у, хто піклується про молоді в вулику. Як так вийшло, що хоча б ген аналогічно впливає поведінку в дуже різних комах, мають цілком різний рівень інтелектуального розвитку? Чіткої відповіді це питання немає. Нижче ми зіштовхнемося і коїться з іншими прикладами дивного еволюційного консерватизму (стійкості, незмінності) молекулярних механізмів регуляції поведінки.

Ефект Болдуїна: навчання спрямовує еволюцію

Відносини між генами і поведінкою зовсім не від вичерпуються однонаправленим впливом перших на друге. Поведінка також має здатність проводити гени, і вплив простежується як і еволюційному масштабі часу, і протягом житті кожної окремої організму.

Изменившееся поведінка може провадити до зміни чинників добору, і, відповідно, новим напрямом еволюційного розвитку. Дане явище відомий як «ефект Болдуїна» (Baldwin effect) — під назвою американського психолога Джеймса Болдуїна, що висунув цю гіпотезу в 1896 року. Наприклад, якщо з'явився новий хижак, від якої можна врятуватися, забравшись на дерево, жертви можуть навчитися залазити на дерева, які мають до цього уродженою (інстинктивної) схильності. Спочатку кожна особина навчатиметься новому поведінці протягом. Якщо це триватиме тривалий час, ті особини, швидше навчаються залазити на дерева чи роблять це як спритно з якихось уроджених варіацій у структурі тіла (трохи більше чіпкі лапи, пазурі тощо. п.), отримають селективне перевагу, тобто залишатимуть більше нащадків. Отже, розпочнеться відбір на здатність влазити на дерева і вміння швидко цього треба навчатися. Так поведінковий ознака, спочатку появлявшийся щоразу наново внаслідок прижиттєвого навчання, згодом може бути інстинктивним (уродженим) — змінилося поведінка буде «вписувати» в генотип. Лапы у своїй теж, швидше за все, стануть більш чіпкими.

Інший приклад: поширення мутації, що дозволяє дорослим людям перетравлювати молочний цукор лактозу, відбулося тих людських популяціях, де стало звичним молочне тваринництво. Змінилася поведінка (люди стали доїти корів, кобил, вівці або кіз) — і цього змінився генотип (розвинулася спадкова здатність засвоювати молоко у віці).

Ефект Болдуїна поверхово схожий із ламарковским механізмом наслідування придбаних ознак (результатів вправи чи неупражнения органів), але діє вона цілком по-дарвиновски: через зміна вектора природного відбору. Цей механізм дуже важливий розуміння еволюції. Наприклад, потім із нього слід, що в міру зростання здібностей до навчання еволюція виглядатиме дедалі більше «цілеспрямованої» і «осмисленою». Він дає підстави передбачити, що у розвитку інтелекту може виникнути позитивний зворотний зв'язок: що стоїть спроможність до навчання, тим вища ймовірність, що відбір ще на велику спроможність до навчання.

Соціальна поведінка впливає роботу генів

Поведінка впливає ще й працювати генів у плин життя організму. Цю тему докладно розвивається у статті Джіна Робінсона (Gene E. Robinson) з Іллінойського університету (University of Illinois at Urbana-Champaign) з співавторами. Діяльність розглядається взаємозв'язок між генами та соціальним поведінкою тварин, причому особливу увагу приділено тому, як соціальну поведінку людини (чи социально-значимая інформація) впливає роботу геному. Це розпочали на деталях досліджувати порівняно недавно, але ряд цікавих знахідок вже зроблено.

Коли самець зебровій амадины (Taeniopygia guttata) — птиці із сімейства ткачиковых — чує пісню іншого самця, в нього у певному ділянці слуховий області переднього мозку починає экспрессироваться (працювати) ген egr1. Цього немає, коли птах чує окремі тону, білий шум чи будь-які інші звуки — це специфічний молекулярний у відповідь социально-значимую інформацію.

Пісні незнайомих самців викликають сильніший молекулярно-генетичний відповідь, ніж щебет старих знайомих. З іншого боку, якщо самець бачить інших птахів свого виду (не співаючих), активація гена egr1 у відповідь звук чужій пісні виявляється більш вираженої, ніж що він саме у самотині. Виходить, що перший тип социально-значимой інформації (присутність родичів) модулює реакцію в інший її тип (звук чужій пісні). Інші социально-значимые зовнішні сигнали призводять до активації гена egr1 за іншими ділянках мозку.

Хоч як дивно, той самий ген відіграє у соціальному житті у риб. «Елементи» вже писали про складним громадським життя й чималих розумових здібностях акваріумної рибки Astatotilapia burtoni (див.: Риби у змозі до дедукції, «Елементи», 30.01.2007). У присутності домінантної самца-победителя підлеглий самець блякне і виявляє інтересу до самкам. Але варто видалити высокорангового самця з акваріуму, як підлеглий стрімко перетворюється, причому змінюється як її поведінка, а й забарвлення: він починає виглядати та поводитися як домінант. Преображення починається сіло, що у нейронах гіпоталамуса включається вже знайомий нам ген egr1. Невдовзі ці нейрони починають посилено виробляти статевої гормон (gonadotropin-releasing hormone, GnRH), грає ключову роль розмноженні.

Білок, кодируемый геном egr1, є транскрипционным чинником, тобто регулятором активності інших генів. Характерною ознакою цього гена і те, що його включення досить короткочасного зовнішнього впливу (наприклад, одного звукового сигналу), і включення відбувається дуже швидко — рахунок часу йде хвилини. Інша його особливість у цьому, що може надавати негайне і дуже сильний впливом геть роботу багатьох інших генів.

egr1 — далеко ще не єдиний ген, чия праця у мозку визначається соціальними стимулами. Вже сьогодні зрозуміло, що нюанси життя впливають працювати сотень генів і може спричинить активізації складних та багаторівневих «генних мереж».

Це вивчають, зокрема, на бджіл. Вік, у якому робоча бджола перестає доглядати за молоддю й починає літати за нектаром і пилком, почасти визначений генетично, почасти залежить від цієї ситуації у колективі (див.: Виявлено ген, регулюючий розподіл праці в бджіл, «Елементи», 13.03.2007). Якщо сім'ї бракує «добувачів», молоді бджоли визначають це з зниження концентрації феромонів, виділених старшими бджолами, і може можливість перейти до збору їжі на більш молодому віці. З'ясувалося, що це запахові сигнали змінюють експресію багатьох сотень генів у мозку бджоли, і надто впливають на гени, які кодують транскрипционные чинники.

Дуже зміни експресії безлічі генів у у відповідь соціальні стимули виявлено у мозку у птахів та риб. Наприклад, у самок риб у разі контактів з привабливими самцями у мозку активізуються одні гени, а у разі контактів з самками — інші.

Взаємини з родичами можуть приводити і до тривалим стійким змін експресії генів у мозку, причому ці зміни можуть і передаватися з покоління до покоління, тобто успадковуватися зовсім «по Ламарку». Дане явище грунтується на эпигенетических модифікаціях ДНК, наприклад на метилировании промоторів, що зумовлює до довгострокового зміни експресії генів. Було виявлено, що й крыса-мать дуже турботлива стосовно своїх дітей, часто їх вилизує і всіляко оберігає, те й її дочки, швидше за все, будуть так само турботливими матерями. Думали, що це ознака визначений генетично і наслідується звичайним чином, тобто «записано» в нуклеотидних послідовностях ДНК. Можна були ще припустити культурне успадкування — передачу поведінкового ознаки від своїх батьків до нащадків шляхом навчання. Проте обидві ці версії виявилися невірними. У разі працює эпигенетический механізм: часті контакти матері призводять до метилированию промоторів певних генів у мозку пацюченяти, зокрема генів, які кодують рецептори, від яких реакція нейронів певні гормони (статевої гормон естроген і гормони стресу — глюкокортикоиды). Такі поки що поодинокі, але є підстави думати, що це лише верхівка айсберга.

Гени, мозок і соціальний поведінка пов'язані складними відносинами. Ці відносини діють на трьох тимчасових масштабах: (і) лише на рівні фізіології — впливаючи на активність мозку (суцільні лінії), (ii) лише на рівні розвитку організму — через експресію генів у мозку эпигенетические модифікації (лінія з точок), (iii) на еволюційному рівні — через природний відбір (пунктирна лінія). Напрям впливу: рожеві стрілки — від соціальних відносин і до зміни функцій мозку та правильної поведінки, стрілки кольору морської хвилі — від генів до своєрідного соціального поведінці. Зображені тварини (згори по годинниковий стрілці): зебровая амадина (T. guttata), цихлида (A. burtoni), медоносная бджола (A. mellifera), дрозофіла (D. melanogaster), прерийная полёвка (M. ochrogaster), пацюк (R. norvegicus), вогненний мураха (P.S. invicta). Курсивом й на фотографіях дано назви генів, пов'язані з тим або іншим суб'єктам виглядом соціального взаємодії. Зображення з обговорюваної статті Robinson et al.

Відносини між генами та соціальним поведінкою може бути вкрай складними і вигадливими. У червоних вогненних мурашок Solenopsis invicta є ген, від якого число цариць у колонії. Гомозиготные робочі з генотипом BB не терплять, як у колонії більше цариці, і тому колонії вони маленькі. Гетерозиготные мурахи Bb охоче доглядають відразу за кількома самками, і колонії вони виходять великі. У працівників з різними генотипами принципово різняться рівні експресії багатьох генів у мозку. Виявилося, що й робочі BB живуть у мурашнику, де переважають робочі Bb, вони роблять повідку в більшості, й упокорюють свої інстинкти, погоджуючись турбуватися про кількох царицях. У цьому малюнок генної експресії у мозку вони стає майже настільки ж, як в робочих Bb. Але якщо провести зворотний експеримент, тобто переселити робочих Bb в мурашник, де переважає генотип BB, то гості не змінюють свої політичні переконання і переймають в нинішніх господарів нетерпимість до «зайвим» царицям.

Отже, в найрізноманітніших тварин — їх до ссавців — існують дуже складний і часом багато чому схожі друг на друга системи взаємодій між генами, їх експресією, эпигенетическими модифікаціями, роботою нервової системи, поведінкою й суспільними відносинами. Така сама картина простежується і в людини.

Нейрохимия особистих стосунків

Відносини між людьми не так давно здавалися біологам заважкими, щоб всерйоз досліджувати їх у клітинному і молекулярному рівні. Тим більше що філософи, теологи і гуманітарії завжди, були ради підтримати подібні побоювання. Та й тисячолітні залишались культурні традиції, споконвіку населяли цю галузь різноманітними абсолютами, «вищими смислами» та ін привидами, так усе просто не відкинеш.

Проте успіхи, досягнуті за останні десятиліття генетиками, биохимиками і нейрофизиологами, показали, що вивчення молекулярних основ нашої соціального життя — річ зовсім безнадійна. Про наявність перших кроках у цьому напрямі розповідає стаття нейробіологів з університету Еморі (Emory University) Зої Дональдсон і Ларрі Янга (Zoe R. Donaldson, Larry J. Young).

Одне з цікавих відкриттів у тому, деякі молекулярні механізми регуляції соціального поведінки виявилися навдивовижу консервативними — існують, майже змінюючись, сотні мільйонів років і працюють із однаковою ефективністю як в людей, і в інших тварин. Типовий приклад — система регуляції соціального поведінки й громадських відносин із участю нейропептидов окситоцину і вазопрессина.

Ці нейропептиды можуть працювати як нейромедіатори (тобто передавати сигнал від однієї нейрона іншому в в індивідуальному порядку), як і нейрогормоны (тобто порушувати відразу безліч нейронів, зокрема розташованих далеке від точки викиду нейропептида).

Окситоцин і вазопрессин — короткі пептиди, які з дев'яти амінокислот, причому відрізняються вони друг від друга лише двома амінокислотами. Ці або дуже схожі ними (гомологичные, родинні) нейропептиды є хіба що в усіх багатоклітинних тварин (від гідри до людини включно), а виникли щонайменше 700 млн років тому вони. У цих крихітних білків є свої гени, причому у безхребетних є лише одне такий ген,

Страница 1 из 2 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація