Старые споры и новые поиски

Сторонники «внезапности», как правило, считают, что именно такое внезапное появление языка (или, точнее, потенциальной возможности к эволюции будущей языковой способности) отделило гоминидов от обезьян или даже один наш вид гомо сапиенс от всех предшествующих видов гоминидов. На роль такого «внезапного подарка» эволюции выдвигаются разного рода отличия людей от всех предшествующих живых существ. Однако до сих пор найти такие «подарки» никому не удалось. Так, еще недавно много говорили о том, что только у нашего вида гомо сапиенс появился ген FOXP2. Ген этот привлек внимание тем, что его порча вызывает у нынешних людей расстройства речи. На этом основании было решено, что это ген речи. А поскольку он есть только у гомо сапиенс, значит речь и язык возникли только с появлением нашего вида (см. выше). Однако год-два назад удалось расшифровать ДНК неандертальцев, и выяснилось, что этот ген был уже и у них. Так что мы его получили, видимо, еще до нашего разделения с неандертальцами, где-то в диапазоне от 800 тысяч до 2 миллионов лет назад, а может, и раньше.

То же самое было с поисками анатомических различий. Кое-кто с жаром утверждал, что только у вида гомо сапиенс есть в горле специфический L-образный изгиб, дающий возможность говорить членораздельно. А потом этот изгиб был обнаружен у тех же неандертальцев. Или вот опускающаяся гортань. У человеческих детенышей, как и у большинства млекопитающих вообще, гортань расположена высоко, и дыхание отделено от еды. Но с возрастом она опускается, создавая угрозу задохнуться куском, попавшим в дыхательное горло, зато награждая взрослых людей способностью говорить. Да, людей она этой способностью награждает, но такая же опускающаяся гортань есть у морских млекопитающих и больших оленей, а они ведь не говорят.

Вообще с этими «принципиальными» или «качественными» анатомическими различиями нужно быть осторожнее. Долгое время считалось, что только человек способен улыбаться, потому что у него-де есть для этого специальные лицевые мышцы, которых нет у других животных. А вот в интереснейшей статье С. Глаголева «Почему животные не улыбаются?» рассказывается, что новейшие методы исследования мозга позволили обнаружить, что улыбаются и смеются все высшие приматы и скорее всего собаки, а также наверняка крысы. Эти утверждения основаны на том, что у некоторых животных при определенном виде поведения активируются участки мозга (а иногда гены), гомологичные (подобные) тем, которые у людей активируются при улыбке и смехе. Все животные, у которых это обнаружено, - животные социальные, живущие в стае, и улыбка у них (как и у нас) – знак умиротворения, способ разрядить агрессию, не доводя дело до убийства: оскаливаясь, показывая зубы, я демонстрирую свою добрую волю (мог бы укусить, но не укушу). И интересно, что у крыс такие улыбчивые особи считаются хорошими партнерами для игр, а в итоге, возможно, и для размножения. Иными словами, закладка этой важной способности улыбаться произошла давно и имела эволюционное происхождение.

В отношении языковой способности аналогичные соображения были впервые высказаны в статье американского психолога Патришии Гринфельд «Язык, орудия и мозг» (Behavioral and Brain Sciences, 1991). В этой статье она наметила путь к решению вопроса о происхождении языка с помощью изучения тех же гомологичных мозговых структур. Гринфельд рассуждала так. У людей есть две особенности, отличающие их от животных и в то же время сходные друг с другом: умение комбинировать предметы руками и умение строить фразы языком. Сходство этих форм человеческой деятельности – в их одинаковой иерархичности. Человек складывает трубку с трубкой, получается предмет следующего порядка сложности - более длинная трубка. Он складывает эти трубки вместе, получается еще более сложный предмет – душ. Человек соединяет этот предмет с другими того же порядка сложности (туалет, кран и т. п.) – получается душевая комната. И так далее. То же самое со словами. Мы соединяем фонемы – рождается слово, морфема, соединяем слова – рождаются фразы, потом фразы складываются в речь или в текст, в дискурс. Та же иерархическая конструкция.

Это сходство двух видов деятельности - языковой и трудовой - естественно, порождает вопрос: не управляются ли они одним и тем же участком мозга? В поисках ответа на этот вопрос Гринфельд напоминает два важных факта. Во-первых, говорит она, установлено, что до двух лет за словесную деятельность ребенка и его обращение с предметами действительно отвечает одна и та же область мозга (грубо говоря, область Брока), лишь затем происходит разделение. И хотя более сложными языковыми конструкциями по-прежнему заведует область Брока, к которой, возможно, присоединяется также область Верника, но управление более сложной трудовой деятельностью берут на себя другие участки. Во-вторых, говорит Гринфельд, многие эволюционисты придерживаются мнения, что уже у общих предков человека и обезьян существовал в мозгу некий исходный участок, на основе которого в ходе дальнейшей эволюции могли появиться способности к языку и к созданию орудий. Это мнение подтверждается тем, что в мозгу у высших обезьян действительно обнаружен некий грубый гомолог области Брока у людей. Этот участок развит у них очень слабо, поэтому их способность комбинировать символы и создавать орудия резко ограничена – она находится на уровне двухлетнего ребенка, у которого еще не образовались нервные структуры, необходимые для построения сложных грамматических и предметных конструкций.

Если рассуждения Гринфельд верны, то они указывают, что усложнение языковых возможностей шло в паре с усложнением орудий труда. Замечу для полноты, что были попытки связать появление языка с какими-либо другими факторами. Например, его связывали с появлением прямохождения, но ходьбой управляют совсем иные участки мозга, да к тому же прямохождение появилось за добрых полтора миллиона лет до того, как у первых гоминидов начал резко увеличиваться объем мозга. Выдвигались также гипотезы о появлении языка в связи с требованиями социальной жизни: совместной охотой, распределением обязанностей и т. п., но эти социальные нужды явно не требуют такой иерархической детализации, как изготовление орудий или речевая деятельность. Поэтому соображения Гринфельд представляются наиболее основательными и наиболее продуктивными, ибо они очень важны практически. Ведь в отличие от предшествующих стадий развития языка, от которых не осталось никаких материальных следов, эволюция человеческих орудий датирована (и довольно четко) на основе найденных археологами вещественных свидетельств.

Изучая тончайшие особенности и отличия древних орудий труда и охоты, археологи сумели разделить их на несколько больших групп, самой древней из которых считаются орудия олдувайского типа, найденные в танзанийском ущелье Олдувай, где были обнаружены также кости многих древних гоминидов. Эта техника обработки камней возникла уже 2,5-2,6 млн лет назад, просуществовала несколько сот тысяч лет и примерно 1,8-1,7 млн лет назад сменилась ашельской техникой, тоже названной по месту первой находки такого рода. Эта техника в свою очередь просуществовала до самого появления неандертальцев и современных людей, которые уже наверняка обладали достаточно развитым языком.

Таким образом рассуждения Гринфельд продуктивны, ибо дают практическую возможность датировать появление языка, ориентируясь на появление способности изготавливать орудия труда, если, конечно, эти рассуждения верны. Но верны ли эти соображения? У самой Гринфельд не было возможности проверить их с помощью какого-либо объективного метода исследования. Но уже через несколько лет такая возможность появились. Я имею в виду всем известные методы магнитно-ядерного резонанса (fMRI) и позитронно-эмиссионной томографии (PET). И тогда археолог Стаут из университета Эмори в Атланте (США) и нейропсихолог Шаминаде из Марсельского университета во Франции провели серию экспериментов, в которых изучали, какие участки мозга возбуждаются при изготовлении подопытными добровольцами подобий древних орудий труда. Их результаты, опубликованные в журнале Neuropsychologia (2007), показали, что этот трудовой процесс управляется комплексом частично древних, частично позже сложившихся нейронных систем (участков мозга), которые связаны с языком и речью, но никак не связаны с возбуждением тех участков, которые заведуют обработкой абстрактных понятий или планированием сложных стратегий поведения. Не менее интересным оказался и второй результат. Оказалось, что перекрытие языковых и трудовых нервных систем, возбуждающихся при изготовлении самых древних, олдувайских, орудий, весьма невелико, но становится куда более четко выраженным при переходе к изготовлению орудий ашельской техники.

Как я уже сказал, толчком к этому рассказу послужила недавняя (сентябрь 2013 г.) публикация на эту же тему археолога Уомини и психолога Майера (оба из Ливерпульского университета, Великобритания), появившаяся в журнале PLOS ONE. Теперь будет понятным, наверное, и тяжеловесное название этой статьи: «Общий латеральный рисунок участков мозга, отвечающих за речь и производство ашельских орудий». Новое исследование продолжает и развивает работы Стаута и Шаминаде, используя новый метод визуализации деятельности мозга (трансчерепную допплер-ультрасонографию, или fTCD), который позволяет с помощью портативного прибора, не требующего введения электродов в мозг, изучать активность отдельных участков коры даже во время таких энергичных движений, которые требуются при обработке камня. Кроме того, расширяя наблюдения предшественников, ливерпульские исследователи предлагали своим подопытным совершать одновременно два действия – изготовлять каменные орудия и выполнять словесные задания. В первой серии экспериментов подопытные чередовали вытесывание симметричного каменного орудия позднего ашельского типа с простым постукиванием камня по камню без старания изготовить орудие. Во второй серии подопытные про себя придумывали слова, начинающиеся с какой-то заданной буквы. Оказалось, что в обоих случаях наибольшая активность соответствующих мозговых участков была наивысшей в первые 10 секунд работы, когда происходило обдумывание предстоящей работы, и при этом у каждого подопытного эти изменения активности в участках обоих видов были весьма сходными.

Эти результаты, по мнению Уомини и Майера, говорят в пользу высказанной их предшественниками гипотезы, что эволюция языка и изготовления орудий происходила параллельно и взаимосвязанно (это называется «коэволюция») и началась, по всей видимости, в ашельскую эпоху, то есть примерно 1,75 млн лет назад. Но поскольку подопытные получали задания, требующие участия абстрактного мышления (соблюдать симметрию вытесываемого камня или начальные буквы придумываемых слов), то нельзя понять по результатам, чем диктовалось сходство картин возбуждения – то ли тем, что в обоих случаях действовали просто сходные моторные нейроны, то ли тем, что в обоих случаях работали одни и те же системы нейронов, выполняющих операции абстрактного мышления. А это важно для датировки: в первом случае можно думать, что язык появился на заре ашельской эпохи, 1,75 млн лет назад, или в ее расцвете, 500 тысяч лет назад, когда гоминиды уже обладали достаточно развитым символическим мышлением.

Новая работа вызывала и более серьезные возражения. Например, американский археолог Томас Вини вообще поставил под сомнение ее результаты, заявив, что примененный авторами метод измерения активности мозга не обладает той точностью, которая требуется для выводов, сделанных авторами. Поэтому можно думать, что и работа Уомини - Майера тоже не положит конец спорам, уже не первое десятилетие идущим вокруг загадки появления языка. А значит, продолжатся и поиски, что, разумеется, обещает много интересного.

Рафаил Нудельман
"Окна", 10.07.14

***********************************************

Фантастические химеры

Если опыты подтвердят ожидания ученых (и если власти сначала разрешат эти опыты), то в ближайшие годы на свете появятся фантастические химеры - дети трех родителей и люди с выращенной в свиньях поджелудочной железой. Хоть и неаппетитные на первый взгляд, эти химеры смогут спасти многие жизни. В самом деле, даже без особых объяснений нетрудно понять, каким благодеянием могла бы стать эффективная возможность замены поджелудочной железы, пораженной раковым заболеванием или с рождения испорченной генетическим дефектом. Раньше такая ситуация казалась безнадежной. Но в последние годы обнаружены многообещающие перспективы. Как и многие другие чудеса в современной медицине, они связаны с использованием стволовых клеток.

Но как можно вырастить человеческую поджелудочную железу в свином организме? Путь к этому указал биолог Накаучи из Токийского университета. Путь этот состоит в следующем. Нужно взять кожную или иную клетку у больного человека и превратить ее с помощью уже существующей техники «пересадки четырех генов» в индуцированную стволовую клетку плюрипотентного вида (то есть способную развиться в клетку любого органа), а затем подсадить эту человеческую стволовую клетку в зародыш свиньи на ранней стадии его развития. Но зародыш этот предварительно должен быть лишен в точности тех генов, по приказу которых у него могла бы в будущем развиться своя поджелудочная железа. И в таком случае вместо нее из стволовой клетки человека в свином зародыше начнет развиваться человеческая поджелудочная железа. Это подтвердили уже проведенные японским ученым эксперименты. В 2010 году Накаучи сумел таким способом вырастить крысиную железу в зародыше мыши, лишенном своей железы. А в феврале 2013 года он сообщил, что ему удалось таким же образом вырастить поджелудочную железу одного вида свиней в зародыше свиньи другого вида.

Нетрудно понять, что в принципе метод Накаучи открывает путь к выращиванию любых человеческих органов, нуждающихся в замене. Раньше для этого надеялись использовать пересадку соответствующих органов самих животных - например, обезьян как самых сходных с человеком. Но на этом пути обнаружились не преодолимые пока затруднения. В этом плане метод Накаучи имеет два достоинства. Во-первых, органы свиней анатомически более подобны человеческим. (Обезьяны много меньше человека и ближе к нему генетически, а это чревато возможностью превращения их вирусов в человеческие, как уже случилось с вирусом ВИЧ.) Во-вторых, поскольку железа выращивается из стволовых клеток больного, ей не угрожает иммунное отторжение, как было бы в случае пересадки свиной железы. Но этот метод имеет и недостаток – он не проверен на людях. Этому мешает существующий в Японии правительственный запрет на подобные эксперименты. Накаучи, который в течение нескольких лет добивался снятия этого запрета, сейчас, после своего второго успеха, объявил, что намерен перебраться в Стэнфорд (Калифорния), где он получил грант на завершение своих исследований. Увы, есть опасения, что человеческие гены попадут в зародышевые клетки или в мозг животных, и какие получатся при этом химеры, никто не знает. Накаучи уверяет, что эту опасность можно предотвратить, но доказать это могут лишь дальнейшие опыты.

Разрешения на опыты на людях ожидает также другая, правда, менее опасная химера: ребенок трех родителей. Такой ребенок мог бы стать спасением для многих женщин с генетическим дефектом в митохондриях. Митохондрии – это энергетические фабрики клеток, их до тысячи в каждой нашей клетке, и в них есть 37 своих генов, и раз на 6500 случаев эти гены бывают испорчены и вызывают тяжелые болезни вроде мышечной дистрофии, эпилепсии, повышенной опасности инсультов, умственной отсталости и т. д. Матери с таким дефектом могут передать его своим детям, поэтому во избежание этого вынуждены прибегать к искусственному оплодотворению, которому предшествует особая проверка их яйцеклеток на вероятность передачи дефекта. Если она высока, они обречены на бесплодие.

В последние годы, однако, сразу две группы ученых предложили надежный путь к рождению здорового ребенка – путь создания химеры. В методе американского биолога Миталипова из яйцеклетки больной женщины вынимается ядро с его генами и пересаживается в яйцеклетку здоровой женщины. При этом из здоровой яйцеклетки ее ядро удаляется, так что там остаются только митохондрии, но со здоровыми генами. Потом получившаяся полностью здоровая яйцеклетка искусственно оплодотворяется спермой мужа первой женщины, и рождается здоровый ребенок трех родителей – матери, отца и женщины-донора. В методе, разработанном учеными британского университета Ньюкасл, сначала производится искусственное оплодотворение яйцеклетки больной женщины спермой ее мужа, а затем ядро получившейся оплодотворенной яйцеклетки вносится в яйцеклетку здоровой женщины-донора, освобожденную от ее собственного ядра. И здесь, понятно, у будущего ребенка оказываются три родителя.

Группа Миталипова уже произвела успешную проверку своего метода на пяти макаках, а в 2012 году сумела таким же способом создать 65 таких оплодотворенных яйцеклеток от трех родителей, из которых 48% успешно выросли в пробирке до следующей стадии развития. Аналогичных успехов добилась и ньюкаслская группа. Теперь они ждут, разрешат ли им правительства США и Великобритании перейти к завершающей проверке этих методов на людях. Власти опасаются. Ученые утверждают, что только такая проверка поможет устранить эти опасения. Тем не менее высшие медицинские органы обеих стран по-прежнему сомневаются. А больные, естественно, по-прежнему ждут.

Михаил Вартбург
"Окна", 10.07.14