Ключ к пониманию того, почему люди являются одними из немногих млекопитающих, ищущих себе пару на всю жизнь, может быть родственником мыши.
Куча хлопчатобумажной и хомячьей подстилки неуклонно поднимается и опускается, как будто две луговые полевки, прижавшиеся под ней, дышат в унисон. В дикой природе этим «картофельным чипсам из прерий» повезет, если они проведут несколько месяцев в компании партнера: их удобный размер делает их популярными среди ласок, ястребов и змей. Но здесь, в клетках для размножения в Национальном исследовательском центре приматов Йеркса в Атланте, полевки могут рассчитывать на два или три года блаженного совместного проживания, производя помет со скоростью один в месяц.
«Жизнь прекрасна», - говорит Ларри Янг, исследователь из Йеркса, изучающий полевок почти два десятилетия. «У них есть пара. Гнездовые материалы. Никаких паразитов. Всю еду для кроликов, которую они только могли пожелать.
Полевки могут показаться вам и мне ожившими помпончиками с сияющими зоркими глазами, но Янг и его коллеги видят в них ключ к пониманию некоторых из самых нежных и загадочных импульсов человечества: почему мы заботимся о наших партнеров, нянчиться с нашими детьми, даже оплакивать наших мертвых. В конце концов, слово «полевка» является анаграммой слова «любовь».
“Вся моя работа сосредоточена вокруг главного вопроса: почему мы взаимодействуем с другими так, как мы это делаем?” говорит Янг. Ответ, по его мнению, почти всегда сводится к нейрохимии, но это непростая тема для изучения. Ученые не могут сильно вмешиваться в мозг человека или других живых приматов, а от мертвых мало толку. Многие молекулярные исследования разума, к лучшему или к худшему, были сосредоточены на белых лабораторных мышах, но Янг отвергает эту животную модель как «мешок мутаций». После столетия инбридинга для медицинских исследований это слишком далеко от природы.
Полевка, тесно связанная с леммингами и напоминающая хомяка, является гораздо более новым объектом экспериментов: первые степные полевки, обладающие генами другого вида, появились только в 2009 году. (Они светились зеленым, потому что они были помечены флуоресцентным белком медузы, чтобы визуально сигнализировать о том, что перенос ДНК сработал.) В 2012 году ученые впервые прочитали ДНК в книге генетических инструкций полевок, или геноме. И хотя в каком-то смысле грызун похож на любого другого грызуна, которого садовники иногда считают вредителем, он проявляет социальные черты, которые мы считаем глубоко человеческими.
Наиболее примечательно то, что полевки - в отличие от 97 процентов млекопитающих - моногамны, образуя связи, которые длятся долго после спаривания (часто на всю жизнь, хотя и ненадолго). «Самец и самка собираются вместе, самец ухаживает за самкой, чтобы у нее наступила течка, и они спариваются», - объясняет Янг. «И затем что-то происходит в то время, когда они спариваются, и в последующие часы, так что эти два животных сближаются и хотят всегда оставаться вместе.«Вместо того, чтобы бросить следующих детенышей на произвол судьбы, самцы остаются, чтобы вырастить их. Женщина явно ожидает этого продолжения, дергая своего парня за шкирку, если он не выполняет свою часть. А когда партнер умирает, полевки испытывают нечто похожее на горе.
Возможно, наиболее интересным с научной точки зрения является то, что у степных полевок есть почти идентичные двоюродные братья, называемые луговыми полевками, которые не разделяют ни одной из их социальных наклонностей. Сравнивая верных грызунов с их неразборчивыми в связях двойниками, Янг и его коллеги надеются выявить нейронные цепи, лежащие в основе склонности луговой полевки к моногамии. «Пустынные полевки жаждут социальных контактов, а луговые - нет», - говорит Янг.
«Необычайный подарок науке», - так описывает этих тварей Томас Инсел, глава Национального института психического здоровья и пионер в изучении полевок. «Эксперимент уже был проведен природой», - говорит он. Какие результаты? Что было генетически модифицировано в мозгу, чтобы получить такую разницу в поведении?»
Чтобы выяснить это, Янг использует ошеломляюще сложный набор биомолекулярных инструментов, от генетического секвенирования до транскриптомики. Но могло ли такое скромное животное, как степная полевка, лишь недавно завербованное с американских равнин действительно есть секреты, которыми можно поделиться о человеческих загадках, таких как неверность, и, возможно, даже о социальных расстройствах, таких как аутизм? Абсолютно, говорит Янг, который сам начал жизнь провинциалом, родившимся «в миле вниз по грунтовой дороге» в песчаной и сосновой стране Сильвестра, штат Джорджия. (Он до сих пор держит там хижину, где издевается над аспирантами, сдирая козьи шкуры и используя другие приемы.) Он даже не слышал о ДНК до окончания школы. Частично его интерес к поведению полевок и структуре мозга, по-видимому, проистекает из любопытства относительно его собственного жизненного пути: женитьба, развод, повторный брак, пятеро детей и непрекращающийся роман с нейробиологией, который увел его далеко от его сельских корней.
Первая степная полевка привлекла внимание науки в 1970-х годах, когда маммолог Лоуэлл Гетц начал плановое исследование популяции на полях люцерны и пастбищах мятлика недалеко от Иллинойского университета в Урбана-Шампейн, где он преподавал в то время. Чтобы смягчить ночные минусовые температуры, он и другие исследователи иногда хранили «Джек Дэниэлс» в сарае вместе с техническими данными и другими материалами. Алкоголь предназначался исследователям для собственного потребления; тесты на вкус с тех пор показали, что степные полевки любят ликер, и разбавленный виски на самом деле может быть хорошей приманкой для полевок.
Дробленая кукуруза неплохо работала в ловушках, но ученые заметили кое-что необычное. Луговые полевки часто появлялись парами, часто самец и самка. Иногда спустя месяцы ученые снова ловили тот же дуэт. На эти пары приходилось около 12 процентов отлова взрослых степных полевок, по сравнению с всего 2 процентами других пойманных полевок. Чтобы выяснить, в чем дело, Гетц снабдил дюжину пар луговых полевок миниатюрными радиоошейниками, работающими от батареек для слуховых аппаратов. Отслеживая их передвижения по густой траве, он обнаружил, что 11 из 12 «пар» более или менее постоянно сосуществовали в подземных норах, что почти неслыханно среди грызунов. У обоих членов 12-й пары были другие партнеры в отдельных любовных гнездышках. Гетц, по-видимому, захватил двоих во время свидания.
Удивленный, он поделился своими выводами со Сью Картер, коллегой из Иллинойского университета, которая занималась эндокринологией хомяков. Самки хомячков обычно забивают и поедают своих половых партнеров. «Это то, что я считал нормальным, - вспоминает Картер. Она не была готова ни к привязанности полевок к своим партнерам, ни к тому, что оказалось длительным и страстным спариванием («Нам пришлось снимать их на замедленную съемку. Никто не мог сидеть там 40 часов!»).
Но что делает привязанность такой сильной? Как именно пара создает свою связь? Картер и другие в конечном итоге сосредоточились на химическом посреднике окситоцине - гормоне, связанном с восприятием социальных сигналов, деторождением и материнской привязанностью. Когда самке луговой полевки сделали инъекцию окситоцина в мозг, она стала больше сжиматься вместе со своим партнером и формировать более прочные связи. Было обнаружено, что другой гормон, вазопрессин, связанный с территориальностью, способствует образованию пар у мужчин.
Возможно, предположили исследователи, эволюция использовала хорошо зарекомендовавшие себя нервные схемы. Если бы гормоны, ответственные за материнское поведение у самок и территориальность у самцов, высвобождались во время секса, они могли бы способствовать этой новой связи между мужчиной и женщиной. Половой акт луговой полевки, например, включает в себя необычайную стимуляцию влагалища и шейки матки - вероятно, адаптированное поведение, которое вызывает выброс окситоцина, обычно связанный с родами. Вместо того, чтобы привязываться к ребенку, самка привязывается к своему партнеру.
Последующие исследования показали, что в отличие от луговых полевок, избегающих связи, у степных полевок есть рецепторы окситоцина и вазопрессина в областях мозга, связанных с вознаграждением и зависимостью. Мозг полевок устроен таким образом, чтобы ассоциировать вознаграждение за секс с присутствием определенного партнера, точно так же, как «наркоман усваивает ассоциацию с атрибутами наркотиков, когда получает кайф, так что даже его трубка с крэком доставляет удовольствие», - говорит Янг. Он считает, что странный стиль спаривания людей лицом к лицу, который подчеркивает уникальные физические особенности партнера в момент вознаграждения, вероятно, также служит для укрепления приятной связи с одним человеком.
Исследования связывания полевок в начале 1990-х заинтриговали Янга, который открыл для себя молекулярную биологию в колледже. После окончания университета он проводил исследования в техасской лаборатории, изучая хлыстохвостых ящериц, изменяющих пол, чьи гормональные колебания позволяют им переключаться между мужским и женским поведением. Он обнаружил, что может кардинально изменить их поведение, вводя им тот или иной гормон. Когда он отправился в Йеркс, в Университет Эмори, он взял с собой различные методы, которые также могли расшифровать активность генов. В первом в своем роде эксперименте с этими тварями команда Янга поместила ген степной полевки, кодирующий рецептор вазопрессина, в вирус, а затем ввела вирус в центры вознаграждения мозга луговой полевки. Смысл? Чтобы увидеть, изменит ли инопланетная ДНК поведение луговой полевки. Так оно и было: когда животные выросли, они начали демонстрировать поведение, связанное с созданием пар. «Мы превратили луговую полевку в степную полевку», - говорит он.
Задолго до того, как он начал свою работу с полевками, Янг понял силу парной связи: он женился на своей школьной возлюбленной в свой 18-й день рождения. Теперь Янг понимает, что любая парная связь зависит от набора генов и химических веществ мозга, вероятно, работающих вместе с окситоцином и вазопрессином. Его последняя попытка связана с транскриптомикой, областью, сосредоточенной на информационной РНК, генетическом материале, ответственном за передачу информации от клеточной ДНК к ее механизму производства белка. В то время как ДНК каждой клетки в организме остается неизменной, уровень белков, образующихся в результате трансляции этой ДНК, меняется каждую минуту. Лаборатория Янга пытается проследить, как колеблется информационная РНК по мере того, как создается таинственная парная связь степной полевки. Исследователи «приносят в жертву» животных на разных этапах процесса связывания, а затем извлекают мРНК. Если сигнал мРНК указывает на то, что гены активны во время спаривания у степных полевок, но не у луговых полевок, эти гены становятся кандидатами для изучения. «Мы можем разработать эксперименты по манипулированию этими генами, - говорит Янг, - и определить, задействованы ли они».
Кроме того, он очень хочет изучить свой недавно секвенированный геном луговой полевки вместе с геномом луговой полевки, чтобы найти различия, достойные дальнейшего изучения. Проблема заключается в том, чтобы заставить компьютеры сравнивать и противопоставлять такое огромное количество генетической информации.
«Впереди у нас 50 лет работы, и мы многого не знаем», - говорит он.
Вот маленький грязный секрет: луговые полевки социально, но не сексуально моногамны. Как и в случае с человеческими романами, создание пар не исключает того, что исследователи называют оппортунистической неверностью, о чем свидетельствует 12-я пара Гетца. Эта неверность означает, что многие самцы рожают детенышей вне гнезда и могут случайно вырастить чужих детенышей.(Около 10% детенышей происходят от отца, который не является главным женихом их матери.) И, как и в пуле свиданий, некоторые самцы вообще не создают пары. Эти бродяги известны как «странники».
Одним из заявлений Янга на известность является выявление генетической разницы между профессиональными холостяками и преданными партнерами. Он обнаружен в части гена рецептора вазопрессина, называемой микросателлитом, повторяющимся генетическим материалом, который долгое время называли «мусорной ДНК». Самцы с длинной версией микросателлита лучше образуют пары, потому что у них больше рецепторов в определенных областях мозга, в то время как самцы с короткой версией могут оставаться неприкрепленными.
Подобные различия могут иметь значение и среди людей. Шведские исследователи генотипировали почти 2000 взрослых и расспросили их об отношениях. Мужчины с двумя копиями определенной версии гена рецептора вазопрессина в два раза чаще сообщали о кризисе в своем браке за последний год, чем мужчины с одной или нулевой копией. Их партнеры также выражали меньше удовлетворения. Янг не анализировал собственный ген: «Я не хочу знать», - говорит он.
Что он действительно хочет знать, так это то, что отличает степных полевок друг от друга. Может ли ранний жизненный опыт изменить ситуацию? И может ли это различие пролить свет на человеческое поведение и социальные расстройства?
Кэти Барретт, аспирантка лаборатории Янга, натягивает несколько пар перчаток и ведет меня в комнату, полную взрослых полевок. «Они кусачие», - объясняет она. Полевки-самцы в комнате, каждый из которых бродит по аренам с камерами вместо обычных клеток, проходят тест на предпочтение партнера, который является основой большинства исследований полевок. Наряду с самцами к противоположным концам каждой арены привязаны самки с пластиковыми стяжками. Одна самка - подруга самца, а другая - совершенно незнакомец. Хотя он может спариваться с обоими, хорошо привязанный самец должен проводить гораздо больше времени, прижимаясь к своей партнерше. Компьютерная программа анализирует движения его пухлого тельца и складывает минуты.
Барретт обнаружил, что у детенышей полевки, изолированных от вылизывания и ухода за родителями (взаимодействия, которое, как известно, стимулирует выработку окситоцина), возникают проблемы с установлением связи с будущими самками, но только в том случае, если изолированные полевки также имеют относительно низкую плотность рецепторов окситоцина в зонах вознаграждения мозга. Она проводит тесты, чтобы выяснить, может ли препарат, повышающий уровень окситоцина, защитить социальное будущее безнадзорных животных. «Можете ли вы вмешаться на раннем этапе жизни и защититься от такого исхода?» - спрашивает Барретт.
Предыдущая работа показала, что эффекты окситоцина были сильнее у самок, чем у самцов, но в сегодняшнем тесте самцы, обработанные как щенки, довольно хорошо сближаются. «Я не ожидал этого, - говорит Барретт. Выброс окситоцина в раннем возрасте укрепляет социальный мозг у представителей обоих полов.
Полевки и, как следствие, окситоцин начали более широко захватывать воображение, хотя результат иногда бывает глупым. Есть книга по самопомощи «Занимайся любовью, как луговая полевка: шесть шагов к страстному, обильному и моногамному сексу», а также аромат под названием «Жидкое доверие» - синтетический спрей с окситоцином, предназначенный как для «одиночек», так и для «продавцов». Конечно, отмечает Янг, даже если спрей сработает (а он не говорит, что это так), владелец вдыхает гораздо больше гормона, чем любая потенциальная цель: «Кто в конечном итоге кому будет доверять?» он смеется.
Но некоторые человеческие применения весьма серьезны. Одним из основных интересов Янга является терапия аутизма. «Аутизм - это расстройство, при котором социальные сигналы не столь заметны, дети не мотивированы на общение с другими людьми и испытывают трудности с чтением эмоций», - отмечает он. «Все эти социальные вещи, кажется, стимулирует окситоцин». Синтетический окситоцин, вводимый через нос, уже используется в экспериментальных методах лечения аутизма.
Тем не менее, есть веские причины опасаться лечебных свойств окситоцина.«По моему собственному мнению, предварительных данных о животных было недостаточно», - говорит Карен Бэйлс, которая изучает социальные связи в Калифорнийском университете в Дэвисе и беспокоится о последствиях воздействия молекулы на развивающийся мозг. Бейлс и ее коллеги обнаружили, что воздействие окситоцина может препятствовать формированию пар в более позднем возрасте, особенно у самцов полевок. И хотя некоторые работы, в том числе и на людях, показывают, что молекула может способствовать социальности, другие считают, что эффект зависит от человека и ситуации.
«Вы должны остерегаться преждевременной экстраполяции», - говорит Инзел из Национального института психического здоровья. «Вы должны быть очень осторожны и не думать, что мы очень, очень большие степные полевки».
Менее противоречивой на данный момент является работа Янга по терапии горя. Он и его немецкий коллега недавно изучали, что происходит, когда полевки и их спутники жизни разлучаются. В строгих стресс-тестах, в том числе в тех, где грызунов бросали в стакан с водой, те, кто только что потерял партнера, сопротивлялись гораздо меньше, чем другие. Вместо этого они пассивно плавали, казалось, не заботясь о том, живы они или мертвы. В чем-то их симптомы напоминали депрессию. «Когда животные образуют эту парную связь, они становятся зависимыми от этого партнера, а когда они теряют партнера, это почти похоже на отказ от наркотиков», - объясняет Янг. «Это неадекватное следствие эволюционно полезной вещи. Это любовная болезнь».
Когда исследователи препарировали мозг погибших животных, они обнаружили повышенный уровень химического вещества, называемого кортикотропин-рилизинг-фактором, или CRF. Если химические рецепторы погибших животных были заблокированы, полевки вели себя нормально, яростно борясь за жизнь. «Это помогает нам понять нейросхемы, которые могут быть вовлечены в депрессию в целом», - говорит Янг.
Он не понаслышке знает боль разлуки. Около десяти лет назад его первая жена, его партнерша со школы, ушла от него, забрав с собой троих детей. Месяцами он плавал в метафорическом стакане.«Я жил в доме без мебели, - говорит он. «Я спал на детском матрасе. Я осознал последствия, которые случаются, когда ты теряешь кого-то, кого любишь, потому что я прошел через это. В тот момент, когда вы проходите через это, вы не думаете об экспериментах и вещах - эти побуждения и побуждения просто случаются».
С тех пор Янг восстановил свой импульс. Недавно он основал Центр трансляционной социальной неврологии в Эмори, который занимается изучением того, как фундаментальные исследования на животных могут помочь в разработке новых методов лечения социальных расстройств у людей, и созвал международную встречу исследователей полевок. Карта мира на стене его кабинета показывает, как далеко он ушел от своей «грязной дороги» Сильвестра. Во время одного сумасбродного путешествия на Мадагаскар он и другие исследователи собрали образцы мозга двух близкородственных видов ржанок, еще одного животного, в названии которого есть слово «любовь». Один вид моногамный, а другой нет. Янг надеется сравнить их нервную систему с таковой у полевок.
Возможно, что наиболее важно, он снова стал парой, на этот раз с другим нейробиологом. За ужином он и его партнер обсуждают тонкости его работы с гормонами и то, как это связано с состоянием человека. Генетика и химия мозга могут формировать любые отношения, но сами по себе они не делают волшебство продолжительным. «Я все еще должен помнить годовщину, - говорит он. «Мне еще нужно купить цветы».