Загрузка...В душе нет ничего, что не проникаю бы
туда через органы чувств.
Аристотель
В главе 4 уже рассматривался вопрос о воздействии окружающей среды на правильное формирование сенсорных систем. Напомним, что при развитии нервной системы имеются критические периоды, когда принципиально важную роль играют сенсорные воздействия из окружающего мира, без которых невозможно правильное формирование нервных механизмов восприятия. Генетические программы развития реализуются таким образом, что в них предусмотрен учет воздействий из окружающей среды. В данной главе будет продолжено рассмотрение роли генетических и средовых факторов в формировании мира ощущений человека.
Вкус и обоняние
Сравнительно давно было замечено, что некоторые люди не ощущают вкуса фенилтиомочевины, тогда как большинство воспринимает его как горький. В данном случае эта способность связана с мутацией в одном локусе, которая приводит к тому, что нарушается работа вкусовых рецепторов, отвечающих за восприятие горького. У людей, гомозиготных по этому аллелю (рецессивному), страдает способность воспринимать вещества, содержащие группу атомов N — С = S, как горькие. Способность чувствовать горький вкус веществ с другой структурой молекул при этом сохраняется. В некоторых популяциях процент «нечувствительных» довольно высок — так, в некоторых районах Дагестана он доходит до 33%. В то же время среди китайцев или африканцев такие люди встречаются сравнительно редко — в Китае, например, только 2% относятся к категории нечувствительных.
Как сказываются такие дефекты вкусового восприятия на поведении? Особенности вкуса, конечно, в первую очередь влияют на предпочтения в выборе пищи. Например, было показано, что высокая чувствительность к горькому коррелирует с повышенной разборчивостью в отношении пищи. При этом речь идет не только о веществах типа фенилтиомочевины, но и о других категориях горьких веществ. Существуют рецепторы, воспринимающие как горькие вещества типа хинина, так и ряд других, близких ему по структуре.
Кроме этого, обнаружены и некоторые другие интересные факты. Например, у людей, нечувствительных к фенилтиомочевине, чаще встречается отрицательное отношение к вкусу спиртных напитков. Отмечено также, что у них чаще наблюдаются некоторые заболевания щитовидной железы.
Были выявлены генетически обусловленные различия и в отношении вкуса некоторых других категорий веществ. Есть люди, не ощущающие горького вкуса N-пропилтиоурацила и его аналогов.
Постепенно становится ясно, что различия в восприятии вкусовых ощущений могут быть весьма велики. Креатин одним людям кажется горьким, другим — безвкусным. Бензоат натрия при определенных концентрациях одним людям кажется сладким, другим — соленым, а третьим — горьким! Это чисто качественные отличия восприятия, но если обратиться к количественным характеристикам, то и здесь также обнаруживается поразительное разнообразие. Так, например, отмечались 100-кратные различия в пороговых концентрациях таких простых веществ как NaCL, KCL, HCL. Рихтер наблюдал детей, которым 20%-ный раствор сахара казался безвкусным. Кстати, существуют определенные закономерности в изменении вкусовой чувствительности с возрастом. У детей пороги выше, затем они понижаются и в старости снова начинают увеличиваться.
Врожденные дефекты вкуса могут иметь и более грубый характер, например, описана семейная дизантономия — синдром, характеризующийся целым рядом нарушений, в том числе полным отсутствием вкусовых сосочков и луковиц.
В целом следует отметить, что анализ индивидуальных различий вкусового восприятия показывает значительное разнообразие ощущений.
В отношении обоняния наблюдаются еще более выраженные различия в восприятии. Описан целый ряд мутаций, приводящих к полной аносмии — неспособности воспринимать запахи. Так, на Фарерских островах в нескольких поколениях наблюдалась семейная аносмия, передававшаяся по наследству как аутосомная доминантная мутация. В случае другой аутосомной доминантной мутации наблюдалась аносмия, которая развивалась в среднем возрасте.
Частичная аносмия, когда утрачена способность воспринимать тот или иной запах, встречается значительно чаще. Например, около 18% мужского населения Австралии полностью нечувствительны к запаху синильной кислоты. Среди женщин такая аносмия встречается существенно реже (4,5%), что заставляет думать о наследовании, сцепленном с полом. Как рецессивный признак передается частичная аносмия к изобутиловой кислоте.
В обонятельной сенсорной системе имеется очень большое разнообразие рецепторов, именно поэтому многочисленные попытки ввести классификацию запахов фактически не увенчались успехом. Во вкусовой сенсорной системе традиционно выделялись 4 категории ощущений — кислого, горького, соленого и сладкого вкуса. Японские исследователи недавно предложили добавить еще «пятый вкус» — так называемый умами, который ощущается при воздействии глутамата. Даже если за каждый вкус отвечает несколько разновидностей рецепторов, как, например, в случае горького вкуса, то все равно это не идет ни в какое сравнение с обонянием, где, по некоторым данным, встречается до 200 разновидностей рецепторов!
Поэтому индивидуальные различия в отношении обоняния поразительно велики. Пороговые значения концентрации веществ для разных людей могут различаться в 1000 раз, даже внутрисемейные отличия чувствительности могут достигать 5-кратных.
Существует и общее понижение чувствительности к запахам — так называемая гипоэмия. Она сопровождает некоторые заболевания, например поджелудочной железы, а также болезнь Паркинсона. В данном случае можно рассматривать этот фактор (болезнь) как средовое воздействие, влияющее на сенсорную систему.
При старении также наблюдается постепенное снижение чувствительности к запахам.
Роль обоняния в поведении млекопитающих вообще и человека в частности очень велика. Известно шутливое высказывание по этому поводу, согласно которому, для того чтобы понять значение обоняния для человека, достаточно пройтись по магазину или аптеке и сосчитать продукты, которые ароматизированы или дезодорированы. Способности других млекопитающих в сфере обоняния еще более поразительны. В свое время ставился вопрос, способны ли полицейские собаки по запаху распознать монозиготных близнецов. Одни исследователи сообщали, что это возможно (Калмус), другие не подтверждали этих результатов (Фогель). В принципе, удивляться этому не приходится, так как определенный процент (пусть даже очень небольшой) монозиготных близнецов практически всегда демонстрирует дискордантность по тому или иному признаку. Поэтому у некоторых пар должны быть различия и запахов.
Эксперименты на инбредных линиях мышей дали очень интересные результаты, характеризующие способность обонятельного распознавания. Напомним, что мыши, принадлежащие к одной инбредной линии, обладают идентичным генотипом. Оказалось, что животные одной инбредной линии способны отличать по запаху мышей другой инбредной линии, отличающейся только по одной паре генов.
С обонянием у млекопитающих связано и половое поведение, в частности выбор партнера. Здесь необходимо сказать несколько слов о гаплотипе, т. е. наборе тесно сцепленных между собой генов, которые наследуются как единое целое. Гаплотип гистосовместимости (совместимости тканей) содержит гены системы HLA, с которыми связаны синтез антигенов и иммунные свойства организма. Чем разнообразнее этот набор, тем эффективнее действует иммунная система. Оказалось, что мыши предпочитают спариваться с партнером, который отличается по данному набору генов. У мышей это локус Н2, аналогичный комплексу HLA у человека. Распознавание партнера основывается на обонянии, поскольку при перерезании обонятельных нервов данный тип предпочтения исчезает.
Дальнейшие эксперименты показали, что такая особенность полового поведения характерна и для других грызунов. Биологический смысл данного явления очевиден — у потомства будет более разнообразный набор этих генов, а значит, иммунная система будет функционировать эффективнее.
Возникает вопрос: какое отношение имеют эти данные к человеку? Нет ли аналогичных закономерностей, влияющих на его половое поведение? Конечно, впрямую повторить эти работы на человеке невозможно, однако были проведены довольно интересные исследования в условиях изолированной популяции людей. В Северной Америке имеется община хутеритов (hutterite). Это потомки европейских переселенцев, ведущие своеобразный общинный образ жизни, достаточно изолированные от окружающего мира. Благодаря этому в данной популяции имеется довольно ограниченный набор гаплотипов. Исследователи установили HI А-гаплотипы у 411 семейных пар хутеритов и сделали поразительный вывод — брачный выбор определенно испытывал влияние HI А -гаплотипов! При вступлении в брак люди избегали выбирать партнеров с таким же гаплотипом (Ober et al, 1997).
Конечно, утверждать, что в данном случае выбор основывается на обонятельных раздражителях, мы, строго говоря, не можем, однако у других млекопитающих работают именно эти механизмы. Таким образом, можно полагать, что индивидуальные особенности обонятельного восприятия могут оказывать большое влияние даже на выбор брачного партнера.
В другом исследовании это было показано с еще большей убедительностью. Изучалась связь между последовательностями генов HLA-гаплотипов и отношением к различным запахам 49 незамужних женщин. Им предлагали оценить запахи в разных коробочках, спрашивая, желали ли бы они, чтобы эти запахи присутствовали в их окружении все время. В коробочки помещали различные вещества и кусочки ткани, в том числе кусочки футболок, в которых мужчины спали на протяжении двух ночей. Мужчины, участвующие в исследовании, были представителями разных этнических групп. В работе было показано, что, во-первых, нет запахов, предпочитаемых всеми одинаково, а во-вторых, было выяснено, что женщины предпочитают запахи тех мужчин, чьи HLA-гаплотипы похожи на их собственные, но не идентичны им. При этом выбор основывался на генах, полученных ими от отца. Те гены, которые эти женщины получили от матери, не оказывали влияния на предпочтение мужских запахов. По результатам этой работы ученые сделали заключение, что женщины могут ощущать генетические отличия по запаху, причем отличия могут заключаться в единичных генах.
Зрение
В развитии зрительной сенсорной системы принимает участие огромное число генов. Описан целый ряд мутаций, которые приводят к очень тяжелым нарушениям, например атрофии зрительного нерва. Существует масса мутаций, вызывающих атрофию, которые наследуются как по доминантному, так и по рецессивному типу. Не менее шести локусов вызывают врожденную аплазию сетчатки и слепоту. Наряду с мутациями, вызывающими очень тяжелые последствия, имеется ряд мутаций, приводящих к специфическим изменениям восприятия.
Особенно интересны нарушения цветовосприятия или различные варианты цветовой слепоты (дальтонизма). В сетчатке имеются три категории колбочек, которые содержат различные зрительные пигменты. Максимальная чувствительность каждого пигмента приходится на различные части спектра, поэтому можно говорить о синечувствительных колбочках, зеленочувствительных и желточувствительных (участвующих в восприятии красного).
Гены, отвечающие за синтез пигмента для зелено- и желточувствительных колбочек, локализованы на Х-хромосоме и демонстрируют все особенности наследования, сцепленного с полом.
Поскольку рецессивные мутации, находящиеся на X-хромосоме, у мужчин сразу проявляются в фенотипе, то цветовая слепота этого типа намного чаще встречается у мужчин, чем у женщин.
Существует любопытная особенность, касающаяся женщин с синдромом Шсрешсвского—Тернера. Поскольку при этом заболевавши имеется только одна половая хромосома (XO), то рецессивные гены, сцепленные с Х-хромосомой, у них сразу проявляются в фенотипе. Поэтому цветовая слепота у женщин с синдромом Шерешевского—Тернера встречается так же часто, как и у мужчин.
Пигмент в желточувствительных колбочках может полностью отсутствовать, тогда в сетчатке встречаются только два типа колбочек. Это явление называется протанопия и встречается у 1,3% мужчин. Пигмент может присутствовать, но быть аномальным — этот дефект получил название протаномалии (также у 1,3% мужчин). Наиболее часто встречаются мутации, связанные с функционированием зеленочувствительных колбочек. Случаи отсутствия пигмента (дейтеранопия) отмечаются у 1,2% мужчин, а наличие аномального пигмента (дейтераномалия) — у 5,0% мужчин. При цветовой слепоте такого рода люди не могут отличить красный цвет от зеленого.
Ген, отвечающий за синтез пигмента для синечувствительных колбочек, расположен на аутосоме. Он не демонстрирует сцепленного с полом наследования, поэтому тип цветовой слепоты, при котором нарушается способность отличать синий цвет от желтого, встречается крайне редко (у 0,001-0,002% мужчин).
Еще более редки случаи, когда имеется только один тип колбочек или они вообще полностью отсутствуют (0,000001 и 0,00001% муж чин соответственно). Полное отсутствие колбочек получило название полной цветовой слепоты и связано с аутосомной мутацией. Английское название этой аномалии — дневная слепота, поскольку больные лучше видят в сумерках, так как у них в сетчатке присутствуют только палочки. Раньше считалось, что цветовое зрение полностью отсутствует и в случаях, когда имеется только один тип колбочек. Но теперь удалось показать, что при наличии, например, одних синечув-ствительных колбочек больные способны различать небольшие голубые объекты на желтом поле, и наоборот.
В целом получается, что у 8,8% мужчин имеются те или иные генетически обусловленные нарушения цветовосприятия. В различных популяциях, особенно изолированных, могут наблюдаться отклонения от этих цифр в ту или иную сторону. Например, в некоторых районах Дагестана значительно повышена частота встречаемости дихроматов (присутствуют только два типа колбочек). Наиболее высокие значения встречаемости различных форм цветовой слепоты у мужчин отмечены у арабов (10%), тогда как в Мексике она составляет только 2,3%, а на островах Фиджи — 0,8%.
Существуют мутации, вызывающие нарушения функционирования палочек. Описана доминантная мутация, вызывающая врожденную ночную слепоту (пропадает способность видеть в сумерках), наблюдавшаяся в 11 поколениях в одном семействе (у потомков некого Жана Ногаре из Прованса). Это объясняется тем, что палочки являются гораздо более чувствительными к свету и способность видеть в сумерках связана именно с ними. Помимо этого вся организация нервных связей в сетчатке устроена таким образом, что функция палочек связана с обнаружением слабого света за счет качества изображения, поэтому в восприятии цвета, формы и движения объектов ведущую роль играют колбочки.
Одним из наиболее показательных примеров воздействия среды, способного повлиять на работу органов зрения, является нарушение работы палочек в результате нехватки витамина А, необходимого для образования зрительного пигмента родопсина. Возникает болезнь, именуемая куриной, или ночной, слепотой, при которой больные утрачивают способность видеть в сумерках. Если недостаток витамина А продолжается длительное время, то это может привести к разрушению наружных сегментов фоторецепторов и к полной слепоте.
Цветовая слепота может быть и приобретенной. Чаще всего заболевания, поражающие внешние слои сетчатки, вызывают тританопию — отсутствие синечувствительных колбочек. При поражениях внутренних слоев сетчатки и зрительных нервов чаще наблюдаются дефекты в функционировании зелено- и желточувствительных колбочек.
Были сделаны попытки оценить и другие свойства зрительной сенсорной системы, такие как подверженность некоторым зрительным иллюзиям, критическая частота мельканий, при которой наблюдается слияние в единый образ. По критической частоте мельканий были получены довольно высокие значения коэффициента наследуемости (0,63), что говорит о большей роли генетических факторов в определении индивидуальной изменчивости по данному признаку. Что касается зрительных иллюзий, то данные по известной иллюзии Мюллера-Лайера показали сравнительно небольшую конкордантность у монозиготных близнецов (0,53—0,57) и низкие величины коэффициента наследуемости, оцениваемые в некоторых работах лишь в 0,22-0,40. Это говорит о большой роли средовых воздействий в формировании этой черты зрительного восприятия. О том, что способность поддаваться иллюзии Мюллера-Лайера может зависеть от образа жизни и от определенной тренировки зрительной системы, свидетельствуют и данные, полученные в исследованиях бушменов Австралии. Оказалось, что они примерно в четыре раза меньше поддаются этой иллюзии, чем американцы.
Слух
Описано большое количество мутаций, приводящих к полной или частичной глухоте. Некоторые из них демонстрируют четкое доминантное наследование. Так, у нескольких семей наблюдалась невосприимчивость к низким частотам. Другие признаки — речь, умственное развитие, функция вестибулярной системы — были в норме, восприятие тональных посылок частотой 2000 Гц также не отличалось от нормального. Предполагается, что причиной такого дефекта могло быть избирательное нарушение верхушки улитки во внутреннем ухе.
Встречается и глухота к средним топам. Сообщалось о семье, в которой у матери и у трех из шести ее детей наблюдалось отсутствие восприятия частот от 500 до 4000 Гц. Как доминантный признак наследуется и глухота к высоким тонам, описанная в четырех поколениях у одного семейства мормонов. Встречается даже односторонняя глухота! Была исследована одна семья, в которой четверо детей из восьми были глухи на одно ухо, такой же дефект был у матери, у ее отца и сестры.
На нормальном развитии слуховой системы может сказываться и влияние большого числа рецессивных генов. Так, Мортон упоминает о 35 локусах мутаций, гомозиготность по любому из которых приводит к глухоте. По его же оценкам, около 10% нормальных индивидов в популяции являются носителями того или иного гена, связанного с глухонемотой.
В то же время ряд физиологических характеристик нормальной слуховой системы отличается высокой степенью стабильности. При этом индивидуальная изменчивость, связанная с разнообразием генотипов, очень невелика. Так, при определении порогов и латентных периодов различения громкости звуков было выявлено практическое отсутствие отличий между моно- и дизиготными близнецами по степени внутрипарного сходства.