7 пугающих экспериментов: оптогенетика, человек-обезьяна и разлучение близнецов

Из научной фантастики известно, что нарушение учеными моральных табу ни к чему хорошему не приводит. Более того, последствия бывают просто чудовищны — новая раса роботов-убийц, злобная слизь или, скажем, засасывающая дыра во времени. Впрочем, в реальном мире все не так однозначно. «Теории и практики» публикуют статью журнала Wired о жутковатых экспериментах, которые наглядно демонстрируют, куда могла бы зайти современная наука, если бы она избавилась от морального компаса, который сегодня направляет ее развитие.

Разлучение близнецов

Эксперимент

Разлучить близнецов сразу после рождения, а затем отслеживать их развитие, полностью контролируя условия жизни обоих.

Предпосылки

Самый очевидный объект для исследователей, желающих прояснить все аспекты взаимодействия природных условий и воспитания в процессе формирования индивида, — это полностью идентичные близнецы, то есть два человека, чьи гены совпадают почти на 100 процентов. Однако близнецы в большинстве случаев растут вместе, в примерно одинаковых условиях. Ученые уже провели несколько исследований, в ходе которых им удалось проследить взросление близнецов, разлученных в раннем возрасте (как правило, вследствие усыновления). Однако в подобных случаях невозможно определить, насколько жизни разлученных близнецов остаются связаны друг с другом, поскольку наблюдение ведется не с самого начала их жизни. А вот если бы ученые могли контролировать взросление каждого из них с рождения, можно было бы говорить о строжайшем научном исследовании, которое стало бы также одним из самых неэтичных в истории науки (помимо клонирования людей в исследовательских целях, еще менее приемлемом с точки зрения морали). Однако только с помощью такого эксперимента мы могли бы получить ответы на некоторые важные вопросы в сфере генетики и воспитания.

Как это работает

Будущих матерей близнецов нужно найти заранее, чтобы с самого рождения создать для детей разные условия взросления. Выбрав определенные факторы для исследования, ученые построили бы для детей специальные дома, где можно было бы контролировать все аспекты их воспитания, от питания до климата.

Результат

Эксперимент существенно расширил бы некоторые дисциплины, в особенности физиологию — науку, в которой роль воспитания до сих пор так и не выяснена до конца. Возрастные психологи могли бы получить ценнейшие данные в сфере развития личности и объяснить наконец, почему, к примеру, близнецы, которых воспитывают вместе, могут вырасти совершенно разными, в то время как воспитанные по отдельности близнецы, наоборот, обнаруживают иногда поразительные сходства.

Извлечение мозговых клеток

Эксперимент

Извлечь мозговые клетки из живого объекта исследования с целью выделения активных и неактивных генов.

Предпосылки

В том, чтобы сдавать кровь или волосы для научных исследований, нет ничего особенного — а вот как насчет маленького кусочка вашего собственного мозга, и не после смерти, а при жизни? Нормы медицинской этики не позволят вам согласиться на это, даже если вам очень захочется, и по вполне разумной причине: извлечение клеток из мозга относится к сфере инвазивной хирургии, результаты которой могут быть непредсказуемы. Впрочем, если бы достаточное количество здоровых пациентоввсе–такина это согласилось, наука могла бы ответить на важнейший вопрос: какое воздействие оказывает воспитание на природные свойства человека, и наоборот? Ученые, в принципе, признают возможное влияние внешних факторов на изменения в ДНК, однако документально подтвержденных примеров подобных эпигенетических изменений у них недостаточно, и сущность и возможные последствия таких изменений для человека пока остаются неизвестны. Эксперименты на животных доказали, что последствия эти могут быть весьма значительны. Исследование, проведенное в 2004 году в Университете Макгилла на лабораторных крысах, показало, что определенный паттерн поведения материнской особи может подавить ген в гиппокампе их детенышей, в результате чего они хуже справляются с гормонами стресса. В 2009 по инициативе того же университета было проведено еще одно исследование, в ходе которого ученые выяснили, что подобный эффект может проявляться и у человека: обнаружилось, что тот же самый ген сильно подавлен и в мозговых клетках самоубийц, с которыми жестоко обращались в детстве. Но как обстоит дело с мозгом живых людей? Когда происходит это подавление? С помощью извлечения и анализа мозговых клеток из живого мозга мы могли бы не только точнее определить неврологические последствия жестокого обращения с детьми, но и, возможно, дать ответы на многие другие вопросы.

Как это работает

Исследователи могли бы извлекать мозговые клетки точно так же, как это делает хирург при проведении биопсии: пациенту дают легкое седативное средство и, применив местную анестезию, надевают ему на голову обруч с четырьмя специальными иглами. Хирург делает коже головы надрез шириной в несколько миллиметров, затем просверливает в черепе небольшое отверстие и вставляет туда иголку для биопсии, чтобы извлечь кусочек материи. Достаточно было бы самого малого количества, поскольку для исследования необходимо не больше нескольких микрограммов ДНК. Если в ходе операции не будет совершена хирургическая ошибка или занесена инфекция, мозг пострадать не должен.

Результат

Подобный эксперимент мог бы дать ответ на некоторые весьма глубокие вопросы о способности человека к обучению. Активизируются ли в процессе чтения гены в передних отделах лобной доли, отвечающих за мышление высшего порядка? Вызывают ли длительные бейсбольные тренировки изменения в эпигенетическом статусе генов в двигательной зоне коры мозга? Воздействует ли просмотр телесериалов на изменения генов в вашем мозгу? Определив влияние наших действий на ДНК в мозгу, мы могли бы лучше понять, какие изменения вносит наш образ жизни в унаследованные нами гены.

Картирование эмбриона

Эксперимент

Вставить отслеживающее устройство в человеческий эмбрион, чтобы проследить его развитие.

Предпосылки

Сегодня беременные женщины, чтобы узнать, что с плодом все в порядке, подвергают себя подробнейшим исследованиям. Но согласится ли хоть одна из них на то, чтобы ученые исследовали ее будущего ребенка в рамках научного проекта? Вряд ли. Однако без такого рода радикальных экспериментов мы никогда не сможем до конца разгадать великую загадку развития человека: каким образом комочек клеток превращается в полноценное человеческое существо. На данный момент, благодаря новой технологии отслеживания генетической активности клеток за определенный период, исследователи, конечно, могут ответить на этот вопрос, но лишь в общих чертах. А вот чтобы дать более конкретные ответы, им необходимо всего лишь согласие от объекта исследования — матери, которая разрешила бы им использовать своего собственного ребенка в качестве подопытного кролика. И они могли бы найти такой объект — если бы на их пути не стояли этические запреты.

Как это работает

Чтобы отследить активность различных генов внутри клетки эмбриона, исследователи могли бы использовать синтетический вирус, который выступил бы в роли визуально заметного гена-«репортера» (это мог бы быть, например, зеленый флуоресцентный протеин). Когда эта клетка стала бы делиться и множиться, исследователям удалось бы пронаблюдать, как гены активизируются и «выключаются» на различных стадиях развития. А это, в свою очередь, позволило бы им увидеть, в какие моменты развития стволовые клетки эмбриона трансформируются в сотни различных специализированных взрослых клеток, формирующих наши органы — легкие, печень, сердце, мозг и так далее.

Результат

Этот эксперимент позволил бы нам побывать на своеобразной премьере в «генетическом театре», где нам показали бы развитие человеческого существа со стадии эмбриона. Полученная информация помогла бы нам использовать стволовые клетки для восстановления поврежденных клеток и лечения болезней (например, путем вживления здоровых нейронов в мозг пациента, страдающего болезнью Паркинсона). Сравнение развития эмбрионов человека и других видов (подобные эксперименты уже проводились, в частности, на мышах) также позволило бы выявить различия в генетической экспрессии, которые обуславливают возникновение чисто человеческих свойств — например, речи. Впрочем, о таком эксперименте речи быть не может: риски слишком велики. Процесс отслеживания развития клеток грозит прерыванием беременности, а вирусный вектор, который использовался бы для вживления гена-«репортера», может расщепить ДНК эмбриона и привести, парадоксальным образом, к дефектам в развитии.

© Bartholomew Cooke

Оптогенетика

Эксперимент

Применить световые лучи для управления активностью мозговых клеток разумного человеческого существа.

Предпосылки

Извините, можно я тут немножко вскрою вам череп и вставлю парочку примочек? Прежде чем сказать решительное «нет», подумайте, какую пользу это могло бы принести науке. Число электрических соединений в мозгу практически бесконечно, и понять назначение каждого отдельного элемента в этой системе — задача не из легких. Почти все, что нам сегодня известно в этой области, было выяснено путем изучения мозговых травм. Их очевидные эффекты на мозг позволили ученым сделать выводы о назначении различных его участков. Обычные генетические исследования, в ходе которых определенные гены заглушаются или изменяются химическим путем, дают более точные результаты; однако, чтобы повлиять на активность клеток, необходимы часы или даже дни, — что сильно затрудняет отслеживание воздействия эксперимента на ментальные процессы. Чтобы качественно картировать мозг, ученым необходим инструмент, который был бы не только точным, но и быстрым.

Как это работает

Оптогенетика — это экспериментальный метод, который уже был весьма успешно опробован на мышах. Ученые разработали доброкачественный вирус, который при вживлении в мозг создает ионные каналы, реагирующие на свет, — своего рода переключатели, которые включают и выключают клетки. Направляя сфокусированные лучи света на мозговую ткань (обычно с помощью оптоволоконных нитей толщиной с человеческий волос), ученые могут выборочно усиливать или ослаблять мощность вспышки и наблюдать, какой эффект это производит на мозг. В отличие от обычных генетических методов, в этом случае оптогенетические вспышки могут менять нейронную мощность в течение миллисекунды. Возможность же направлять свет на определенные участки мозга позволяет проверять гипотезы с высочайшей точностью.

Результат

Оптогенетическое исследование человеческого мозга позволило бы проследить принципы действия разума с невиданной точностью. Только представьте: «засветив» некоторые клетки в правом переднем участке лобной доли коры головного мозга, можно лишить человека способности к самосознанию. А если, например, направить свет на зрительную зону, человек не сможет узнать своих близких. В идеальном варианте, эти эффекты должны быть временными — то есть, как только свет выключат, эти дефекты устранятся сами собой. Подобные эксперименты позволили бы нам проследить причинно-следственные связи в коре мозга и понять, каким образом мозг, с его 100 миллиардами нейронов, обеспечивает нас теми потрясающими способностями, которые мы, к сожалению, привыкли принимать как должное.

Обмен зародышами

Эксперимент

Пересадить эмбрион из матки худой женщины в матку женщины, страдающей ожирением, и наоборот.

Предпосылки

Сегодня экстракорпоральное оплодотворение — это дорогая и рискованная процедура. Так что довольно сложно представить, что женщина, решившаяся на это, захочет поменяться эмбрионами с другой женщиной. Однако такой самоотверженный поступок во имя науки мог бы привести к весьма значительным прорывам. Мы многого не понимаем в эпигенетике (например, как среда влияет на наши гены), но самой сложной остается одна проблема: большинство эпигенетических эффектов возникает уже на стадии зародыша.

Классический пример — ожирение. Исследования показали, что женщины, страдающие ожирением, как правило, производят на свет детей, которые имеют избыточный вес уже при рождении. Штука в том, что никто не знает, в какой степени это явление обусловлено генами — врожденными, унаследованными их вариациями, а в какой — эпигенетическими эффектами.

Как это работает

Эксперимент почти ничем не будет отличаться от обычного экстракорпорального оплодотворения, просто в этом случае оплодотворенная яйцеклетка матери, страдающей ожирением, будет пересажена в матку худой женщины, и наоборот.

Результат

В результате такого эксперимента мы смогли бы гораздо точнее определить, чем обусловлено ожирение — генетическими или эпигенетическими факторами. Аналогичные исследования могли бы также сфокусироваться на других аспектах. Например, одна исследовательская группа в Канаде сейчас проводит масштабное исследование — «Исследование реакции матери и ребенка на химикаты из внешней среды» (Maternal-Infant Research on Environmental Chemicals), в ходе которого они изолированно исследуют эффекты, возникающее при контакте генов зародыша с определенными токсинами. Если бы ученые имели возможность замены эмбрионов, им не понадобилось бы строить необоснованные предположения на основе чистой статистики. Результаты эксперимента были бы кристально ясны — в отличие, впрочем, от его этического «облика».

Токсичные герои

Эксперимент

Тестировать каждое новое химическое средство на добровольцах до его поступления на рынок.

Предпосылки

Согласно действующему в США законодательству, все граждане этой страны де-факто являются объектами для тестирования различных средств, которые могут быть токсичными. Так почему же, в самом деле, не начать набирать добровольцев, которые согласятся стать подопытными кроликами во имя остальных? Защитники медицинской этики и морали содрогнулись бы от такого предложения, несмотря на его вполне добровольный характер. Однако в долгосрочной перспективе подобные исследования могли бы спасти не одну жизнь. Соблюдая Закон США о контроле над токсичными веществами, американские производители обращаются в испытательные лаборатории, которые подвергают животных — обычно грызунов — воздействию больших доз определенного вещества. Но то, что мышь хорошо переносит химикат, совсем не значит, что он окажется безвредным для человека. На людях сегодня разрешается проводить только наблюдательные эксперименты — например, определять процент нежелательных эффектов у тех, кто подвергается воздействию того или иного химического средства в обычной жизни. Но с такими экспериментами связан целый ряд проблем. Когда исследователям удается обнаружить высокую степень воздействия — например, в случае с рабочим на фабриках, где применяется тот или иной химикат, — число исследуемых оказывается, как правило, недостаточным для того, чтобы сделать надежные выводы. Что касается более масштабных исследований, бывает очень сложно выделить эффект одного-единственного средства, поскольку все мы ежедневно подвергаемся воздействию множества химикатов.

Как это работает

Эксперимент заключается в том, чтобы проводить стандартные тесты на безопасность химикатов, которые предписаны Законом США о контроле над токсичными веществами, не на животных, а на людях. Для этого ученым понадобилось бы искать добровольцев различных национальностей и с разным уровнем здоровья — в идеале, речь идет о сотнях людей на каждое химическое средство.

Результат

Токсикология — это сегодня в основном «игра в угадайку». Возьмем, например, конфликт по поводу бисфенола А: результаты исследований воздействия этого химиката на человека подозрительно расплывчаты. Испытание химикатов в крупных масштабах на группах людей дало бы нам гораздо более ясную картину воздействия химикатов на человека. Эту информацию можно было бы предоставлять как контролирующим инстанциям, так и широкой публике, чтобы люди сами могли принимать решения. Еще один позитивный эффект эксперимента будет заключаться в том, что СМИ больше не будут давать читателям и зрителям противоречащие друг другу рекомендации о том, что для них хорошо, а что плохо.

Человек-обезьяна

Эксперимент

Скрестить человека с шимпанзе.

Предпосылки

Великий биолог Стивен Джей Гульд (Stephen Jay Gould) назвал этот эксперимент «самым потенциально интересным и этически неприемлемым экспериментом, который я могу себе представить». Так в чем же его идея? Идея в том, чтобы скрестить человека с шимпанзе. Эта «странная» мысль возникла у Гульда в ходе работы с улитками, родственные виды которых могут обнаруживать потрясающую вариативность в архитектуре панциря. Гульд объяснил это действием нескольких главных генов, которые активизируют и подавляют определенные гены, отвечающие за строение панциря. Он предположил, что сильные визуальные различия между людьми и обезьянами — это один из факторов разновременности развития (т.н. гетерохронии), а также указал на то, что взрослые человеческие особи имеют некоторые физические характеристики — например, крупный череп и широко расставленные глаза, которые можно встретить у детенышей шимпанзе. Этот феномен известен под названием «неотения» — сохранение детских и подростковых признаков у взрослых особей. Согласно теории Гульда, именно тенденция к неотении могла способствовать появлению человека в ходе эволюции. Наблюдая за развитием получеловека-полушимпанзе, ученые могли мы проверить эту теорию непосредственным (и, надо сказать, весьма жутковатым) путем.

Как это работает

К сожалению, этот эксперимент может оказаться пугающе прост: возможно, ученые смогут произвести на свет жизнеспособный эмбрион человекошимпанзе с помощью тех же технологий, которые используются при экстракорпоральном оплодотворении. (Науке уже удалось закрыть довольно приличную дыру в генетике путем скрещивания павианов с макаками-резусами). У шимпанзе 24 пары хромосом, у человека — 23; однако это не является абсолютным препятствием для скрещивания. Впрочем, у зародыша, скорее всего, будет нечетное число хромосом, что может заблокировать их возможность к воспроизводству. Что касается вынашивания плода и родов, и то и другое может быть проведено обычным способом. Детеныши у шимпанзе рождаются меньшего размера, чем человеческие, — их средний вес составляет обычно около 1,8 кг; и, исходя из соображений сравнительной анатомии, было бы разумно вырастить эмбрион в человеческой матке.

Результат

Теория Гульда о неотении, по меньшей мере, противоречива. «Ее рассматривали очень подробно и подвергали критике с разных точек зрения», — говорит Дэниел Либерман (Daniel Lieberman), профессор по эволюционной биологии человека в Гарвардском университете. Однако, например, Александр Харкурт (Alexander Harcourt), почетный профессор антропологии Калифорнийского университета в Дэвисе, считает неотению «вполне жизнеспособной концепцией». Такой «запретный» эксперимент помог бы разрешить этот спор и, шире, объяснить, почему два вида, обладающие такими схожими геномами, столь различны меж собой. Результаты такого исследования существенно обогатили бы биологию новыми данными о происхождении вида, который нам, естественно, интересен больше всех, — человека. Хочется, однако, надеяться, что для этого нам не придется прибегать к таким чудовищным способам.