Биологи вычислили генетические корни речи человека

"Мы первыми в мире проверили, как влияют изменения в строении FOXP2 на клетки человека, и выяснили, что мозг людей уже при рождении подготовлен к речи, в том время как детёныши шимпанзе ничем подобным не обладают", – говорит в пресс-релизе университета Гешвинд (фото UCLA).

Как так получилось, что мы, люди, можем говорить, а наши довольно-таки близкие родственники шимпанзе – нет? Американские специалисты провели масштабное исследование, в ходе которого попытались разобраться, что стало истинной причиной столь критического отличия. Так ли важно развитие мозга с годами или же за всё отвечают наши гены?

Вербальное общение людей между собой считается одной из основных отличительных черт человека, отделяющих его от всего остального мира животных. Пусть эта граница условна и те или иные проявления речи (равно как и осознания, восприятия произносимых и слышимых звуков) у животных всё же имеются. Но неоспоримый факт, что до уровня человека они не дотягивают.

В чём заключается уникальность Homo sapiens, решили доподлинно выяснить генетики из университетов Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) и Эмори (Emory University). Они предположили, что "виной" тому наши гены. Впрочем, учёные в этом были, конечно же, далеко не первыми, но данная группа специалистов впервые провела столь обширное исследование генетических основ появления речи у людей.

Довольно давно известно, что центральным геном, ответственным за правильное развитие речи у человека, является FOXP2. Этот ген кодирует белок с тем же названием, благодаря которому FOXP2 может контролировать работу других генов.

Прежние исследования показали, что когда этот ген инактивирован, у людей развиваются серьёзные проблемы с речью (составлением фраз) и произношением звуков.

Не исключено, что для столь радикального различия в речевых возможностях человека и шимпанзе достаточно было переставить в "гене речи" всего две аминокислоты. Однако объяснить абсолютно всю разницу между видами однопроцентным отличием их ДНК было гораздо сложнее (иллюстрация San Francisco State University).

Однако FOXP2 присутствует и у некоторых животных (птиц, рептилий и даже рыб). По логике получается, что за появление речи у человека отвечает не он. Одни научные группы стали искать другие "гены речи", другие – продолжили детальное изучение работы FOXP2.

Дальнейшие исследования показали, что FOXP2 почти не изменялся во время эволюции млекопитающих (вплоть до времени разделения человека и шимпанзе). Однако около 200 тысяч лет назад ген начал приобретать свои "человеческие" черты.

Последнее было установлено группой немецких учёных в 2002 году. Биологи тогда обнаружили, что у шимпанзе белки, кодируемые версией этого гена, имеют некоторые отличия от человеческих. Это может означать, что у людей FOXP2 функционирует по-другому. Отсюда и уникальные лингвистические способности.

Ещё один шаг к пониманию происходящих процессов сделали в нынешнем году генетики из института эволюционной антропологии Макса Планка (Max-Planck-Institut f r evolution re Anthropologie). Они внедрили человеческую версию гена в ДНК мыши.

Конечно, грызуны от этого не заговорили по-человечески: всё-таки способность к речи — навык комплексный. Но проведённые тогда исследования показали, что вокализация животных изменилась. Кроме того, в отделах мозга мышей (тех, что связаны с речью у людей) нейроны изменили своё строение и активность. А это уже что-то!

Некоторые антропологи полагают, что развитию речи у нас и, возможно, у неандертальцев поспособствовало особое строение подъязычной кости (hyoid bone). Внизу: копии соответствующих костей людей и животных (фото с сайтов listverse.com и boneclones.com).

Более детальным исследованием занялась группа учёных под руководством Женевьевы Конопки (Genevieve Konopka) и Дэниела Гешвинда (Daniel Geschwind) из университета Калифорнии в Лос-Анджелесе. Биологи вырастили в чашках Петри колонии клеток мозга, у которых отсутствовал ген FOXP2.

Затем одной части клеток была внедрена человеческая версия гена, а второй — от шимпанзе. После этого специалисты проследили за экспрессией генов, процессом перевода информации ДНК в работающие белки клетки и зарегистрировали, на каких генах и как отразились эти изменения.

В своей статье в журнале Nature учёные пишут, что из сотен подвластных FOXP2 генов удалось вычленить 116, которые реагировали на активацию человеческой версии не так, как на ген, взятый у обезьян. "Определив состав этой группы, мы заполучили в свои руки набор инструментов, позволяющих влиять на человеческую речь на молекулярном уровне", — заявляет Конопка.

Эта подборка генов, скорее всего, тоже участвовала в эволюции речи и языка, так как многие её составляющие контролируют развитие мозга или же связаны с познавательными способностями. Часть генов определяет появление и контролирует движение тканей лица и гортани (которые, как известно, активно участвуют в артикуляции).

На этой сложной схеме показаны отношения FOXP2 и его 116 "подчинённых". Красными линиями отмечены взаимодействия, встречающиеся как у людей, так и у шимпанзе, синими – отличные. Крупным шрифтом и большими зелёными кругами учёные выделили наиболее "востребованные" гены (иллюстрация UCLA).

Предварительные исследования Гешвинда эволюции тех самых 116 генов показали, что у них была примерно одна и та же история. "Возможно, они изменялись все вместе, как бы в связке", — рассуждает учёный.

Дэниел также отмечает, что, несмотря на доказанную важность FOXP2, он не стал бы называть его "геном речи". Возможно, FOXP2 – лишь часть некой группы, или же он не является первым звеном цепи (его работой также управляет какая-то неизвестная доселе субстанция), поясняет биолог.

Гешвинд говорит об этом не просто так. Его группа провела второй эксперимент: сравнила активацию генов во взрослых тканях мозга человека и шимпанзе. Оказалось, что существует частичное совпадение в работе тех генов, активность которых отличалась в мозге людей, и тех, что по-другому контролировались человеческой версией FOXP2.

А как насчёт попугаев? Ведь они хоть и не разговаривают сами, но довольно-таки неплохо копируют речь людей. Вопрос пока остаётся открытым, однако многие зоологи считают, что это лишь своеобразная мимикрия. На фото африканский серый попугай Алекс (Alex), прославившийся своими нестандартными способностями на весь мир (фото с сайта wordpress.com и economist.com).

"Ключевым является вопрос не как, а зачем появился язык, – полагает Дерек Бикертон (Derek Bickerton), профессор лингвистики Гавайского университета. – Мы начали говорить и общаться не автоматически. Если другие животные спокойно обходятся без речи, значит, она им просто не нужна. У нашего же вида была такая необходимость". На фото обложка книги Дерека "Язык Адама: Как люди создали язык, как язык создал людей" (Adams Tongue: How Humans Made Language, How Language Made Humans) (фото macmillan).

Пока рано делать какие-то выводы, но велика вероятность, что большая часть различий в мозге Homo sapiens и шимпанзе (по языковой линии) объясняется лишь двумя небольшими изменениями в одном гене. "Если это правда, было бы просто невероятно", — говорит Вольфганг Энард (Wolfgang Enard) из института эволюционной антропологии Макса Планка. (От себя добавим, что это снова подчеркнёт плавность перехода способностей от шимпанзе к человеку.)

"Эта работа – начальная точка, основа всех будущих молекулярных исследований, посвящённых изучению эволюции языка", — добавляет нейробиолог Пашко Ракич (Pa ko Raki ) из Йеля.

Прокомментировала нынешнюю работу и профессор Фаранех Варгха-Кхадем (Faraneh Vargha-Khadem) из университетского колледжа Лондона. Она занимается нарушениями речи пациентов, обусловленными генетическими отклонениями (и в активности FOXP2 в частности).

Профессор соглашается с выводами нынешней научной группы и отмечает, что у её больных часто встречается искривлённая форма нижней части лица (что ещё раз подтверждает: влияние FOXP2 – многогранное). Возможно, шимпанзе не могут говорить из-за тех же физических отклонений. Человек не мог бы танцевать, не будь у него ног, сравнивает Варгха-Кхадем.

Да, никто из наших братьев меньших, включая столь близких нам шимпанзе, не может общаться так же осмысленно и полноценно, но при этом лошади, к примеру, используют некое подобие слов, обезьяны вроде бы понимают грамматику и различают голоса, а сурикаты – интонации сородичей. Может, они и облекли бы свои мысли в слова, но у них нет соответствующих генетических предпосылок.

Фаранех поддерживает Дэниела и в вопросе комплексного подхода к развитию речи у людей. Не стоит концентрироваться лишь на одном гене и его многочисленных подопечных, считает она.

Кроме того, Варгха-Кхадем предполагает, что FOXP2 дал человеку лишь физическую возможность заговорить, но это не объясняет, как абстрактные идеи материализовались в древнем человеческом мозгу в слова, как появились высшие познавательные навыки. И с этим ещё предстоит разбираться.

Часто нарушения речи наблюдаются у людей, страдающих аутизмом или шизофренией. Нынешнее исследование, раскрывая истинные причины таких отклонений, даёт толчок новым работам, в ходе которых учёные наверняка определят, что мешает мозгу нормально воспринимать язык, придумают соответствующие лекарства (фото Momma Rolle/flickr.com).

Впрочем, и собственно с произношением учёным работать ещё очень долго. Ведь если вдуматься, "движение всех тех мускулов, что ответственны за произношение, – это тоже маленькое чудо", – говорит Варгха-Кхадем. Дабы воспроизвести последовательности звуков так, чтобы они были понятны слушателю, нужно тоже пройти очень долгий путь развития.

Каких-то особенных, невероятных преимуществ у человека пока обнаружено не было. Может, некоторые животные уже двигаются по этому пути, постепенно и незаметно догоняя людей?