Нейробиолог Филипп Хайтович: «Человеком нас сделал жир в мозге»

Один из ведущих мировых ученых рассказал об исследованиях, которые открывают перспективы замедлить старение и повысить интеллектуальные способности людей

ДОСЬЕ «КП»

Филипп Хайтович закончил биофак МГУ им. Ломоносова, учился и работал в Иллинойском университете в Чикаго (США), где получил степень PhD (аналог российского кандидата наук). Переехал в Германию и 7 лет отработал в Институте Макса Планка, одном из ведущих мировых центров фундаментальных научных исследований. Сегодня руководит Институтом вычислительной биологии в Шанхае (Китай) и возглавляет лабораторию в Сколковском институте науки и технологий (Сколтехе).

ДАЕШЬ СВОБОДНОЕ ПЛАВАНИЕ!

- Мы исследуем замороженные человеческие мозги, -  сходу поражает воображение ученый при встрече и с гордостью добавляет:  «Этим занимается всего 1% нейробиологов в мире». В 2005 г. одним из главных научных прорывов года было признано исследование Хайтовича и его коллег по сравнению геномов шимпанзе и человека - ученым удалось выявить гены, определяющие развитие мозга и поведение. А в 2014 году команда исследователей под руководством моего собеседника выяснила, что важную роль в эволюции и устройстве нашего мозга играют липиды (жиры).

- Филипп, есть такое обидное выражение «мозг жиром заплыл» - когда человек плохо соображает. А что говорят ваши исследования о роли жиров?

- Вообще-то мозг любого из нас на 60% состоит из жира - липиды являются материалом, из которого построены мембраны, оболочки клеток мозга. А состояние мембран важно для нормальной работы нервных клеток - нейронов: ведь именно через оболочки происходит проникновение ионов, которые отвечают за передачу нервных импульсов. Если мембраны слишком жесткие, то белки-рецепторы, осуществляющие передачу, будут «плавать» между нейронами медленнее, передача импульсов затруднится. Из-за этого в конечном счете ухудшаются и мысленная деятельность, и двигательные навыки.

- Обычно такие сложности начинаются у людей в пожилом возрасте.

- Да, и одной из причин этого может быть как раз изменение жирового состава мозга, связанного с состоянием оболочек нервных клеток. Наши исследования показали не только разницу в липидном составе мозга у человека и его ближайших родственников - приматов, но и то, что этот состав существенно изменяется у людей с возрастом. Дальнейшие задачи - выяснить причины таких изменений и возможности воздействовать на них, в том числе это может открыть перспективы замедлить старение человека, повысить интеллектуальные способности.

НЕ ЗЛОУПОТРЕБЛЯЙТЕ ОМЕГОЙ-6

- Если говорить о жирах в нашем питании - это на мозг как-то влияет?

- Безусловно. Исследования уже давно доказали пользу ненасыщенных жирных кислот - Омега-6 и Омега-3. Известно, что они хороши для развития человеческого мозга, и потому их обязательно нужно добавлять в питание ребенка. В то же время в современной жизни нас часто постигает дисбаланс: люди употребляют слишком много Омега-6 и слишком мало Омега-3 кислот. Такой перекос может привести к нарушению памяти, депрессии и даже суицидальному настрою.

БУДЬ В КУРСЕ

Полиненасыщенные жирные кислоты Омега-6 и Омега-3 были открыты в 30-е годы ХХ века, условно их называют витамином F (от английского fat, жир). В конце 70-х годов датские ученые начали многолетнее исследование здоровья и образа жизни эскимосов Гренландии, известных своим долголетием и низким уровнем сердечно-сосудистых заболеваний. Была выдвинута гипотеза о защитных свойствах Омега-3 кислот, которыми богат рацион эскимосов - они питаются в основном рыбой. Это предположение подтвердилось в ходе дальнейших исследований, проведенных в приморских районах других стран, включая Японию.

На сегодня доказано, что достаточное употребление кислот Омега-3 помогает уберечься от депрессии, справиться с синдромом хронической усталости, головными болями, а также заметно снижает риск болезни Альцгеймера. Главные источники Омега-3 - жирные сорта морских рыб: палтус, скумбрия, сельдь, тунец, форель, лосось. Но - обратите внимание! - речь идет только о диких рыбах, которые получают ценные кислоты, питаясь морскими водорослями и/или мелкой рыбешкой, поедающей такие водоросли. Лосось, форель и прочие породы, выращенные искусственно, на комбикормах, практически не содержат Омега-3. Кроме дикой морской рыбы этими кислотами богаты также печень трески, грецкие орехи, льняное масло, фасоль, цветная капуста, тыква, шпинат, кунжут, семена льна.

Второй вид кислот - Омега-6 - предотвращает развитие атеросклероза, сахарного диабета, рассеянного склероза, обеспечивает работу иммунитета. Ее источники - подсолнечное и кукурузное масло, яйца, сливочное масло, свинина. Для организма очень важно соотношение Омега-6 и Омега-3: рекомендуется норма 4:1. В то же время многие современные люди питаются в пропорции 20:1 и даже 30:1, не добирая морской рыбы и налегая на продукты с Омега-6. При таком дисбалансе в организме повышается выработка токсичных веществ, развиваются воспаления, которые повышают риск онкозаболеваний, происходят другие неблагоприятные изменения. Поэтому ученые и врачи советуют повышать содержание Омега-3 в своем рационе: стараться 2 - 3 раза в неделю есть морскую рыбу, ежедневно съедать горсть грецких орехов, добавлять в салаты льняное масло, кунжут или семена льна.

МЫ СТАЛИ СЛАБЕЕ, ЧТОБЫ ПОУМНЕТЬ?

- Сравнивая организмы приматов - шимпанзе, макак и человека, удалось выяснить еще один любопытный факт, -  продолжает Филипп Хайтович. -  Оказывается, кроме мозга, где особенно заметна разница в жировом составе, в ходе эволюции у людей произошли ощутимые изменения в мышцах по сравнению с обезьянами. Мы провели серию экспериментов: измеряли мускульную силу молодых шимпанзе и макак, давая им тянуть веревку, чтобы получить яблоко или виноградину. Потом за веревку тянули люди-добровольцы.

- С обезьянами соревновались ваши студенты?

- Нет, наши студенты-биоинформатики не слишком сильные ребята, -  улыбается ученый.  - Поэтому сразиться в силе мускулов с обезьянами мы попросили молодых людей, которые профессионально занимаются спортом. Эти добровольцы были более мотивированы, им хотелось отличиться в том числе друг перед другом. А шимпанзе и макаки тянулись за фруктами в одиночку, соревновательного мотива у них не было. Итог эксперимента поразил: у обеих пород обезьян мускульная сила, вычисленная с учетом их веса, оказалась примерно одинаковой, а вот люди, будучи весьма сильными для человеческого вида, уступают шимпанзе и макакам в два раза!

- Это как-то связано с эволюцией мозга?

- Мы полагаем, что да. Человеческий мозг потребляет 20% всей энергии, которую вырабатывает наше тело. Мышцы, когда не работают, почти ничего не потребляют. Но вот когда нужно бежать, чтобы спасти свою жизнь, или когда мы работаем в поте лица, мышцы потребляют кучу энергии. Чем сильнее мышцы, мощнее мускулатура, тем больше энергии на них уходит. По всей видимости, у предков человека произошла адаптация: чтобы больше энергии доставалось мозгу для его деятельности, мышцы стали слабее, и у них уменьшился энергетический аппетит.

ПЛОТНО ПОЕЛ - СЛЕГКА ПОГЛУПЕЛ

- Объясните: зачем так много энергии нашему мозгу? На что конкретно она расходуется?

- Нейроны, клетки мозга, постоянно передают друг другу электрические импульсы, чтобы поддерживать жизнедеятельность всего организма. На это и тратится громадное количество энергии.

- А если человек очень интенсивно думает, решает сложные задачи - потребление энергии растет?

- Незначительно, всего на несколько процентов.

- Многие из-за нехватки времени занимаются умственной работой во время еды - это вредно или ничего страшного?

- На самом деле, мозгу совсем несложно одновременно отдавать команды для обеспечения пищеварения, но при этом идет перераспределение энергетических потоков: само по себе переваривание пищи это очень энергозатратный процесс. А ресурсы не безграничны. Если растут затраты энергии на пищеварение, то мозгу остается меньше. Поэтому напряженная мыслительная деятельность будет затруднена.

- То есть после плотного обеда лучше какое-то время передохнуть?

- Думаю, буквально получаса хватит, пока идет самая активная фаза пищеварения.

ЧЕМ ДОЛЬШЕ РАЗВИТИЕ, ТЕМ ДАЛЬШЕ СТАРОСТЬ

- Филипп, еще одно ваше открытие связано со скоростью «созревания» мозга и продолжительностью жизни. Что это были за опыты?

- Мы исследовали структуру мозга приматов и человека на уровне активности генов: это программа, которая отвечает за соединение нейронов друг с другом, то есть синаптические контакты. У человеческого ребенка на формирование таких контактов уходит до 10 - 15 лет, при этом нейронные сети еще не полностью сформированы даже у 15-летних подростков. У нас этот процесс - по сути, развитие мозга - продолжается всю жизнь, но все медленнее и постепенно идет на убыль. А у детенышей обезьян нейронные сети полностью формируются в течение года и даже быстрее. То есть у них процесс заканчивается очень быстро. При этом макаки живут до 40 лет, а шимпанзе максимум 70 лет.

- То есть человеческий мозг «созревает» дольше, и благодаря этому у нас выше продолжительность жизни?

- Это одна из гипотез, но в природе есть подтверждения того, что долгое развитие организма сопровождается более длительным периодом жизни. Например, известно, что слепые рыбы в пещерах Хорватии живут до 100 лет, при этом достигают полового созревания в 15 - 16 лет.

КСТАТИ

В ряде научных экспериментов подопытным животным замедляли наступление полового созревания - с помощью ограничительных диет, снижения температуры тела, повышения концентрации углекислого газа. При этом продолжительность жизни заметно возрастала. «Когда организм достигает полового созревания и готов к размножению, его ресурсы направляются на обеспечение репродуктивной функции», - поясняют эксперты. При этом меньше внимания уделяется самообновлению, ремонту «поломок», которые неизбежно возникают в клетках в процессе жизнедеятельности. В итоге повышается риск накопления внутренних повреждений, которые являются одной из причин старения.

ПОЧЕМУ МЫ НЕ БОИМСЯ КОШЕК

- Еще одно уникальное свойство человеческого мозга - его пластичность, -  продолжает ученый . - С одной стороны, это проявляется в том, что наш мозг восприимчив к усвоению новой информации. Благодаря этому поведение человека не предопределено. У насекомых, например, стереотипы поведения в той или иной ситуации изначально заложены в структуре мозга и не могут меняться. Поэтому на каждое раздражение насекомое будет реагировать только одним определенным образом. С человеком не так. Скажем, если вы впервые увидели кошку, то сначала вы можете испугаться, но быстро поймете, что бояться нечего. Это так называемая поведенческая пластичность.

С другой стороны, пластичность мозга проявляется в способности формирования новых нейронных сетей. Примером этого может быть восстановление после инсульта и даже после операций, при которых людям удаляют одно из полушарий мозга. Таким радикальным методом лечат тяжелые заболевания, когда в мозге у детей происходит аутоиммунная реакция, приводящая к частым эпилептическим припадкам. Примерно через год все способности восстанавливаются, и потеря одного полушария становится практически не заметна.

- Это удивительно. Выходит, наш мозг таит буквально фантастические резервы?

- Возможно. Перефразируя Сократа, чем больше я изучаю человеческий мозг, тем больше понимаю, как мало мы на самом деле знаем о состоянии, работе этого важнейшего органа, о том, почему мы отличаемся от животных. Кстати, одной из гипотез, объясняющих такое отличие, является неотеническая. Это явление, когда взрослый организм сохраняет черты детского развития. Было замечено, человеческий череп больше всего похож на череп детеныша шимпанзе, гориллы или другой человекообразной обезьяны. С возрастом у приматов развивается огромная челюсть, черепная коробка становится относительно маленькой по сравнению со всем телом. А у человека череп как бы замораживается, сохраняя детскую форму. И одновременно в течение всей жизни мы сохраняем присущую детям любознательность (хоть и в меньшей степени с возрастом), способность к обучению, приобретению новых навыков. В то время как у обезьян поведенческая пластичность проявляется лишь в юном возрасте, максимум до года после рождения и затем исчезает.

Так что, не исключено, что человек является человеком, потому что в определенной степени остается ребенком всю свою жизнь.

КАЗУСЫ ЭВОЛЮЦИИ

Природа убрала, а мы восстанавливаем

- Первой функцией мозга, которая возникла у живых организмов в ходе эволюции, стало управление движением, -  рассказывает Филипп Хайтович.  - Потом появились другие органы чувств: осязание, обоняние. Затем - зрение и слух. У многих простейших организмов этих органов чувств нет - они ориентировались в окружающей среде с помощью осязания.

При этом человек, которого зачастую считают «венцом эволюции», отнюдь не стал обладателем всех достижений природы. Так, у многих наших братьев меньших обоняние гораздо лучше, а насекомые и рептилии куда более «продвинуты» по части зрения - воспринимают и ультрафиолетовый свет, и инфракрасное излучение. «У человека и приматов около тысячи генов, отвечающих за рецепторы обоняния, но в реальной жизни нам достаточно трехсот, поэтому остальные гены потеряли свою активность, - поясняет профессор Хайтович. - У нас неплохой слух, потому что для человека важна речь, но полагаемся мы прежде всего на зрение, при этом воспринимать УФ и ИК-излучение человеку нет необходимости». В общем, в ходе эволюции мы потеряли или не приобрели некоторые способности, которые есть у других видов, поскольку для нас они не были жизненно необходимыми. Теперь же сам человек с помощью новых технологий, гаджетов фактически пытается восстановить некоторые из этих свойств, чтобы использовать их для дальнейшего улучшения своей жизни.