Ваше существование началось со встречи яйцеклетки и сперматозоида, когда ДНК ваших биологических родителей объединились. Ваша первая клетка начала копировать новый геном и делиться для формирования тела.

И почти сразу стали накапливаться генетические ошибки. 

«Процесс накопления ошибок в геноме продолжается всю жизнь», — поясняет Фил Джонс, биолог-онколог из Института Сенгера в Хинкстоне, Англия.

Ученые давно знали, что системы копирования ДНК иногда дают сбои (именно так часто начинается рак), но лишь в последние годы технологии стали достаточно точными, чтобы зафиксировать каждую генетическую ошибку. Анализ показал, что наш геном содержит множество таких отклонений. Каждый человек представляет собой огромную мозаику клеток, которые в основном идентичны, но в той или иной степени отличаются друг от друга. 

Геномы клеток могут различаться единственной генетической буквой в одном месте и более крупным потерянным фрагментом хромосомы — в другом. Когда мы достигаем среднего возраста, каждая клетка тела, вероятно, уже содержит около тысячи генетических опечаток, считает Майкл Лодато, молекулярный биолог из Медицинской школы Массачусетского университета в Вустере.

Хотя процесс копирования ДНК отличается высокой точностью, и механизмы ее восстановления работают эффективно, мутации неизбежно накапливаются во всех типах клеток — в крови, коже или мозге. Учитывая, что взрослый организм состоит примерно из 30 триллионов клеток, при этом каждую секунду делится около 4 миллионов из них, даже редкие ошибки со временем суммируются. В клетках-предшественниках яйцеклеток и сперматозоидов таких «опечаток» значительно меньше: организм прилагает больше усилий для защиты репродуктивных тканей от мутаций, чтобы передать потомству нетронутую ДНК.

«Чудо, что все мы еще неплохо держимся», — отмечает Джонс.

Пока ученые находятся на самых ранних этапах в поиске причин и последствий этих мутаций. Национальные институты здравоохранения США инвестируют 140 миллионов долларов в их систематизацию, в дополнение к десяткам миллионов, выделяемым Национальным институтом психического здоровья на изучение мутаций в мозге. Хотя многие изменения, вероятно, безвредны, некоторые могут влиять на развитие рака и неврологических заболеваний. Что еще важнее, существует предположение, что накопленные за жизнь случайные геномные ошибки могут лежать в основе самого процесса старения.

«Мы знаем об этом явлении всего несколько лет — как будто обнаружили новый материк, — говорит Джонс. — Нам только предстоит выяснить, что всё это значит».

Первые подозрения

Уже в 1950-е годы, когда была открыта структура ДНК, исследователи стали предполагать, что генетические «опечатки» и другие мутации, накапливающиеся в соматических (не репродуктивных) тканях, могут объяснять природу заболеваний и старения. 

К 1970-м годам ученые установили: рак возникает, когда мутации заставляют некоторые клетки бесконтрольно расти.

«Считалось, что такое случается очень и очень редко», — поясняет Ян Вейг, генетик из Медицинского колледжа Альберта Эйнштейна в Нью-Йорке.

Однако обнаружить и изучить эти мутации было чрезвычайно сложно. Стандартные методы секвенирования (определения последовательности) ДНК позволяли анализировать только большие объемы генетического материала, выявляя лишь наиболее распространенные варианты. Редкие мутации оставались незамеченными. Ситуация начала меняться приблизительно в 2008 году, как сообщает Сиддхартха Джайсвал — биолог стволовых клеток из Стэнфордского университета в Калифорнии. Новые методы обладают такой высокой чувствительностью, что могут выявлять мутации, присутствующие в ничтожно малой доле клеток — даже в одной единственной из них. 

В начале 2010-х Джайсвал исследовал, как мутации накапливаются в крови до появления рака. Проанализировав образцы более 17 тысяч человек, вместе с коллегами он подтвердил гипотезу: мутации, способные вызывать рак, редко встречались у людей младше 40 лет, но с возрастом их частота возрастала. После 70 лет такие мутации обнаруживались как минимум в 10% клеток крови.

В то же время ученые обнаружили, что мутировавшие клетки часто были генетически идентичны — они представляли собой клоны. Как полагает Джайсвал, это происходит, потому что одна из тысяч стволовых клеток крови приобретает мутации, которые делают ее чуть более эффективной в росте и делении. На протяжении десятилетий она постепенно вытесняет нормально растущие стволовые клетки, образуя большую группу генетически схожих клеток.

Неудивительно, что ученые увидели взаимосвязь между быстрым делением среди клонов мутировавших кровяных клеток и риском развития рака крови. Более того, такие клетки могли бы приводить к повышенному риску сердечных заболеваний, инсульта и в целом, смерти, так как они способствуют воспалению. Неожиданностью стала обратная корреляция с болезнью Альцгеймера: относительный риск снижался на треть. Джайсвал выступал соавтором статьи о влиянии клонов кровяных клеток на здоровье в журнале Annual Review of Medicine за 2023 год. Он предполагает, что некоторые клоны могут эффективнее проникать в ткани мозга или очищать их от токсичных белков.

Пока Джайсвал и его коллеги работали с клонами клеток крови, о которых они сообщили в 2014 году, исследователи из Института Сэнгера приступили к изучению соматических мутаций в других тканях, начав с кожи глазных век. С возрастом у некоторых людей происходит опущение век, и они делают пластическую операцию по удалению избыточной кожи. Ученые взяли образцы этой кожи у четырех пациентов и вырезали кружки диаметром 1–2 миллиметра для генетического секвенирования. «Результаты нас шокировали», — признается генетик Иниго Мартинкорена. Несмотря на то, что у пациентов не было рака кожи, их кожные покровы содержали тысячи клонов, причем от 20% до 30% клеток имели мутации, связанные с онкологическими заболеваниями.

Такое количество мутировавших клеток у людей без рака кожи стали сенсацией. «Это ошеломило меня», — признается не участвовавший в исследовании Джеймс ДеГрегори, биолог-онколог из Медицинского кампуса Университета Колорадо в Авроре.

Исследователи из Института Сэнгера продолжили работу и выявили скопления идентичных мутировавших клеток в других тканях — пищеводе, мочевом пузыре и толстой кишке. Например, они изучили кишечные крипты — углубления в стенке кишечника. У каждого человека около 10 миллионов таких крипт, в каждой из которых находится примерно 2000 клеток, и все они происходят из небольшой группы стволовых клеток конкретной крипты. При анализе более 2000 крипт, взятых у 42 пациентов в возрасте 50 лет, ученые обнаружили сотни генетических вариаций. 

Порядка 1% обычных крипт у людей этого возраста содержали онкогенные мутации. Некоторые из этих мутаций способны подавлять размножение соседних клеток, что позволяет мутировавшим клеткам быстрее захватывать всю крипту. Этого недостаточно для развития рака толстой кишки, но в редких случаях клетки могут приобретать дополнительные онкогенные мутации, преодолевать границы крипты и вызывать злокачественные образования. 

«Где бы мы ни искали эти соматические мутации, в любом органе, — мы их находим», — говорит Джонс. Он стал воспринимать тело как некое поле эволюционной битвы. По мере накопления мутаций клетки могут приобретать большую (или меньшую) способность к росту и делению. Со временем некоторые клетки начинают преобладать над другими, образуя крупные клоны.

«И всё же, — отмечает ДеГрегори, — мы не покрываемся опухолями». Он предполагает, что должны существовать механизмы, которые предотвращают трансформацию клонов в раковые клетки. Действительно, как пишут Джонс и его соавтор в издании Annual Review of Cancer Biology за 2023 год, у мышей наблюдались случаи, когда чрезмерно увеличившиеся мутировавшие клоны возвращались к нормальному росту.

Джонс и его коллеги обнаружили пример защиты от появления раковых клеток в пищеводе человека. К среднему возрасту многие клоны клеток пищевода (часто составляющие основную часть его ткани) приобретают мутации, нарушающие ген NOTCH1. Это не влияет на способность пищевода продвигать пищу, но, как оказалось, раковым клеткам для роста NOTCH1 необходим. В клетках пищевода могут накапливаться опасные мутации, однако при отсутствии данного гена они реже превращаются в опухоли.

Получается, что не все мутации в клетках нашего организма плохие или нейтральные — некоторые даже полезны. И, к счастью, такие изменения к лучшему встречаются чаще.

Внутри мозга

«Наша система копирования ДНК часто допускает ошибки в клетках пищевода, толстой кишки и крови, так как они постоянно делятся. Однако нейроны головного мозга прекращают деление еще до или вскоре после рождения, поэтому первоначально ученые считали их генетически неизменными», — поясняет Кристофер Уолш, нейрогенетик из Бостонской детской больницы.

Однако появились предположения, что мутации, накапливающиеся в течение жизни, могут вызывать проблемы в мозге. Еще в 2004 году исследователи сообщили о пациенте с болезнью Альцгеймера, которую вызвала мутация, обнаруженная лишь в некоторых мозговых клетках. Это была новая мутация, не унаследованная от родителей.

В 2012 году группа Уолша опубликовала анализ ткани, которая была удалена во время операции по коррекции патологического разрастания мозга, что вызывало судороги. В трех из восьми образцов обнаружились мутации в гене, регулирующем размер мозга. И эти мутации не были найдены в крови, а значит, они возникли лишь в определенных участках организма. 

Как говорит Лодато, существует несколько механизмов возникновения мутаций в нейронах. Изменения могут появляться на ранних стадиях развития, когда мозг еще формируется, а его клетки продолжают делиться. Либо в зрелых клетках мозга происходит повреждение ДНК без дальнейшего полного восстановления. 

К 2012 году интерес к приобретенным мутациям в мозге стал возрастать. Томас Инсел, на тот момент директор Национального института психического здоровья, выдвинул предположение, что подобные мутации могут лежать в основе многих психических расстройств. Соматические мутации в мозге могли бы объяснить давнюю загадку неврологических заболеваний: почему однояйцевые близнецы часто не разделяют между собой психиатрические диагнозы (например, если у одного близнеца развивается шизофрения, у второго вероятность ее возникновения составляет лишь около 50%).

Мозаицизм дает «очень убедительное объяснение», как говорит Майк Макконнел — научный директор Фонда Леннокса-Гасто в Сан-Диего. Это некоммерческая организация, которая занимается поддержкой семей и исследованием тяжелой формы эпилепсии.

В начале 2010-х Макконелл, Уолш, Лодато и другие ученые приступили к каталогизации как масштабных, так и мелких мутаций, обнаруженных в мозге умерших людей. Они зафиксировали делеции и дупликации отдельных генов, групп генов или целых хромосом, нашли хромосомные сегменты, переместившиеся в новые участки генома. В итоге Уолш, Лодато и их коллеги установили, что к 50 годам каждый нейрон человека содержит тысячу и более точечных мутаций в ДНК. «Это казалось совершенно невероятным, — вспоминает Уолш. — Мы не верили самим себе».

Впечатленные такими результатами, исследователи продолжили работу. Они проанализировали 159 нейронов 15 человек, умерших в возрасте от четырех месяцев до 82 лет. Данные показали, что количество мутаций увеличивалось с возрастом, что говорит о накоплении ошибок с течением времени, как и в других частях организма. «Мозг — поразительная в своем роде мозаика», — отмечает Лодато.

Для дальнейшего изучения мозаицизма Национальный институт психического здоровья с 2015 по 2019 год финансировал серию исследований. Ученые анализировали мозаичные изменения в образцах мозговой ткани, в основном полученных посмертно из биобанков. В проекте использовались материалы более чем 1000 человек — как с типичным неврологическим развитием, так и с такими состояниями, как синдром Туретта и расстройства аутистического спектра.

«Наиболее распространёнными оказались мутации отдельных нуклеотидов», — сообщает Макконнелл, один из руководителей проекта. Исследователи собрали более 400 терабайт данных ДНК-последовательностей, разработали аналитические инструменты и создали мощную базу для будущих исследований мозгового мозаицизма. Эти и другие работы позволили ученым установить связь между мозаичными мутациями в мозге с неврологическими заболеваниями, включая аутизм, эпилепсию и шизофрению.

В лаборатории Лодато аспиранты Сезар Батиста Сотело и Сушмита Наяк изучают, как накопленные мутации могут вызывать боковой амиотрофический склероз (БАС) — прогрессирующее отклонение, также известное как болезнь Лу Герига. Генетикам удается выявить известные мутации лишь в 10% случаев ненаследственного склероза. Однако новые данные о мозаицизме свидетельствуют: у гораздо большего числа людей могут присутствовать мутации генов БАС исключительно в головном или спинном мозге, даже если в других тканях они отсутствуют.

Это важно, поскольку ученые разрабатывают разновидности терапии, направленные на более чем 40 генов, мутации в которых вызывают БАС. В 2023 году Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов в США одобрило первый подобный препарат, подавляющий активность одного из наиболее часто мутирующих генов БАС. Однако для получения такого лечения пациентам необходимо знать, какие именно мутации присутствуют в их организме.

«Поэтому, — как отмечает Наяк, — мы настоятельно призываем изменить текущую практику диагностики БАС». Вместо анализа ДНК только в образцах крови следует также исследовать другие ткани — слюну, волосы или кожу. Это позволит выявить мутации БАС, которые возникли на этапе эмбрионального развития в клетках-предшественниках, сформировавших различные ткани организма, но не давших начало клеткам крови.

Разгадка механизмов старения

Пока медицинские последствия мозаицизма остаются слишком неопределенными, чтобы предпринимать действия — особенно в случаях, подобных клонам крови, для которых не существует специального лечения. «Мы не призываем людей начать беспокоиться об этом, — поясняет Джайсвал. — На данном этапе нет оснований проводить тестирование здоровых людей».

И всё же многие ученые считают эти открытия подтверждением давней теории: накопление мутаций на протяжении жизни ведет к неизбежному процессу, который мы называем старением.

Мартинкорена и его коллеги проверили эту гипотезу в исследовании 2022 года. Они предположили: если мутации действительно ускоряют старение, то короткоживущие виды, например, мыши, должны быстро накапливать их; а долгоживущие, например, люди, — медленнее, благодаря более эффективным механизмам восстановления ДНК.

Чтобы проверить эту гипотезу, ученые погрузились в пятилетнее исследование, изучив образцы кишечных крипт восьми людей и множества животных: 19 лабораторных мышей и крыс; 15 домашних животных, включая кошек, собак, коров и кроликов; и 14 более экзотических существ, среди которых были тигры, лемуры, морская свинья и четыре голых землекопа, известных своей необычно долгой для грызунов продолжительностью жизни — более 30 лет. Как и предполагалось, чем дольше жил вид, тем медленнее в его клетках накапливались мутации.

«Это не доказывает, что соматические мутации вызывают старение, но говорит о возможности их участия в этом процессе», — поясняет Мартинкорена. Здесь действуют два взаимосвязанных фактора: накопление мутаций способствует сокращению продолжительности жизни, в то же время короткая продолжительность жизни снижает значимость защиты от мутаций. Поэтому короткоживущие виды меньше вкладываются в механизмы восстановления ДНК.

Перспектива влияния мутаций на старение выглядит заманчиво, поскольку предполагает, что устранение мутаций может стать «генетическим источником молодости». «Если завтра я найду способ остановить накопление этих мутаций, думаю, стану мультимиллиардером», — отмечает Батиста Сотело. Уже сейчас биотех-стартап Matter Bio в Нью-Йорке привлекает финансирование для разработки методов восстановления человеческого генома. (Применимость такого подхода к массам клеток остается под вопросом: «Не думаю, что можно полностью избавиться от мутаций», — утверждает ДеГрегори.)

Исследования соматических мутаций далеки от завершения. «Судя по текущим открытиям, мы только в начале пути, — заключает Мартинкорена. — В ближайшие годы нас ожидает множество сюрпризов».

По материалам Knowable Magazine
Автор: Эмбер Дэнс
Переводила: Екатерина Лобзева
Редактировал: Сергей Разумов

Мы все слышали, что жизненно важно спать от семи до девяти часов. Эту рекомендацию повторяют так часто, что она приобрела сакральный смысл. Поспишь меньше, и повышается риск ухудшения здоровья в краткосрочной или долгосрочной перспективе — проблемы с памятью, метаболизмом, депрессия, деменция, сердечно-сосудистые заболевания, ослабление иммунной системы.

Но в последние годы ученые обнаружили редкий подвид хомо сапиенсов, у которых сна ни в одном глазу, а бодрости не занимать. 

Их называют людьми с низкой естественной потребностью во сне, и они генетически заточены на то, чтобы им хватало на него лишь четырех или шести часов. Как показывает пример этих белых ворон, важно качество, а не количество. Если исследователям удастся выяснить, что отличает таких людей от остальных, то, как они надеются, получится пролить свет на природу сна.

«Мы не понимаем, что такое сон, тем более для чего он нужен. Даже смешно, ведь человек в среднем проводит во сне треть своей жизни», — говорит Луи Птачек, невролог из Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Некогда ученые думали, что сон — это всего лишь период отдыха, как когда выключаешь компьютер, подготавливая его тем самым к завтрашнему рабочему дню. Томас Эдисон называл сон тратой времени — «наследием наших пещерных дней», — и заявлял, что никогда не спит дольше четырех часов. Изобретение Эдисоном лампы накаливания побудило меньше спать и других. Сегодня в США рекордно большое количество взрослых спят ночью меньше пяти часов.

Однако современные исследования показывают, что сон — процесс активный и сложный. Сокращать его продолжительность — не в наших интересах. Исследователи предполагают, что во время сна тело и мозг пополняют запасы энергии, избавляются от токсичных продуктов, обрезают лишние синапсы и упрочняют воспоминания. Так что хронический недостаток сна может привести к серьезным последствиям для здоровья.

Большая часть из того, что мы знаем о сне и его депривации, основывается на модели, предложенной в 1970-х годах венгерско-швейцарским исследователем по имени Александр Борбели. Его двухпроцессная модель сна описывает, как взаимодействуют между собой независимые системы — циркадный ритм и гомеостаз сна, — определяя, когда и как долго мы спим. Циркадные часы диктуют 24-часовой цикл сна и бодрствования, ориентируясь на сигналы извне – на свет и темноту. Гомеостаз сна, однако, регулируется внутренним давлением, которое нарастает, когда вы бодрствуете, и снижается, когда спите, уменьшаясь и увеличиваясь, подобно чувству голода.

Но в этих паттернах хватает и различий. «Мы всегда знали, что есть жаворонки и совы, но большинство людей находятся где-то посередине. Мы всегда знали, что есть те, кто спят мало и те, кто спят долго, но большинство людей находятся где-то посередине, — рассказывает Птачек. — Они всегда были, но на них не обращали внимания, потому что обычно такие люди не ходят к врачам».

Всё изменилось, когда Птачек и его коллега Ин-Хуэй Фу, специалист по генетике и нейробиологии из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, познакомились с женщиной, для которой ранний подъем был проклятием. Она просыпалась без будильника еще до рассвета, когда было «холодно, темно и одиноко». Ее внучки унаследовали ее паттерн сна. Ученые обнаружили у этой редкой разновидности жаворонков генетическую мутацию, и после того, как они опубликовали результаты своих исследований, тысячи людей, склонных просыпаться крайне рано, вышли из тени.

Но Фу вспоминает, что ее заинтриговала одна семья, которая не укладывалась в этот паттерн. Ее члены рано просыпались, но не спешили вечером в постель и чувствовали себя отдохнувшими всего лишь после шести часов сна. Они стали первыми людьми, у которых обнаружили семейный естественный короткий сон — синдром, который передается по наследству, как и другие генетические признаки. Фу и Птачек проследили, что причина этого укороченного сна — мутация в гене под названием DEC2.

Исследователи на генном уровне закрепили у мышей мутацию DEC2 и показали, что такие особи нуждаются в меньшем количестве сна, нежели их сородичи. Кроме того, выяснилось, что одна из задач гена — помогать контролировать уровень гормона мозга под названием орексин, который поддерживает состояние бодрствования. Что интересно, дефицит орексина служит основной причиной нарколепсии (нарушение сна, выражается в приступах чрезмерной дневной сонливости). А вот у людей с непродолжительным сном выработка орексина, по-видимому, повышена.

В ходе работы команда выявила семь генов, связанных с естественным коротким сном. В семье, где было три поколения людей с коротким сном, ученые нашли мутацию в гене ADRB1, который очень активен в области ствола мозга, участвующей в регуляции сна. Когда ученые стимулировали эту область мозга у мышей, разбудив их, мыши с мутацией ADRB1 просыпались быстрее и дольше не засыпали.

У отца и сына, страдающих недосыпанием, исследователи нашли мутацию в другом гене, NPSR1, который участвует в регулировании цикла сон-бодрствование. Выведя мышей с такой же мутацией, ученые обнаружили, что те спят меньше, а в поведенческих тестах у них отсутствуют проблемы с памятью, которые обычно возникают после короткого ночного сна.

Команда также выявила две различные мутации в гене под названием GRM1 у двух несвязанных между собой семей, где наблюдались укороченные циклы сна. И снова мыши, выведенные с этими мутациями, спали меньше, без каких-либо очевидных последствий для здоровья.

Как и мыши, люди, которые от природы любят поспать, похоже, не испытывают негативных последствий недостатка сна. Более того, они чувствуют себя на редкость хорошо. Исследования показывают, что такие люди амбициозны, энергичны и оптимистичны, обладают поразительной устойчивостью к стрессу и более высоким болевым порогом. Возможно, они даже живут дольше.

Основываясь на результатах, полученных у людей с короткой продолжительностью сна, некоторые исследователи полагают, что настало время обновить старую двухпроцессную модель сна, на основе которой Птачек разработал идею о третьем влиянии. Обновленная модель может работать следующим образом: утром циркадные часы показывают, что пора начинать день, гомеостаз сна сигнализирует, что вы достаточно выспались, чтобы встать с постели. Затем третий фактор — поведенческий драйв — побуждает вас пойти на работу, или найти себе пару, или добыть пропитание. Ночью процесс идет в обратном направлении, чтобы тело успокоилось и заснуло.

Возможно, люди с короткой продолжительностью сна настолько целеустремленны, что способны побороть природные процессы, которые удерживают других в постели. Но может быть и так, что каким-то образом их мозг настроен на более эффективный сон, поэтому они способны на большее при меньших затратах.

Эффективная дрема

«Не то чтобы за время ваших семи или восьми часов происходит нечто волшебное», — объясняет Филлис Зи, директор Центра циркадной медицины и медицины сна при Северо-Западном университете. Зи может представить себе множество способов, позволивших бы мозгу людей с короткой продолжительностью сна быть более эффективным. Быть может, у них дольше длится стадия медленного сна, которая лучше всего восстанавливает силы? Может быть, у них вырабатывается больше спинномозговой жидкости — жидкости, которая омывает головной и спинной мозг, тем самым позволяя им избавляться от большего количества вредных веществ? Отличается ли у них скорость метаболизма, помогая быстрее впадать в состояние сна и выходить из него?

«Всё дело в эффективности сна, мне так кажется, — подытоживает Фу. — Всё, что организму нужно сделать во время сна, эти люди могут проделать за минимальное время».

Недавние исследования Фу и Птачека позволяют предположить, что люди с короткой продолжительностью сна от природы могут более эффективно избавляться от токсичных веществ в мозге, которые способствуют развитию нейродегенеративных заболеваний, например, болезни Альцгеймера. Исследователи скрестили мышей с генами короткого сна с мышами, несущими гены, которые предрасполагают к болезни Альцгеймера. В мозге мышей с болезнью Альцгеймера образовались патологические белки — амилоидные бляшки и клубки тау, которые у людей считаются признаками деменции. Но в мозге гибридных мышей нашлось меньше таких бляшек и клубков, словно мутации сна защищали животных.

Величайшие секреты сна

Фу считает, что если бы она провела аналогичные исследования на моделях сердечных заболеваний, диабета или других болезней, связанных с недостатком сна, то получила бы схожие результаты.

Еще не ясно, как выявленные гены короткого сна защищают людей от последствий плохого сна или как мутации в этих генах делают сон более эффективным. Чтобы найти ответы на эти вопросы, Фу и Птачек стали привозить людей с короткой продолжительностью сна в лабораторию и измерять их мозговые волны во время сна. Их исследование прервалось из-за пандемии, но они намерены его возобновить.

Исследователи также хотят понять и другие особенности сна. Продолжительность сна, как и большинство других видов поведения, повторяет колоколообразную кривую. Коротко спящие люди находятся на одном конце кривой, а долго спящие — на другом. Фу обнаружила генетическую мутацию, связанную с продолжительным сном, но долго спящих людей трудно изучать, поскольку их расписание не соответствует нормам и требованиям общества. Такие люди часто вынуждены рано вставать, чтобы идти в школу или на работу, что приводит к недосыпанию и может способствовать развитию депрессии и других заболеваний.

Но хотя сну присущ сильный генетический компонент, на него также может влиять окружающая среда.Если мы будем твердо знать, что улучшить качество сна можно, а исследователи станут искать способ, как этого добиться, то много людей проживет долгую и здоровую жизнь.

Например, в лаборатории Зи попробовали использовать акустическую стимуляцию для усиления медленных волн глубокого сна, которые улучшают обработку памяти и могут быть одним из секретов успеха людей с короткой продолжительностью сна. В одном из исследований ученые включали розовый шум — более мягкий и естественный звук, чем белый шум, напоминающий дождь или океан, — пока участники исследования спали. На следующий день они лучше прошли тест на запоминание пар слов. «Мы можем улучшить память, но не заставляем участников спать дольше или меньше, — говорит Зи. — Думаю, нам еще многое предстоит узнать».

Пока что исследователи советуют принять тот факт, что разным людям нужно разное количество сна. Птачека до сих пор коробит, когда он слышит, как кто-то внушает ему, будто всем нужно спать по восемь часов в сутки. «Это всё равно что сказать, что все поголовно должны быть ростом метр восемьдесят, — говорит он. — Генетика так не работает».

По материалам Smithsonian Magazine
Автор: Марта Броадфут
Переводила: Елизавета Яковлева
Редактировала: Анастасия Железнякова

Когда Владимир Набоков редактировал текст автобиографии «Память, говори», он заметил, что пребывает в странном состоянии. Сначала он написал эту книгу на английском языке. Она была опубликована в 1951 году. Спустя несколько лет нью-йоркское издательство попросило его перевести произведение на русский язык, чтобы книгу могли читать в том числе и русскоязычные эмигранты. Когда Набоков начал писать на русском, использование родного языка вызвало волну воспоминаний из детства, которыми он затем дополнил последнюю англоязычную редакцию книги, вышедшую в 1966 году. 

Как писал позднее сам Набоков: «Изложить на английском русскоязычную адаптацию того, что изначально было пересказом русских воспоминаний на английском языке, было ужасно сложной задачей. Но меня грела мысль о том, что еще ни один человек в мире не переживал столь глубинной, словно превращение гусеницы в бабочку, трансформации».

За последнее десятилетие интерес психологов к подобным явлениям сильно возрос. Помимо влияния на качество наших воспоминаний, переход с одного языка на другой способствует улучшению навыка принимать решения и анализировать морально-этические дилеммы. Разговаривая на иностранном языке, вы даже можете стать более рациональными, открытыми и готовыми справляться с неопределенностью. Данный феномен известен как «эффект иностранного языка», и его преимущества могут вдохновить вас выучить несколько иностранных слов, чтобы развить свое мышление.

Эффект иностранного языка не стоит путать с понятием лингвистического детерминизма, которое подразумевает, что лексика и особенности грамматики влияют на восприятие мира его носителем. Например, восприятие оттенков зависит от того, какими словами обозначаются цвета, а восприятие времени — от вариаций грамматического времени, используемых в языке.

Вы, возможно, знакомы с этим явлением благодаря фильму Прибытие, в котором язык инопланетян удивительным образом формировал их представление о мире. Имеет ли подобное явление место в реальной жизни — вопрос открытый. Эффект иностранного языка не зависит от конкретных особенностей языка, на котором разговаривает человек. Речь скорее идет о самом опыте перехода с одного языка на другой. Как мое мышление может измениться из-за того, что я переключаюсь с английского, который знаю с пеленок, на, допустим, итальянский, который я так старательно учил, уже будучи взрослым?

Влияние на разрешение моральных вопросов: «задача с вагонеткой»

У профессора Боаза Кейсара из Университета Чикаго, который первым занялся исследованием данного вопроса, помимо научного, был еще и личный интерес. Он вырос в Израиле и уже более 30 лет живет в США. Но Боаз до сих пор считает иврит более приспособленным для выражения эмоционального восприятия, чем английский. Однажды, возвращаясь домой с работы, он задумался, может ли это влиять на моральные рассуждения, которые зачастую порождаются нашими чувствами, а не логическим мышлением.

Допустим, вы стоите на пешеходном мосту и видите, что прибывающий поезд сейчас насмерть переедет пять человек, находящихся на путях. Единственный способ спасти людей — столкнуть с моста на рельсы перед поездом толстого человека. В результате он погибнет, но это спасет жизни пяти человек. В одной из версий мыслительного эксперимента, известного как «задача с вагонеткой», такое решение принято называть «утилитарным выбором». Многие испытывают настолько сильное отторжение от одной мысли самостоятельно столкнуть человека, обрекая его на смерть, что предпочитают не совершать никаких действий, даже при условии, что в таком случае погибнет больше людей.

В начале исследования команда профессора Кейсара попросила участников эксперимента, которые знали испанский, решить данную задачу на любом из двух языков: родном или испанском. Как и предполагал ученый, участники, которые решали эту задачу на испанском, чаще делали «утилитарный выбор», чем те, кто рассуждал на английском (родном языке). Но разница была настолько большой, что профессор Кейсар не спешил с публикацией эксперимента. «Я просто не верил полученным результатам», — признался он.

В то же время Кейсар обратил внимание на распространенное когнитивное искажение — неприятие потерь. Ранее уже было доказано экспериментально, что люди не готовы рисковать даже небольшим количеством денег ради того, чтобы получить больше, в том числе и когда условия складываются в их пользу. Если, например, вы предложите людям выбрать: выиграть 2,5 фунта (причем вероятность составляет 50%) или гарантированно забрать 1 фунт, большинство выберет второй вариант. В моменте такое решение может казаться более выгодным, но в долгосрочной перспективе, если вы будете постоянно делать подобный выбор, ваши шансы получить прибыль значительно снижаются.

Неприятие потерь — серьезная проблема для инвесторов. Профессор Кейсар обнаружил, что гарантированную сумму выбирают реже, когда условия представлены на иностранном языке. «Люди ненавидят саму вероятность упустить что-то», — объяснил он. В ходе последующих экспериментов было установлено, что общение на неродном языке также сокращает влияние рамочного эффекта (склонность верить информации в зависимости от формы ее подачи) и эффекта понесенных расходов (неготовность бросить заведомо провальное занятие из-за объема потраченных усилий).

Одно из самых любопытных исследований посвящено «слепой зоне предубеждения», иначе говоря, уверенности человека в том, что другие люди ошибаются чаще. Как пояснил Михал Биялек, доцент Вроцлавского университета: «Мы склонны считать, что другие люди глупые, а мы — нет». Как и профессор Кейсар, он обнаружил, что общение на иностранном языке минимизирует такой самоуверенный образ мышления.

С момента, как профессор Кейсар опубликовал свою первую работу об эффекте иностранного языка, прошло уже 11 лет. За это время многие психологические явления были опровергнуты, но не эффект иностранного языка. По словам Симоне Сульпицио, доцента Миланского университета Бикокка в Италии, этот эффект надежен и имеет практическое применение. Не так давно Сульпицио провел мета-анализ, изучив имеющиеся на сегодняшний день данные. Но и он, и Биялек считают, что нужно провести еще много исследований относительно механизмов, лежащих в основе данного эффекта.

Игры памяти

Психологи также начали изучать влияние эффекта иностранного языка на другие аспекты нашей психики. Например, память. Набоков тоже любил о ней размышлять. Наши воспоминания создаются из вербальных нарративов: определенные слова вызывают определенные ассоциации, связанные с тем или иным событием. Поэтому воспоминания о детстве могут казаться менее яркими, если вспоминать их на неродном языке. Для тех, кто пишет мемуары на иностранном языке, это может стать недостатком. С другой стороны, этот метод может помочь людям пережить болезненные события. Те, кто вспоминал детскую травму на иностранном языке, испытывали меньше эмоциональных переживаний, чем те, кто рассказывал о событии на родном.

В последнем исследовании профессора Кейсара под руководством его аспирантки Ли Грант было выявлено, что эффект иностранного языка может препятствовать созданию ложных воспоминаний. В одном из экспериментов участникам раздали список связанных между собой слов: «сон», «дремота», «кровать» и «отдых». Когда позже их попросили перечислить слова по памяти, многие ошибочно называли слово «спать», которого не было в списке. Это стандартный способ проверки склонности людей к формированию ложных воспоминаний. Но при выполнении аналогичного задания на иностранном языке этот показатель был значительно ниже.

В последующем эксперименте команда исследователей показала участникам два эпизода с ограблениями из фильмов «Розовая пантера» и «Мужские разборки», а затем включила им аудиозаписи пересказа тех же кадров, но с небольшими ложными деталями. Таким образом пытаясь ввести в заблуждение и проверить, насколько люди склонны выдавать дезинформацию за собственное воспоминание. И снова участники, которые слушали аудиопересказ на иностранном языке, запомнили эпизод с меньшим количеством сюжетных ошибок.

Профессор Кейсар советует людям более тщательно и обдуманно размышлять при использовании иностранного языка: «Вы должны быть уверены, что то, что вы говорите, и то, как вы понимаете это, правильно». Такое же внимание стоит уделять и своей памяти, сомневаясь в точности воспоминаний, а не просто пересказывая первое, что приходит в голову.

Эффект иностранного языка может даже влиять на качества личности человека. Сильвия Пурпури из Университета Тренто (Италия) изучала «толерантность к неопределенности», которая связана с восприятием неопределенности и готовностью попадать в незнакомые ситуации. От этого зависит наше поведение в постоянно меняющейся рабочей среде. «Люди с высоким уровнем толерантности к неопределенности проявляют большую гибкость и адаптивность, что позволяет им комфортнее ощущать себя на работе и в целом влияет на показатель эффективности», — объясняет Пурпури. Повышая у людей уровень открытости к новым идеям, толерантность к неопределенности может улучшить их творческий подход к решению проблем. Пурпури и ее коллеги обнаружили, что люди, владеющие и английским, и итальянским языками, демонстрируют более высокий уровень толерантности, когда им приходится использовать второй язык.

В современном глобализированном мире многие регулярно используют в повседневной жизни два или более языка, однако они могут совершенно не осознавать, как это влияет на их мышление. Как считает профессор Кейсар: «Людям следует знать, что если они предпочитают использовать один язык вместо другого, то в долгосрочной перспективе это влияет на качество процесса и результата их деятельности».

Нам предстоит провести еще много исследований, чтобы выяснить, на что еще влияет эффект иностранного языка и есть ли у него недостатки. Но в определенных случаях он может стать полезным инструментом для изменения мышления, позволяя нам быть немного более критичными, объективными и гибкими. Например, вы можете специально перейти на второй язык при изучении инвестиционных бумаг, чтобы более рационально оценить риски. Или, пережив сложную психологическую ситуацию, можете обнаружить, что ваши страхи и тревоги уменьшаются, когда вы рассказываете о случившемся на неродном языке. А если вы изучаете новый спорный закон из области защиты окружающей среды, попробуйте прочитать о нем в иностранной газете: согласно исследованию, это позволит вам более непредвзято отнестись к фактам и не поддаться первому впечатлению.

Для тех, кто уже владеет иностранным языком, это может стать приятным бонусом за старания. Для тех, кто еще не говорит на чужом языке, описанные преимущества могут быть дополнительным стимулом, чтобы достать школьный учебник французского, записаться на занятия по испанскому или скачать Duolingo. Возможно, никому из нас не посчастливится пережить опыт Набокова, но мышление каждого немного меняется, когда мы погружаемся в другую культуру и учимся выражать свои мысли и чувства на чужом языке.

По материалам The Guardian
Автор: Дэвид Робсон

Переводила: Александра Листьева
Редактировала: Юлия Мухтасимова

Как-то раз я ремонтировал часы 1950-х годов для клиента, который красноречиво воспевал филигранность моей работы, но при этом отказывался за нее заплатить. Он продолжал упорствовать даже после того, как я показал ему заключенный ранее договор. Затем тот клиент принялся философствовать о природе времени, но так и не согласился оплатить мой труд. 

В процессе этого томного повествования о высоком я вдруг заметил, как часы выскользнули из рук рассказчика и ударились о мраморный пол. Минеральное стекло разбилось, стрелки покатились по спирали. Струящийся свет заходящего зимнего солнца, его острые, угловатые лучи напомнили мне о том, как в древности наши предки отмечали прошествие времени.

Такие выдающиеся доисторические памятники, как Стоунхендж, показывают, насколько время было важно для людей прошлого. Первая часть этого громадного солнечного календаря была построена приблизительно в 4200–2400 гг. до н.э.

Однако Стоунхендж далеко не уникален — примитивные сооружения для наблюдения за солнцем разбросаны по всему миру. Например, курганы Чанкилло в Перу (построены в 2500–2050 гг. до н.э.) или каменный ансамбль австралийских аборигенов Вурди Юанг (дата постройки неизвестна). Разделенные тысячами километров, древние общества в разных частях планеты создали, независимо друг от друга, места, которые позволяют следить за ходом времени.

Всему свое время

По мере того, как общины развивались, превращаясь в города, империи и государства, а внутри обществ усиливалась сегрегация, время обретало всё большую значимость и было поделено на часы. 

Шумеры, жившие в 4100–1750 гг. до н.э. в Месопотамии (современный Ирак), подсчитали, что день длится примерно 24 часа, а каждый час состоит из 60 минут. Для отслеживания времени они использовали Солнце, звезды и водяные часы. Последние измеряли время путем постепенного оттока воды из одного сосуда в другой.

Древние египтяне также установили 24-часовую систему исчисления времени примерно в 1550–1069 гг. до н.э. Однако продолжительность таких «часов» менялась в зависимости от времен года — летом она была больше, чем зимой. Время делилось согласно движению Солнца: 12 частей соответствовали дневному периоду, и еще 12 частей — ночному. Египтяне начали обозначать эту систему с помощью солнечных часов около 1000–800 гг. до н.э. Поскольку те показывали время только днем, после наступления темноты использовались водяные часы.

В период с VIII по XIII века нашей эры сложно сказать что-либо о развитии способов отслеживания времени в Европе, так как в письменных источниках все часовые устройства объединены одним латинским словом — Horologium (что буквально переводится как «прибор для определения часа» — прим. Newочём).

Экономист и историк Дэвид Ландес в книге «Революция во времени» утверждает, что монашеские молитвы в христианстве регулировались более строгими правилами по сравнению с иудаизмом и исламом. Время для моления в течение семи канонических часов в католической церкви определялось с помощью неба. Например, «Час шестой» следовало читать в полдень. Из-за строгости молитвенного времени промежуток между чтением канонических молитв также стал равным по продолжительности.

Часовые устройства, возможно, также имели особую значимость в Центральной Европе, где в условиях большей облачности сложнее ориентироваться на Солнце и звезды.

Время для молитвы

Хотя у нас нет достоверных данных и сведений из исторических источников о том, что механические часы были созданы именно монахами, мы можем с уверенностью говорить, что первые модели появились в XIV веке.

Первое упоминание о них встречается в работе итальянского физика, астронома и инженера Джованни де Донди «Астральный трактат, или планетарийплантерий». По мнению де Донди, источником энергии в прототипах часов была гравитация, а в действие их приводили грузы. 

То были не точные часы в современном понимании этого слова; первые модели могли допускать расхождения до 15–30 минут в день. Они начали появляться на центральных площадях, однако, поскольку у них пока не было циферблата, горожане узнавали время благодаря колокольному звонуа. Эти сигналы постепенно упорядочили часы работы рынка и административные запросы городов. 

Витые пружины как способ высвобождения энергии для часов начали появляться в Европе в XV веке. Они никак не помогли повысить точность хода, но позволили уменьшить размер часов. Благодаря этой инновации умение определять время приобрело более личный и статусный характер — достаточно взглянуть на масляные полотна, персонажи которых с гордостью демонстрируют свои часы. 

Нидерландский ученый Кристиан Гюйгенс впервые использовал маятник при создании часов в 1656 году, что позволило сократить расхождения в их работе до 15 секунд в день, поскольку каждое движение стрелки отныне занимало одинаковый промежуток времени. 

В результате ученые смогли более точно использовать время в своей работе, в том числе при наблюдении за звездами. Изобретение маятника также позволило начать чаще использовать ставшую более точной минутную стрелку. 

Как следили за временем в других частях света

В других частях света такие же приборы для определения времени появились на несколько веков раньше. У ученых есть свидетельства, датированные еще XIII веком, что в тот период люди использовали специальные инструменты для контроля движения компонентов арабских астролябий — приборов, способных исчислять время, помогая путникам определить их местонахождение. Но и задолго до этого (около 100 г. до н.э.) уже существовал древнегреческий антикитерский механизм, считающийся первым в мире компьютером (обнаружен в 1901 году). Оба этих устройства предопределяли движения планет. 

В Китае существовали астрономические часы Су Сонга (1088 год), приводившиеся в движение при помощи воды. Так что, хотя часы были изобретены в Европе в XIV веке, арабская и китайская цивилизации были намного более технически продвинутыми, чем их западные христианские современники. 

Сегодня, где бы мы ни оказались, время представляет собой унифицированную концепцию — а поиск все более точных методов его измерения по-прежнему продолжается. В 2021 году ученые определили новую наименьшую единицу времени — зептосекунду: столько времени требуется частице света, чтобы пройти сквозь молекулу водорода.

В современных обществах время, как правило, забито вплоть до минуты или даже секунды (подумайте о расписании движения поездов, способах документировать сделки или рекордах в спорте). Такой подход закрепляет в нас одержимость желанием успевать везде вовремя. Люди договариваются увидеться и летят сломя голову к месту встречи, если видят, что опаздывают даже на пару минут. Но, если вдуматься, что такое опоздание на пару минут для друзей? 

По материалам The Conversation
Автор: Жак Прендергаст
Переводили: Валерия Зитева, Влада Ольшанская
Редактировали: Влада Ольшанская

Представьте, что вы разговариваете с человеком, и каждое его слово сопровождается субтитром или даже комиксным «пузырем». Или как читаете книгу в многолюдном вагоне, и фразы людей вокруг вас вторгаются в поле зрения, словно они напечатаны перед глазами. Ваши собственные мысли всплывают перед вами в виде текста. Именно так живут люди, у которых тикерная синестезия. 

«Когда мы с вами говорим, все, что вы произносите, возникает у меня перед глазами в виде надписей», — рассказал мне в Zoom 73-летний Франсуа Ле Шевалье. «Похоже на обычный текст: некоторые слова будто бы написаны от руки, в других буквы выглядят как печатные, иногда даже есть жирный шрифт».

Синестезия связана со смешением сигналов от разных органов чувств. Чаще всего при ней люди воспринимают звуки как цвета. Но тикерная синестезия (названная так в честь тикерных аппаратов 19-го века, с помощью которых на специальной ленте печатались новости или стоимость акций) проявляется иначе. 

Ощущения могут кардинально отличаться. Об этом рассказывает Марк Прайс — профессор психологии в Бергенском университете, который работает в лаборатории по изучению принятия решений, интуиции, сознания и эмоций: «Обычно люди с тикерной синестезией переживают визуализацию в виде субтитров, но у этого явления есть много нюансов». 

Например, профессор рассказал о редких случаях, когда сознание проецирует субтитры на объекты внешнего мира. Отличия могут проявляться и в других свойствах: у одних надписи статичны, у других они движутся, кто-то видит слова целиком, а кто-то лишь частично. Бывает, что надписи появляются с выделенными ключевыми словами. Есть случаи, когда сознание словно воспроизводит процесс написания слова — то есть возникает так называемый моторный образ. «Некоторые люди видят, будто набирают слова в телефоне или с помощью клавиатуры», — рассказывает Прайс. 

Фабьен Ов — невролог и когнитивный нейробиолог в Парижском институте мозга. По его словам, визуализироваться могут не только реальные, но и произносимые вокруг человека псевдослова. «Хоть они и не являются настоящими словами, фонологически они построены верно. И те, у кого есть тикерная синестезия, могут видеть их перед собой», — рассказывает врач. «Иногда субтитры сопровождают шумы, которые похожи на звуки речи. Если кто-то рядом засмеялся, то перед глазами может возникнуть “ха-ха-ха”. Или если человек с синестезией услышал, как мяукает кошка, то этот звук может визуализироваться в виде “мяу”».

Десять лет назад, когда Франуса Ле Шевалье начал учить китайский, он обнаружил странный эффект. Все слова, которые он произносил, появлялись перед глазами записанными так, как ему слышались, перемешиваясь при этом с реальными иероглифами. Ле Шевалье, впоследствии один из участников исследования доктора Ова, поделился этим наблюдением со своей подругой. Когда она этому удивилась, мужчина понял, что не все воспринимают мир так, как он. Ле Шевалье говорит, что с ним это происходит автоматически и чем-то напоминает диктант: он постоянно видит в голове окружающие его слова. Иногда даже собственные мысли возникают в виде надписей — особенно, если мужчина думает о том, что сказать дальше. Мне стало интересно, не перегружает ли его подобное восприятия мира. На это Ле Шевалье ответил, что его опыт можно сравнить с «эффектом коктейльной вечеринки», когда людям приходится отсеивать фоновые разговоры, чтобы сфокусироваться на основном. Просмотр фильмов с субтитрами иногда сбивает его с толку: мозг «пишет» реплики персонажей, но в то же время ему нужно обрабатывать текст на экране. 

Лоран Коэн, невролог и когнитивный нейробиолог в том же институте, что и доктор Ов (Коэн был руководителем его докторской), впервые узнал о тикерной синестезии 20 лет назад. Ему пришло письмо от мужчины, который рассказывал историю своей матери. Как-то раз, будучи школьницей, она поделилась с друзьями, что когда люди разговаривают, она видит их слова как надписи возле ртов. Ее подняли на смех, и  она десятилетиями никому не раскрывала свой секрет. Открыться смогла лишь сыну, когда ей было уже 90.

После этой истории Коэну стало интересно: что именно заставляет людей видеть мир подобным образом? Недавнее исследование, которое он провел вместе с Ов и командой коллег, отвечает на этот вопрос с помощью данных функциональной МРТ. Ученые выяснили, что когда люди с тикерной синестезией слушают речь, две зоны их мозга проявляют чрезмерную активность. Первая зона — это левая перисильвиева область, которая участвует в обработке речи. Вторая зона известна как VWFA (visual word form area — область веретенообразной извилины, который отвечает за распознавание букв и слов — прим. Newочём), играющая ключевую роль при чтении. «В момент восприятия речи у синестетов наблюдается особенно сильное взаимодействие между этими зонами, — объясняет Коэн. — Мы знаем, что существуют связи между зрительной корой, которая отвечает за орфографическое представление, и участками, ответственными за слух». 

Орфографическое представление — это то, как мозг кодирует и обрабатывает написанные буквы или слова. Во время этих процессов мы не только распознаем форму написанного, но и соотносим визуальные знаки с определенными звуками и значениями. По сути, именно так мозг и запоминает правописание и структуру письменного языка. Основную работу здесь выполняет зрительная кора, поскольку она связана с визуальным восприятием и интерпретацией текста. 

Активация зрительных зон происходит у каждого умеющего читать человека, но у людей с тикерной синестезией, судя по всему, эти зоны работают сильнее. Вероятно, это одна из причин их уникального состояния.

Интересно, что те же участки мозга, которые чрезмерно активны у людей с тикерной синестезией, «дремлют» при дислексии. «Можно однозначно говорить о параллелях между двумя состояниями, связанных с чтением», — считает Коэн. Но вместе с тем он подчеркивает, что не стоит расценивать два явления как противоположные точки спектра. «И то, и другое устроено крайне сложно. Есть множество вариантов дислексии, и вариантов тикерной синестезии наверняка не меньше. Ставить их в один рад было бы некорректно». 

Усиленную связь между разными сенсорными зонами у тикерных синестетов в какой-то мере подтверждает другое исследование, посвященное синестезии в целом. Считается, что по мере развития ребенка невостребованные нейронные связи «отсекаются», чтобы, как думают некоторые ученые, мозг работал эффективнее. У людей с синестезией эти связи могут сохраниться и во взрослой жизни, из-за чего их сенсорные зоны связываются сильнее. Согласно другой теории, синестезия может возникать из-за того, что сообщение между сенсорными зонами слабо тормозится и происходит свободнее, чем у большинства людей. Играют ли здесь роль гены? На этот вопрос доктор Ов отвечает так: «Мы не знаем ни одного гена, который бы вызывал синестезию. Но есть работы, которые указывают на влияние генетики. Судя по всему, если у кого-то среди родственников была синестезия, то с большей вероятностью она появится и у вас. Например, Ле Шевалье — единственный ребенок в семье, у которого есть такая особенность, но синестезия есть уже у его дочери и племянницы. 

По мере открытия новых нейронных механизмов, связанных с синестезией, мы приближаемся к более фундаментальным вопросам о том, как человек вообще воспринимает реальность. В конечном счете, тикерная синестезия это напоминание о том, что наше видение мира порой захватывающе само по себе. Иногда это реальность, где слова можно не только слышать, но и видеть. Как говорит об этом Ле Шевалье: «В нашей голове происходит множество вещей, которые мы не осознаем, но которые для нас важны».

По материалам The Guardian
Автор: Роберта Ангеляну

Переводил: Георгий Щерба
Редактировала: Анастасия Железнякова

В повести «Южное шоссе» 1967 года аргентинский писатель Хулио Кортасар предлагает воображению читателя образ жуткой пробки в пригороде Парижа. Автомобильный затор вынуждает водителей построить совершенно новое общество, в центре которого — неподвижные машины. В пробке, которая кажется вечностью, у многих возникает мысль: «Что будет, если…»

Фантастический мир произведений Кортасара зачастую позволяет исследовать глубокие вопросы бытия. В 1980 году писатель прочел курс лекций в Калифорнийском университете, в рамках которого поделился, что фантазия в его работах «стоит на службе реальности». Писатель поясняет:

Любимые мною в творчестве чудесное и невероятное помогают ярче и отчетливее изобразить окружающую нас реальность. 

Заигрывание с вымышленными образами ожидаемо от писателя-фантаста, но удивительно для научной среды. Оказывается, воображение может быть не менее полезно в освещении самых темных и загадочных областей науки, включая такие трудные для изучения темы, как черные дыры.

Сюжеты вроде глобальной пробки Кортасара на самом деле очень продуктивны в качестве мысленного эксперимента. «Что будет, если…» В физике мысленные эксперименты веками доказывают свою незаменимость, помогая выявлять слабые места у существующих теорий и порождать новые идеи.

Конечно, мысленные эксперименты отличаются от лабораторных. Обычно они формируются из выдуманных — порой даже фантастических — ситуаций в сознании ученого. Составляющими эксперимента могут стать демоны, духи или, скажем, гигантские чашки. Как мысленные эксперименты, всего лишь упражнения на воображение, помогают нам совершенствовать научные теории, особенно в современную эпоху высокопроизводительных вычислений в физике? Этот вопрос побудил меня открыть новую главу в собственных исследованиях. 

Несколько лет назад я отправилась в лыжный тур по Альпам с коллегой из Зальцбургского университета, философом и историком Равадом Эль Скафом. На лыжах я каталась плохо, зато с энтузиазмом поддерживала беседы о великих идеях в физике. В результате мы провели большую часть дня на террасе коттеджа, размышляя о роли мысленных экспериментов. Свои выводы мы позже описали в общей статье: в физике черных дыр мысленные эксперименты помогают выявлять и разрешать противоречия и порой несоответствия между различными теориями — так же, как это происходило на протяжении всей истории науки, включая революционные теории общей относительности и квантовой механики.

Более ста лет назад широко известный мысленный эксперимент помог найти уязвимое место в одном из ключевых законов физики. В эксперименте были задействованы воображаемые газы, дверь и, что весьма символично, демон. 

В 1867 году истинность второго закона термодинамики не подвергалась сомнению. Он гласит, что энтропия, то есть степень хаотичности, изолированной системы (будь то закрытая камера или Вселенная) неизменно возрастает, а тепло спонтанно передается от горячего к холодному, но не наоборот. Второй закон был и остается таким важным в том числе из-за целого ряда всеохватывающих следствий. Из него выводится как то, что, чашка горячего кофе рано или поздно остынет из-за неустойчивости перепада температур, так и то, что с течением времени мы можем только стареть, но не становиться моложе. 

Однако в том же году Джеймс Клерк Максвелл, основоположник статистической физики из Шотландии, задался вопросом, а что, если существовало бы некое создание, способное играть с молекулами газа? В его теоретическом эксперименте представлено маленькое существо, позже названное «демоном», которое без затрат энергии может направлять поток молекул газа через дверцу, разделяющую контейнер на две части. Представим, что демон может производить отбор молекул газа, достигающих дверцы, и он пропускает слева направо только те, что движутся быстро и создают тепло, а справа налево — только медленные, которые делают воздух холодным.

Таким образом, демон способен сделать одну часть контейнера холоднее, а другую — горячее. Важно, что в этом случае разница температур может возникать без затрат энергии, а энтропия уменьшаться. 

Вымышленный демон Максвелла позволил «пробить брешь» в одном из самых важных законов физики того времени, показав его ограниченность. А также, что даже более существенно, усомниться в простоте и предсказуемости природных процессов. Максвелл пришел к выводу, что второй закон термодинамики действителен лишь статистически.

Обнаружили бы мы возможные исключения из второго закона без помощи демонов? Возможно, но эти фантазии определенно помогли ученым прояснить содержание проблематичных аспектов. Как отмечает историк науки Химена Каналес в своей книге «Теневая история науки»: «Ученые использовали демонов, чтобы исследовать проблемы, проверять пределы возможного и лучше понимать окружающий мир».

Крайне сложно делать выводы о тех аспектах природы, которые нельзя исследовать опытным путем. Такова ситуация с относительно новой областью термодинамики черных дыр. Эта дисциплина стремится описать термодинамические свойства, например, температуру, черных дыр, известных в астрофизике как «области, из которых нет выхода». Даже самые выдающиеся ученые считают данную тему трудной для понимания. Мы не предполагаем, что происходит с энергией и энтропией в черной дыре, так как всё еще не можем заглянуть внутрь. Поэтому в таких областях мысленные эксперименты особенно важны. 

Как пишет философ физики, работающий над основами черных дыр, Эрик Кюриэл: «Почему мы вообще думаем, что черные дыры обладают энтропией? Наиболее полный ответ на этот вопрос содержится в серии мысленных экспериментов».

Чтобы лучше объяснить позицию философа, совершим путешествие во времени к истокам термодинамики черных дыр. В начале 1970-х годов выдающийся физик Джон Уилер решил бросить вызов своим аспирантам в Принстонском университете. Он обратился к ним: представьте, что вы держите чашку чая рядом с черной дырой. Что произойдет, если вместо того, чтобы выпить его, вы бросите чашку в черную дыру?

Ученый использовал этот простой мысленный эксперимент, чтобы выявить противоречие между вторым законом термодинамики и «теоремой об отсутствии волос», которая является гипотезой в общей теории относительности. Согласно теореме, черная дыра определяется только тремя хорошо известными параметрами: массой, угловым моментом и электрическим разрядом. Уилер выразил это фразой «у черных дыр нет волос», имея в виду, что вся остальная информация (например, о ее формировании) исчезает за горизонтом событий — границей наблюдаемого мира.

Проблема возникает, когда теорема об отсутствии волос сталкивается со вторым законом термодинамики в ситуациях, подобных той, что предложил Уилер. Если бросить чашку чая в черную дыру, термодинамика укажет на уменьшение энтропии за ее пределами. Однако, учитывая, что теорема не дает информацию об энтропии внутри, нельзя исключать возможность того, что в этом процессе может уменьшиться общая энтропия Вселенной. Это любопытно, поскольку означает, что нельзя отбросить вероятность нарушения второго закона термодинамики. Из-за сходства результатов с демоном Максвелла этот эксперимент иногда называют «демоном Уилера». 

Уилер стремился вдохновить студентов, предлагая невозможные ситуации, при которых второй закон термодинамики становится бессмысленным для наблюдателя или, как он говорил, «трансцендентным». Но идея заинтересовала не всех. Например, другой выдающийся физик Роберт Уолд, ученик Уилера в то время, признался, что первой его мыслью было: «Да уж! Хорошо, что мне есть чем заняться на работе!» Ироничный, но довольно трезвый взгляд для того времени.

Допущение «трансцендентности» второго закона было продиктовано не настоящими экспериментами в кабинетах ученых, а теми, что происходили в «лаборатории разума» и не могли случиться в реальном мире. Конечно, физически невозможно, чтобы чашка чая находилась вблизи черной дыры — гравитация не позволила бы! 

Итак, почему мы должны серьезно отнестись к мысленным экспериментам с их нелепыми чаепитиями и хитроумными демонами?

Джейкоб Бекенштейн, еще один знаменитый физик и ученик Уилера, преподал нам важный урок. В отличие от Уолда, он очень ответственно подошел к задаче, поставленной Уилером, и с разных сторон пытался оправдать действие второго закона.

Чтобы разрешить конфликт между теоремой об отсутствии волос и вторым законом термодинамики, он выдвинул предположение, что черные дыры обладают энтропией, пропорциональной площади их поверхности. Это новое определение энтропии черных дыр было основано на знаменитой «теореме о площадях», предложенной Стивеном Хокингом в 1971 году. В ней говорится, что площадь поверхности горизонта событий черной дыры увеличивается со временем. С помощью данного определения Бекенштейн сформулировал «обобщенный второй закон», согласно которому «сумма энтропии Вселенной и энтропии черной дыры не может уменьшаться». Получается, если бросить чашку чая в черную дыру, энтропия внутри возрастет, компенсируя энтропию за ее пределами. Второй закон, точнее его обобщенная версия, был спасен!

Вскоре после этого, в 1972 году, открытия Бекенштейна были опубликованы в его фундаментальном труде «Черные дыры и второй закон». Так родилась термодинамика черных дыр — теперь уже признанная дисциплина в физике, которая до сих пор не дает покоя современным ученым.

И всё это благодаря, казалось бы, обычной чашке чая.

Вскоре после лыжного тура с увлекательным собеседником Эль Скафом я посетила семинар по основам термодинамики, проходивший в окрестностях Миннесоты, в красивом доме с европейским дизайном. Там представил последние результаты своих исследований ведущий исследователь в области физики черных дыр в Принстоне — Хуан Мальдасена. В докладе он подчеркнул, насколько важны мысленные эксперименты для понимания этой области, так как исследовать ее физически и наблюдать напрямую просто невозможно.

После выступления я спросила Мальдасена напрямую: «Ваши выводы действительно опираются на мысленные эксперименты?» Он ответил без колебаний: «Почти на 100 процентов!»

Получается, это занятие полезно только в случаях, когда нельзя провести эксперимент на практике, как, например, с непостижимыми черными дырами?

В современной научной среде принято считать, что все фантастические сценарии в конечном итоге должны быть подтверждены физически. Эта точка зрения, вероятно, берет начало в эмпирической традиции, согласно которой знания о реальном мире получаются с помощью чувственного опыта.

Я согласна, что только факты могут окончательно разрешить противоречия, выявленные мысленными экспериментами. Но я также убеждена, что именно воображение позволяет нам ясно видеть несоответствия и конфликты между разными теориями на концептуальном уровне. Еще прежде чем появится задумка лабораторного эксперимента, мы можем задаться вопросом: «Что будет, если…»

В последние десятилетия всё больше философов науки стали обращать внимание на важные сходства между художественной литературой и наукой. К примеру, философ Роман Фригг в своей значимой статье «Модели и вымысел» утверждает, что научные модели имеют много общего с литературными образами. По его мнению, теории, касающиеся вымысла, помогают нам лучше понять, как работает наука. Фикция или даже фантазия могут служить инструментом для более глубокого понимания научных теорий и окружающего мира. Следовательно, граница между наукой и вымыслом не такая четкая, как может показаться.

Это удивительно близко ко взгляду самого Кортасара. В книге «Литературные занятия», основанной на его лекциях в Беркли, он отметил, что «литература — это искусство, сочетающее воображение и постулаты, фантазии и теории, правду и ложь». Ученые же, как мы привыкли думать, обитают в совершенно другом мире, который опирается на достоверность. «Но когда я узнал о принципе неопределенности Гейзенберга, — делится писатель, — я сказал себе: “Черт, да мы совсем не отличаемся друг от друга”».

По материалам Nautilus
Автор: Патрисия Палациос

Переводили: Екатерина Лобзева
Редактировала: Валерия Зитева

Чтобы оплатить учебу в университете, Элиас Гарсия-Пелегрин нашел необычную подработку на лето: стал иллюзионистом на круизном лайнере. «Я был тем самым парнем, который показывает вам разные фокусы во время ужина», — поясняет он. Однако нынешнее место работы молодого человека еще страннее: Элиас выступает перед сойками в лаборатории сравнительного мышления Кембриджского университета. 

Перехитрить птиц зачастую оказывается сложнее, чем туристов. В случае с сойками мужчина был вынужден демонстрировать ловкость рук, используя живые извивающиеся личинки восковой моли вместо привычной монеты или шарика. Тем не менее, у выступлений перед птицами есть как минимум одно неоспоримое преимущество: в отличие от публики на лайнере, они не ждут развлечений. «Не приходится волноваться о том, чтобы впечатлить или рассмешить кого-то, — поясняет Гарсия-Пелегрин. — Можно просто творить магию».

В последние годы ученые активно заинтересовались разумом животных, анализируя факторы, способные ввести зверей в заблуждение. «Фокусы могут помочь выявить слепые зоны и когнитивные барьеры», — считает глава лаборатории Ники Клейтон. Вместе с Элиасом и другими коллегами она опубликовала обзор научных исследований искусства иллюзии в журнале «Ежегодный обзор психологии».

Наше визуальное восприятие мира — это результат интерпретации мозгом того, что видят глаза. Эволюционируя, люди и другие животные научились справляться с огромным объемом визуальной информации: мы отдаем предпочтение какому-то одному типу сообщений, отфильтровываем менее важные вещи и заполняем пробелы предположениями. Многие фокусы строятся на этих хитростях человеческого мышления, и, если сравнить эффект, оказываемый теми же фокусами на других существ, можно узнать больше об их разуме. 

Клейтон и ее коллеги пробовали показывать фокусы сойкам и обезьянам, чтобы определить различия в их понимании мира. Теперь ученые надеются расширить исследование: задействовать другие виды и вдохновить своих коллег попробовать использовать иллюзии для изучения сложных мыслительных способностей и их эволюции.

«Наука о магии»

Профессиональные иллюзионисты всегда интуитивно понимали психологию людей, но научное изучение эффекта, который иллюзии оказывают на человека, началось только двадцать лет назад. Густав Кун, психолог, стоящий у истоков этого направления и сейчас возглавляющий лабораторию магии в Университете Плимута, отмечает, что дисциплина по-прежнему имеет нишевый характер. Однако теперь создана Ассоциация науки о магии, которая проводит международные конференции (следующая состоится в Лас-Вегасе). За последние два десятилетия ученые опубликовали более 100 работ, посвященных влиянию иллюзий на человека в таких областях, как восприятие, сознание, свобода воли и убеждения.

«Я считаю, что так мы можем по-новому взглянуть на науку», — утверждает Кун. Теперь же Клейтон и ее коллеги применяют этот подход к изучению когнитивных способностей животных.

Идея использовать фокусы пришла к Клейтон благодаря Клайву Уилкинсу, художнику, работающему на кафедре психологии в Кембридже, и по совместительству иллюзионисту. Когда Клейтон наблюдала за ловкими трюками Уилкинса и предметами, спрятанными в тайные карманы, ей вспомнился другой «знакомый» — калифорнийская сойка. Ранее Клейтон обнаружила, что, если сойки прячут пищу и знают, что за ними наблюдают другие особи, они возвращаются, чтобы перепрятать ее после ухода остальных птиц. 

«Многие из обманных техник, которые используют сойки, чтобы защитить свои клады, — это как раз то, что фокусники делают на своих выступлениях», — рассказывает Клейтон. Птицы стараются скрыть свои действия, закапывая еду в темные и тихие места (песок вместо гравия), или своим телом закрывают обзор другим. По наблюдениям ученых, если сойкам не удается тайно спрятать пищу, они попытаются запутать свидетелей, перемещая ее несколько раз или делая вид, что прячут, в то время как сами держат в горловом мешке. 

По счастливой случайности Гарсия-Пелегрин на тот момент был одним из аспирантов Клейтон и согласился во имя науки выступать с трюками перед пернатой аудиторией. Для этого приходилось терпеливо ждать, чтобы сойки добровольно прилетели из вольера в комнату и сели перед ним на жердочку.

«В отчете вы не прочитаете про долгие часы моего одинокого ожидания хотя бы одной птицы в холодной, неотапливаемой комнате в Кембридже. Главное — они все-таки прилетали», — вспоминает иллюзионист. 

Магия для птиц

Одним из трюков для птиц была «быстрая передача», когда фокусник перемещает в руках монету (в этом случае — восковую личинку) так быстро, что человеческий глаз не успевает это заметить. Когда мы стремительно переводим взгляд с одного предмета на другой, наши глазные яблоки двигаются скачками (саккадами), а не плавно, что привело бы к размытию картинки. Во время каждого скачка на долю секунды мы совершенно ничего не видим, именно в этот момент слепоты профессионал перебрасывает предмет из одной руки в другую прямо перед зрителями — и те ничего не замечают.

Однако птицы способны замечать более быстрые движения и не так сильно зависят от саккад. «Они созданы жить в воздухе. Им необходимо быть резвыми и оперативно реагировать на окружающий мир, — поясняет Гарсия-Пелегрин. — Я был уверен, что они не поведутся на эту уловку».

Но птицы повелись. На видео эксперимента сойка по имени Гомер поворачивает голову набок, чтобы одним глазом сфокусироваться на личинке, лежащей в открытой ладони. Когда Гарсия-Пелегрин начинает двигать руками в сторону, Гомер быстро поворачивает голову, чтобы смотреть дальше двумя глазами. Клювом он выбирает руку, в которой моль была изначально, внимательно смотрит, как открывается ладонь, и видит, что там пусто. Похоже, при переключении с монокулярного на бинокулярное зрение есть доля секунды, когда птица ничего не видит, — слепое пятно, ранее неизвестное ученым. 

«Прелесть этого фокуса в том, что он открывает совершенно новое слепое пятно, которое не имеет никакого отношения к млекопитающим или людям и существует исключительно у птиц», — делится Гарсия-Пелегрин, с тех пор ставший специалистом по поведению животных в Национальном университете Сингапура.

А вот фокус с исчезновением птиц не обманул. Для этой иллюзии Гарсия-Пелегрин показывает сойке тыльную сторону руки, удерживая личинку между пальцами и подняв большой палец вверх. Птица по имени Стука наблюдает, как он проводит другой рукой перед молью, как будто хватая ее большим пальцем. Однако Стука выбирает ту же руку, что и в начале фокуса — именно ту, куда тайно сбросили моль. 

Сначала ученые не были уверены, почему этот фокус не обманул Стуку и других птиц. Кто-то решил, что дело в их зрении, но Клейтон почувствовала, что это должно быть связано с тем, что у птиц нет рук.

Фокус с исчезновением строится не на слепом пятне, а на ожиданиях: человек перемещает руку и хватает предмет большим пальцем. Зрители не видят, как большой палец совершает само движение; они просто верят, что оно производится. Подобное упрощение восприятия помогает нам быстро реагировать на недостающую информацию в окружающем мире. Видимо, у соек таких ожиданий нет. 

Поскольку птицы живут с людьми, они привыкли видеть, как человек использует большой палец для того, чтобы поднять и держать еду. «Но сами они так делать не могут», — объясняет Клейтон. Опыт с преподаванием танцев помог ей понять, как сложно повторять движения за другим существом — будь у него более длинные руки или крылья и плавники. «Для меня, танцора, наблюдать за тем, как кто-то делает что-то потрясающее, и пытаться представить, как я делаю это сама, — это две совершенно разные вещи», — поясняет она. 

Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели необычный эксперимент с тремя видами обезьян с разной анатомией больших пальцев: капуцинами с полностью противопоставленным большим пальцем, беличьими обезьянами с псевдопротивопоставленным и мартышками — вовсе без него. Гарсия-Пелегрин показал фокус исчезновения особи каждого вида, и он и правда сработал на обезьянах, способных брать предметы большим пальцем (капуцинах и беличьих). Мартышки же реагировали так же, как и сойки.

Эти опыты помогли Клейтон понять нечто интересное о воплощенном познании — идее о том, что тело и его взаимодействие с окружающей средой — это важный аспект работы разума. По ее словам, мозг не пытается распознать то, что видит, находясь в вакууме: «Интерпретацией движений занимается всё тело».

Если мы что-то не видим, значит, этого и нет?

Хотя демонстрация фокусов животным в научных целях — относительно новая идея, похожие методы использовались уже десятки лет назад. Один из типовых экспериментов был позаимствован из области изучения психологии младенцев: можно узнать больше о том, как животные воспринимают мир, если наблюдать, как они удивляются невозможному.

Новорожденные дольше смотрят на то, что их удивляет, и ученые считают, что так же поступают и многие животные. Измеряя долготу взгляда, исследователи выяснили, что орангутанов сбивает с толку, когда в контейнер кладут виноград, а достают морковь; собаки шокированы, когда магически исчезает косточка, а ворóны считают странным, когда на их глазах словно сами по себе двигаются инструменты.

Упомянутые эксперименты довольно схожи с классическим фокусом «чашки и шары», когда шары то появляются, то исчезают под чашками. Специалист по сравнительной психологии Алекс Шнелл показала похожий трюк сойкам, когда была аспирантом-исследователем в лаборатории Клейтон. Но вместо шаров птицы наблюдали магические трансформации лакомств.

В одной из вариаций фокуса птица по имени Джейло следит, как Шнелл кладет в один из двух стаканчиков восковую моль (что, по словам Клейтон, в рационе сойки является аналогом бельгийского трюфеля). Затем оба сосуда переворачивают. Однако Джейло не знает, что Шнелл заранее подложила в нужный стакан куда менее заманчивый кусочек сыра и на самом деле не бросила туда личинку, а спрятала ее в руке. Птица опрокидывает стаканчик, в котором ожидает найти личинку, но видит сыр. Она перепроверяет свою находку и, не обнаружив моль, уходит, проигнорировав сыр, хотя обычно вполне рада и такому угощению. 

На этом видео показан эксперимент в лаборатории Ники Клейтон, где сойка Джейло реагирует на магические метаморфозы с лакомством.

Габриэлла Смит, занимающаяся исследованием когнитивных способностей животных, недавно попробовала провести похожий фокус с какаду Гоффина и кеа (крупными и общительными попугаями Новой Зеландии) в Институте исследований Мессерли при Венском ветеринарном университете. Смит нравится применять в своей работе иллюзии, потому что для этого не требуется особо тренировать животных и они могут вести себя естественно.

Ученый объясняет: «Это иной подход к изучению когнитивных способностей, так как создаются условия, при которых животные строят предположения. Получается зафиксировать их ожидания и реакцию на нарушение этих ожиданий».

Кеа известны своим интересом к имуществу туристов и периодическому воровству (включая камеру GoPro, что доказывает это видео). Птицы в вольере для исследований очень любопытные и обычно охотно участвуют в экспериментах: прилетают, когда слышат свое имя, и выстраиваются в очередь, хотя некоторые попугаи нарушают порядок: вламываются в зону тестирования, пытаются стащить еду и отказываются уходить. Смит иронизирует: «Кеа отличаются от шаловливых малышей только острыми клювами».

Для трюка Смит использует открытые деревянные ящики, похожие на полые, которые птицы уже успели изучить ранее. В отличие от знакомых ящиков в этих есть скрытая полка. Смит бросает в верхнюю часть ящика обычное угощение — например, кусочек яблока, — и оно попадает на скрытую полку. Женщина поднимает ящик и показывает гораздо более приятное лакомство — заранее спрятанный арахис; и наоборот. 

Смит изучает, поднимают ли какаду хохолки, когда удивляются. В случае с кеа она использует инфракрасные тепловизионные камеры, чтобы обнаружить изменения в кровотоке на открытых участках кожи и глаз.

Наибольший интерес представляет следующий вопрос: одинаково ли реагируют животные на ситуации, когда лакомства превращаются в более или менее желанный вариант. «Мне было действительно любопытно обнаружить эффект приятного удивления, — рассказывает Смит. — Что-то вроде “О, неплохо”, когда находишь забытую пятидолларовую купюру в кармане. Положительные эмоции животных недостаточно широко изучены, и фокусы способны помочь в исследовании этой темы».

Не только сойки

Сойки казались Клейтон естественной отправной точкой, так как в дикой природе они сами используют обманные техники. Но они не единственные, кто так поступает. Грачи наравне с сойками притворяются, что прячут еду, когда на самом деле скрывают ее в горловом мешке. А обезьяны могут специально пристально смотреть в сторону, противоположную от важного для них места, чтобы отвлечь других.

Самцы каракатиц, способные менять цвет и текстуру своей кожи, иногда показывают брачные узоры самке только с одной стороны, в то время как с другой они маскируются под самку, чтобы скрыть свои действия от соперников. Такое поведение дает основания полагать, что хитрые каракатицы могут быть обмануты чужими уловками. «Мы еще не придумали следующие эксперименты, но точно знаем, что они будут с участием каракатиц, — сообщает Клейтон. — Думаю, фокусы помогут нам обнаружить интересные моменты, которые сбивают моллюсков с толку».

Эксперименты с другими видами, особенно такими далекими, как каракатицы, помогут получить ответы на важнейшие вопросы о разуме животных. Например, осознают ли они прошлое и могут ли представлять будущее? Открытие способностей конкретных видов поможет составить картину эволюции их умственных процессов.

«Вам может показаться неочевидным, как искусство иллюзий связано с памятью или планированием будущего, — рассказывает Клейтон. — Но связь есть. Когда предмет исчезает, вам нужно помнить, где он был, и ожидать, где он появится вновь».

По материалам Inverse
Автор: Бетси Мэйсон

Переводила: Екатерина Лобзева
Редактировала: Влада Ольшанская

У гипотезы мужчины-воина две составляющих:

• внутри группы одного пола и возраста конфликт между ее членами равно характерен для лиц обоих полов, хотя физический конфликт более распространен среди мужчин;
• мужчины с большей вероятностью снизят напряженность внутри своей группы, соревнуясь с другой группой.

Основная идея сводится к тому, что в мужской группе агрессия и враждебность по отношению к представителям другой группы в среднем выражены на одном уровне с женской группой или даже в большей степени. Когда одна мужская группа соперничает с другой, уровень взаимопомощи в ней увеличивается, в то время как в женской остается прежним. 

Психология человека сформировалась под воздействием соперничества одних групп с другими за ресурсы и за партнеров для размножения. Именно поэтому нам присуще четкое различие на «мы» и «они». Математическое моделирование эволюции человека предполагает, что следствием соперничества стало развитие взаимопомощи. 

Люди, которые не желали поддерживать свою группу в противостоянии чужакам,  не выживали. Мы потомки командных игроков — тех, кто играл по правилам.

Раньше считалось само собой разумеющимся, что мужчины более агрессивны по отношению друг к другу, чем женщины. Исследователи приходили к такому выводу, потому что часто использовали данные по избыточной агрессии. К примеру, ученые наблюдали за детьми на игровой площадке, записывали число физических взаимодействий, которые между ними происходили, и сравнивали данные по полу ребенка.

Неудивительно, что мальчики толкали друг друга и устраивали драки чаще девочек.

Однако когда исследователи расширили понятие агрессии, включив туда словесное насилие и непрямую агрессию (распространение слухов, остракизм и резкое прекращение дружбы), то обнаружили, что девочки набирают больше баллов по этим параметрам, а в случае словесного насилия различия по полу вообще отсутствуют.

Среди самых распространенных причин проявления агрессии, которые называют опрошенные  опасность ухудшения положения в обществе и угроза репутации.

Межгрупповые конфликты сопровождают всю историю человечества. Антропологические и археологические свидетельства указывают на то, что конфликт, соперничество, антагонизм и агрессия происходили как внутри одной группы, так и между группами. Однако насилие достигает своего пика при межгрупповом конфликте.

Среди 31 общества охотников-собирателей, изученных в рамках кросскультурного исследования, 64% вступают в военный конфликт каждые два года. Основные участники таких конфликтов — мужчины. В различных обществах мужчины составляют 90% убийц и примерно 80% жертв. 

Эволюция коалиционной агрессии привела к развитию у мужчин и женщин разных психологических механизмов.

Как и в случае прямой и непрямой агрессии, проще расследовать убийства и находить виновного, если убийца мужского пола. Когда мужчина забивает другого до смерти, то всем понятно, что произошло. Убийства, совершенные женщинами, могут быть менее очевидными, в таких делах меньше улик.

Вот пример.

Есть отличная книга под названием «Яноама: история Хелены Валеро». Это биография испанки, которую девочкой похитили кохорошиветари, аборигены лесов Амазонии. Валеро рассказывает о частых конфликтах между разными амазонскими племенами. Проведя среди них десятки лет, девушка смогла сбежать и поделилась своей историей с итальянским биологом, который в 1965 году опубликовал книгу с ее воспоминаниями.

Хелена Валеро описывает, как попадает в новое племя. Некоторые девушки относятся к ней с подозрением. Одна из них дает ей сверток из листьев, внутри которого находится что-то плохо пахнущее. Девушка говорит Валеро, что это угощение, и если Валеро не нравится, то она может отдать его кому-то другому. Валеро считает, что у свертка отвратительный запах и откладывает угощение в сторону. Позже сверток находит маленький ребенок, откусывает кусочек и смертельно заболевает. Ребенок всем рассказывает, что нашел сверток у Валеро. Племя обвиняет девушку в том, что она пыталась отравить ребенка, и прогоняет ее. Хелена убегает в лес, ей в спину летят стрелы.

Девушка, которая дала Валеро отравленный сверток из листьев, придумала беспроигрышную стратегию, чтобы избавиться от соперницы: 

• Валеро съедает сверток и умирает;
• или же Валеро отдает сверток другому человеку, он умирает, ее обвиняют в его смерти, племя подвергает девушку остракизму или убивает.

Это непрямая агрессия высокого уровня. Мало кто из мужчин стал бы всё так продумывать (не считая суперзлодеев в кино). Большинство, повстречав чужака, которого восприняли как возможного соперника, бросили бы ему физический вызов. Или убили бы во сне, и на этом всё.

Суть в том, что, если бы Валеро умерла, то виновной в ее гибели оказалась бы девушка, давшая ей сверток. Но никто об этом бы не узнал. Если бы мужчина, разъяренный смертью маленького ребенка, убил Валеро, то его бы признали убийцей. Или, если бы Валеро при бегстве попала в когти ягуару, то ее смерть не сочли бы убийством.

Любопытно, что книга намекает, будто мужчины племени считали Валеро привлекательной. Можно предположить, что девушка, которая пыталась отравить Валеро, тоже была достаточно миловидной (она ведь воспринимала Валеро соперницей). Исследования показывают, что среди девочек-подростков бóльшая степень привлекательности коррелируется с частым использованием агрессивных тактик (как прямых, так и непрямых) по отношению к соперницам.

Гипотеза мужчин-воинов утверждает, что мужчины научились действовать сообща и координировать свои действия для того, чтобы совместно противостоять другой группе. Причина этому лежала в древних условиях жизни, при которых одни группы мужчин соревновались с другими за ресурсы и женщин. Результаты исследований подтверждают эту гипотезу. Во главе межгрупповых конфликтов в основном стоят мужчины. Они же основные жертвы таких конфликтов. Мужчины часто подозрительны, агрессивны и беспощадны к мужчинам из другой группы.

Женщины испытывают к незнакомым мужчинам такие же чувства, хотя и в меньшей степени. Они проявляют их, демонстрируя страх или избегание, а не вступая в открытую конфронтацию из-за риска изнасилования. 

Такое же поведение прослеживается и у шимпанзе. В книге «Наша внутренняя обезьяна» приматолог Франс де Валль пишет:

«Шимпанзе в неволе ксенофобны в той же степени, что и шимпанзе в дикой природе. Если в зоопарке уже сформировалась группа обезьян, то в нее практически невозможно включить новых самок, а новых самцов можно добавить только после того, как уберут прежних. Иначе будет кровавая баня».

Внутригрупповая агрессия отличается от межгрупповой. Внутригрупповой конфликт обычно локализован и ритуализирован, в то время как межгрупповая жестокость открыта, не имеет причин и может закончиться смертельным исходом.

Психопат — это человек, который относится к членам своей группы так же, как обычные люди относятся к членам другой группы.

Обычно мужчины чаще женщин создают более крепкие связи с членами своей группы. И, в отличие от женщин, они более жестоки по отношению к членам другой группы одного с ними пола.

Хотя мужчины более иерархичны, они лучше ладят друг с другом, нежели женщины, которые часто предпочитают эгалитарные отношения. Одна из возможных причин этому в том, что мужчины часто получают романтический бонус, если дружат с кем-то, кто занимает высокую позицию в обществе, а в случае с женщинами это происходит не так часто. Даже если мужчина просто входит в окружение рок-звезды, то он уже будет выглядеть более привлекательным в глазах женщин.

Для подтверждения этой идеи было проведено исследование, которое выявило, что молодые мужчины намного больше, чем молодые женщины, хотят дружить с теми, кто умен, хорошо сложен, нестандартно мыслит, у кого хорошие связи и финансовые перспективы, хорошее чувство юмора.

Более того, приматолог Франс де Вааль предположил, что женщины поддерживают мир, в то время как мужчины его создают.  Внутри своих групп женщины сглаживают острые углы и в целом с неприязнью относятся к насилию. А мужчины искусно разжигают конфликты с представителями своей группы и затем так же успешно их решают.

Похожее поведение можно наблюдать и у шимпанзе. Самки устраивают драки гораздо реже самцов, так как усердно стараются поддерживать хорошие отношения со своими «близкими». Но если конфликт между женскими особями все-таки случается, они редко мирятся. Де Вааль делится сведениями, согласно которым самцы остаются в хороших отношениях примерно после половины ссор, в то время как самки — только в 20% случаев. 

Де Вааль описывает, как самки шимпанзе притворно пытаются помириться, чтобы навредить еще больше:

«Задумка здесь в том, чтобы обманом завести противника в ловушку. Пейст, грузная взрослая самка, преследует и почти догоняет молодую соперницу… десять минут спустя Пейст делает дружелюбный жест, протягивая открытую ладонь. Молодая самка сначала сомневается, затем приближается к Пейст, показывая недоверие: часто останавливается, озирается на других, нервно улыбается. Пейст не сдается и, когда соперница подходит ближе, начинает тихо пыхтеть. Такое пыхтение — знак дружелюбия… И тут вдруг Пейст делает рывок, хватает молодую самку и с остервенением ее кусает, пока той не удается высвободиться. Примирение у самцов может быть грубым, иногда даже безуспешным (выливается в новую драку), но они никогда не используют уловки».

Этот пример напоминает случай с Валеро, от которой другая девушка избавилась с помощью «подарка».

Де Вааль также рассказывает о тренере по плаванию, который перешел от работы с женщинами к работе с мужчинами. По словам тренера, если две девушки поссорились в начале сезона, шанс, что они помирятся до конца года, невелик. Юноши, наоборот, постоянно принижали друг друга, но в конце дня всё равно вместе пили пиво, а через неделю уже забывали о конфликте.

Внесем ясность, что понятия внутренней и внешней группы не связаны с национальностью, расой или чем-то похожим. На самом деле психология групп развивалась в такой среде, где каждый индивид принадлежал одной и той же группе предков. Кочевые охотники-собиратели, в основном передвигавшиеся пешком, никогда бы не встретили представителя другой расы, неважно, в своем собственном племени или конкурирующем. В своей биографии Хелена Валеро описывала кохорошиветари, намоетери, шаматари и другие племена, которые постоянно воевали друг с другом, несмотря на одинаковую внешность и происхождение (они раскрашивали свои тела, укладывали волосы, наносили себе шрамы и делали пирсинг, чтобы отличаться друг от друга). Вдобавок, кровавая история есть как у европейских, так и у азиатских стран, когда сражения происходили между внешне похожими людьми. Любые коалиционные знаки могут усилить или ослабить нашу групповую психологию. Сегодня большинство американцев, скорее всего, будут недоброжелательны к кому-то из другой политической партии, чем к однопартийцу иной этнической принадлежности . 

Согласно гипотезе мужчин-воинов, кажется, что коалиционная психология ярче выражена среди мужчин. По крайней мере, если судить по легко заметным и поддающимся проверке критериям.

Помимо сообществ охотников-собирателей, гипотеза мужчин-воинов находит отражение и в современных контекстах. В недавнем исследовании спорта в колледжах и старших классах атлеты мужского пола чаще сообщали об открытой агрессии (вербальной и физической; обзывательства, драки и т.д.) от одного из товарищей по команде. 

Девушки, наоборот, больше рассказывали об опыте косвенной агрессии (например, социальная исключенность; «не передавала мне мяч в ходе игры», «команда ходила в ресторан, не позвав меня» и прочее). Неудивительно, что юноши чаще говорили о физической агрессии, а девушки — о вербальной.

Главным открытием этих исследований стало то, что в отличие от спортсменов–мужчин, женщины с большей вероятностью сталкивались с любым видом агрессии от членов своей команды во время игры.

Иначе говоря, в ходе соревнования с другой группой мужчины (которые не меньше женщин проявляли и прямую, и косвенную агрессию) вдруг сплачивались. Они перенаправляли агрессию со своей команды на противника. 

Как выделили исследователи:

«Такой результат согласуется с основным выводом из гипотезы мужчин-воинов, а именно, что мужчины лучше справляются с конкуренцией внутри своей группы, когда они соревнуются с внешней группой… Вероятно, у мужчин получается отложить соперничество со своими товарищами и личные разногласия перед лицом общего врага — внешней группы». 

Существует старая арабская бедуинская пословица: «Я против брата; мой брат и я против кузена; мой брат, кузен и я против незнакомца».

Если переложить на гипотезу мужчин-воинов, получится что-то вроде: «Я против членов моей группы, я и члены моей группы против внешней группы».

До тех пор, пока у людей (особенно мужчин) есть общая цель, они успешно подавляют враждебность по отношению друг к другу. Но как только эта цель исчезает, на поверхность часто возвращается напряженность.

В некоторых случаях напряженные отношения — это неосознанная проверка связи. Для мужчины важно знать, на каком месте он и его товарищи, так как от этого зависят их шансы одержать верх над другими группами. 

Профессор Чикагского университета Дарио Местрипьери в своей книге «Игры, в которые играют приматы» (Games Primates Play) описывает занимательный ритуал молодых обезьян. Обезьяна подходит к своему любимому социальному партнеру, засовывает палец ему в нос и ждет реакции. Если у них хорошие отношения, ничего не произойдет. Так проверяют прочность социальной связи, чтобы образовать союз против других обезьян. 

Так и мальчики часто общаются друг с другом, используя обидные прозвища. Этот ритуал испытывает силу их дружбы. Если легкомысленные словесные колкости не портят отношения, значит, связь крепка. Женщины и девочки, наоборот, редко оскорбляют подруг и часто стараются активно их хвалить, чтобы не показаться враждебными. Мужчины становятся друзьями, оскорбляя без цели обидеть, а женщины — раздавая неискренние комплименты. С этим связано и исследование 2018 года, согласно которому женщины предпочитают спрашивать совет о внешности у друзей-геев, потому что верят, что подруги могут нарочно дать плохой совет, чтобы не создавать себе конкуренцию. 

По сравнению с женщинами, мужчины более открыто соперничают друг с другом за позицию внутри своей группы, но подавляют это при конфликте с внешней группой. В то же время конкуренция женщин кажется более скрытной и не пропадает в случае соперничества с другой группой женщин. Групповое соревнование само по себе, по-видимому, является относительно новым явлением среди женщин по сравнению с мужчинами. Это может быть связано с тем, что предки–мужчины конкурировали со своими соратниками за внимание женщин в своем сообществе. А затем объединялись для борьбы с вражеским племенем. Обычно защищали территорию, ресурсы и женщин от чужих мужчин либо захватывали чужие территорию, ресурсы и женщин. Новатор в области эволюционной психологии Джон Туби утверждает:

«Утверждение, что “культура” объясняет человеческие различия, будет воспринято всерьез, когда появятся сообщения о том, что женские военные отряды совершают набеги на деревни, чтобы захватить мужчин в качестве мужей».

Я бы не был так категоричен (культура может объяснить много человеческих различий, но не так много, как эволюция). Однако здесь хорошо выражена мысль, что среди наших предков женщины не собирались в группы для поисков репродуктивных партнеров. В своей биографии Валеро описывает много ситуаций, когда мужчины дрались за своих женщин или нападали на другие группы и забирали их женщин. Хотя она рассказывает о выражении ревности или гнева у женщин, нет таких примеров, где бы они объединились для победы над другой группой. Это не значит, что женщины на такое не способны. Очень даже способны.

Просто есть что-то любопытное в психологии мужчин, что делает их сверх (ярко) противопоставляющими себя соратникам и сверхвражебными к чужим. Об этой особенности и связанных с ней чертах и говорит гипотеза мужчин-воинов.

Цитата Франса де Вааля, резюмирующая отношение мужчин и женщин к однополым конфликтам внутри своей группы:

«Если бы конфликт был плохой погодой, то женщины предпочли бы ее переждать, а мужчины купили бы зонт».

По материалам Rob Henderson’s Newsletter
Автор: Роб Хендерсон

Переводили: Елизавета Яковлева, Екатерина Лобзева 
Редактировала: Юлия Мухтасимова

Свет фонаря выхватывает в темноте два маленьких круглых глаза, которые блестят как черные пайетки под дном пикапа. На дворе холодная и дождливая сентябрьская ночь. Темную фигурку, которая забилась под машину, почти не видно, но ее выдает белоснежная грудка. Маленькая девочка в ярко-оранжевой курточке садится на корточки и уговаривает трусишку выйти.

В этот поздний час дети уже давно должны лежать в кровати. Но девятилетняя Сигрун Анна Валсдоттир, которая вглядывается в черноту под пикапом, и двенадцатилетняя Ракель Рут Рунарсдоттир c фонариком в руках не замечают ни время, ни холод. У них важная миссия — они спасают тупика.

Речь о птенце морской птицы. Этот малыш повернул не туда и потерялся при первом же полете. Теперь девочки должны подобрать его и бережно отнести к морю. Как мне объяснили, таково неписаное правило. Нельзя оставлять тупика в беде.

Мы находимся в городе Вестманнаэйяр с населением в 4400 человек, который расположен на острове Хеймаэй (площадью восемь км²), самом большом из архипелага Вестманнаэйяр — группы вулканических островов, кекуров (столбовидная скала естественного происхождения — прим. Newочём) и утесов, которые облюбовала крупнейшая на планете колония атлантического тупика.

Этих пухлых черно-белых птиц с милыми личиками печальных клоунов знают и любят по всему миру. Но никто не любит их больше, чем жители Хеймаэйя. В этом рыбацком поселении, окруженном высокими скалами, тупик всегда рядом. Когда вы сходите с парома на остров, то первое, что видите — каменную статую тупика размером с человека. Указатели в городе вас будут направлять не стрелками, а клювами тупиков. В парке можно присесть на скамейку в форме этой птички или увидеть, как на детской площадке малыши скачут на пружинных тупиках.

Настоящие же тупики проводят большую часть своей жизни далеко от берега в холодных водах северной части Атлантического океана. Однако на несколько месяцев в году они прилетают на остров для гнездования в вершинах скал. Своей гордой походкой и оперением, которое выглядит как смокинг, тупики напоминают маленьких джентльменов. Научное название вида, Fratercula arctica, в переводе означает «маленькие монахи с севера». На исландском языке тупиков зовут lundi, а на острове Хеймаэй у птенцов этих морских птиц даже есть особое прозвище: pysja.

В марте, когда дни становятся длиннее, местные жители начинают с нетерпением ждать возвращения птиц. «Это самое крупное событие за всё лето. Когда первые тупики прилетают на скалы, об этом пишут в местной газете», — говорит Йоханн Фрейр Рагнарссон, бывший моряк, который всё детство спасал тупиков. В течение последующих недель на архипелаг Вестманнаэйяр прилетят больше миллиона тупиков. Пары, разлученные за время пребывания в море, воссоединятся и отложат по одному яйцу в норках на покрытых травой скалах. В июле небо и море заполнятся тупиками, которые будут сновать туда-сюда в поисках пищи для своих голодных птенцов.

Оперившиеся тупики вылезают из своих норок ночью в конце августа или в сентябре. Большинство взрослых особей к этому времени уже улетели зимовать в открытый океан, скорее всего, на облюбованный морскими птицами юго-восток Гренландии, или же направились в увлекательное путешествие из Арктики в Средиземное море. Молодым тупикам теперь настало время самостоятельно последовать за лунным светом, который укажет им путь к воде. В течение следующих нескольких лет они будут в одиночку странствовать по северной части Атлантического океана и, возможно, даже пересекут его, прежде чем вернутся в родную колонию для гнездования.

Но некоторых тупиков, которые только что покинули норку и впервые встали на крыло, сбивают с пути огни города, и они направляются вглубь острова, а не к морю. Тупики — невероятные пловцы, они могут нырять на глубину до 60 метров. В этом им помогают кости — в отличие от большинства птиц, они у них плотные, а не легкие и полые. Однако по этой же причине тупикам труднее взлетать. В море взлетной полосой им служит вода, а на суше они прыгают со скал и ловят потоки ветра. Но вот когда молодые особи приземляются на улицах, то оказывается, что их юные крылья всё еще слишком слабы, чтобы поднять птиц в воздух с ровной поверхности, и поэтому тупики беззащитны перед машинами, хищниками и голодом.

Тут-то на сцену и выходят Сигрун Анна и Ракель. Они состоят в «Патруле тупиков» — местной волонтерской бригаде, которая присматривает за тупиками в их путешествии. Почти целый месяц в течение каждого года, пока молодые тупики становятся на крыло, дети несут свою вахту до самого позднего часа. Они патрулируют город (в одиночку или с родителями, пешком или на машине), заглядывают под припаркованные автомобили и за мусорные баки на рыбообрабатывающих предприятиях, проверяют сваленное в порту оборудование. Оказавшись на земле, молодые птицы часто прячутся в укромных местах. Выманивать их и ловить — идеальное задание для проворных детей. Однако к этому занятию подключается весь город, включая полицию.

Никто не знает наверняка, когда зародилась эта традиция. Старожил острова, 86-летний Свавар Стейнгримссон, патрулировал тупиков еще в детстве. Он считает, что необходимость в этом появилась, когда на Хеймаэй в начале 20 века провели электричество. Спасение молодых птиц было поначалу «развлечением и проявлением доброты» — переводит мне с исландского внук Стейнгримссона — Синдри Олафссон. Кроме того, жители, вероятно, хотели поддерживать популяцию тупиков, поскольку те были важным источником пищи (охота на них сохраняется здесь как культурная традиция и в наши дни, но теперь период отлова сильно сократили).

По мере того, как городок с его огнями разрастался, увеличивалось и количество заблудившихся тупиков. Для того, чтобы спасти одного такого, Стейнгримссон как-то раз прыгнул в ледяную воду колодца. Сегодня, однако, нужно спасать уже не так много птиц. Количество молодых особей в крупных колониях от Британских островов до Норвегии сокращается. В колонии на архипелаге Вестманнаэйяр — где вылупляется один из четырех тупиков Северной Атлантики — популяция с 2003 года сократилась на половину. В настоящее время этим предвестникам северной весны присвоен в Европе статус вымирающего вида.

Четверть века назад, когда отец Сигрун Анны, Валур Мар Валмундссон, сам был еще ребенком, он спасал за ночь по сотне тупиков. Его дочка и другие дети не встретят такое количество и за целый сезон. Вот почему Сигрун Анна и Ракель так хотят выманить этого тупика из-под брюха пикапа. Пока девочки стоят наготове, Валмундссон, грузный повар с рыболовецкого судна, загребает под машиной длинным металлическим шестом. Мало-помалу тупик сдает позиции.

Наконец, полчаса спустя, тупик выскакивает из-под машины. Он шустро передвигается на перепончатых лапках, но девочки оказываются быстрее. Сигрун Анна хватает птицу варежками и с застенчивой улыбкой показывает ее мне. Глаза-пайетки сверкают на сером личике тупика, который спокойно меня разглядывает. Черно-белая голова, напоминающая грим для театра кабуки, яркий клюв и оранжевые лапы нужны этим птицам, чтобы приманивать пару, так что такой наряд этот малыш получит лишь в возрасте четырех или пяти лет. Сегодня пойманный тупик будет спать на подстилке из травы в картонной коробке, а завтра девочка в ярко-оранжевой курточке встанет около обрыва скалы на западной части острова, подбросит его в воздух и будет наблюдать, как он отправится в море на потоках ветра.

Искать на машине тупиков на удивление приятное занятие глубокой северной ночью. Пока Сандра Сиф Сигвардсдоттир и ее сестра Берглинд колесят по тихим улочкам и светят фонариками через окна автомобиля, они успевают наговориться обо всем на свете.

«Словно к психотерапевту собрались», — замечает Сандра Сиф, энергичная мать троих девочек, которая работает сиделкой для людей с ограниченными возможностями. Они с Берглинд, врачом скорой помощи и матерью четверых, занимаются спасением тупиков практически с младых лет начали приучать к этому занятию и своих детей прежде, чем те научились ходить. Одноклассники их детей даже прозвали сестер «Королевами тупиков».

Сейчас около половины второго ночи, и я патрулирую город вместе с сестрами. Две дочери Сандры Сиф — восьмилетняя Ирис Дрёфн Гутмундсдоттир и пятилетняя Ева Берглинд Гутмундсдоттир — сопят на заднем сиденье минивэна. Берглинд в другой машине с 14-летним сыном — Арнаром Гаути Эйрикссоном. Сестры болтают по телефону и договариваются встретиться, когда уложат детей спать.

Мы медленно проезжаем мимо закрытых магазинов и темных окон ресторанов. Мужчина на углу улицы машет нам. «Ищите тупиков?» — спрашивает он и протягивает Сандре Сиф птицу, которую только что нашел по дороге со свадьбы. Мы направляемся к гавани мимо детей на скутерах. Два подростка несут коробку. По набережной медленно ползет машина, в заднем окне которой видно детское личико.

Несколькими часами ранее дочери Сандры Сиф учили меня, как надо спасать тупиков. 

— Берем фонарик. И варежки. И коробку. Ищем клюв, — наставляли меня девочки на исландском, а мать переводила. — Топаем ногами, а потом прислушиваемся. 

— А почему вы спасаете тупиков? — спросила я. — Зачем несколько дней жертвовать сном, чтобы лазить по темным углам в поисках потерявшихся птиц?

— Так весело же, — ответила Ирис Дрёфн.

— Ну и они милые, — поддакнула Ева Берглинд.

Когда я позже задала тот же вопрос матери девочек, она ответила так: «Если кто-то попросит назвать что-то одно, что есть у нас на острове, то, думаю, 99,9% хэймаэйцев ответят “тупики”. Всё здесь вращается вокруг этих птиц».

Уже два часа ночи, а мы до сих пор с пустыми руками. «В моем детстве словно шел дождь из тупиков», — с тоской вспоминает Сандра Сиф. Наконец, где-то через полчаса, мы замечаем среди кучи рыбацких сетей и змеящихся веревок долгожданную птицу. Сандра Сиф будит дочку. Та вылезает из машины и хватает пернатого малыша. Едва девочка забирается обратно в автомобиль, как мы видим еще одного тупика. Ева Берглинд опять вылезает на улицу.

После того, как тупиков поместили в коробку, я спрашиваю девочку, как она. «Мне холодно, — отвечает Ева Берглинд, отогревая руки, — и я устала». Девочка зевает и с легкой улыбкой закрывает глаза.

Тупик болтается в замотанном скотчем цилиндре. Это часть приспособления для взвешивания из штаб-квартиры «Патруля тупиков», куда горожане приносят птиц для осмотра ветеринаром-орнитологом и занесения в базу перед выпуском. Родриго Мартинес Каталан, младший научный сотрудник Исследовательского центра природы юга Исландии, хмурится, записывая данные о весе и длине крыльев пойманного тупика. Опять мелюзга. Птице придется остаться на время в «Патруле тупиков» и набрать вес, прежде чем ее можно будет выпустить на волю.

Мартинес Каталан начинал весну 2022 года с большими надеждами. Катастрофическое снижение темпов размножения, которое наблюдалось в колонии с 2003 года, недавно начало улучшаться. В прошлые годы большинство птиц в колонии архипелага Вестманнаэйяр (чуть больше миллиона особей) вырастили крупных здоровых птенцов. Молодняк 2021 года насчитывал приблизительно 700 000 птиц, и ожидалось, что большая часть из них выживет.

«По всем показателям был зеленый свет», — рассказывает Мартинес Каталан, переехавший сюда из Испании. Он с коллегами надеялся, что спад популяции тупиков закончится. Но в середине лета 2022 года почти половина птенцов погибла. Как утверждает начальник Каталана, биолог Эрпур Снэр Хансен, причиной стал голод. Тупики, которых при мне принесли в центр, оказались ниже нормы по весу, а значит, у них меньше шансов пережить первую зиму. Количество спасенных особей в этот раз тоже было невелико. Сезон 2022 года принес возвращение негативной динамики, а не ее улучшение.

По словам Хансена, руководителя Центра исследования природы, популяция тупиков в Исландии долгое время то увеличивалась, то уменьшалась, следуя естественным температурным циклам океана. Как главный специалист по тупикам в стране, Хансен дважды в год объезжает птичьи колонии Исландии, чтобы составить отчет об изменениях в популяции. Он собрал более чем столетние записи о температуре морской поверхности вблизи архипелага Вестманнаэйяр и охоте местных жителей на тупиков. Эта информация помогает создать самый подробный массив данных о популяции атлантического тупика в мире. Оказывается, численность птенцов падала, когда температура поднималась и снижалось количество песчанок — питательной рыбы, похожей на карандаш, которая служит основным источником пищи для птенцов тупиков в колонии на архипелаге Вестманнаэйяр. Если высокая температура сохранялась продолжительное время, то у песчанок нарушался метаболизм, и они прекращали метать икру. В результате вблизи колонии оказывалось недостаточно добычи, которой родители могли бы прокормить молодняк. В одни годы большинство птенцов погибало от голода. В другие большая часть колонии вообще прекращала откладывать яйца. Затем, когда температура поверхности моря снижалась, численность птенцов вновь возрастала.

Тупики живут долго (в среднем 25 лет, но порой доживают и до 36), поэтому колонии могут пережить несколько лет неудачного гнездования и сохранить взрослых особей для повторной попытки. Но, по словам Хансена, ничто в записях, начиная с 1880 года, и близко не похоже на катастрофическое падение популяции в нынешнем веке. В течение полутора десятилетий с 2003 года численность птенцов была ниже показателя, который необходим для устойчивого уровня популяции. Ученые изучают причины, но похоже, что обычные температурные колебания усиливаются и нарушаются из-за изменения климата. «Происходит нечто необычное, — уверен Хансен. — Перемены нельзя не заметить, настолько они велики».

Короткое северное лето ограничивает птенцов морских птиц строгим расписанием. После шести недель в яйце у тупиков есть примерно полтора месяца, чтобы вырасти и опериться перед наступлением зимы. Однако в последние годы сезон гнездования на архипелаге задерживался порой более чем на две недели. Хансен считает, что это связано с поздним началом весеннего цикла продуктивности океана. Если бы тупики стали размножаться в свое обычное время, а источники пищи запаздывали, то птенцам бы не хватало еды. Но когда гнездование откладывается, юные особи лишаются драгоценного времени, которое необходимо им для роста.

По словам Тоне Рейертсен, специалиста по морским птицам из Норвежского института исследований природы, в Норвегии также происходят сбои в размножении. В колонии в Баренцевом море, за которой она наблюдает, тупики увеличивают продолжительность предгнездового периода, чтобы набрать вес, прежде чем откладывать яйца и выращивать птенцов. Однако, по мнению Рейертсен, на успех гнездования это не влияет. Биолог задается вопросом, может ли дело быть в том, что изменения окружающей среды превышают возможности тупиков адаптироваться к ним. «Они всё еще откладывают яйца, но птенцы умирают», — констатирует специалист.

Хансен и другие ученые считают, что в бедственном положении тупиков виноваты, хотя бы отчасти, изменения в циркуляции океанических вод. В кольце течений к югу от Гренландии богатая питательными веществами холодная арктическая вода смешивается с более теплой водой с юга, которая бедна пищей. Таким образом кольцо течений определяет ежегодное весеннее цветение фитопланктона — основы океанической пищевой цепочки. Хансен отмечает, что на протяжении большей части 21 века кольцо оставалось слабым. Оно пропускало много воды с юга, что уменьшало поступление солей кремниевых кислот — минералов, необходимых для роста фитопланктона. Результаты наблюдений Хансена показывают, что периоды, когда численность молодых тупиков в колонии архипелага Вестманнаэйяр снижалась, коррелируются с годами низкого содержания солей кремниевых кислот в воде.

Изменение климата всё чаще становится причиной возникновения сильных морских штормов, которые мешают птицам кормиться, что приводит к их массовой гибели. Тупики и другие морские пернатые также сталкиваются с угрозами, связанными с чрезмерным отловом рыбы, загрязнением моря, появлением инвазивных видов и прочими факторами. Например, рост численности прожорливой макрели в исландских водах способен сократить кормовую базу тупиков. Некоторые птицы могут оказаться особенно уязвимы к изменениям окружающей среды из-за своей необычной привычки линять два раза во время пребывания в море, что стоит им двух месяцев без полетов.

Тем не менее Хансен оптимистичен насчет будущего тупиков на архипелаге. По крайней мере, в ближайшей перспективе. В последние несколько лет уровень содержания солей кремниевых кислот в воде и численность популяции тупиков росли. Несмотря на резкое падение в 2022 году, когда общее число спасенных особей составило менее половины от того, что было годом ранее, этот показатель, по словам Хансена, всё равно превысил ужас тех лет, когда молодые птицы практически не выживали. «Налицо ощутимый прогресс, — уверяет ученый. — Намного лучше, чем нулевые показатели».

На морской утес Хамаринн прибывают семьи с коробками. Толпы людей наблюдают, как дети, стоя на невысокой каменной стене, подбрасывают тупиков в небо, чтобы те расправили крылья и спланировали вниз к воде.

Кажется, что весь Хэймаэй собрался на Хамаринне во время моей поездки туда. Вот группа иностранных студентов из Эстонии выпускает на волю птицу, найденную во время тура по острову. Туристы из штата Висконсин фотографируют происходящее. Пришли даже семьи, некоторые члены которых еще слишком юны или, наоборот, уже слишком стары, чтобы состоять в «Патруле тупиков».

Агуста Оск и Сунна Торшамар Георгсдоттир — двадцатилетние сестры, которые вот уже несколько дней находятся на Хамаринне. Багажник их автомобиля полон спасенных птиц. «Я горжусь тем, что помогла им добраться до океана», — признается Агуста, наблюдая за полетом одного из тупиков. «Возможно, когда-нибудь я спасу птенцов уже этого тупика», — добавляет Сунна. В общей сложности сестры, которые в обычное время работают сиделками в доме престарелых, помогут за сезон 125 птицам.

Надежда — вот, что побуждает жителей Хэймаэй заботиться о тупиках. Я вижу ее в Берглинд, которая забирает одну из самых худых птиц домой, чтобы откормить ее там. Женщина шесть раз в день режет мойву на маленькие кусочки и кормит ими молодого тупика. «Птицам нужна наша помощь, — говорит она, улыбаясь, пока мы наблюдаем, как тупик пытается проглотить целый кусок рыбы. — Мы испытываем что-то вроде материнского инстинкта».

Я вижу надежду и в татуированном хипстере, который посреди ночи выскакивает из машины, чтобы подобрать только что упавшего с неба тупика. Она есть и у старшеклассниц, которые везут птицу на заднем сиденье машины, и у девочки, которая едет на велосипеде на Хамаринн с тупиком в руке. Надежду разделяют и учителя, которые смирились, что дети спят у них на уроках, потому что они и сами допоздна патрулировали улицы в поисках птиц.

Выпустить птицу на волю — вот главная награда. Ирис Дрёфн торжественно поднимается на вершину скалы с шапочкой в виде тупика на голове и настоящим тупиком в руках. Ее младшая сестра, 10-месячная Сара Бьёрк, смотрит широко раскрытыми глазами: ей не терпится поскорее включиться в игру.

«У нее тут нет выбора, — заявляет Сандра Сиф. — Раз уж она мой ребенок, то обязана любить тупиков».

Сандра Сиф хочет разделить любовь к тупикам и с нами. Когда мы с фотографом Крисом Линдером уже собираемся покинуть остров, она встречает нас у парома с картонной коробкой. Внутри нее — тупик, которого мы должны выпустить на волю во время плавания.

Быть может, одним из тех тупиков, которые через несколько лет вернутся на архипелаг, окажется тот самый, кого на моих глазах подбросила в воздух девочка в ярко-оранжевой курточке. Неловко застыв, она восторженно смотрит, как птица улетает к океану. Эта девочка полна надежды, что спасла частичку нашего мира.

По материалам Smithsonian Magazine
Автор: Черил Катц
Фото: Крис Линдер

Переводила: Елизавета Яковлева
Редактировал: Фёдор Каузов

Недавно я слушал очередной спор на извечную тему. Кто умнее: кошки или собаки? В качестве доказательства превосходства собак один из участников выдвинул аргумент, что их легче дрессировать и что они способны решать более сложные задачи.

Его оппонентка возразила, что нельзя делать подобных выводов, основываясь только на том, что собаки лучше подчиняются командам. Она заявила, что мы часто не принимаем во внимание тот факт, что кошки куда самостоятельнее и часто не слушаются просто назло своим хозяевам. По ее словам, собаки позволили людям себя поработить, в то время как кошки сохраняют свободу выбора и не всегда делают то, чего люди от них хотят или ожидают.

В ответ любитель собак парировал: «Не могу согласиться. В ходе научных экспериментов голодных кошек или собак ставят в такие условия, когда за правильное выполнение команды или другого задания они получат долгожданную еду. Я не могу представить себе голодную кошку, которая в подобной ситуации решит не послушаться из-за своей независимой натуры. Куда логичнее сделать вывод, что кошки просто не могут справиться с поставленной задачей или сообразить, как нужно себя вести, чтобы получить награду».

«А мне кажется, в этом нет ничего особенного, — ответила его собеседница. — Кошки способны решать такие же сложные задачи, как и собаки, и они совершенно точно понимают, что от них требуется. Проблема исследователей заключается в том, что кошки отказываются «прогибаться» под людей. Они предпочитают голодать, но оставаться свободными. В этом смысле они очень похожи на американского государственного деятеля Патрика Генри, который однажды заявил: „Дайте мне свободу или убейте меня!“ Поэтому то, что вы принимаете за недостаток интеллекта, — всего лишь доказательство кошачьей самостоятельности».

Этот спор продолжался довольно долго, и было очевидно, что стороны не придут к согласию. Однако наука не стоит на месте, и, кажется, теперь у нас есть кое-какие факты, которые могли бы рассудить ученых. Стоит сразу отметить, что эти сведения касаются исключительно физиологии, поэтому мы можем оставить в стороне вопрос о «самостоятельности кошек». Новые данные были получены в ходе международного исследования, которое проводилось в американском Университете им. Вандербильта под руководством Сузаны Эркулано-Оузель и Деборы Жардим-Месседер.

Сузана Эркулано-Оузель разработала новый метод быстрого и эффективного подсчета количества клеток в головном мозге и отдельных его структурах. Для этого нужен прибор, который называется «изотропным фракционатором». Берется мозг или та его часть, которую требуется изучить, и с помощью специального детергента превращается в некую субстанцию, в которой легко можно выделить клеточные ядра. Каждая клетка содержит одно ядро, поэтому если их посчитать, можно узнать точное количество клеток, содержащихся в тканях. Если рассматривать эту субстанцию под флуоресцентным микроскопом (который облучает образцы светом с определенной длиной волны), клеточные ядра начинают светиться, и по их цвету можно определить, где именно они содержались — в нейронах (один из видов клеток, отвечающих за обработку информации головным мозгом) или клетках какого-то другого типа.

Ученые использовали этот метод для изучения головного мозга самых разных животных — не только собак и кошек, но и енотов, медведей, львов, слонов и некоторых приматов, — а также людей. Вы можете спросить: «Почему бы просто не измерить общий объем мозга?» Но количество нейронов в коре головного мозга (извилистой внешней оболочке, покрывающей все его структуры) не зависит напрямую от размера этого органа. Сузана Эркулано-Оузель считает, что именно «абсолютное количество нейронов у животных, особенно в коре головного мозга, определяет сложность их психики и способность предугадывать развитие событий, основываясь на своем предыдущем опыте».

Плотность нейронов в коре головного мозга нельзя определить по его размеру, поскольку более крупный мозг не обязательно содержит больше нейронов — они просто имеют больший размер. При этом объем мозга увеличивается за счет того, что крупным нейронам нужно больше соединительных структур (волокон, которые образуют дендриты и аксоны). Пожалуй, важнее всего то, что увеличение размера головного мозга является следствием роста его подкорковых структур — то есть отделов мозга, которые не относятся к коре и состоят из клеток, отличающихся от корковых нейронов. Как объясняет Сузана Эркулано-Оузель, именно нейроны отвечают за обработку информации головным мозгом, поэтому считается, что «животные, у которых мозговая кора содержит больше всего нейронов, способны к более сложному адаптивному поведению».

Результаты сравнения количества нейронов, содержащихся в коре головного мозга у различных живых существ, по-видимому, подтверждают уже имеющиеся сведения об их интеллекте. Как и следовало ожидать, у людей больше всего корковых нейронов — около 16 млрд на человека. У наших ближайших родственников, орангутанов и горилл, на каждого приходится около 8-9 млрд нейронов, а у шимпанзе — от 6 до 7 млрд. По результатам исследований, одними из самых умных животных, не относящихся к приматам, оказались слоны, чей мозг содержит примерно пять с половиной миллиардов нейронов.

Как же обстоит дело с этим показателем у кошек и собак? Кора головного мозга у кошек содержит около 250 млн нейронов — то есть почти столько же, сколько у медведей, чей мозг намного крупнее. У енотов, которые по размерам мозга сопоставимы с кошками, количество нейронов оказалось куда больше — около 400 млн. По мнению Эркулано-Оузель, «такой высокий показатель вполне соотносится с представлениями о енотах как об очень умных, сообразительных и хитрых животных».

Кроме того, ученые исследовали мозг двух собак. У собаки смешанной породы и меньшего размера (весом примерно 7 кг) общее количество корковых нейронов составляло 430 млн — почти в два раза больше, чем у кошек. А у золотистого ретривера, который занимает четвертую строчку в списке самых умных и послушных пород собак, этот показатель равнялся почти 620 миллионам. Для сравнения: мозг львицы содержал всего 500 млн нейронов. «Получается, что у собак примерно в два раза больше корковых нейронов, чем у кошек, — делает вывод Сузана Эркулано-Оузель. — А это значит, что когнитивных способностей у них тоже больше».

Она подчеркивает, что исследование было совершенно объективным, но признается в своем пристрастном отношение к испытуемым. «Сама я предпочитаю собак, но это ни на что не влияет, — говорит Сузана. — Полученные результаты в любом случае доказывают, что у собак больше биологических способностей к решению сложных задач, чем у кошек».

Казалось бы, все очевидно. Однако споры о том, кто умнее — кошки или собаки, — вряд ли закончатся. Новые данные касаются только примерного количества нейронов, и не учитывают поведенческие факторы. Животные, чей головной мозг содержит больше нейронов, не обязательно эффективно используют имеющиеся у них когнитивные ресурсы в полной мере. Важно соотнести полученные сведения с результатами исследований, которые направлены на изучение поведения кошек и собак в различных смоделированных ситуациях. Так или иначе, Сузана Эркулано-Оузель считает, что теперь в вечном споре о том, какие животные умнее, у собачников появился серьезный аргумент.

По материалам Psychology Today
Автор: Стэнли Корен, доктор философии, член Королевского общества Канады, профессор психологии Университета Британской Колумбии в Ванкувере.
Фото: Melanie DeFazio / Stocksy

Переводил: Артем Белов
Редактировала: Анастасия Ананьина 

Когда мы со студентами доходим до изучения темы детской памяти,  я всегда прошу их поделиться со мной своими самыми ранними воспоминаниями. Они рассказывают о первом дне в яслях, о том, как они обо что-то поранились в детстве или их что-то расстроило. Некоторые помнят день, когда родился их брат или сестра.

У кого-то воспоминания подробные, у кого-то фрагментарные, но их объединяет одно: они относятся к автобиографической памяти, то есть к воспоминаниям о значимых в жизни человека событиях. Обычно они начинают фиксироваться в возрасте двух или трех лет. Большинство людей не может вспомнить свои первые годы жизни — ученые называю этот феномен инфантильной амнезией. Но почему же у нас нет воспоминаний о младенчестве? Неужели память запускается только в определенном возрасте?

У младенцев есть воспоминания 

Хотя люди не помнят себя до двух или трех лет, ученые считают, что воспоминания у младенцев все же есть — просто не о себе. Уже в первые дни после рождения они запоминают лицо матери и отличают его от незнакомого. Через несколько месяцев количество узнаваемых лиц значительно увеличивается, младенцы улыбаются тем, кого видят чаще всего.

Кроме автобиографической памяти, есть множество других ее видов. Например, семантическая память, которую иначе называют памятью фактов (имена, сорта яблок, название столицы вашей страны рождения) и процедурная память. Последняя отвечает за накопление опыта предыдущих действий (как открывать входную дверь или водить машину). 

Психолог Кэролин Рови-Коллиер проводила исследование в в 1980–90-х годах. Оно показало, что дети способны формировать такого рода воспоминания уже в раннем возрасте. Однако они не в силах сказать, что именно помнят. Поэтому Рови-Коллиер разработала методику, которая позволяет учитывать стремительные возрастные изменения, происходящие с телами младенцев, позволяя изучать свойства их памяти в течение долгого периода времени. 

В эксперименте с детьми 2-6 месяцев исследователи помещают младенца в кроватку, над которой висит карусель с игрушками. Сперва ученые оценивают, насколько ребенок активный, затем привязывают карусель к его ноге — если он пинается, то карусель раскачивается. Как вы можете себе представить, младенец быстро понимает, что власть в его ногах. Он с энтузиазмом пинается, игрушки на карусели весело раскачиваются, а ученые отмечают, что испытуемый проводит связь между дерганьем ногой и движением карусели.

В эксперименте с детьми в возрасте от 6 до 18 месяцев вместо детской кроватки ученые сажают ребенка на колени родителя и дают рычаг, с помощью которого можно управлять игрушечным поездом. Сперва экспериментаторы фиксируют, с какой силой ребенок жмет на рычаг, когда он выключен. Затем рычаг включают. Теперь каждый раз, когда ребенок жмет на него, поезд будет ехать по игрушечной железной дороге. Дети быстро смекают, что к чему, и жмут на рычаг сильнее, зная, что за этим последует.

Как эти опыты связаны с памятью? Потренировав младенцев на каруселях, Рови-Коллиер затем проверила, что они запомнили. Когда детей в следующий раз привели в лабораторию, она повторила эксперимент. Рови-Коллиер и ее коллеги пришли к выводу, что у младенцев в возрасте шести месяцев воспоминания о занятиях длительностью в одну минуту хранятся в памяти только два дня. Чем старше ребенок, тем дольше память. Исследовательница также обнаружила, что продолжительные тренировки позволяют развить память младенца при условии, что ему время от времени показывают карусельку в качестве напоминания.

Почему же мы не помним самих себя?

Если воспоминания у младенцев формируются уже в первые месяцы после рождения, то почему потом они пропадают? Так и не ясно, результатом чего является инфантильная амнезия: отсутствует ли  у младенцев автобиографической памяти или же доступ к ней. Никто не знает наверняка, и ученым остается только строить гипотезы.

Считается, что для автобиографической памяти требуется осознание себя. Для этого предназначен «зеркальный тест», разработанный в 1970-х годах. На нос ребенку губной помадой или румянами наносится красная метка. Затем его помещают перед зеркалом. Дети в возрасте 18 месяцев просто улыбаются, глядя на ребенка в отражении. Они не выказывают признаков того, что узнают себя. По достижении 18–24 месяцев поведение меняется: дети дотрагиваются до носа, выглядят смущенными. Похоже, теперь они способны соотнести красную точку в зеркале с красной точкой на своем лице. У них формируется чувство «Я».

Есть и другое возможное объяснение инфантильной амнезии: дети начинают говорить связно только ко второму году жизни и еще не могут сочинять о себе истории, так что рассказать им потом нечего.

Ну и наконец гиппокамп — отдел мозга, отвечающий за память — в период младенчества еще не до конца сформирован.

По материалам The Conversation
Автор: Ванесса ЛоБу 

Переводила: Елизавета Яковлева
Редактировала: Анастасия Железнякова

А вот и вторая часть Лонгрида Quanta Magazine об истории изучения болезни Альцгеймера. Начало здесь.

Часть 8. Увеличенные эндосомы

Несмотря на все препятствия, некоторые исследования, не связанные с амилоидным каскадом, достигли значительного прогресса в начале 2000-х годов. В частности, одно важное открытие, сделанное на рубеже тысячелетий, оживило интерес к лизосомальному объяснению причин заболевания.

Энн Катальдо, научный сотрудник в лаборатории Никсона, изучала свойства особых органелл — эндосом — в мозге, пожертвованном Гарвардом. Эндосомы — это высокодинамичная сеть везикул под клеточной мембраной, способствующая работе лизосом. Их задача — принимать белки и другие материалы вне клетки, сортировать их и отправлять туда, где они нужны — в частности, в лизосомы для аутофагии. (Представьте, что эндосомы это клеточная версия DHL, — объясняет Янг.)

Катальдо заметила, что эндосомы нейронов в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера имеют аномально большие размеры, будто с трудом справляются с обработкой собранных белков. Если молекулы, предназначенные для уничтожения, не маркируются, не перерабатываются или от них не избавляются должным образом, то нарушение эндосомно-лизосомного пути может вызвать ряд проблем как внутри, так и снаружи клеток. (Представьте себе неотсортированные, недоставленные посылки, скопившиеся в парке грузовиков DHL.)

Можно было бы предположить, что увеличение размера эндосом — просто следствие нарастающей патологии мозга, если бы не два важных момента. Во-первых, увеличения не наблюдается в мозге людей с другими нейродегенеративными заболеваниями. И второе — оно начинается еще до отложения амилоидных бляшек.

«Это открытие стало ключевым моментом», — заявляет Никсон.

Более того, Катальдо объяснила, что эндосомы были увеличены у людей, которые не имели симптомов Альцгеймера, но являлись носителями мутации APOE4, влияющей на обработку организмом холестерина. APOE4 — главный генетический фактор риска развития Альцгеймера с поздним началом. (Именно об этой мутации недавно узнал актер Крис Хемсворт, известный по роли супергероя Тора.) У людей, имеющих одну копию APOE4, риск развития болезни Альцгеймера повышен в два-три раза. У людей, как Хемсворт, имеющих две копии, риск повышен в восемь-двенадцать раз.

Катальдо, Никсон и их коллеги опубликовали свои открытия в 2000 году. С тех пор были получены данные, подтверждающие нарушения в работе лизосом при различных заболеваниях — от нейродегенеративных до «лизосомных болезней накопления», — при которых токсичные молекулы накапливаются в лизосомах вместо того, чтобы распадаться. Также было обнаружено, что процесс расщепления APP для образования бета-амилоида в нейронах происходит внутри их эндосом. Исследования показали, что в стареющих клетках эндосомно-лизосомная система работает некорректно — что сделало эти органеллы важной темой для исследований долголетия.

Катальдо умерла в 2009 году, и работа над эндосомами в лаборатории Никсона застопорилась. Однако в то время над этой темой вовсю трудились Смолл и его команда. В 2005 году они обнаружили доказательства того, что при болезни Альцгеймера в некоторых эндосомах могут наблюдаться сбои в работе комплекса белков, известного как ретромер, провоцирующие эндосомные «пробки» и, как следствие, накопление амилоида в нейронах.

Часть 9. Сила убеждения генетики 

Подобно тому, как генетические эксперименты, проведенные Харди и другими учеными, помогли в свое время выдвинуть гипотезу амилоидного каскада на первый план, за последние 15 лет исследование генов продвинуло и ряд альтернативных гипотез. «Генетика — это определенно главный инструмент к пониманию происходящего», — утверждает Ливси.

Начиная с 2007 года, масштабные статистические исследования генома выявили десятки новых генетических факторов риска болезни Альцгеймера. Эти гены, в целом, гораздо слабее по своему воздействию, чем APOE4, но все они увеличивают вероятность развития заболевания и, кроме того, напрямую связывают его поздние формы с многочисленными биохимическими путями в клетках, включая иммунную систему, метаболизм холестерина и эндосомно-лизосомную систему. Многие из этих генов к тому же при Альцгеймере активизируются первыми. Сделанные открытия убедили общественность в важности поиска альтернатив.

Эндосомно-лизосомная гипотеза становилась не только более точной, но и более важной частью разгадки болезни Альцгеймера.

Сторонники гипотезы амилоидного каскада, однако, по-прежнему считают, что генетика на их стороне. В настоящее время известны только три гена, которые непосредственно вызывают болезнь Альцгеймера, а не просто повышают риск ее развития, — это белки APP (проклятие семьи Дженнингс), пресенилин один и пресенилин два. И мутации в каждом из них вызывают скопления амилоида.

Но исследования также предполагают, что действие этих факторов шире, чем описывает амилоидная гипотеза. Например, в 2010 году Никсон и его команда сообщили, что мутации в пресенилине 1 нарушают функцию лизосом. Данные, помимо прочего, свидетельствуют о том, что все три причинных гена ответственны за увеличение эндосом.

Споры о значении полученных результатов продолжаются. Однако многие исследователи в данной области чувствуют, как та смещается в сторону признания, что не один только амилоид имеет значение. «Теперь [на борту] достаточно пассажиров, и я думаю, что новое послание будет звучать так: „Делайте то, что считаете правильным“», — комментирует Никсон.

Часть 10. Цветы деменции

На столе Никсона копия июньского выпуска Nature Neuroscience, а рядом кружка с принтом обложки — подарок ведущего автора исследования. 

Главная статья выпуска — та, где Никсон и его команда представили одно из сильнейших доказательств того, что простая версия амилоидной гипотезы неверна и что куда более глубинные процессы в нейронах вызывают сбой. Если результаты опытов на мышах и нескольких тканях человека подтвердятся в последующих исследованиях, это может кардинально изменить понимание происхождения болезни Альцгеймера.

Используя новый зонд, ученые флуоресцентно пометили лизосомы, участвующие в аутофагии у мышей с генетической формой Альцгеймера. Зонд позволил исследователям наблюдать за развитием болезни у живых мышей под огромным конфокальным микроскопом. Первая из полученных микрофотографий стала «самым впечатляющим снимком в нашей коллекции, — заявляет Никсон. — Я не видел ничего подобного раньше». На фото были изображены мозговые структуры, похожие на цветы.

Эти «цветы» оказались нейронами с токсичными скоплениями белков и молекул. Участники команды провели голосование, в результате которого было решено назвать эти нейроны PANTHOS, от древнегреческого ánthos (переводится как «цветок») с добавлением буквы «p» от английского poison, означающего «яд».

В ходе дальнейшей работы выяснилось, что нейроны PANTHOS — это продукт неправильной аутофагии. Обычно при аутофагии высококислотные лизосомы, несущие пищеварительные ферменты, сливаются с несущими отходы везикулами. В результате слияния образуется аутолизосома — структура, в которой отходы перевариваются и затем возвращаются в клетку. Однако известно, что аутолизосомы мышей с болезнью Альцгеймера разбухают, накапливая бета-амилоид и другие отработанные белки. Лизосомам и аутолизосомам не достает кислотности, чтобы переварить отходы.

Нейроны в таком случае продолжают создавать всё больше и больше аутолизосом, каждая из которых увеличивается в размерах. После чего они проникают в клеточную мембрану, выталкивая ее части наружу и образуя «лепестки» цветочных форм, которые обнаружил Никсон. Разросшиеся аутолизосомы также скапливаются в центре нейрона, сливаясь с находящимися там органеллами и образуя скопления амилоидных нитей, уже похожие на бляшки.

В конечном итоге аутолизосомы разрываются и высвобождают токсичные ферменты, повреждая и медленно убивая клетку. Затем содержимое мертвой клетки попадает в окружающее пространство и отравляет близлежащие клетки, которые, в свою очередь, тоже превращаются в нейроны PANTHOS. Клетки микроглии, являющиеся частью иммунной системы мозга, активизируются для устранения беспорядка, повреждая вместе с тем находящиеся рядом нейроны.

Никсон с коллегами поняли и другое: при использовании традиционных методов окрашивания и визуализации, белки, накапливающиеся в аутолизосомах нейронов PANTHOS, будут выглядеть точно так же, как классические амилоидные бляшки вне клеток. Внеклеточные амилоидные бляшки не убивают клетки, потому что клетки к тому времени уже мертвы.

Открытие предполагает, что антиамилоидная терапия бесполезна. «Это как пытаться вылечить мертвеца, — уверяет Никсон. — Удалить бляшки — всё равно что снять надгробную плиту».

Поскольку первоначальные результаты были получены из опыта на мышах, команда стала искать похожие нейроны PANTHOS в человеческих образцах. Зная, что именно нужно искать, они легко справились с задачей. Сидя за пультом конфокального микроскопа, заполнявшего собой половину темной и пыльной комнаты в лаборатории Никсона, ученый Филипп Ставридес переключал поле фокуса вверх и вниз на одном из образцов человеческого мозга, пораженного болезнью Альцгеймера. Яркие всплески зеленых, красных и синих ядовитых «цветов» заполнили экран микроскопа.

Когда нарушен процесс аутофагии 

Согласно одной из теорий, Альцгеймер возникает вследствие нарушения переработки клеточных отходов в нейронах.

Внутри нейрона

1. Слабокислотные лизосомы производят аутолизосомы, не способные уничтожать шлаки.

2. Аутолизосомы накапливают отходы клетки и растут в количестве.

3. Переполненные аутолизосомы вырываются из клеточной мембраны. Возле ядра они создают плотную основу из нитей бета-амилоида.

4. Аутолизосомы взрываются, высвобождая токсины, которые убивают нейрон.

Вне нейрона:

5. Клеточная мембрана разрывается, пропуская токсины в межнейронное пространство.

6. Микроглия, иммунная система клеток мозга, активируется, чтобы очистить мусор.

7. Токсины, отходы и микроглия разрушают ближайшие нейроны, приближая дисфункцию последних.

8. Остатки мертвых нейронов образуют скопления, похожие на амилоидные бляшки.

«Работа в самом деле вышла интересной и еще на шаг приблизила нас к разгадке болезни», — резюмирует Шарлотта Тойниссен, преподаватель нейрохимии в Медицинских центрах Амстердамского университета. Ученая объясняет, что понимание механизмов ранних нарушений при болезни Альцгеймера может помочь не только в разработке лекарств, но и в определении биомаркеров. «Исключительная работа», — добавляет Перри.

Давно идут споры о том, какая форма амилоида наиболее токсична и в какой области наносимый ущерб максимален. Теперь имеется достаточно доказательств, что внутриклеточный амилоид играет важную роль в развитии болезни, — заключает Эйзен. По словам ученого, на сегодняшний день наибольший интерес представляет то, насколько часто и широко эти аномалии проявляются в мозге при болезни Альцгеймера. Что касается лекарственной терапии, то, по его мнению, теперь «как никогда важно продолжать поиск малых молекул, способных проникать в клетку и фактически ингибировать ферменты, генерирующие бета-амилоид».

С момента публикации статьи, посвященной PANTHOS, Никсону и его команде, возможно, удалось обнаружить ответ, почему лизосомы пациентов с болезнью Альцгеймера не окисляются должным образом. Когда APP переваривается в эндосоме, одним из побочных продуктов является бета-амилоид, а другим — белок под названием бета-CTF. Слишком большое количество этого белка подавляет систему закисления лизосом. При разработке лекарств бета-CTF может стать еще одной важной потенциальной мишенью, не замечавшейся ранее, — заключает Никсон.

Часть 11. Все части «слона»

Через неделю после публикации статьи о нейронах PANTHOS Никсон и несколько других исследователей были отмечены Премией Оскара Фишера — наградой, присуждаемой Техасским университетом в Сан-Антонио за новаторские идеи в сфере изучения болезни Альцгеймера.

Изначально награда предназначалась тому, кто смог бы представить наиболее исчерпывающее объяснение причин заболевания. Но основателям пришлось разделить приз в силу «невозможности охватить разом все аспекты столь сложной болезни». 

Никсон был номинирован на премию за описание проблем, связанных со способностью эндосом переносить белки, а лизосом — очищать их. Другие лауреаты были отмечены за исследования нарушений холестеринового обмена, митохондрий, нейронных стволовых клеток и нейронной идентичности. 

Понимание последовательности событий при развитии болезни довольно размыто: ученые до сих пор спорят, какие процессы первичны. Но, вероятно, все неисправности биохимических путей в клетках являются тесно связанными кусочками одной большой головоломки.

«Я считаю, что все они могут быть объединены в одно целое, которое я называю „слоном“», — объясняет Никсон. Дисфункция лизосом или эндосом, к примеру, может влиять на другие пути, провоцируя сбои в работе как отдельных клеток, так и всего мозга. А если все нарушения взаимосвязаны, то, возможно, уникального триггера болезни Альцгеймера не существует. 

Другие исследователи тоже постепенно начинают рассматривать болезнь Альцгеймера не как отдельное расстройство, а скорее как совокупность связанных между собой дисфункций. Если это так, лечение, направленное только на один белок в этом каскаде, например, амилоид, может и не иметь большого терапевтического эффекта. Однако совокупность лекарств — скажем, одно из которых направлено на «ноги» «слона», другое — на «хвост», еще одно — на «хобот» — вполне может сбить гиганта с ног. 

И все-таки слишком многие настаивают на дебатах в ключе «или — или», поясняет Никсон. Критики упрекают исследователя за веру в важность эндосомно-лизосомного механизма, видя в этом попытку нивелировать значимость бета-амилоида. «Как будто нельзя совместить две хорошие идеи», — сетует тот. 

В случае с болезнью Альцгеймера бета-амилоид, возможно, играет роль убийцы, пока широкий круг других токсичных белков не менее активно участвует в уничтожении клетки, рассуждает ученый. Бета-амилоид, по словам Никсона, можно уподобить банановой кожуре в корзине для мусора, «среди которого есть масса более страшных вещей».

Смолл соглашается с целесообразностью слияния эндосомно-лизосомной гипотезы, гипотез нейровоспаления и амилоидного каскада в одну большую теорию. Останется только «обрезать всё лишнее бритвой Оккама», говорит он. 

Последствия принятия более широкого подхода к проблеме могут выйти далеко за пределы области исследований Альцгеймера. Полученные учеными ключи к разгадке причин заболевания могут помочь нам лучше понять другие нейродегенеративные расстройства — такие как болезнь Паркинсона или боковой амиотрофический склероз (БАС, или болезнь Лу Герига) — и даже процессы старения. Впрочем, может случиться и противоположным образом: Уивер часто изучает литературу, посвященную БАС и Паркинсону в надежде, что высказанные в ней идеи смогут однажды «перекочевать в наш мир». 

Часть 12. Новые лекарства, новые теории 

Энтузиазм в отношении отличных от гипотезы амилоидного каскада объяснений не означает, что люди потеряли интерес к проходящим испытания антиамилоидным препаратам. Эйзен и многие другие исследователи не теряют оптимизма, надеясь, что им удастся развить умеренный успех леканемаба. Даже если лекарства устраняют лишь часть проблем при болезни Альцгеймера, любое улучшение может оказаться спасательным кругом для пациента. 

«Больным нужно хоть что-то», — поясняет Уивер. «И я искренне надеюсь, что одна из наших идей окажется правильной». 

После стольких лет неудач в разработках лекарства достигнутые леканемабом результаты были с воодушевлением встречены Харди. Ученый прилетел из Лондона в Сан-Франциско, чтобы лично присутствовать на презентации итогов клинических испытаний в рамках ноябрьской конференции по болезни Альцгеймера. Конечно, он мог посмотреть доклад онлайн, находясь дома, однако ему было важно почувствовать себя частью происходящего и «узнать, что думают об этом люди». 

Хотя Харди стоял у истоков гипотезы амилоидного каскада и до сих пор верит в нее, он всегда был открыт новым идеям. 

В 2013 году Харди и его команда обнаружили, что мутации в гене, отвечающем за иммунную систему, увеличивают риск развития позднего Альцгеймера. С тех пор в своих исследованиях он переключился на изучение микроглии. По мнению Харди, амилоидные отложения могут напрямую провоцировать работу микроглии, вызывая воспаление. 

Многие исследователи воспринимают иммунную систему как заманчиво гибкое объяснение причин возникновения Альцгеймера, совместимое как с гипотезой амилоидного каскада, так и с другими идеями. В опубликованном в июле 2020 года материале для журнала The Lancet перечислялись многочисленные факторы риска развития деменции — от загрязнения воздуха и многократных травм головы до систематических инфекционных заболеваний. «И этот список продолжается в том же духе, — отмечает Уивер. — Догадки самые разные». 

Единственное, что связывает перечисленные факторы, — иммунная система. Если вы ударяетесь головой и повреждаете ткани, именно иммунная система займется устранением последствий для вашего организма; если вы подхватили какой-нибудь вирус, с ним будет сражаться именно ваша иммунная система; при загрязнении воздуха иммунная система активизируется и запускает воспалительный процесс. Как показали исследования, даже социальная изоляция может повлечь за собой воспаление мозга, а депрессия, по словам Уивера, является известным фактором риска в развитии деменции. 

Иммунная система также тесно связана с системой лизосом. «То, насколько успешно лизосомный путь клетки осуществляет усвоение, расщепление или переработку белков, имеет решающее значение для того, каков будет нейроимунный ответ», — объясняет Янг. 

Однако эндосомно-лизосомная сеть — тоже чрезвычайно тонкая система, состоящая из огромного количества подвижных компонентов, по-разному ведущих себя в клетках разного типа. Что, по мнению Янг, делает ее еще более сложной мишенью для лекарств. Тем не менее, она надеется, что в ближайшие несколько лет мы увидим сконцентрированные на этой сети клинические испытания. Сейчас Янг, Смолл и Никсон работают над ее различными аспектами. 

Часть привлекательности гипотезы амилоидного каскада обеспечивает простота предлагаемого решения. Другие версии привносят дополнительную сложность. Сложность, с которой ученые — и растущее число стартапов — теперь готовы столкнуться. 

Часть 13. В ожидании перемен 

Травальини вернулся к изучению Альцгеймера, заканчивая диссертацию. В октябре 2021 года он начал работу в Институте Аллена по просеву образцов мозга людей, умерших вследствие этого заболевания. Ученый и его команда готовят к изданию Сиэтлский атлас клеток болезни Альцгеймера — своего рода предметный указатель, поясняющий влияние болезни на те или иные клетки мозга. В рамках этой работы анализируются изменения в деятельности более чем ста типов клеток коры головного мозга по мере прогрессирования болезни Альцгеймера.

«Клеточная сторона заболевания настолько важна, потому что позволяет поместить всё, что мы знаем о молекулярных изменениях, в контекст клетки, где они и происходят, на самом деле», — объясняет Травальини. Если нанести амилоид или тау-белок на клетки в чаше, те начнут разрушаться и умирать. «Но пока что неясно, какие изменения происходят в клетках различного типа». 

Работа ученого уже привела к ряду интересных открытий: например, что наиболее чувствительными к заболеванию являются нейроны, образующие длинные соединения в коре головного мозга — зоне, отвечающей за большую часть наших когнитивных способностей. 

Травальини и его коллеги также заметили рост числа клеток — в частности, микроглии, — добавив аргумент в пользу того, что нейровоспаление находится во главе процесса. Ученые также обнаружили ряд ошибок в экспрессии генов в мозге людей с болезнью Альцгеймера — и в том числе генов, связанных с лизосомно-эндосомной сетью. Со временем данные исследования могут помочь определить точный момент, когда в тех или иных клетках что-то идет не так, что позволило бы разгадать одну из величайших загадок этой болезни. 

Травальини старался как можно чаще навещать бабушку с дедушкой. Какое-то время назад его бабушке пришлось переехать в дом престарелых — дедушка последовал за ней. «Хотел быть рядом», — объясняет Травальини. 

Бабушка и дедушка ученого не расставались с тех пор, как познакомились студентами в Филадельфии. Они поженились 60 лет назад в Японии, где мужчина проходил военную службу. Ему было нелегко наблюдать, как бабушка постепенно словно ускользает из жизни. Но недавно положение стало совсем плачевным, когда мужчине тоже поставили диагноз «деменция» — пусть и без связи с болезнью Альцгеймера. По словам Травальини, дедушка мог с любовью говорить о своей жене, а сразу после этого резко добавить, что «не испытывает к ней чувств». Родные в такие моменты старались напомнить ему, что это неправда, что это побочный эффект болезни. 

Бабушка Травальини скончалась 1-го декабря в возрасте 91 года. 

Ее болезнь зашла слишком далеко, чтобы она могла понимать, над чем работает ее внук. Но, по крайней мере, дедушка ученого знал, что тот трудится над проблемами деменции. «Он по-настоящему мной гордился», — добавляет Травальини. 

Для таких ученых, как Травальини, большую роль играет и другого рода «семейная поддержка». Миллионы семей по всему миру добровольно помогают в тестировании новых препаратов и идей, благодаря которым мы должны научиться лучше понимать болезнь Альцгеймера — в то же время прекрасно осознавая, что исследователи вряд ли достигнут прорыва достаточно скоро, чтобы успеть им помочь.

До появления действенных методов лечения Патира продолжит помогать своим пациентам с деменцией, сопровождая их на этом пути и помогая по-новому выстраивать отношения с их семьями. Величайший страх ее подопечных — однажды не узнать своих внуков. «Об этом больно думать, — говорит Патира. — Думать о том, что это ждет твоих близких, еще больнее». 

Исследования в данной области, более открытой теперь для альтернативных гипотез, продолжат развиваться — со своими взлетами и падениями. «Даже если что-то не получается, вы извлекаете уроки из неудач, — считает Патира. — Это неприятно для медицины, но продуктивно для науки». 

Часть 14. «Кэрол знала, что ее ждет»

Вскоре после того, как Харди обнаружил, что за предрасположенность членов семьи Дженнингс к Альцгеймеру отвечает ген белка-предшественника бета-амилоида, Кэрол оставила работу в школе, чтобы посвятить всё свое время поддержке и продвижению исследований болезни Альцгеймера. В последующие десятилетия она тесно работала с Харди и другими учеными из Лондонского колледжа. 

Бывшая учительница никогда не сдавала анализ на генетическую мутацию, из-за которой у ее отца, трех теть и дяди — пятерых из одиннадцати членов ее семьи — развился Альцгеймер. «Она не видела в этом смысла, поскольку мы всё равно ничего не смогли бы поделать, — объясняет ее муж Стюарт Дженнингс. — Она часто говорила: „Я с таким же успехом каждый день могу попасть под автобус, так зачем беспокоиться о чем-то, что произойдет только спустя 30 лет?“» Двое детей пары также не проходили никаких обследований. 

В 2012 году Кэрол Дженнингс поставили тот самый диагноз. Ей было 58. Дженнингс принадлежит к очень небольшой группе людей, в случае с которыми ученые могут четко назвать причину нарушений в мозге. В случае с большинством пациентов, чье заболевание не связано со специфическим геном, ситуация намного сложнее. 

«Интересно, что на первых порах болезни ей стало хуже удаваться именно то, что и раньше не особо получалось», — объясняет Стюарт. «Мы часто смеялись, что она может заблудиться даже по пути из спальни в ванну». Со временем шутка стала реальностью. Кэрол также всегда отличалась склонностью к прокрастинации — а с болезнью и вовсе делала всё буквально в последний момент. 

Затем Дженнингс стала терять и те навыки, в которых была хороша, как, например, умение складывать вещи и наводить порядок. Официальный диагноз был поставлен только спустя несколько лет, однако, когда врачи назвали всё своими именами, в первые дни было очень тяжело. Стюарт описывает ситуацию так: «Кэрол знала, что ее ждет». 

Поэтому она принялась давать указания. Кэрол сказала Стюарту, что после смерти ее мозг нужно пожертвовать архиву Университетского колледжа Лондона — как уже было сделано ранее с другими диагностированными членами ее семьи. Дженнингс также добавила, что муж не обязан ухаживать за ней дома, если справляться будет слишком тяжело, но должен следить за тем, чтобы она была пребывала в чистоте. Не упустила ни одной детали. «Она великолепно подошла к ситуации. Предусмотрела абсолютно все. Я, на самом деле, просто помогал ей чем мог», — поделился Стюарт. 

Ему удалось сделать так, чтобы Кэрол смогла остаться дома — и ученые из Университетского колледжа продолжают следить за семьей Дженнингсов. Сын Кэрол и Стюарта Джон теперь тесно сотрудничает с ними. 

Во время созвона в Zoom Стюарт периодически поглаживал Кэрол по голове — та лежала с простудой. Из-за Альцгеймера она не может встать с постели и практически не разговаривает, не считая односложных ответов на некоторые вопросы. Во время разговора она то погружалась в дремоту, то просыпалась, но, когда она следила за ходом интервью, то не казалась безучастной. 

Возможно, в эти моменты какая-то часть ее возвращалась на сцену, откуда Кэрол читала лекции о болезни Альцгеймера, с легкостью подбирая слова, вдохновляя и восхищая свою аудиторию. В своих выступлениях она всегда подчеркивала, что «речь идет о семьях, а не о пробирках или лабораториях». Стюарт считает, «это мощное заявление для представителей фармацевтических компаний». 

Кэрол не беспокоило, что изменить ход ее болезни с помощью прорывных лекарств так и не удалось — это пустяк. «Будущее наших детей и новых поколений — вот что всегда стояло для нее на первом месте». 

По материалам Quanta Magazine
Автор: Ясмин Саплакоглу 
Заглавная иллюстрация: Harol Bustos for Quanta Magazine

Переводили: Елизавета Яковлева, Екатерина Кузнецова, Эвелина Пак, Софья Фальковская
Редактировала: Валерия Зитева
Научный редактор: Полина Безрукавая