Как два гладиатора напряженно кружат друг вокруг друга на песке римского Колизея, так и два самца дрозофилы стоят лицом к лицу на кормовой площадке в миниатюрной закрытой установке, потряхивая своими крылышками. Внезапно вспышка пульсирующего красного света освещает их, посылая фотоны через полупрозрачную кутикулу в их мозг. Глубоко внутри похожего на джунгли переплетения нервных волокон несколько нейронов пробуждаются от бездействия и начинают генерировать импульсы. Электрические импульсы распространяются по аксонам, перескакивая от синапса к синапсу, возбуждая другие нейроны, расходясь вдоль разветвленных путей по всему мозгу, как вспышки молний в грозу над темной долиной.
Выйдя из оцепенения, мушки движутся друг к другу. Приблизившись, они протягивают вперед покрытые щетинками лапки, словно слепые, прокладывающие себе путь через полосу препятствий. Вдруг один самец поднимается на задние лапки и жестоко обрушивается на другого. Получив удар, соперник отступает. В одно мгновение атака заканчивается. Однако, похоже, не удовлетворившись этим, агрессор снова набрасывается на свою жертву, многократно ее толкая. Он наскакивает снова и снова, оттесняя противника к краю кормовой площадки, на которой они стоят.
Красный свет продолжает мигать. После нескольких атак самец, казавшийся побежденным, поднимается и поворачивается к противнику. При следующем выпаде он тоже поднимается на задние лапки, чтобы отразить удар, и захватывает передние конечности агрессора. Нападающий парирует, и две мухи начинают бороться, как спаррингпартнеры. Теперь противники схватываются друг с другом, сцепившись ногами; пара крутится то в одну, то в другую сторону, пока не падает, сплетенная, на пол арены, яростно дергаясь. Распутавшись, они расходятся и набрасываются друг на друга снова и снова, видимо, не в силах противостоять желанию расправиться с противником.
Внезапно красный свет гаснет, и, подобно грозе, переходящей в моросящий дождь, атаки становятся реже — отдельные выпады то тут, то там, парируемые поднятой задней лапкой или взмахом крыла. В глубине мозга потоки импульсов в чаще волокон медленно затихают. Вещества, выброшенные в синаптические щели, рассеиваются и исчезают. Постепенно противники удаляются друг от друга, как бы недоумевая по поводу только что случившегося. Со временем они начинают приводить себя в порядок, потирая передними лапками головы и рубиновые фасеточные глаза. Вскоре они — видимо, непострадавшие — возобновляют свое питание и, не обращая внимания друг на друга, жадно слизывают своими крошечными хоботками агар с яблочным соком, на котором стояли.
Затем снова зажигается красный свет, и битва мгновенно возобновляется.
Почему красный свет заставляет мух драться? Вообще-то — не заставляет, на самом деле мухи почти не видят красного света. Мы воспользовались этим, чтобы встроить в мозг мухи переключатель нейронов, который можно включать и выключать вспышкой красного света и который во включенном состоянии побуждает мух к драке. Как нам удалось найти этот переключатель и встроить его в такой крошечный мозг? И служит ли эта яростная битва выражением гнева или злости, или это просто запрограммированная последовательность действий, как в игрушке Rock ’Em Sock ’Em*, которую рекламировали по телевизору, когда я был мальчишкой?
Чтобы провернуть этот трюк, нам пришлось генетически запрограммировать нейроны, отвечающие за агрессию у мух, так, чтобы они активировались красным светом. То есть сначала надо было выяснить, какие нейроны нужно запрограммировать, чтобы вызвать агрессию, затем найти способ их генетического программирования и, наконец, активировать эти нейроны красным светом. Это может показаться научной фантастикой, но в наши дни это довольно обычная техника в нейробиологических исследованиях на плодовых мушках. С помощью такого подхода ученые могут включать определенные нейроны светом и управлять мухами, заставляя их есть, чиститься, прыгать или исполнять брачную песню, вибрируя крыльями. Мы даже нашли нейроны, включение которых вызывает эрекцию (у самцов мух есть эдеагус — орган вроде пениса) и эякуляцию. И да, это именно то, чем я зарабатываю на жизнь.
Чтобы появилась возможность провести такой эксперимент, требуются годы исследований и тяжелой работы. Но прежде чем я раскрою, так сказать, секрет этого волшебства, мне бы хотелось обсудить важный вопрос: зачем все это надо? Мы действительно пытаемся узнать что-то из этих экспериментов или это просто очень изощренные дурацкие трюки, которыми занимаются скучающие ученые от нечего делать? Разве не следует таким людям, как я, заняться лечением рака или болезни Паркинсона вместо того, чтобы устраивать мушиный бродячий цирк? Это законный и серьезный вопрос, требующий серьезного ответа, особенно учитывая, что часть ваших налогов через Национальные институты здравоохранения идет на финансирование подобного рода исследований.
Такие люди, как я, стали нейробиологами в первую очередь потому, что нас всегда завораживало, как работает мозг. Выяснить, как устроен мозг, — чрезвычайно сложная научная задача, сложность этой темы затмевает все, что когдалибо пытались понять люди в космологии, физике элементарных частиц, квантовой химии или клеточной биологии. Поэтому расшифровка нейронных кодов мозга — такая же важная фундаментальная задача, как и расшифровка генетического кода. Когда ученые взломали генетический код, наше понимание и технологические возможности вышли на новый уровень, что позволило улучшать здоровье человека: например м РНК-вакцины против COVID-19 были разработаны и внедрены менее чем за год. Понимание работы мозга поможет нам разработать новые лекарства от недугов, лечение которых до сих пор не увенчалось успехом, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона, шизофрения, расстройства аутистического спектра, депрессия.
«Все это прекрасно, — подумаете вы, — но какое отношение к этому имеют дерущиеся плодовые мушки?» В краткосрочной перспективе, может быть, и не очень большое. Но цель этих работ не в непосредственном медицинском применении. Главная задача — достичь базового понимания функционирования самого сложного устройства, появившегося в процессе эволюции. Помимо стремления к этой высокой цели, можно заметить, что многие работы, удостоенные Нобелевской премии, например за открытие технологии редактирования генов CRISPR/Cas9 или зеленого флуоресцентного белка, начинались с базовых научных вопросов про простые организмы: «Как у бактерий возникает устойчивость к вирусам?» или «Почему медуза светится в темноте?».
И тут мы возвращаемся к основному вопросу о том, что заставляет муху драться. Аналогично тому, как мы спрашивали про механизм страха в главе , спросим: дерутся ли мухи потому, что они генетически запрограммированы атаковать, когда чувствуют своими усиками определенный феромон (как принято считать в отношении агрессии у муравьев-кочевников)? Или же у них есть внутреннее состояние, подобное ярости (любители пикников здесь могут вспомнить осу, жужжащую около их бургеров, которая только сильнее «злится» в ответ на попытки ее отогнать)? А может быть, это комбинация обоих вариантов?
Прежде чем углубиться в эти вопросы, давайте кратко рассмотрим, почему плодовые мушки вообще дерутся. Разве они не миролюбивые маленькие существа, жужжащие над виноградом или бананом? В основном да, но иногда возникает конфликт, и тогда они нападают. Мухи, как и люди, дерутся тогда, когда есть что-то, некий ресурс, за который надо драться. Таким ресурсом может служить пища, территория, неоплодотворенные самки (для самцов), оптимальное место для откладки яиц (для самок). Драка происходит, если муха обнаруживает этот ресурс вместе с представителем своего вида (конспецификом), который конкурирует с ней за доступ к тому же ресурсу. Когда эти два условия совпадают, предположительно, в мозге активируется некий набор нейронов, которые можно считать детекторами конфликта, и их активность открывает нейронные «ворота», позволяющие проявить агрессию. Где эти ворота расположены в мозге и как они работают, неизвестно, но мы бы очень хотели это выяснить.
Еще один момент, который важно понимать про агрессию у мух: это не драка до смерти. Плодовые мушки даже укусить друг друга не могут, ведь у них, в отличие от муравьев, нет челюстей. Их битва, скорее, похожа на борьбу сумо: толчки и выпады, где конечная цель — вывести противника из равновесия и оттолкнуть его от ресурса, который особь пытается защитить или потребить. И хотя проигравшие мухи не получают травм, у них формируется нечто вроде «комплекса неудачника», который увеличивает вероятность проиграть в следующей схватке. А муха, выигравшая бой, получает преимущественный доступ к ресурсу — по крайней мере до тех пор, пока не появится конкурирующая особь.
Это все выглядит очень практично и функционально, как минимум для мух, но не очень «эмоционально». Но все же, когда смотришь замедленное видео с большим увеличением и видишь, как самец поднимается на задние лапки, вытянув передние, расправляет сзади крылья, ненадолго замирает на вершине своей траектории, затем яростно обрушивается на противника и жестоко трясет его, трудно отделаться от впечатления, что агрессором движет злоба. Конечно, это очеловечивание мушек. Тем не менее, если жертва отбивается, часто интенсивность потасовки возрастает, мухи встают и, кажется, фехтуют или боксируют друг с другом с помощью передних конечностей, а иногда сцепляются, превращаясь в извивающуюся массу ног и крыльев, катаясь по полу своей арены, как два пьяных ковбоя, валтузящие друг друга в грязи. Очевидно, что такое поведение сопровождается каким-то возбуждением или активацией — если не мушиной версией гнева или ярости, то по крайней мере каким-то внутренним состоянием агрессивности. Мы хотели бы выяснить, есть ли на самом деле некое внутреннее состояние, которое побуждает мушек драться, понять, как это состояние возникает в мозге, и определить, является ли оно специфичным для агрессии, или это общее состояние возбуждения, которое питает множество разных типов поведения. В данный момент лучшее, что можно предпринять для ответа на эти вопросы, — попробовать найти в мозге мух нейроны, отвечающие за агрессию. Как только мы это сделаем, то сможем выяснить, специфичны ли эти нейроны для агрессии, или они контролируют и другое поведение (если да, то какое). В перспективе мы хотим выявить полную схему работы системы с этими нейронами, включая сенсорные клетки на усиках, позволяющие самцу почувствовать запах другого самца или неоплодотворенной самки, внутренние нейронные цепочки, обрабатывающие полученную информацию и принимающие решение драться или спариваться, и нейроны, исполняющие это решение и передающие его группе двигательных нейронов брюшной нервной цепочки (мушиный эквивалент спинного мозга), которые, в свою очередь, реализуют программу действий для нападения.
Как подойти к решению этой сложной задачи, особенно учитывая миниатюрность мозга животного, которое само по себе не больше рисового зернышка? Мы знаем, что в целом нейронные цепочки состоят из отдельных клеток с отростками — аксонами, — которые, как провода, соединяют через синапсы все нейроны в единую сеть. И гораздо проще начать с поиска одного из таких нейронов, чем пытаться выявить всю сеть. Есть надежда, что, найдя одну клетку, отвечающую за агрессию, мы уже получим некую зацепку. Затем можно выяснить, с какими нейронами связан найденный, двигаясь по цепочке вверх и вниз. Для каждого нового нейрона можно определить, участвует ли он только в агрессии или контролирует и другое поведение. Также можно попытаться выяснить, контролирует ли этот нейрон только непосредственно двигательный компонент агрессивного поведения или участвует в создании некоего внутреннего состояния агрессивности. И даже если он только запускает нападение, можно последовать по цепочке связей вверх и найти другие нейроны, контролирующие состояние агрессивности.