Зачатки конечностей и пластинки роста
Для того чтобы узнать, откуда у нас взялись конечности, нам придется вернуться к ранним стадиям эмбрионального развития. На четвертой неделе после зачатия зародыш свертывается в трубку, превращаясь из плоского трехслойного зародышевого диска в три вставленных друг в друга цилиндра. По обе стороны от головы появляются дисковидные утолщения, из которых сформируются хрусталики глаз и заполненные жидкостью лабиринты внутреннего уха. По сторонам шеи образуются ряды жаберных или глоточных дуг. С каждой стороны тела, на его задней (дорсальной) стороне отчетливо видны сомиты, а кроме того, с каждой стороны появляются два парных выпячивания, которым суждено стать верхними и нижними конечностями – руками и ногами. Сначала эти бугорки состоят из скоплений рыхлой эмбриональной соединительной ткани, образующейся из среднего, мезодермального, слоя зародышевого диска (из «начинки» этого «сэндвича»). Снаружи этот бугорок одет слоем эктодермы. К шестой неделе зачатки удлиняются, образуя уплощенные пластинки кистей и стоп. В течение седьмой недели клетки пластинок кистей и стоп начинают отмирать.
Это нормальный ход развития; формирование человеческого тела включает не только рост и пролиферацию, но и смерть некоторых клеток. Гибель клеток очень важна, потому что уменьшает количество генетической информации, необходимой для построения тела. Действительно, гибель клеток – это фундаментальный процесс эмбрионального развития любого животного со сложным строением тела. Во многих случаях бывает проще создать избыток ткани, а потом убрать лишнее, нежели сразу тщательно кроить сложную структуру. Наглядный пример – развитие нервной системы: в мозге новорожденного младенца содержится 90 миллиардов нервных клеток (нейронов), а потом происходит уничтожение почти половины этого количества. В результате процесса удаления лишнего остаются только те нейроны и синапсы, которые доказали свою полезность. Таково физическое проявление обучения – намного легче создать в самом начале избыточное число нейронов, а затем уменьшить их количество после того, как они образуют устойчивые связи, нежели тщательно программировать с самого начала все эти соединения и связи. Моя трехлетняя дочь уже хорошо усвоила этот принцип. Когда она создает картины с помощью клея и блесток, то сначала наносит на бумагу рисунок клеем. Затем, вместо того чтобы аккуратно наносить блестки по нарисованным линиям, она рассыпает их по всей поверхности листа, а затем просто смахивает излишки. Так же в процессе развития глаза отмирание клеток хрусталика позволяет его зачатку отделиться от покрывающего его слоя эктодермы. Программированная клеточная смерть – самоубийство клеток – обеспечивает прорезание просветов в сплошных клеточных тяжах, превращая их в трубки – именно так образуются у эмбрионов кровеносные сосуды. Камеры сердца формируются благодаря сочетанию запрограммированной смерти одних клеток и размножения других. В кончиках развивающихся конечностей людей, мышей и птиц клеточная смерть помогает пальцам отделиться друг от друга. Если клетки перестают отмирать, то ребенок может родиться со сросшимися пальцами.
В ходе изменения конечности от зачатка до вполне узнаваемой миниатюрной руки или ноги интересны не только эти внешние преобразования, но и процессы, происходящие внутри растущей конечности. В упомянутом мезодермальном ядре эмбриональные клетки образуют скопление и дифференцируются в хрящевые клетки. К шестой неделе в зачатках конечностей уже содержатся хрящевые модели их будущих костей. В игру снова вступает клеточная смерть, на этот раз для того, чтобы сформировать суставы между хрящевыми моделями. Из клеток, окружающих новообразованные суставные полости, образуется хрящевая выстилка суставных поверхностей сочленяющихся костей, а также оболочки сумок с вязкой синовиальной жидкостью, смазывающей суставные поверхности.
В течение восьмой недели в середине «моделей» из хрящей начинает образовываться истинная костная ткань, и это окостенение продолжается до тех пор, пока хрящевая ткань (к моменту рождения) остается только на концах костей. После рождения очаги окостенения появляются и в этих концах, но эти очаги не сливаются с зонами окостенения в стержнях костей в течение следующих многих лет. Секрет быстрого роста костей в детстве заключается в том, что в костях остается немного хрящевой ткани. Эти хрящевые участки имеют форму дисков, заключенных между телом и концом каждой длинной кости организма. Этот диск называют «пластинкой роста» или «зоной роста». Окончательное исчезновение этих хрящевых зон происходит с их окостенением при достижении костью «взрослой» длины, а случается это в конце подросткового периода. После окостенения зон роста кость теряет способность расти в длину. В некоторых костях такое закрытие зон роста происходит очень поздно – зоны роста в ключицах закрываются у взрослых людей иногда только к тридцати годам.
