Ознакомительная версия. Доступно 8 страниц из 39
Ну а от чего же в таком случае зависит включение тех или иных генов в конкретной клетке? Ответ: от того, какие химические вещества в ней уже имеются. Здесь есть что-то от парадокса про курицу и яйцо, но проблема эта не непреодолима. Принцип ее решения крайне прост, хотя подробности и трудны для понимания. В информатике этот принцип называется самозагрузкой. Когда я только начинал пользоваться компьютерами в 1960-е годы, все программы загружались при помощи бумажной ленты. (В Америке в те времена для этой цели нередко использовались перфокарты, но действовали они точно так же.) Прежде чем ввести в компьютер длиннющую ленту с какой-нибудь серьезной программой, следовало установить на него небольшую программу, называемую загрузчиком. Программа эта выполняла только одно действие: объясняла компьютеру, как загружать бумажные ленты. Но вот наш «курино-яичный» парадокс: как же можно было загрузить ленту с программой-загрузчиком? В современные компьютеры аналог такой программы встроен изначально, но в те далекие времена вам сперва приходилось щелкать переключателями в некой ритуальной последовательности, которая объясняла компьютеру, как прочесть начало ленты с программой-загрузчиком. Затем это начало сообщало ему, как прочесть следующий участок ленты, и так далее. По мере того как вся лента с программой-загрузчиком оказывалась заглочена компьютером, он уже умел читать любые бумажные ленты и был готов к использованию.
При формировании зародыша вначале одна-единственная клетка — оплодотворенная яйцеклетка — делится на две, каждая половинка тоже делится, образуя четыре клетки, которые, в свою очередь, образуют восемь, и так далее. Через какие-нибудь несколько десятков делений количество клеток будет исчисляться триллионами — такова мощь экспоненциального роста. Но, если бы дело только тем и ограничивалось, все эти триллионы клеток были бы одинаковыми. Каким же образом им тогда удается дифференцироваться (прибегнем к этому научному термину) в клетки печени, почек, мышц и прочего? Тоже путем самозагрузки, и вот как это происходит. Несмотря на то что яйцеклетка имеет сферическую форму, ее внутреннему содержимому присуща полярность. У нее есть верхняя и нижняя часть, равно как и, во многих случаях, передняя и задняя (а также, следовательно, левая и правая стороны). Полярность эта проявляется в виде градиента концентрации различных веществ. Концентрация одних постепенно возрастает от переднего края к заднему, концентрация других — от верхушки к низу. Эти первичные градиенты весьма просты, но для того, чтобы осуществить первый этап «самозагрузки», их достаточно.
Когда из яйца образуется, скажем, тридцать две клетки (то есть после пяти делений), в одних клетках окажется больше, чем полагалось бы по справедливости, химических соединений из верхней части, а в других — соединений из нижней части. Кроме того, вещества могут неравномерно распределяться между клетками и в передне-заднем направлении. Этой разницы хватает для того, чтобы включить различные комбинации генов в различных клетках. Таким образом, клетки разных частей зародыша уже на ранних этапах его развития содержат разный набор ферментов, благодаря чему в клетках следующих поколений включаются все новые и новые комбинации генов. Следовательно, клеточные линии эмбриона преобразуются по-разному, а не остаются идентичными своим предшественницам и друг другу.
Это расхождение существенно отличается от того расхождения между видами, о котором мы говорили выше. Клеточное запрограммировано и предсказуемо до мелочей, в то время как видовое было непредсказуемым и случайным результатом географических событий. Более того, при расхождении видов накапливаются различия и между генами — то, что я романтически назвал «прощанием навек». А когда внутри зародыша однородная группа клеток разделяется на две, обе дочерние линии получают одни и те же гены, а именно — все. Однако в разных клетках оказываются разные сочетания химических веществ, что приводит в действие разные сочетания генов, причем функция некоторых генов состоит в том, чтобы включать или выключать другие гены. И такая «самозагрузка» продолжается до тех пор, пока мы не получим полного набора различных клеточных типов. Развивающийся эмбрион не только дифференцируется в пару сотен разнообразных типов клеток. Также его внутреннее и внешнее строение претерпевает изящные динамичные преобразования, самым значительным из которых является, вероятно, одно из самых первых: процесс, называемый гаструляцией. Выдающийся эмбриолог Льюис Вольперт заявил даже, что «самое важное событие в вашей жизни — не рождение, не женитьба и не смерть, а гаструляция». В ходе гаструляции полый шарик из клеток изгибается, образуя двухслойную чашу. Практически все представители животного царства проходят в своем развитии через данный этап. На этом общем фундаменте покоится все эмбриологическое разнообразие. Гаструляцию я здесь привел просто как единичный и особенно яркий пример беспокойного, напоминающего оригами движения клеточных листков, часто наблюдаемого при развитии зародышей.
По завершении виртуозно выполненного оригами, после нескончаемого складывания, выпячивания, впячивания и растягивания клеточных слоев, после динамичного регулирования скорости роста одних частей зародыша относительно других, после дифференцировки сотен специализированных типов клеток, различающихся по химическому составу и физическим свойствам, после того как общее число клеток будет исчисляться триллионами, возникнет конечный результат — младенец. Впрочем, и этот результат еще не конечный, поскольку весь процесс роста взрослеющего, а затем стареющего индивидуума (роста, при котором опять-таки одни части организма увеличиваются быстрее других) можно рассматривать как продолжение все того же эмбрионального развития — как этап развития индивидуального, или онтогенеза.
Люди не похожи друг на друга из-за количественных различий в некоторых деталях онтогенеза. Клеточный слой вырос чуть-чуть дальше, прежде чем подогнуться, и мы получаем… Что же именно? Орлиный нос вместо вздернутого; плоскостопие, которое, быть может, спасет вам жизнь, так как из-за него вас не примут в армию; особую форму лопатки, способствующую тому, что вы будете хорошо бросать копья (или ручные гранаты, или крикетные мячи, в зависимости от обстоятельств). Порой индивидуальные отличия в оригами клеточных слоев оказываются трагическими — например, рождается ребенок с культями вместо рук. Последствия тех индивидуальных отличий, которые проявляются не в клеточных оригами, а исключительно на химическом уровне, могут быть не менее серьезными: неспособность переваривать молоко, предрасположенность к гомосексуальности, или к аллергии на арахис, или к ощущению, будто манго неприятно отдает скипидаром.
Эмбриональное развитие — очень сложное физическое и химическое действо. Малейшее изменение на любом его этапе может иметь значительные последствия в дальнейшем. Что не так уж удивительно, если вспомнить, насколько это самозагружающийся процесс. Многие отличия в индивидуальном развитии обусловлены разницей в условиях окружающей среды, например, кислородным голоданием или воздействием талидомида. Многие другие различия обусловлены генами — причем рассматриваемыми не по отдельности, а во взаимодействии друг с другом и с особенностями окружающей среды. Такой многосоставной, калейдоскопический, причудливо самозагружающийся процесс, как развитие зародыша, одновременно и устойчив, и чувствителен. Устойчив он потому, что успешно предотвращает многие потенциальные изменения, производя на свет живого младенца вопреки непредвиденностям, которые иногда кажутся непреодолимыми. И в то же время он до такой степени чувствителен к изменениям, что два индивидуума, будь то даже однояйцевые близнецы, не могут быть в буквальном смысле слова идентичными по всем признакам.
Ознакомительная версия. Доступно 8 страниц из 39
