Арман Мари Леруа - Мутанты. О генетической изменчивости и человеческом теле.
Это перечисление мутаций дает лишь очень отдаленные представления об истинной сложности процессов генной регуляции у зародыша.[114] Например, факт включения или невключения гена в данной клетке зависит от того, какие транскрипционные факторы содержит ее ядро, а их присутствие, в свою очередь, зависит от еще одних транскрипционных факторов и так далее. На первый взгляд, подобного рода иерархии как будто вовлекают нас в бесконечную цепь таких зависимостей, когда задача по организации порядка попросту перекладывается на вышестоящие структуры, которые, в свой черед, тоже подчиняются чьим-то приказам. Но дилемма эта скорее кажущаяся, нежели реальная. Формирование эмбриона – не однократный процесс. Конкретное присутствие соника в ЗПА определяется отчасти активностью Hox-генов в мезодерме туловища, из которой вырастают конечности. Но приказы относительно пространственного расположения частей, отдаваемые этими генами, довольно расплывчаты; в задачи соника входит их дальнейшее уточнение. Помимо соника, конечно же, существуют и другие детализирующие уровни, которые осуществляют упорядочивание структуры в более мелких масштабах, причем каждый из этих уровней должен вести постоянные, подробные переговоры, природа которых нам пока что не вполне понятна.
Эта картина последовательных уровней переговоров и контроля может показаться невообразимо сложной. Но на деле она недостаточно сложна, так как ей не удается покорить одну из наиболее общих характеристик программы развития зародыша: его нелинейность. Выше я утверждал, что приводящая к ахейроподии мутация препятствует появлению соника в конечности. И тем не менее я начал эту главу с предположения, что внутриутробные ампутации конечностей разной степени тяжести, проявляющиеся у новорожденных, вызваны нарушениями в апикальном эктодермальном гребне и продуцируемых им фибробластных факторах роста. В этом можно было бы усмотреть противоречие, но оно возникает только в том случае, если мы думаем, что сигналы различных конечностей не зависят друг от друга, тогда как в действительности это не так. Ибо одна из наиболее важных ролей соник-хеджхога состоит в том, чтобы поддерживать и формировать апикальный эктодермальный гребень с его фибробластными факторами роста, а одна из самых важных ролей апикального эктодермального гребня – поддерживать и контролировать продукцию соник-хеджхога в зоне поляризирующей активности. Этот двусторонний обмен информацией не менее рискован, чем перекидка предметами между двумя жонглерами, стоящими на разных концах сцены. Подобное взаимовлияние повсюду присутствует в развивающемся эмбрионе и в корне меняет наши взгляды на процессы роста и развития. Мы начинаем с представлений о линейных путях приказов и контроля и о простом плане строения, а потом пытаемся распутать узел. И когда, как в случае с конечностями, мы действительно начинаем видеть очертания программы развития, она однозначно напоминает запутанный клубок сетей, совершающих головокружительные круговороты во времени и пространстве. Сети в данном случае обеспечивают одно простое правило: если мы начинаем пересчитывать пальцы на руках и ногах, то обычно заканчиваем числом двадцать.
Кисти, стопы и предки
Примерно на тридцать второй день после зачатия, когда почка конечности у человека уже довольно велика, ее аморфная ткань начинает дифференцироваться. Появляются еще неясные предшественники костей: конгломераты мигрировавших вместе клеток. Научный термин, обозначающий этот процесс, – "конденсация". Он дает представления о способе образования костей: тихом и незаметном, как выпадение росы.
Первыми "конденсируются" кости, ближе расположенные к телу: плечевая кость в руке и бедренная в ноге. Со временем конгломерация медленно движется вдоль почки конечностей. Плечевая кость разделяется на два новых длинных и тонких конденсата, каждый из которых будет отращивать свою структуру: лучевую и локтевую кости. Они, в свою очередь, разделяются и почкуются, образуя клеточную дугу, из которой будут сформированы двадцать семь костей запястья и ладони. На тридцать восьмой день после зачатия концевая часть каждой почки конечностей уплощается и расширяется наподобие весла. На этом "весле" вскоре появляются параллельные желобки – по четыре на каждом кончике, с пятью расположенными между ними конденсатами клеток. Это будущие кости пальцев рук и ног.[115]
Форма конденсатов зависит в конечном итоге от координатной сетки, которая устанавливается сигнальной системой конечностей. Но, как и всегда у зародыша, эта информация должна быть переведена на клеточный уровень. Hox-гены выполняют эту функцию для продольной, от головы до хвоста, оси эмбриона, а также для конечностей. По мере роста почки конечностей начинает проявляться действие некоторых из тридцати девяти Hox-генов, причем в виде сложных, перекрывающих друг друга паттернов. Они, по-видимому, вовлечены в некие комбинаторные манипуляции, аналогичные тем, которые используются при формировании позвонков. Дети, рожденные с единственной дефектной копией гена Hoxa13, имеют короткие большие пальцы ног и изогнутые мизинцы. Другая Hox-мутация у человека вызывает синполидактилию, когда дополнительные пальцы на руках и ногах срастаются вместе. Особенно разрушительная мутация, уничтожающая за один раз не менее девяти Hox-генов, приводит к рождению младенцев с отсутствующими костями предплечья, а также с отсутствующими пальцами на руках и ногах.[116]
Конечности – это далеко не единственные отростки, на которые воздействуют Hox-гены. У детей с мутациями Hox-генов, поражающими конечности, проявляется также тенденция к недоразвитию гениталий. В самых тяжелых случаях у младенцев мужского пола обнаруживаются всего лишь рудименты мошонки и пениса. Многие молекулы, вовлеченные в процесс создания конечностей, задействованы также и при формировании гениталий, поэтому нас не должно удивлять, что при некоторых мутациях страдают и те и другие органы – широко распространенные слухи о положительной корреляции между длиной стопы и пениса, как ни странно, также оказываются верны, по крайней мере отчасти. Однако судить по размеру ноги о мужских достоинствах все же нельзя, так как корреляция хотя и статистически достоверна, но очень незначительна.[117] Кроме того, в тех данных, которые по этому поводу имеются, рассматривается длина "вытянутого", а не эрегированного члена, хотя последний признак в качестве переменной представляет наибольший интерес. И все же, когда французы называют пенис "третьей ногой", "королевской ногой" или "мизинцем", а англичане – "лучшей ногой из трех", "нижней ногой" или "средней ногой", не говоря уж об их знаменитом "ярде", который, как известно, равен трем футам,[118] они оказываются ближе к истине, чем сами о том догадываются.
Hox-гены могут рассказать также о нашем происхождении. Откуда берутся пальцы? Может показаться, что на этот вопрос есть простой ответ. Наши конечности, во многих отношениях такие пластичные, являются аналогами структур, благодаря которым движутся рыбы в морской стихии, т.е. рыбьих плавников. Но у рыб нет пальцев. Можно предположить, что лучи – тонкие костные образования, которые расправляют плавник наподобие веера, – это и есть аналог пальцев у рыб. Однако лучи рыб и пальцы четвероногих сформированы из совершенно различных видов кости – и это, как считают анатомы, достаточное основание, чтобы заключить, что между ними нет ничего общего.
Большинство рыб находятся лишь в очень отдаленном родстве с четвероногими, так что, возможно, отсутствие у них пальцев не должно вызывать удивления. Но и наши ближайшие родственники из числа рыб мало чем могут помочь. Существуют кистеперые рыбы: австралийский рогозуб, который проводит большую часть времени, зарывшись в пересохший ил на отмелях, и целакант, обитающий в глубинах Индийского океана. Сегодня их называют живыми ископаемыми, намекая тем самым на то, что их родичи изобиловали на Земле около 400 миллионов лет назад, а теперь их потомки чрезвычайно редки. Некоторые ископаемые кистеперые рыбы имеют плавники, удивительно напоминающие наши конечности. У них как будто даже есть структуры, родственные плечевой, лучевой и локтевой костям. У них в изобилии имеются также более мелкие кости, которые слегка напоминают пальцы и сформированы из нужного вида кости. Но расположение этих маленьких косточек в корне отличается от того стандартного, которое характерно для набора пальцев всех четвероногих и принадлежит им по праву рождения. Можно выкручивать и переворачивать плавники кистеперых, как кому вздумается, но зачатки наших рук и ног от этого все равно не появятся. Отсюда напрашивается, по-видимому, неизбежный вывод: если у рыб нет пальцев, а у четвероногих они есть, значит, где-то в процессе эволюции, около 370 миллионов лет назад, было создано нечто новое.
