Песнь клетки. Медицинские исследования и новый человек - Сиддхартха Мукерджи
Эволюционисты провели несколько вариантов подобных экспериментов с разными одноклеточными организмами24 – дрожжами, слизевиками, водорослями, – и из этих экспериментов начинает вырисовываться один общий принцип. При правильном эволюционном давлении одноклеточные организмы всего за несколько поколений могут превращаться в многоклеточные агрегаты. Однако некоторым на это нужно больше времени: в рамках одного эксперимента одноклеточные водоросли превратились в многоклеточные кластеры только через семьсот пятьдесят поколений. Это лишь миг, мгновение на эволюционной шкале, но это семьсот пятьдесят жизней для клеток водорослей.
Мы можем лишь строить догадки и проводить эксперименты, чтобы понять, почему одноклеточные существа так стремятся к образованию многоклеточных кластеров. Чтобы увидеть истинный естественный отбор в действии, пришлось бы повернуть время вспять. Однако господствующие ныне теории предполагают, что специализация и кооперация позволяют сохранять энергию и ресурсы за счет развития новых синергических функций. Одна часть коллектива может заниматься удалением отходов жизнедеятельности, а другая – добывать пищу, и за счет этого многоклеточный кластер приобретает эволюционное преимущество. Как предполагает одна известная гипотеза, подтвержденная экспериментами и математическими моделями, многоклеточные формы эволюционировали для того, чтобы организм мог стать крупным и быстрым, что помогает спасаться от хищников (трудно проглотить тело размером со снежинку) или совершать более быстрые и координированные движения по слабым пищевым градиентам. Эволюция двигалась в направлении коллективного существования, поскольку это позволяло “организмам” не быть съеденными, но поедать других25. Может быть, ответ никогда не будет найден, а может быть, их будет несколько. Но мы знаем, что эволюция многоклеточных форм была не случайностью, а намеренным и целенаправленным явлением. Как в эксперименте Рэтклифа с дрожжами, некоторые клетки приобретают способность идти на запрограммированную смерть, на самопожертвование, чтобы обеспечить отделение одного кластера от другого, – и это признак специализации клеток со специфической локализацией. И, как обнаружил Рэтклиф, при увеличении агрегатов по мере смены поколений в них, возможно, начинают развиваться каналы для доставки питательных веществ к внутренним анатомическим структурам.
Обратите внимание на эти слова: специализация, анатомия и локализация. Вероятно, в какой-то момент Рэтклиф начнет называть эти кластеры организмами. Он уже выясняет, как строится их анатомия. Его интересует, как при делении клеток появляются специализированные структуры, почему они приобретают специфические функции и чем определяется локализация этих структур внутри кластеров. Как происходит формирование каналов? Клеточных сосудов? Систем доставки питательных веществ? Первичного сигнального аппарата? У клеточного биолога может возникнуть искушение использовать специфический термин, описывающий появление организованной функциональной анатомии и специализированных клеток, которым сопровождается увеличение размера и сложности этих “организмов”. Он может называть этот процесс “развитием”.
Развивающаяся клетка. Клетка становится организмом
Жизнь – не столько то, что “существует”, а скорее то, что “возникает”1.
Игнац Дёллингер, немецкий натуралист, анатом и профессор медицины XIX века
Давайте остановимся на минуту и поговорим о том, как рождается человеческая зигота. Сперматозоид прокладывает себе путь[64] через океанические по его меркам расстояния и проникает в яйцеклетку. Две клетки соединяются за счет специального белка на поверхности яйцеклетки и соответствующего ему рецептора на сперматозоиде. Когда один сперматозоид проникает в яйцеклетку, из нее выделяется волна ионов, которые вызывают серию реакций, препятствующих проникновению внутрь других сперматозоидов.
В конце концов, на клеточном уровне все мы моногамны.
Аристотель считал, что на последующих стадиях происходит некая “лепка” плода из менструальной крови. Он предположил, что “тело” плода возникает из менструальной крови матери, а отец предоставляет сперму (“информацию”) для превращения крови в тело плода и для вдыхания в него жизни и тепла. В этой гипотезе была своеобразная логика, хотя и извращенная: зачатие приводит к прекращению менструальных кровотечений, а куда в таком случае может уходить кровь, рассуждал Аристотель, как не на формирование плода?
Схема была полностью ошибочной, но в ней содержалось зерно истины. Аристотель ушел от древней теории преформизма, согласно которой мини-человечки, называемые гомункулами, возникают в чреве в уже готовом виде (с глазами, носом, ртом и ушами), но только микроскопическими, упакованными в сперме, как игрушка, которая увеличивается до настоящего размера при добавлении воды. Теория преформизма витала в умах многих ученых с самых давних времен и вплоть до начала XVIII века.
Теория же Аристотеля, напротив, гласила, что развитие плода происходит как серия отдельных событий, в результате которых плод приобретает форму. Генезис (развитие) происходит за счет… генезиса, а не просто масштабирования. Физиолог Уильям Гарвей в 1600-е годы писал: “У некоторых [животных] одна часть появляется раньше другой, а затем из того же материала получает одновременно питание, массу и форму”. Эта теория позднее стала называться теорией эпигенеза: в целом она отражает идею, что генезис происходит в результате каскада эмбриологических изменений, действующих “на” (epi) развивающуюся зиготу.
В середине 1200-х годов немецкий монах Альберт Великий, интересы которого простирались от химии до астрономии, изучал эмбрионы зверей и птиц. Подобно Аристотелю, он ошибочно полагал, что самые первые этапы образования зародыша заключаются в затвердевании тела, возникающего из спермы и яйцеклетки, как сыр образуется из молока. Но Альберт Великий значительно развил теорию эпигенеза. Он одним из первых наблюдал появление органов эмбриона: выпячивание глаза на том месте, где раньше ничего не было, удлинение крыльев из едва заметных бугорков на боках эмбриона цыпленка.
Почти пять столетий спустя, в 1759 году, двадцатипятилетний сын немецкого портного Каспар Фридрих Вольф написал диссертацию под названием Theoria Generationis, в которой развил наблюдения Альберта Великого и описал серии последовательных изменений в процессе эмбрионального развития2. Вольф нашел хитроумный способ наблюдения за эмбрионами птиц и животных под микроскопом. И смог увидеть поэтапное развитие органов: как сердце плода начало производить первые пульсирующие движения, как сформировались искривленные трубочки кишечника.
Вольф обнаружил непрерывность процесса развития: он мог проследить за образованием новых структур из тех, что уже возникли
