Невероятная случайность бытия. Эволюция и рождение человека

Есть и еще одна существенная разница в базовом строении тела между человеком и змеей. Подобно другим четвероногим (амфибиям, рептилиям, птицам и млекопитающим), у меня имеются конечности.

– Те же гены, что контролируют сегментацию тела, кодируют и сегментацию конечностей, – сказал Дени. – И для завершения роста пальцев служит тот же сигнал, что завершает удлинение тела.

Мы поговорили о сложности подобной программы развития; о том, что один ген может направлять развитие разных отделов эмбриона, и это исключает свободную модификацию развития. Морфологические ограничения связывали воедино разные сегменты и придавали смысл всей структуре организма в целом. Однако помимо морфологических ограничений, имеют место и ограничения на генетическом уровне, так как один ген выполняет далеко не одну какую-либо функцию в каком-то одном месте в определенное время.

Это стало одним из самых поразительных открытий в ходе расшифровки человеческого генома. Все были удивлены тем, что на самом деле у нас не так уж много генов. «У нас их не больше, чем у дрозофилы, – рассказывал Дени. – Педиатры были, например, потрясены тем, что развитие разных частей организма может контролироваться одними и теми же генами. Так что, если нарушение касается, скажем, пальцев рук или ног, то надо исследовать и гениталии, потому что нарушение может проявиться и там».

Мне тогда подумалось, что, хотя, возможно, клиницисты и испытали потрясение, все же они должны были подозревать, что отдельные гены влияют на развитие большого числа частей организма. В конце концов, уже много веков известно, что наследственные синдромы включают в себя нарушения во многих областях тела. Теперь благодаря генетике появилась возможность прослеживать действия специфических генов, которые могут вызывать набор нарушений в разных, подчас удаленных друг от друга частях тела.

Мы также внимательно рассмотрели крошечные мышиные эмбрионы во флаконах. Мягкие ткани были сделаны прозрачными, а скелет окрашен в красный и синий цвета, чтобы было легче отслеживать действие индивидуальных генов, направляющих развитие эмбрионов.

– Экспериментальная работа очень кропотливая, – признался Дени. – Требуется два года на то, чтобы в организме произошли желательные для нас генетические изменения, и только после этого в эмбрионе мыши становятся заметными эффекты генных изменений. Не многие исследователи готовы ждать результатов так долго.

Однако кропотливый труд окупился: дефекты полученных в ходе генетических экспериментов эмбрионов показали роль нормальных генов в эмбриональном развитии. Консервативность всей системы Hox-генов позволяет предполагать, что развитие людей немногим отличается от развития мышей. Такие биологи, как Дени, подошли очень близко к пониманию программы, создающей структуру организма позвоночных, но одновременно приблизились и к пониманию того, как эти программы могут давать сбой.

Томас Хант Морган начал свою научную карьеру с изучения развития и регенерации, пытаясь разобраться в том, как именно происходит членение тела на структуры у эмбрионов и в регенерирующих конечностях, но затем переключил свое внимание на наследственность. Он сам был очень доволен тем, что выбранный им модельный организм – мушка-дрозофила – оказал такое могучее влияние на генетику. Мало того, скромная плодовая мушка помогла приблизиться к решению загадки, мучившей самого Моргана, – к раскрытию связей между генетикой и эмбриологией.

Развитие позвонков в эмбриогенезе

Здесь мы снова вернемся к крошечному человеческому эмбриону. Прошло всего четыре недели после зачатия, и эмбрион имеет размер около половины сантиметра. Теперь у эмбриона – все признаки хордового животного: хорда, полая нервная трубка и хвост. Кроме того, так же как и все эмбрионы позвоночных животных, эмбрион человека располагает жаберными дугами. По сторонам крошечной головы уже видны толстые, округлые плакоды, будущие хрусталики, которые скоро погрузятся внутрь глаз. Вдоль спины эмбриона тянется двойной ряд небольших возвышений, напоминающий расположенные рядом нитки бус.