Рассказ предка

Эмбриональным развитием управляют гены, но существует два совершенно разных пути, которыми оно могло бы теоретически происходить. «Рассказ Мыши» представил их как проект и рецепт. Строитель сооружает дом, кладя кирпичи в места, определенные проектом. Повар делает пирог, не помещая крошки и смородины в указанные места, а внося компоненты через указанные процедуры, такие как просеивание, взбалтывание, взбивание и нагревание (Эта любимая аналогия сначала использовалась моим другом сэром Патриком Бэтсоном (Patrick Bateson), между прочим, родственником сэра Уильяма.). Учебники биологии ошибаются, если описывают ДНК как проект. Эмбрионы не делают ничего, отдаленно напоминающего следование проекту. ДНК не является описанием на любом языке, того, на что должно быть похоже законченное тело. Возможно, на какой-то другой планете живые существа развиваются с помощью эмбриологии проекта, но я считаю, что трудно представить, как бы она работала. Это должен быть совсем иной вид жизни. На нашей планете эмбрионы следуют за рецептами. Или, чтобы заменить это на другую, столь же несхожую с проектом аналогию, которая до некоторой степени подходит больше, чем рецепт: эмбрионы создаются, следуя за последовательностью оригами, инструкцией по складыванию бумажных фигурок.

Аналогия с оригами соответствует ранней эмбриологии лучше, чем поздней. Главная организация тела первоначально заложена рядом сворачиваний и выпячиваний слоев клеток. Как только главная схема тела благополучно оказывается на месте, более поздние стадии развития представляют в значительной степени рост, как будто эмбрион раздувается со всех сторон, как воздушный шар. Впрочем, это – очень специфичный вид воздушного шара, потому что различные части тела раздуваются с разной скоростью, тщательно управляемой скоростью. Это важное явление известно как аллометрия. «Рассказ Плодовой Мушки» имеет отношение главным образом к ранней, оригами-фазе развития, а не к более поздней, инфляционной.

Клетки не укладываются, как кирпичи по проекту, но именно поведение клеток определяет эмбриональное развитие. Клетки притягивают или отталкивают другие клетки. Они изменяют форму различными способами. Они выделяют химические вещества, которые могут распространиться за ее пределы и влиять на другие клетки даже на некотором расстоянии. Иногда они выборочно погибают, создавая формы удалением, как будто при работе скульптора. Как термиты, сотрудничающие, чтобы построить термитник, клетки «знают» что делать под влиянием соседних клеток, с которыми они оказываются в контакте, и благодаря градиенту концентрации химических веществ. Все клетки в эмбрионе содержат одни и те же гены, таким образом, не может быть, чтобы гены приводили к различиям в поведении одних клеток относительно других. Что действительно распознает клетка – какие из генов включены, что обычно отражается в генных продуктах, белках, которые она содержит.

В очень раннем эмбрионе клетка должна «знать», где она находится относительно двух главных направлений: спереди или сзади (передне-заднее направление), и вверху или внизу (спинно-брюшное). Что значит «знать»? В начальной стадии это означает, что поведение клетки определяется ее положением вдоль химических градиентов относительно каждой из этих двух осей. Такие градиенты неизбежно начинаются непосредственно в яйце, и находятся, поэтому, под контролем генов матери, а не собственных ядерных генов яйца. Например, существует ген, названный bkoid в материнском генотипе дрозофилы, который экспрессируется в «клетках-няньках», строящих ее яйца. Белок, созданный геном bicoid, транспортируется в яйцо, где концентрируется в одном конце, постепенно исчезая к другому. Итоговый градиент концентрации (и другие похожие) определяет передне-заднюю ось. Аналогичные механизмы под прямым углом определяют спинно-брюшную ось.