Вернуть цыпленка

Я рассказал о наборе генов, необходимых для развития, и о том, что открытию этого набора помогло исследование удивительных мутантов с аномальным количеством частей тела, их отсутствием или неправильным расположением. К счастью, в большинстве случаев природа все делает правильно и мухи и дети рождаются с нужным количеством частей тела в нужных местах. Но как это происходит? Каким образом эти удивительные гены превращают простую яйцеклетку в сложное животное?

Так называемый редукционистский подход в биологии заключается в изучении процессов жизнедеятельности на молекулярном уровне, для чего приходится "редуцировать" процессы и структуры до их молекулярных компонентов. Этот подход в последние пятьдесят лет использовался чрезвычайно успешно и позволил установить механизмы наследования, выявить причины многих заболеваний и создать новую медицинскую и диагностическую индустрию. Недостаток редукционистского подхода заключается в том, что многие биологические системы, такие как клетки, отдельные особи, популяции и сообщества, организованы на надмолекулярном уровне, так что знание составляющих их молекул не объясняет всех свойств этих систем. Точно так же, как знание того, что компьютер сделан из полупроводников, сверхпроводников и полимеров, не дает представления о том, как он устроен и работает, знакомство с генетическим набором инструментов не позволяет полностью воссоздать картину развития живого организма.

Эта ситуация напоминает ранний период эмбриологических исследований, когда эмбриологи изолировали с помощью "грубой силы" определенные популяции клеток, пытаясь понять, как они складываются в ткани и органы в процессе развития. Однажды Пол Вейс[5] проиллюстрировал знакомым эмбриологам однобокость редукционистского подхода. Он показал им фотографию целого куриного эмбриона, затем фотографию эмбриона, обработанного блендером, и, наконец, фотографию эмбриона, чьи перемолотые компоненты были собраны в одно целое путем центрифугирования. Вейс предельно четко обозначил проблему редукционизма: как собрать цыпленка обратно?

Набор генов развития — это лишь часть генетического багажа, небольшая доля из 13 700 генов у дрозофилы или 25 000 генов у млекопитающих. Действительно, мы нашли очень важные для сборки организма элементы, но как собрать из них цыпленка? Или хотя бы муху? Представьте себе, что вы купили новую игру или прибор, а в коробке обнаружили только пакетики с разрозненными деталями и инструкцию, состоящую из двух слов: "требуется сборка". В предыдущей главе я рассказывал о том, как благодаря анализу мутантных животных биологи смогли обнаружить ключевые гены развития. В этой главе мы пойдем в обратном направлении и попытаемся найти путь от генов к целым животным.

"Прозреть" нам с вами помогут карты. В книге "Карта следующего тысячелетия: Открытие новой географии" (Mapping the Next Millenium: The Discovery of New Geographies) писатель Стивен С. Холл говорит о том, что составление карт — один из первых этапов любого научного исследования. Все естествоиспытатели и ученые, начиная от великих путешественников пятнадцатого и шестнадцатого столетий и заканчивая современными астрономами, физиками и океанографами, стремились измерить и затем изобразить Землю, Вселенную и океаны так, чтобы эти изображения были как можно более информативными и привлекательными. Эмбрион животного — это своего рода маленький мир, чья будущая топология размечена активностью генов развития. Холл употребил подходящую метафору, сказав, что изучение "географии" яйца является центральной темой в биологии и что для этого нам понадобятся новые карты.

В исследованиях любого рода — от изучения космического пространства до погружения в глубины живого организма — появление новых приборов и технологий всегда играло решающую роль. В эмбриологии открытие набора генов развития не просто позволило идентифицировать гены, необходимые для построения организма, но сделало доступным новый способ наблюдения за развитием. Делая видимой работу генов в развивающемся эмбрионе (это те самые зеленые кольца, которые я впервые увидел ночью в Колорадо), мы можем увидеть расположение и форму структур задолго до того, как они сформируются на самом деле. Визуализация генов развития в эмбрионе создает яркую и динамичную карту географии развивающегося организма. На этой карте хорошо видно, как благодаря работе генов развития из простого яйца постепенно формируются сложные животные и сколько в этом процессе логики и порядка.