Новый Мир, 2000 №12

Напомню, что из 100 000 генов человека около 5000 генов задействованы в эмбриогенезе, то есть превращении оплодотворенной яйцеклетки в новорожденную особь. Эти 5000 генов кодируют правила сборки клеток в зародыше (причем разные наборы из одних и тех же 50 генов кодируют планы строения и человека, и слона, и рыбы, и мухи). Архитектурные гены отсутствуют в геноме бактерий. Эти чрезвычайно консервативные гены инкрустированы «батареями» в хромосомы многоклеточных без изменения взаимного расположения. Если один конец набора архитектурных генов формирует органы головного конца, то противоположный сектор генов формирует органы хвостовой части зародыша. Если обычные рядовые гены контролируют пространственную структуру белков, то архитектурные гены кодируют трехмерный проект организма, то есть внешний вид, количество, размеры и карту расположения органов. В зародыше закодирована комбинаторика включения и выключения архитектурных генов во времени. Для неспециалистов возможность кодирования того, что еще не существует в реальном времени, выглядит почти мистикой. Однако никакой мистики в работе архитектурных генов нет. Используя внутренние клеточные «часы», программа построения зародыша синхронизирует клеточные сборки в разных частях зародыша.

М. Б.

Под архитектурными генами мы понимаем тот блок генов, которые более научно называются гомеотическими (Hox) генами и мутации которых вызывают рождение уродов и плодов с перепутанным устройством органов?

В. Р.

Совершенно верно. Мы договорились не забивать изложение лишними терминами, чтобы не утерять нить разговора. Архитектурные гены наиболее эффективно контролируют правильное развитие органов по довольно стандартному сценарию. Очень рано, еще в крошечном зародыше, Hox-гены размечают в миниатюре территории и карту будущих органов. Много позже эти объемы достигают размеров органов взрослой особи. Реализация этого «виртуального» плана идет в три этапа. На стадии закладки конечности или печени появляются сотни, тысячи незрелых стволовых клеток. На втором этапе эти стволовые клетки формируют запланированную массу органа с точным подсчетом клеток. Когда число клеток достигает проектной цифры, клеточные деления прекращаются, а клетки под влиянием новых «архитектурных» генов начинают превращаться в специальные линии. Локализация клеток в органе определяет тип специализации клеток. Поэтому в мозге не возникают клетки печени, а половые клетки не образуются в сердце. «Архитектурные» гены не только строят «цеха и заводы», но и заполняют территории точным числом специалистов. Как шутят биологи, в этом государстве клетки приходят и уходят, но территории остаются.

Именно использование клетки в качестве строительного модуля позволило эволюции подобрать ключи к созданию сетевых биокомпьютеров с практически бесконечными возможностями. Сетевая организация иммунной системы позволяет предусмотреть создание молекулярных устройств для улавливания миллиардов чужих молекул. Сеть нервных клеток мозга человека из ста миллиардов участников способна воспринимать любую информацию, поступающую из органов чувств в любой комбинации.

На примере эволюции мозга и иммунной системы млекопитающих видно, как быстро и эффективно эволюция нащупала новый, «сетевой», принцип для улавливания «иголки в стоге сена», то есть того одного процента новизны, который организму необходимо мгновенно распознать среди 99 процентов рутины (причем среди огромных массивов информации, будь то образ врага или чужеродные молекулы на поверхности микроба). Любая информационная сеть фильтрует новую информацию в сопоставлении с уже известным.

М. Б. По-видимому, эволюция видов на путях войны, новых «клыков и зубов», начала пробуксовывать уже в мезозое, поскольку даже самое мощное оружие не спасало гигантов того времени от эпидемий вирусной и бактериальной природы. Эволюция пошла по пути форсированного развития органов чувств, мощной иммунной системы и на расширение коммуникационных контактов многоклеточных с окружающей средой. Знать и видеть, чтобы предотвращать, а не сражаться, стало новым лозунгом, когда на горизонте появился в четвертичном периоде прообраз человека. Имеются ли факторы, предопределяющие появление человека в эволюции млекопитающих?