Онтогенез. От клетки до человека

Данные по аномалиям развития и их причинам (как генетических, так и связанных с окружающей средой) были и остаются исключительно важными для понимания нормального развития, только их нужно правильно использовать. Название тератологии – науки об аномальном развитии – происходит от древнегреческого слова, означающего «монстр» или «диво», хотя, когда речь идет об отклонениях в развитии человеческого тела, большинство людей предпочитают использовать нейтральную терминологию. Тератология вносит огромный вклад в биологию развития, который можно условно разделить на две основные части. Во-первых, тератология позволяет ассоциировать конкретный ген или биохимический путь с определенным событием при развитии. Например, инактивирующая мутация в обеих копиях гена, кодирующего сигнальную молекулу GDNF, приводит к рождению мыши или человека без нервной системы в кишечнике, а также без почек. Это наблюдение, естественно, наводит на мысль, что сигнальный путь, компонентом которого является GDNF, вовлечен в развитие двух этих органов. Это нетрудно проверить на генетически нормальных эмбрионах при прямом локальном воздействии на сигналы GDNF с помощью искусственных источников или ингибиторов сигнала. Такой подход дал настолько хорошие результаты, что были запущены масштабные программы по выявлению последствий мутаций в каждом гене некоторых простых организмов, таких как черви и плодовые мушки, чтобы примерно понять, в какие события при развитии вовлечены белки, кодируемые каждым геном. Очень часто информацию, полученную на этих животных, потом с исключительным успехом применяли для планирования экспериментов над мышиными и человеческими эмбрионами. Аналогичным образом, тесная корреляция между химическим токсином и определенным сбоем развития позволяет понять (если известно биологическое действие токсина), какие сигнальные пути и другие процессы необходимы для развития той или иной части тела. Вспомним историю с талидомидом, о которой шла речь в главе 11. Еще один пример, на этот раз из области сельского хозяйства: у овец, которые пасутся на полях, где встречается полевой вьюнок, часто рождаются ягнята с одним глазом по центру и одной ноздрей. Это растение содержит циклопамин (циклопы – одноглазые великаны из древнегреческой мифологии), который является мощным ингибитором сигнального пути многократно упоминавшегося белка SHH. Это наблюдение – хорошая подсказка исследователям, что сигнальный путь SHH принимает участие в формировании правильной структуры лица. Существенная часть информации о развитии человека, представленная в этой книге, была получена именно благодаря тератологическим, в том числе терато-генетическим, исследованиям.

Вторая заслуга тератологии (я снова имею в виду тератологию, сопряженную с генетикой) – это вклад в понимание эволюционного происхождения человека. Как поняли еще Уоллес и Дарвин, для эволюции нужны две вещи: изменчивость (для образования разнородной популяции) и естественный отбор (для того чтобы в следующем поколении были представлены только определенные варианты из встречающихся в популяции). Изменчивость у животных, которые конкурируют за то, чтобы оставить успешное потомство, подразумевает изменчивость конкретных событий в их развитии. Как правило, они незначительны: чуть более длинная или короткая нога, чуть более разветвленные легкие, чуть более складчатая кора головного мозга. Иногда последствия мутации оказываются более значительными, например, в случае мутации, которая «отменяет» избирательную гибель клеток между пальцами, так что скачкообразно формируются приспособленные для плавания перепончатые лапы. Эволюционные биологи до сих пор спорят о том, как происходит большинство эволюционных изменений – за счет частых небольших изменений или внезапных скачков, – но в любом случае изменения в развитии обеспечивают изменчивость взрослых организмов, которые оставят потомство. Изучение того, как изменения в генах животного могут привести к мелким или значительным изменениям его тела, а также того, как развитие меняется в результате взаимодействия генетической основы и факторов окружающей среды (от температуры до токсинов), показывает нам, как возникает эволюционно важная изменчивость.