Животные анализируют мир - Юрий Симаков

Клетки, строящие организмы, специализируются, а порой даже отмирают, чтобы получить необходимую пространственную структуру. Например, так образуются пальцы на конечностях зародыша, когда ткани между будущими пальцами гибнут, а из пластинки — зачатка кисти — формируется пятипалая рука. Неведомый скульптор, ваяя живое существо, не только перераспределяет, но и даже удаляет ненужный материал, чтобы создать то, что намечено генетической программой.

Молекулярная генетика выяснила пути передачи информации от ДНК к информационной РНК, которая, в свою очередь, служит матрицей для синтеза белков из аминокислот. Сейчас интенсивно изучается влияние генов на обмен веществ в клетке и на их синтез. Но для создания пространственной структуры, скажем, клубня редиски или причудливой раковины, вряд ли достаточно одних генов. Сомнения такого рода десятилетиями будоражат умы эмбриологов, людей, занимающихся пространственной дифференцировкой клеток, и в результате появилась концепция «морфогенетического поля». Смысл множества теории эмбрионального поля сводится к тому, что вокруг эмбриона, или зародыша, присутствует особое поле, которое как бы лепит из клеточной массы органы и целые организмы.

Наиболее разработанные концепции эмбрионального поля принадлежат австрийцу П. Вейсу и советским ученым А. Г. Гурвичу и Н. К. Кольцову. По их мнению, поле не обладает обычными физико-химическими характеристиками, а А. Г. Гурвич назвал его биологическим полем. В противоположность этому Н. К. Кольцов полагал, что поле, командующее целостностью развивающегося организма, сложено обычными физическими полями.

Исследователь П. Вейс писал, что первоначальное морфогенетическое поле действует на клеточный материал, формирует из него те или иные зачатки органов организма и что по мере развития образуются все новые и новые поля, командующие развитием органов и всего тела особи. Короче говоря, развивается поле, затем его зародыш, причем клетки организма весьма пассивны, ими руководит морфогенетическое поле. Концепция же биологического поля А. Г. Гурвича зиждется на том, что поле создается в каждой клетке организма. Однако сфера действия клеточного поля выходит за ее пределы, клеточные поля как бы сливаются в единое поле, которое меняется при пространственном перераспределении клеток.

Согласно обеим концепциям эмбриональное поде развивается так же, как и весь зародыш. Однако, по Вейсу, оно делает это самостоятельно, а по теории А. Г. Гурвича под влиянием клеток зародыша.

Но если взять за аксиому самостоятельное развитие морфогенетического поля, то наши знания не продвинутся вперед ни на шаг. Ибо, чтобы хоть как-то объяснить пространственное развитие самого морфогенетического поля, нужно вводить новые поля 2-го, 3-го порядков и так далее. Если же клетки сами строят себе морфогенетическое поле, а затем изменяются и перемещаются под его воздействием, то это поле выступает как орудие для распределения клеток в пространстве. Но тогда как объяснить форму будущего организма? Скажем, форму лютика или бегемота. К тому же, по теории А. Г. Гурвича, источником векторного поля является ядро клетки и только при сложении векторов получается общее поле.

А ведь неплохо себя чувствуют организмы, у которых только одно ядро. Например, трехсантиметровая одноклеточная водоросль ацетобулярия обладает ризоидами, напоминающими корни, тонкой ножкой и зонтиком. Как одно единственное ядро со своим полем дало такую сложную форму и как под его влиянием построилась такая сложная пространственная структура? Если у ацетобулярии отрезать ризоид, в котором содержится ядро, она не потеряет способности к регенерации. Например, если ее лишить зонтика, он снова вырастает. Где же тогда заключена пространственная память? Эксперименты с ацетобулярией убеждают, что концепция биологического поля А. Г. Гурвича не применима к одноклеточным организмам.

Можно ли найти выход из создавшихся противоречий? Давайте порассуждаем. Почему эмбриональное поле непременно должно меняться при развитии организма, как и сам зародыш? Не логичнее ли думать, что поле с первых же стадий развития не меняется, а служит той матрицей, которую зародыш стремится заполнить? Но откуда взялось само поле и почему оно столь четко соответствует генетической программе, присущей данному организму?

И не стоит ли предположить, что поле, управляющее развитием, порождено взаимодействием спиральной структуры ДНК, где. хранится изначальная генетическая запись, с окружающим пространством? Ведь это может дать как бы пространственную запись организма, будь то тот же лютик или бегемот. При увеличении числа клеток в ходе их деления поля, образованные воздействием ДНК на пространство, суммируются, общее поле растет, но не меняет своей пространственной организации и сохраняет присущую только данному организму структуру. Едва юный организм исчерпает наследственную программу, и контуры каких-то составляющих эмбрионального поля и самого организма совпадут, рост должен прекратиться. Поле организма, спаивающее воедино все части и командующее развитием, по-моему, точнее именовать индивидуальным информационным полем. Какова же его предполагаемая природа?

По одним понятиям, это комплекс физико-химических факторов, которые образуют единое поле (Н. К. Кольцов). По мнению других исследователей, морфогенетическое поле, возможно, вбирает в себя все ныне известные физико-химические взаимодействия, но представляющие собой качественно новый уровень этих взаимодействий. А так как каждому существу присуща индивидуальность, записанная генетическим кодом, то и информационное поле сугубо индивидуально. Никого не удивляет, что ядро любой клетки организма таит в себе всю герпетическую память. В ходе дифференцировки в разных органах начинает работать только та часть генетической программы, которая командует синтезом белков в данном конкретном органе или даже в отдельной клетке. А вот информационное поле, наверное, всегда целое. Иначе просто не объяснить его сохранности даже в малой части организма.

Такое предположение отнюдь не умозрительно. Чтобы показать целостность информационного поля в каждой части организма, возьмем удобные для этого живые существа.

Слизистый грибок миксомицет диктиостелиум. У него, как мы писали, любопытный жизненный цикл. Сначала все клетки |как бы рассыпаны и передвигаются по почве в виде «амеб», затем одна или несколько клеток выделяют вещество акразин, что служит сигналом: «Все ко мне». «Амебы» сползаются и образует многоклеточный организм плазмодий, который выглядит [червеобразным слизнем. Этот слизень выползает на сухое место и превращается в маленький тонконогий грибок с круглой (головкой, где находятся споры. Прямо на глазах из клеток собирается сложный организм, который как бы заполняет имеющееся у него информационное поле. Ну а если наполовину сократить количество сливающихся клеток, что получится — половина грибка или целый? Так и сделали в лаборатории. Из половины «амеб» получается той же формы грибок, только вдвое меньше. Оставили четвертую часть клеток — они опять слились и дали грибок со всеми присущими ему свойствами и генетически заложенными формами, только меньших размеров. Получается, что любое число клеток несет информацию о форме, которую им надо сложить, собравшись вместе. Правда, где-то предел есть, и малого количества клеток может не хватить для построения грибка. Однако, зная все это, трудно отказаться от вывода, что форма грибка заложена в информационном поле еще тогда, когда организм рассыпан на отдельные клетки. При слиянии клеток их информационные поля суммируются, но это суммирование выглядит скорее как разрастание, раздувание определенного поля.

А плоские черви планарии могут восстанавливать свой облик из трехсотой части своего тела. Если нарезать планарии бритвой на части и оставить их в покое на три недели, то клетки меняют свою специализацию и перестраиваются в целые. Через три недели вместо изрубленных на куски плоских червей по дну кристаллизатора ползают планарии, почти равные взрослым и едва заметные на глаз крошки. Но у всех видна головка с глазками и расставленными в стороны обонятельными ушками, все они одинаковые по форме, хотя различаются по размерам в сотни раз. Каждое существо сформировалось из разного количества клеток, но по одному «чертежу». Вот и выходит, что любой кусочек тела планарии нес целое информационное поле.

Сходные опыты я ставил и с одноклеточными организмами, с крупными, два миллиметра ростом, инфузориями спиростомами. Такую инфузорию можно разрезать микроскальпелем под микроскопом на шестьдесят частей, и каждая из них снова восстанавливается в целую клетку. Инфузории растут, но не бесконечно. Клетки, достигнув положенного им размера, как бы упираются в невидимую границу. Вот эту границу и может поставить информационное поле.