Совершенно иначе ведут себя клетки при нарушении дифференцировки. Один из примеров такого нарушения — злокачественный рост. Это ведь тоже потеря клетками специализации. В этом случае клетки обособляются и не получают информации от соседних клеток. Поэтому клетки злокачественной опухоли больше похожи на эмбриональные, хотя дальнейшие судьбы их в корне различны: эмбриональные клетки рано или поздно сформируют нормальный организм, а опухоль образует бесформенный комок клеток с отростками.

Причина, видимо, кроется все в том же организующем центре, который с самого начала руководит развитием зародыша и специализацией клеток. Сформированный взрослый организм такого центра уже не имеет.

Однако есть животные, у которых даже опухолеродные клетки могут превратиться в нормальные. Так, тритону можно привить опухоль или вызвать ее образование, вводя под кожу канцерогенные вещества. У части животных опухоль, уже начавшая развиваться, может через некоторое время рассосаться. Завидное свойство, которым не обладаем мы, люди. Но если тритону с опухолью удалить хвост (который, как известно, регенерирует), то опухоли исчезают чаще. Регенерационные процессы способствуют превращению злокачественных клеток в нормальные. Повышенная способность к регенерации у тритонов сама по себе загадочна. Можно провести аналогию между эмбриональными клетками и тканями тритона, как бы сохранившими материал организационного центра.

Дело в том, что у живых существ, способных отращивать недостающие части тела, восстановление того или иного пораженного органа чаще всего идет либо из сохранившихся в их теле малодифференцированных клеток, либо клетки дедифференцируются, то есть как бы возвращаются к эмбриональному состоянию. Затем эти специализированные клетки наращивают массу, а потом приступают к дифференцировке заново. Из них как бы вылепляется и развивается в пространстве недостающая часть.

С понижением регенерационной способности падает способность клеток дедифференцироваться.

Однако не всегда нарушение дифференцировки приводит к развитию злокачественных опухолей. Известно, что у человека и у животных одна ткань может превратиться в другую, твердо специализированную. Правда, мы мало что знаем о механизме такого превращения. Описаны случаи, когда зубы и челюсти иногда развиваются в желудке. А исследователю диких кавказских козлов К. Н. Россикову приходилось встречать животных с сердцем, покрытым волосами. Это типичные случаи нарушения клеточной дифференцировки. Но во всех этих случаях есть одно неоспоримое отличие от клеток злокачественных опухолей. Клетки «забыли», какой орган они должны строить, они «спутали», но не утратили вовсе специализации, не стали независимым образованием, а работают согласованно, образуя, например, зуб или же целый плавник на голове ската, — иногда ихтиологи находят таких скатов при разборке улова со дна морского.

А можно ли вообще заставить работать генетическую программу заново и повторить развитие сначала, если взять ядро клетки, прошедшее значительный путь дифференцировки?

На этот вопрос, как известно, дан положительный ответ. Английскому ученому Гёрдону удалось вырастить вполне жизнеспособную лягушку из икринки, в которой собственное ядро было заменено ядром, взятым из кишечника, вернее, из одной клетки кишечника. Затем таких же лягушек вырастили, подсаживая в икринку ядра из клеток перепонок лапок. Но исследователи не остановились и на этом. Они пошли дальше. Р. К. Маккиннэлл со своими сотрудниками канцерогенными вирусами вызвал опухоль почки у лягушки, а затем взял из этой опухоли ядра и подсадил в икринки лягушек. Будут ли нормальными головастики? Головастики оказались нормальными (рис. 12).

Во всех этих опытах прослеживается основная мысль — цитоплазма клетки воздействует на генетический аппарат и заставляет заново работать репрессированные участки ДНК. Что же касается ядер, взятых из опухолевых клеток, то опыты показывают, что само заболевание часто возникает из-за разладки генетического программирования, а не из-за нарушения в самом аппарате генов. В этом случае возникает нежелательная для организма дифференцировка или, может, даже разлад дифференцировки. Правда, некоторые ученые в этом сомневаются, потому что Р. К. Маккиннэлл не дорастил головастиков, полученных из икринок с ядрами, взятыми из злокачественных опухолей, до лягушек, как это сделал Гёрдон при пересадке в икринку ядер из нормально дифференцированных клеток. Кто знает, может быть, после того как лягушка доросла бы до взрослого состояния, у нее в почке появился бы рак. Сомнения обоснованны.

Но опыты с канцерогенными химическими веществами все-таки подтверждают, что гипотеза о нарушении генетической активности из-за раздифференцировки клеток или их репрограммирования ближе всего к разгадке сущности рака.

А на очереди опыты по пересадке ядер из дифференцированных клеток в яйцеклетки млекопитающих. Правда, технически это сделать труднее, чем с икринками лягушек или рыб: яйцеклетки у млекопитающих в сотни раз мельче, и развитие зародыша идет внутри материнского организма. Но и эти трудности ученые стараются обойти и уже работают над эктогенезом, то есть конструируют специальные аппараты и выращивают в них зародыши. Другое направление — подращивание дробящейся яйцеклетки в пробирке, а затем подсадка ее в полость матки приемной матери. В принципе самая необычная вещь открыта: из большинства клеток взрослого организма можно вырастить точные копии того существа, от которого взяты ядра клеток. Биологи уже начинают широко использовать этот процесс, называемый клонированием.

Итак, перед исследователями стоит задача раскрыть механизм воздействия организующего центра на наследственный аппарат. Возможно, что после раскрытия этих связей человек вплотную подойдет к управлению дифференцировкой клеток. Так как же устроен организующий центр — прибор, определяющий порядок работы генов, а может быть, и ведающий пространственной дифференцировкой?

Эмбриологи давно обратили внимание, что в яйцеклетках есть важная зона, после удаления которой развитие приостанавливается. Эта зона часто выявляется морфологически как у беспозвоночных, так и у позвоночных, правда, строение ее может быть различным.

У моллюска денталиума еще до начала деления оплодотворенной яйцеклетки на одном из полюсов выявляется обособленная часть. Она светлее других частей яйцеклетки и отделена от нее небольшой перетяжкой (рис. 13). Это и есть «живой прибор», следящий за развитием. Его называют полярной лопастью, или организующим центром. Без организующего центра так же, как и без генетической программы, развитие организма прекращается. Простой опыт подтверждает это: если микроскальпелем удалить полярную лопасть, развитие остановится.

Казалось бы, бери эту лопасть и исследуй. А между тем посмотреть, как циркулируют вещества между яйцеклеткой и лопастью, пока не удалось. Трудно, не повреждая клетку, вести исследование внутри нее. Видимо, не в одном химическом составе дело — сама структура организующего центра тоже важна. Пока это образование остается загадочным.

В яйцеклетках других животных организующий центр может и не быть так четко выделен, как у моллюска денталиума. Так, у асцидий и амфибий на одной стороне яйцеклетки можно различить образование желтого или серого цвета — желтый или серый серп У морских ежей это уже не серп, а полоска. Почти в каждой яйцеклетке можно найти образование, которому предназначено быть прибором, следящим за развитием. Химический анализ этой области показывает, что в ней сосредоточено большое количество нуклеиновых кислот (РНК), здесь же накапливаются запасы желтка и другие высокоэнергетические вещества.