Если яйцеклетку разделить на две части, в одну из которых попадет весь организующий центр, а вторая часть останется без него, то судьба этих частей будет различна (рис. 14). Та часть, где окажется организующий центр, даст нормально сформированный зародыш, только меньших размеров. Часть, где организующего центра не было, округлится, клетки в ней еще некоторое время будут делиться, но никогда нормального зародыша не получится, будет только комок клеток.
Рис. 14. Опыты с развитием перевязанного зародыша стрекозы
Вот пример такого разделения. Яйцеклетка лягушки после первого деления образует два бластомера. Каждому из бластомеров достается ядро, а вот организующий центр — необязательно. Все зависит от того, как прошла борозда дробления. Если она пройдет через серый серп, то его части попадут в оба бластомера. Если такие бластомеры разделить микроинструментами, каждый из них разовьется в полноценный зародыш. Другое дело, когда борозда дробления прошла мимо серого серпа, тогда в один бластомер попадает весь организующий центр, а другой оказывается без материала серого серпа. Если не отделять бластомеры, то развитие будет нормальным. Но при разделении бластомеров друг от друга искусственным путем получим картину, о которой уже говорили. Бластомер с серым серпом даст нормального головастика, а впоследствии — лягушку, бластомер без серого серпа не будет развиваться.
Сходная картина наблюдается у насекомых, например у стрекозы. У нее удлиненное яйцо, и организующий центр лежит как бы в хвостовой части. Если после нескольких делений тонким волоском перевязать яйцо пополам, то нижняя часть с организующим центром даст хотя и карликовый, но нормально развитый эмбрион, в то время как верхняя часть, не получая нужных команд, приостановит свое развитие (рис. 15).
Рис. 15. Полоса митозов повторяет конфигурацию травмы в эпителии хрусталика лягушки: а, б — митозы в эпителии при различной конфигурации травмы; 1 — центральная зона; 2 — герминативная зона; 3 — предэкваториальная зона (точки — отдельные посттравматические митозы)
Среди ученых нет полной договоренности, что считать критерием дифференцировки или специализации. Во всяком случае, дифференцировка заканчивается тогда, когда клетка перестает подучать сигналы от организационного центра или от других клеток, а главное — перестает перестраивать свою генетическую программу. В полностью дифференцированной клетке работают только строю определенные гены, то есть в ней работают те участки ДНК, которые ответственны за синтез белков в том органе, где находится эта клетка. Если этот порядок нарушить и в клетке начнут работать гены, которым надлежит «молчать», то тут-то и возникают опухоли. В дифференцированных клетках они возникают чаще, ведь на них уже не оказывает влияния организующий центр, который в раннем детстве ведет клетки «за ручку».
Информационное поле жизни
Картина развития организмов, или морфогенез, постоянно Протекает на наших глазах. И не зря видный американский биолог Э. Синнот сказал, что «морфогенез, поскольку он связан с самой отличительной чертой живого — организацией, — это перекресток, куда сходятся все пути биологических исследований… Именно здесь, вероятно, нужно ожидать в будущем самых крупных открытий».
Какие же знаки есть на этом перекрестке? Где хранится «живой прибор», следящий за тем, как генетическая запись с химического языка переводится в реальную объемную структуру, в тело?.Генетической программе в одиночку выполнить это невозможно. Да и опыты, о которых говорилось ранее, подтверждают, что не обойтись без организационного центра. Ведь в каждой клетке организма заложена одинаковая генетическая программа, в каждой клетке есть вещества, поступившие из организационного центра. А как совершается общее руководство пространственным расположением и формой клеток?
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.
