В предыдущей работе я упомянул, насколько был озадачен вопросом как из совершенно одинаковых в генетическом отношении клеток развивается всё многообразие органов и тканей. Почему клетки печени остаются клетками печени, а не превращаются, например, в нервные клетки.
Одно время бытовало представление, что клетки определенной ткани утрачивают более не нужные им гены, которые в принципе не могут пригодиться ни при каких обстоятельствах и фактически клетке не нужны. Однако нашлись дотошные энтузиасты, которые придумали, как можно проверить подобные представления. Проверили. Каждая клетка организма содержит весь набор генетического материала. И тем не менее, та же клетка печени не имеет практически ничего общего с клетками мозга – нейронами.
Так откуда же клетке, которая может стать в процессе дифференцировки абсолютно любой в организме, знать какой путь развития ей выбрать? Откуда конкретно она получает указания? И почему не получается, например, так, что клеток печени много, а нейронов в мозге мало? Но это только половина проблемы. Каким образом развивающиеся клетки могут знать, где им предусмотрено расположиться в пространстве? Почему, например, клетки печени не заполняют черепную коробку, а нейроны мозга не располагаются в животе?
Если кто-то представляет так, что об этом есть запись в генетическом материале, то это заблуждение. Такая запись возможна в каком-нибудь супергене, управляющем всеми генами каждой клетки. Почему? Потому что каждая эмбриональная клетка содержит весь набор генов, но вот только в процессе развития и дифференцировки, какие-то гены клетки репрессируются, т.е. выключаются, а какие-то остаются активными. И в каждой клетке по-разному, что и приводит, в конце концов, к развитию разных тканей и органов. Объяснение только одно, должен существовать некий командный пункт, типа такого супергена, который и отдает соответствующие приказы. Но никакого супергена, на самом деле, по крайней мере на физическом плане, не существует. И мы возвращаемся к исходному вопросу.
– Ну, что он тут нам впаривает? – скажет мой просвещенный читатель с основательной подготовкой по биологии. – Давно известно, как все происходит. Все дело в эпигенетическом ландшафте.
Ну, что ж. «Будем посмотреть», как говорится.
Индивидуальное развитие организма в биологии называют онтогенезом. Термин предложил неутомимый выдумщик и фантазер, которого мы уже поминали недобрым словом, Эрнст Геккель.
Признанное всем научным биологическим миром объяснение, каким образом происходит такое развитие в эмбриональном периоде и в целом, уже после рождения, предложил английский генетик, а еще эмбриолог, палеонтолог, философ, сторонник эволюционного учения и один из основоположников эволюционной биологии развития и системной биологии Конрад Хэл Уоддингтон (Conrad Hal Waddington) в сороковых годах прошлого века.
Считают, что и термин эпигенетика придумал именно он. Если это и так, то эпигенетика в понимании Уоддингтона совсем не тоже самое, что имеют в виду под этим термином сегодня.
Уоддингтон для объяснения процессов дифференцировки и развития эмбриональных клеток предложил метафору неровной местности – ландшафта, по которому под уклон скатываются мраморные шары.
Не просто предложил, а сделал множество рисунков такого эпигенетического ландшафта, чтобы наглядно показать всем, как оно всё и происходит.
На вершине «холма» лежат несколько мраморных шариков, изображающих совершенно одинаковые плюрипотентные эмбриональные стволовые клетки, те что образуют ВКМ (см.предыдущую главу). Спуститься с холма можно разными путями-траекториями (эпигенетическими траекториями) в виде таких желобов или оврагов. Такой овраг не представляет собой некую прямую линию от вершины к подножию. У вершины таких «оврагов» мало, но по направлению к основанию они все более разветвляются и углубляются, и заканчиваются у основания ямой, в которой и оказывается в конце спуска мраморный шарик. В начале своего спуска, натыкаясь на развилки и невысокие «ребра», разделяющие овраги, шарик может выбрать разную траекторию и даже перепрыгнуть из одного оврага в другой. Но ближе к концу спуска поменять что-либо становится невозможно. Характер ландшафта, т.е. ребра и овраги (часто более романтично называемые холмами и долинами), их расположение и ветвление, глубину и пр. регулируют генетические и эпигенетические влияния.
Научное сообщество было в полном восторге. Вот теперь оно всё ясно, как это происходит. Научному обществу ясно, а мне нет. И есть у меня основания считать, что и самому Уоддингтону в его модели не все было ясно, потому как он возвращался к ней и корректировал не один раз в разные годы.
Мало того, если мой любознательный читатель захочет попробовать самому разобраться что там, как и почему, боюсь у него мало что получится. Я так и не смог найти на русском языке (что касается английского, за самую ничтожную, малоинтересную и невразумительную статью практически на любую тему, требуют денег и не малых) четкое и однозначное объяснения придумкам Уоддингтона.
В большинстве доступных источников приведен один из рисунков Уоддингтона и выражены разной степени восторги по поводу предложенной модели. А вот кому и что стало ясно найти невозможно. Приведу типичное объяснение:
«Находясь на верхнем конце ландшафта, клетка теоретически может достигнуть каждой из особых конечных точек. Однако, после того как она примет свое первое решение, например в первой точке ветвления, ей останется доступным только одно из подмножеств конечных точек. Клетка начинает свой путь в состоянии тотипотентности, но постепенно ее возможности становятся все более и более ограниченными в результате принимаемых ею решений... Точки принятия решений – развилки долин – подвержены воздействиям внешних сил, например гормональных стимулов или индукции, а решение зависит от обусловленной генетически реакции клетки на данный стимул… Решения, которые клетка принимает в процессе онтогенеза, относятся к типу «или-или», и их можно рассматривать как ряд двоичных решений типа «направо-налево». Расстояние от верхнего конца ландшафта к нижнему соответствует времени развития» (Шпорк Петер. Читая между строк ДНК).
И тут же идет вывод: «Таким образом, концепция Конрада Уоддингтона объясняет, как из одной клетки (зиготы) образуется многоклеточный организм, состоящий из клеток, кардинально различающихся между собой по виду и функциональной нагрузке».
Если кто-то что-то понял, могу только поздравить. Если предположить, что подобная модель что-то объясняет, у меня сразу возникает целый ряд, но все тех же по сути, вопросов. Главный можно сформулировать так. Процессы дифференцировки в некотором смысле случайны, т.е. нет разницы, какая эмбриональная клетка станет клеткой печени, а какая нейроном. Если шарик-клетка отправилась в путь по определенному оврагу или долине, то как остановить другие, чтобы и они не стремились по протоптанной дорожке? На всех развилках установить шлагбаумы или поставить светофоры, как на железнодорожных путях?
Так или иначе, предложенная модель лично для меня ничего не объясняет и очень сомневаюсь, что кому-то объясняет. Но мне об этом можно говорить свободно, а вот профессиональному биологу нельзя. Иначе, он больше не будет профессионалом. И потому в любой книге по эпигенетике вы обязательно увидите картинку, наподобие приведенной мной, и буквально пару маловразумительных фраз, касающихся, в основном, оценки величайшего «открытия». И ни слова критики.
Иллюстрация: К.Х. Уоддингтон и его рисунок «эпигенетического ландшафта». Шарик вверху обозначает первоначальные неспециализированные клетки зародыша. Под воздействием генетических и эпигенетических сигналов клетке будет задана траектория онтогенеза (развития), и она станет специализированной – клеткой сердца, печени и т.д.
Продолжение http://proza.ru/2021/04/24/1488