Арман Мари Леруа - Мутанты. О генетической изменчивости и человеческом теле.

• Название: Мутанты. О генетической изменчивости и человеческом теле.
• Автор: Арман Мари Леруа
• Издательство: ООО "Издательство Астрель"
• Жанр: Биология
• Год: 2009
• ISBN: 978-5-271-24665-4

Для того, чтобы посмотреть, как развивается зародыш, Клеопатра приказывала вспарывать животы беременным рабыням. Сегодня мы знаем о механизмах, которые заставляют одну-единственную клетку превращаться сначала в эмбрион, после – в ребенка, а затем и во взрослого человека, несравненно больше, чем во времена жестокой египтянки, однако многие вопросы по-прежнему остаются без ответов. Один из основных методов исследовать пути формирования человеческого тела – это проследить за возникающими в этом процессе сбоями или, как говорят ученые, мутациями. Именно об этих "неполадках", приводящих к появлению сиамских близнецов, двухголовых ягнят и прочих мутантов, рассказывает в своей увлекательной и порой шокирующей книге британский биолог Арман Мари Леруа.

Используя истории знаменитых "уродцев" в качестве отправной точки для своих рассуждений, автор подводит читателя к пониманию сложных законов, позволяющих человеческим телу на протяжении многих поколений сохранять относительную стабильность, оставаясь при этом поразительно многообразным.

УДК 575-2

ББК 28.704

ISBN 978-5-271-24665-4 (ООО "Издательство Астрель")

© Armand Marie Leroi, 2003

© Фонд Дмитрия Зимина "Династия", российское издание, 2009

© Е. Година, перевод на русский язык, 2009

© А. Бондаренко, оформление, 2009

Фонд некоммерческих программ "Династия" основан В 2002 году Дмитрием Борисовичем Зиминым, почетным президентом компании "Вымпелком". Приоритетные направления деятельности Фонда – развитие фундаментальной науки и образования в России, популяризация науки и просвещение. В рамках программы по популяризации науки Фондом запущено несколько проектов. В их числе – сайт elementy.ru, ставший одним из ведущих в русскоязычном Интернете тематических ресурсов, а также проект "Библиотека "Династии" – издание современных научно-популярных книг, тщательно отобранных экспертами-учеными. Книга, которую вы держите в руках, выпущена в рамках этого проекта. Более подробную информацию о Фонде "Династия" вы найдете по адресу:

WWW.DYNASTYFDN.RU

---

Такой результат, мягко говоря, озадачивает. Он, похоже, означает, что где-то в нашей эволюционной истории было некое существо, у которого не только имелись пальцы на руках и ногах, но и в большем, чем у нас да и почти у всех остальных ныне живущих четвероногих, количестве.[119] Мысль о том, что полидактилия (будь она у мышей, морских свинок, собак, кошек или людей) – это атавизм, не нова. Ее высказал Дарвин в первом издании своей книги "Изменение домашних животных и культурных растений" (1868), где он пытался развить теорию наследования, в которой так нуждалась эволюция путем естественного отбора. "Когда ребенок напоминает своих дедушек и бабушек больше, чем собственных родителей, – писал он, – наше внимание на этом не слишком фиксируется, хотя в действительности факт этот довольно-таки замечателен. Но если ребенок похож на совсем дальних родственников или даже на какого-то далекого сородича по боковой линии, тогда мы приписываем это происхождению всех членов семьи от общего предка и испытываем справедливую степень изумления".

Это, безусловно, так, но дарвиновские рассуждения, на которых основан его довод о том, что полидактилия у человека – это атавизм (или, по его терминологии, реверсия), остаются, как минимум, туманными. У саламандр, отмечал он, могут отрастать пальцы после ампутации; и, как он где-то читал, то же может происходить и с дополнительными пальцами у людей, хотя обычные пальцы лишены таких свойств. Тогда добавочные пальцы можно было считать проявлением примитивной способности к регенерации и, следовательно, атавизмом.

Это был сомнительный аргумент, и он не мог пройти незамеченным. Немецкий анатом Карл Гегенбауэр подчеркнул, что пальцы у человека, дополнительные или другие, не способны к регенерации после ампутации, а хоть бы и были способны, что из того? Полидактилия не может быть атавизмом без многопалого предка, а у всех известных четвероногих, живых или мертвых, по пять пальцев. В следующем издании "Изменения..." семью годами позже Дарвин, всегда отличавшийся критическим мышлением, признал ошибочность своего суждения: полидактилия не атавизм, а просто уродство.[120]

Но Дарвин в конце концов все же, наверное, оказался прав – хотя его доводы и были неверными. В последние десять лет или около того представления о происхождении четвероногих претерпели радикальную ревизию. Из скал вышли новые ископаемые и явили миру странные вещи. В противовес всем ожиданиям, у людей – и у всех ныне живущих четвероногих – были многопалые предки. Самыми первыми бесспорными представителями четвероногих в ряду ископаемых предков считаются три зверя из девонских болот, живших около 360 миллионов лет назад: Acanthostega, Turlepreton и Ichthyostega. Все они, на современный четвероногий стандарт, имеют до странности большое количество пальцев: у Acanthostega[121] их восемь на каждой лапе, у Turlepreton и Ichthyostega – либо шесть, либо семь. Внезапно все переменилось, и теперь мутантные по гену Hoxd13 мыши и мутанты-млекопитающие всех сортов с полидактилией могут действительно выглядеть как живые воспоминания о прошлом, только это будет память о древних амфибиях, а не рыбах.

Возможно, чтобы вернуться к плавнику рыб, нужно побольше повозиться с генетикой и снять большее количество эволюционных слоев. Так, по крайней мере, кажется. Мыши, мутантные по гену Hoxd13, могут демонстрировать полидактилию, но мыши, мутантные по этому и другим Hox-генам, т.е. дважды и трижды мутантные, совсем лишены пальцев. Выглядит так, что когда специалисты по генетике развития один за другим убирают Hox-гены из геномов своих мышей, они поворачивают вспять историю в своих лабораториях и повторяют одиссею длиной 500 миллионов лет: путь от беспалой рыбы к девонским амфибиям, у которых пальцев было в избытке, заканчивающийся в итоге нашей привычной пятерней.

Глава V Плоть от плоти моей, кость от кости моей [о скелете]

Летальная скелетная дисплазия. Мертворожденный младенец, Амстердам, ок. 1847 г.

Из книги Виллема Фролика "Таблицы для иллюстрации эмбриогенеза человека и животных в норме и в аномалиях", 1844-1849 (Библиотека Уэллком, Лондон).

Около 1896 года на мысе Доброй Надежды появился китайский матрос по имени Арнольд. Нам мало что о нем известно, и портреты его до наших дней не дошли. Однако мы можем предположить, что он был невысок ростом, с сильно выступающим лбом. Еще он был слаб на голову – не в смысле интеллекта, а потому что верхние кости черепа у него отсутствовали. Вероятно, у него не было ключиц, а если и были, то не доставали до лопаток. И если бы кто-то, стоящий сзади, толкнул его, плечи Арнольда могли бы легко сложиться, как книжка, перед грудью. У него, возможно, были лишние зубы, а может, их и вовсе не было.

Мы можем высказать столько догадок потому, что Арнольд был исключительно плодовитым и многие из его многочисленных потомков обладают вышеописанными чертами. Прибыв в Кейптаун, он обратился в мусульманство, завел семерых жен и погрузился в жизнь капско-малайского общества. Капские малайцы – это люди в основном яванского происхождения, вобравшие в свой генетический состав примесь народов сан, кхой, западных африканцев и мальгашей. Традиционно занимающиеся ремеслами и рыболовством, капские малайцы создали элегантные фронтоны особняков в стиле Капская Голландия (Кейп-Датч) для владельцев южноафриканских винодельческих поместий, внесли в национальную кухню специфический восточный аромат и обогатили язык африкаанс небольшим количеством малайских слов наподобие "пайсанг"[122]. Проведенное в 1953 году обследование выявило мутацию отсутствия костей у 253 потомков Арнольда. В 1996 году мутация распространилась среди тысячи человек. К счастью, отсутствие ключиц и местами мягковатый череп не представляют большой опасности для здоровья. Клан Арнольда и в самом деле вполне справедливо гордится своим прародителем и дарованной им мутацией.[123] 

Формирование костей

Возможно потому, что кости последними из наших бренных останков обращаются в прах, мы думаем о них как о чем-то неживом. Но они таковыми не являются. Подобно сердцу и легким, кости постоянно формируются и разрушаются, как того и требует цикл созидания и деструкции. И хотя они кажутся такими отличными от остального тела, они происходят из тех же самых эмбриональных тканей, которые создают покрывающую их плоть. В самом полном смысле слова можно сказать, что кость – это трансформированная плоть.

Тесная взаимосвязь между костью и плотью может быть продемонстрирована на примере происхождения образующих их клеток. Большая часть костных клеток – остеобластов – берет свое начало в мезодерме, той же самой зародышевой ткани, из которой формируются также соединительная ткань и мышцы. Взаимосвязь проявляется и в том, как образуются кости. Глубоко внутри каждой кости сохраняются остатки создавших ее клеток.

Различные кости нашего организма формируются двумя разными способами. Плоские кости, такие как кости черепа, начинают складываться у зародыша как слои остеобластов, секретирующих белковую основу (матрикс). На этой основе образуются зубчики фосфата кальция, которые заключают клетки в оболочку. По мере роста кости добавляются новые слои остеобластов, каждый из которых в свою очередь инкапсулируется за счет собственной секреции. У длинных костей наподобие бедренной процесс идет несколько по-иному. Их формирование начинается с конденсаций клеток, заметных в развивающихся конечностях зародыша. Эти клетки, также производные мезодермы, называются хондроцитами, и они продуцируют хрящевую ткань. Хрящ – это шаблон для будущей кости, который лишь позднее станет добычей остеобластов. При своем первом появлении шаблон похож на кость своей формой, но не структурой.

Одна из молекул, контролирующая клеточные конденсаты, – это костный морфогенетический белок (bone morphogenetic protein – BMP). Для удобства можно говорить о нем как об одной молекуле, хотя в действительности их целая семья. Подобно многим другим семействам сигнальных молекул, BMP обнаруживаются в самых неожиданных местах зародыша. Именно BMP задолго до формирования костей приказывают некоторым зародышевым клеткам становиться животом, а не спиной. Однако на более поздних стадиях развития эмбриона BMP появляются в скоплениях клеток, которые в будущем станут костями. У детей и взрослых они возникают в местах переломов костей. Поразительное свойство BMP состоит в их способности вызывать индукцию кости практически повсюду. Если сделать крысе подкожную инъекцию BMP, у нее сформируются костные разрастания совершенно отдельно от скелета, но со структурой обычной кости, вплоть до наличия костного мозга.

Для создания кости недостаточно, чтобы недифференцированные клетки сконцентрировались в нужном месте и в нужном количестве. Клетки должны превратиться в остеобласты и хондроциты. Возвращаясь к метафоре, которую я уже употреблял ранее, они должны скалькулировать свою судьбу. Ген, отвечающий за судьбу остеобластов, тот же самый, что вызвал появление синдрома "головы Арнольда".[124] Этот ген кодирует транскрипционный фактор под названием CBFA1. Можно подумать, что CBFA1 не имеет большого значения, поскольку в результате его мутации обнаруживается недостаток всего лишь нескольких костей. Однако все потомки Арнольда гетерозиготны по этой мутации: только один из двух генов CBFA1 является носителем мутантной копии. Мыши, гетерозиготные по мутации того же гена, также отличаются неокостеневшими головками и отсутствием ключиц. Но мыши, гомозиготные по мутантному гену, практически не имеют костей. Вместо скелета у них имеются лишь хрящевые тяжи, пронизывающие весь организм, а мозг у них защищен всего только слоем кожи. Они могут сгибаться во всех направлениях, но это им не нужно, так как они мертвые. Бескостные мыши умирают в течение нескольких минут после рождения от удушья из-за того, что у них нет грудной клетки для поддержки легких.[125]