Регуляция онтогенеза

Вопрос о том, как из оплодотворенного яйца вырастает целый организм, волнует людей издавна и до сих пор остается одним из центральных в биологии. Долгое время господствовали взгляды преформизма, согласно которому процесс развития - это просто рост органов организма, уже сформированного (преформированного) в половых клетках.

В противовес преформизму в середине XVIII в. была предложена теория эпигенеза, в соответствии с которой развитие организма происходит не из преформированных органов, а из просто устроенного зародыша в результате последовательных новообразований. Подойти к решению проблемы регуляции онтогенеза стало возможным лишь с развитием современной экспериментальной биологии и генетики.

Прежде всего было установлено, что специализация клеток при развитии организма не сопровождается потерей части генов, содержащихся в зиготе. Группе шотландских ученых в 1997 г. удалось вырастить нормально сформированную овцу из яйцеклетки, собственное ядро которой было удалено, а вместо него пересажена ядро, выделенное из клетки молочной железы овцы другой породы. Эти опыты, которые были впоследствии повторены на мышах и овцах, еще раз убеждают в том, что в ходе нормального развития необратимых модификаций генетического материала не происходит.

Описанные опыты открывают путь для практически не ограниченного вегетативного размножения индивидуума путем пересадки ядер его клеток в яйцеклетки другого организма. В результате одна особь может дать начало огромному числу идентичных потомков - клонов. Процесс этот носит название клонирование. Не вызывает сомнения и принципиальная возможность клонирования человека. В настоящее время работы в этом направлении во многих странах запрещены в законодательном порядке. Однако вопрос о клонировании человека обязательно возникнет.

Если при дифференциации клеток, как правило, не возникает генетических модификаций, то как же осуществляется регуляция онтогенеза? По современным представлениям этот процесс обусловливается дифференциальной активностью генов. Это означает, что в разных клетках развивающегося зародыша активна лишь часть генов. Остальные хотя и присутствуют, но находятся в «выключенном» состоянии, и с них не считывается информация в виде мРНК. В одних клетках функционируют одни гены, в других - другие. В ходе деления этих клеток возникают различным образом дифференцированные клетки, а на их основе строятся ткани и формируются органы.

Молекулярные механизмы, которые регулируют активацию тех или иных генов, сложны и изучены пока еще недостаточно. Известно, что в яйцеклетках, как и в других клетках организма, присутствуют белки, которые могут «открывать» или «запирать» определенные гены. Такой белок взаимодействует с регулируемым им геном и в зависимости от характера регуляции либо делает возможным начало транскрипции с него мРНК, либо, наоборот, препятствует этому.

В яйцеклетке различные регуляторные белки концентрируются в разных участках цитоплазмы. Поэтому при дроблении зиготы они неодинаково распределяются между бластомерами. Соответственно и клетки, которые развиваются из этих бластомеров, будут различаться. На более поздних этапах развития зародыша проявляются взаимодействия между клетками разных типов и разными частями развивающегося организма за счет выделения клетками особых веществ - индукторов, оказывающих влияние на клетки других типов. На завершающих этапах эмбрионального развития и в течение постэмбрионального периода все большее значение приобретает гормональная регуляция активности генов.

На разных этапах онтогенеза существенное регулирующее влияние на него оказывают факторы внешней среды (температура, гравитация, различные химические и физические агенты). В этих точках зародыш как раз и проходит через бифуркации, поэтому даже воздействие факторов малой интенсивности может сказаться на ходе дальнейшего развития. Значимое влияние окружающей среды на реализацию генетической программы при развитии организма приводит к тому, что даже особи с одинаковым генотипом (например, клоны) не будут все же полностью идентичны друг другу.

В ряде случаев воздействие факторов внешней среды может приводить к аномалиям в развитии организма. Изучением возникающих при этом пороков и уродств, а также выяснением причин их появления и роли в этом факторов окружающей среды занимается самостоятельный раздел медикобиологических наук - тератология.

Относительно недавно выяснилось, что большинство клеток животных несет в своем генетическом аппарате и программу самоубийства. Такая генетически запрограммированная смерть клеток получила название апоптоз. Активируется программа саморазрушения в том случае, когда данная клетка уже не нужна организму либо серьезно повреждена.

Апоптоз играет важную роль в развитии организма и регуляции его клеточного состава. Он служит защитным механизмом для удаления отработавших свое или ненужных на данном этапе онтогенеза клеток, а также потенциально опасных, например инфицированных вирусами, мутантных или опухолевых. В клетках злокачественных опухолей программа апоптоза может блокироваться. Это одна из причин, по которой они не имеют пределов в своем размножении.

Исследования показывают, что развитие живого организма из яйцеклетки проходит несколько точек бифуркации. Именно поэтому алкоголь, никотин и некоторые лекарства в дозах, практически не оказывающих влияния на взрослый организм человека, могут отрицательно сказаться на развитии плода. Учтите это в вашей дальнейшей жизни.

Читать далее