logo

Математика и живые организмы

Клетка в числах

К одностороннему (гаплоидному) набору материнских хромосом добавился такой же отцовский набор. Простейший пример па сложение: один плюс один. Но с него начинается возрастающая геометрическая прогрессия — цепная реакция делений клетки-прародительницы. Сумма ее потомков зависит, по известной формуле, от знаменателя прогрессии, а в переводе на биологический язык — от темпа делений. Для того чтобы произошло очередное деление, клетка должна удвоить количество ядерной ДНК. Иначе говоря, скорость счета задается концентрацией ферментов, регулирующих скорость тиражирования (репликации) ДНК.

Попробуем представить себе работу воображаемого вычислительно программирующего устройства, управляющего ростом зародыша. Сначала на стадии бластулы появляются отделы, которые условно можно обозначить как верхний и нижний, правый и левый. Они зеркально симметричны. Бластулу сменяет гастула — образуется шар из клеток. И тут наступает первая «катастрофа». Этот не слишком удачный, но уже прижившийся термин обозначает нарушение симметрии. Внутренняя программа генетического развития срабатывает таким образом, что дальнейшее разбухание шара — нарастание массы одинаковых клеток — приостанавливается. Но в отдельных участках деление продолжается — оно становится ассиметричным. Прежде клетки зародыша были все на одно лицо. Теперь начинается их дифференцировка.

На этом стоит остановиться подробнее, потому что суть процесса, по-видимому, одинакова, идет ли речь о закладке первичной трубки или об «отделочных работах», к которым можно отнести закладку боковых придатков. В результате нескольких асимметричных делений накапливаются группы клеток с особым пространственным расположением и собственным темпом счета (размножения). Почему это происходит? Об этом можно высказываться лишь предположительно. Полагают, что гены сами по себе не предопределяют пространственное построение зародыша. То есть они задают лишь общий план, замысел, « а не конкретный макет будущего здания. В самой общей форме схема дифференцировки (возникновения катастроф) может быть представлена так. Открытые (активированные) гены обеспечивают синтез нескольких активных белков-организаторов. В свою очередь белки способны активизировать (открыть) гены, ответственные за последующие организаторы, и т. д. Предположим, что эти вещества-организаторы имеют различные коэффициенты диффузии (вполне правдоподобное допущение). При достижении определенной концентрации такого вещества наступает критическое состояние, когда появляется новая асимметрия.

Другими словами — если вернуться к нашей вычислительной машине—мы получаем приблизительно такую программу: решение первое (организатор № 1) дает 10 последовательных делений — образуется 210 клеток. Они составляют «критическую массу». Катастрофа. Асимметричное деление в новом пространственном положении включает организатор № 2. Далее происходит, скажем, девять симметричных делений, дающих новую «критическую массу», из которой формируется гребень, уплотнение, тяж .

Например, на руке у человека пять пальцев. Каким образом эмбрион считает до пяти? На самом деле он считает не до пяти, а до двух. Сначала два симметричных «рукава». Это так называемый креод, или канал развития будущих рук.

Креод можно образно назвать судьбой недифференцированной клетки: очутившись в некоторой пространственной ситуации, клетка под действием организаторов почти неотвратимо следует своему предназначению — кладет начало определенному органу. Происходит это вот как. В определенный момент своего развития креод плечевой кости терпит катастрофу — образуется гребень, который разграничивает зачаток руки на два субкреода. Это зачатки будущих костей предплечья — локтевой и лучевой.

Перейти на страницу:
1 2 3 4 5 6 7 8

 


Copyright © 2013 - SimpleBiology.ru - Все права защищены