WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 50 | 51 ||

Начну с объяснения того, что я понимаю под«узкогорлым». Из какого огромного числа клеток ни состояло бы тело слона, онначинает жизнь с единственной клетки — оплодотворенного яйца.Оплодотворенное яйцо — это то узкое горлышко, которое в процессе эмбрионального развитиярасширяется, превращаясь в триллионы клеток взрослого слона. Не имеет никакогозначения ни общее число клеток, ни число специализированных клеточных типов,кооперирующихся для выполнения невообразимо сложной задачи обеспеченияжизнедеятельности взрослого слона: усилия всех этих клеток направлены надостижение одной конечной цели — образование новых единичных клеток, яйцеклеток и сперматозоидов.Слон не только начинается с одной клетки — оплодотворенного яйца. Егоконечная цель (или создаваемый им конечный продукт) сводится к образованиюопять — такиединичных клеток —оплодотворенных яиц следующего поколения. Жизненный цикл большого и массивногослона и начинается, и кончается узким горлышком. Образование горлышкахарактерно для жизненных циклов всех многоклеточных животных и большинстварастений. Почему В чем его смысл Чтобы ответить на этот вопрос, необходиморассмотреть, какой была бы жизнь без такого узкого горлышка.

Представим себе два гипотетических видаводорослей, которые мы обозначим как вид Аи вид B. Вид В представляет собой бесформенную массуперепутанных ветвей, плавающую в море. Время от времени какая-нибудь веткаобламывается и уплывает прочь. Ветка может обломиться в любом месте, и обломкимогут быть любого размера. Как из черенков, используемых в садоводстве, из нихвырастают такие же растения, как те, от которых они отломились. Такоеотламывание отдельных участков — способ размножения данного вида. Как можно было заметить, оно насамом деле не отличается от способа его роста, с той разницей, что приразмножении растущие части физически отделяются одна от другой.

Вид Авыглядит примерно так же и тоже отличаетсябеспорядочным ростом. Однако у него имеется одно коренное отличие. Онразмножается с помощью одноклеточных спор, которые относятся течением отродительского растения, и где-то в море из них вырастают новые растения. Этиспоры — такие жеклетки данного растения, как любые другие. Так же, как и у вида B, размножениевида А не связано с половым процессом. Дочерние растения состоят из клеток,принадлежащих к тому же клону, что и клетки родительского растения.Единственное различие между этими двумя видами водорослей состоит в том, чтовид В размножается, отрывая от себя участки собственного тела, состоящие изнеопределенного числа клеток, а вид А размножается, отрывая от себя кусочки,состоящие всего из одной клетки.

Вообразив себе эти два вида растений, мыакцентировали внимание на коренном различии между узкогорлым и неузкогорлымжизненными циклами. Вид А воспроизводится, протискиваясь в каждом поколении черезодноклеточное узкое горлышко. Вид В просто растет и распадается на дваиндивидуума. Вряд ли можно сказать, что у него имеются дискретные «поколения»или что он хотя бы состоит из дискретных «организмов». А как обстоит дело увида А Я скоро объясню это, но уже можно до некоторой степени представитьсебе, каким будет ответ. Разве вид А уже не кажется нам более дискретным, более«организменным»

У вида B, как мы видели, процессразмножения не отличается от процесса роста. В сущности он вообще вроде бы и неразмножается. В отличие от этого у вида А рост и размножение четко разделены.Мы могли бы сосредоточиться на этом различии, но что дальше Каков его смыслПочему это важно Я долго размышлял над этим и, мне кажется, я знаю ответ.(Между прочим, труднее было установить само существование вопроса, чемпридумать ответ на него!) Ответ можно разделить на три части, причем первые двекасаются взаимоотношений между эволюцией и эмбриональным развитием.

Подумаем прежде всего о проблеме эволюциисложного органа из более простого. На этой стадии наших рассуждений нам было былучше перейти от растений к животным, поскольку сложность их органов болееочевидна. Кроме того, нет нужды привлекать к этим рассуждениям половой процесс;противопоставление полового и бесполого размножения в этих вопросах вводит взаблуждение. Мы можем представить себе наших животных как размножающихся спомощью бесполых спор — единичных клеток, которые, если не касаться мутаций, генетическиидентичны друг другу и всем другим клеткам тела.

Эволюция сложных органов такого далекопродвинувшегося в своем развитии вида, как человек или мокрица, от болеепростых органов их предков происходила постепенно. Однако органы предков непревращались в буквальном смысле в органы потомков. Они не только неделали этого. Я хочуподчеркнуть, что в большинстве случаев они и де могли бы это сделать. Степеньизменения, которая может быть достигнута путем прямого превращения, подобноперековке «мечей на орала», ограничена. Действительно, для радикальныхизменений необходимо «вернуться к чертежной доске», отказаться от прежнегопроекта и начать сызнова. Когда инженеры возвращаются к чертежной доске исоздают новый проект, они не обязательно отказываются от идей, лежавших воснове старого проекта. Однако они и не стараются в буквальном смыслепревратить прежний физический объект в новый. Прежний объект слишком обремененгрузом истории. Возможно, вам удастся перековать мечи на орала, нопопробуйте-ка «перековать» турбовинтовой двигатель в ракетный! Это вам неудастся! Вы должны выбросить турбовинтовой двигатель и вернуться к чертежнойдоске.

Разумеется, никто никогда не проектировалживые существа на чертежных досках. Но в каждом поколении они возвращаютсяназад, чтобы начать все с самого начала. Каждый организм развивается из однойклетки и вырастает заново. Он наследует только идеи предковой конструкции в формепрограммы, зашифрованной в ДНК, но не наследует физических органов своихпредков. Он не наследует сердце своих отца и матери, с тем чтобы переделать егов новое (и, возможно, усовершенствованное) сердце. Он начинает на голом месте,с одной клетки, и создает себе новое сердце, используя ту же самую программу,по которой развивалось родительское сердце, причем эту программу можно иулучшить. Нетрудно понять, к какому заключению я веду: важная особенность«узкогорлого» жизненного цикла состоит в том, что он делает возможным нечто,равноценное «возврату к чертежной доске».

Наличие в жизненном цикле стадии «узкогогорлышка» имеет другое следствие, связанное с первым. Эта стадия служит своегорода точкой отчета или «календарем», который может быть использован дляупорядочения во времени процессов, происходящих в эмбриональном развитии. В«узкогорлом» жизненном цикле каждое новое поколение проходит примерно черезодну и ту же последовательность событий. Развитие организма начинается с однойклетки. Он растет путем клеточного деления, а размножается, отделяя от себядочерние клетки. Предположительно он в конце концов умирает, однако это менееважно, чем представляется нам, смертным, в той мере, в какой это относится кнашей теме, цикл заканчивается размножением данного организма, знаменующимначало жизненного цикла нового поколения. Хотя теоретически организм мог быразмножаться в любое время в течение своей фазы роста, можно ожидать, что вконечном счете должно появиться некое оптимальное время для размножения.Организмы, продуцирующие споры в слишком молодом или слишком пожилом возрасте,оставят меньше потомков, чем их соперники, которые набирают силу и лишь послеэтого, достигнув полного расцвета, продуцируют большое количествоспор.

Наши рассуждения подводят к идее остереотипном, регулярно повторяющемся жизненном цикле. Каждое поколение нетолько начинается с одноклеточной стадии узкого горлышка. У него есть такжестадия роста —«детство», продолжительность которого довольно точно задана. Определеннаяпродолжительность, стереотипность стадии роста создает возможность для того,чтобы в процессе эмбрионального развития определенные события происходили вопределенные периоды, как если бы они неуклонно подчинялись строгому календарю.Клеточные деления в период развития разных видов живых существ происходят встрогой последовательности, которая повторяется при каждом повторениижизненного цикла. Каждой клетке отведено свое место и время в реестре клеточныхделений. Между прочим, в некоторых случаях точность этих параметров так велика,что эмбриологи могут дать название каждой клетке и указать, какой именно клеткев другом организме она соответствует.

Таким образом, стереотипность цикла ростаслужит часами или календарем, регулирующим запуск процессов эмбриональногоразвития. Подумайте о том, как охотно мы сами используем суточные циклывращения Земли вокруг своей оси и ее годичные облеты Солнца для организации иупорядочения нашей жизни. Точно так же бесконечное повторение ростовых ритмов,налагаемых «узкогорлым» жизненным циклом, должно (это кажется почти неизбежным)использоваться, для упорядочения и структурирования эмбриологических процессов.Определенные гены могут включаться и выключаться в определенные сроки, потомучто благодаря расписанию, которому подчиняется цикл «узкое горлышко-рост»,такая вещь, как определенные сроки, действительно существует. Такие хорошотемперированные регуляции генной активности — необходимое предварительноеусловие для эволюции эмбрионального развития, способного создавать сложныеткани и органы. Высокая точность и сложность строения орлиного глаза или крылаласточки не были бы достигнуты, если бы их развитие не подчинялось строжайшимправилам о сроках становления каждой из входящих в них структур.

Наконец, «узкогорлый» жизненный цикл имеети третье следствие —генетическое. Здесь мы снова воспользуемся примером водорослей видовА и В. Допустим, опять-такидля простоты, что оба вида размножаются бесполым путем, и попробуем представитьсебе, как могла происходить их эволюция. Эволюции необходимо генетическоеизменение —мутационный процесс. Мутации могут возникать при любом клеточном делении. Увида В клеточные линии вместо узкого горлышка образуют широкий фронт. Каждаяветка, отламывающаяся от материнского растения и отплывающая от него, состоитиз множества клеток. Поэтому вполне может оказаться, что две клетки дочернегорастения окажутся менее близкой родней друг другу, чем каждая из них— клеткамматеринского растения. (Под «родней» я имею в виду именно двоюродных братьев исестер, внуков и т.п. У клеток имеются четкие родословные, которые ветвятся, апоэтому такие слова, как троюродные сибсы, можно применять к клеткам без всякихоговорок.) В этом отношении вид А резко отличается от вида В. У дочернегорастения все клетки происходят от одной клетки-споры, так что все клеткиданного растения связаны друг с другом более близким родством, чем с любойклеткой другого растения.

Это различие между двумя видами имеетважные генетические последствия. Подумайте о судьбе недавно мутировавшего гена,сначала у вида В, а потом у вида А.

У вида Вновая мутация может возникнуть в любой клетке, влюбой ветви растения. Поскольку дочерние растения продуцируются путемпочкования по широкому фронту, прямые потомки мутантной клетки могут оказатьсяв дочерних и внучатых растениях вместе с немутировавшими клетками, связаннымимежду собой относительно далеким родством. В отличие от этого у вида А самыйнедавний общий предок всех клеток данного растения не старше той споры, котораяпослужила «узкогорлым» началом данного растения. Если эта спора содержаламутантный ген, то все клетки нового растения будут содержать этот мутантныйген. Если в споре этого гена не было, то не будет его и у всех других клеток. Увида А клетки в пределах данного растения генетически более однородны, чем увида В (если не учитывать возникающие время от времени обратные мутации). Увида А отдельное растение представляет собой определенную генетическую единицу,заслуживающую звания индивидуума. Растения вида В генетически менее определенныи меньше заслуживают этого звания.

Дело тут не только в терминологии. Вобстановке возникающих время от времени мутаций генетические интересы клетокодного и того же растения вида В могут не совпадать. Гену, находящемуся в одной из клеток вида B,может оказаться выгодным способствовать воспроизведению этой своей клетки. Емунеобязательно будет выгодно способствовать размножению своего «индивидуального»растения. Наличие мутационного процесса делает маловероятным, что все клеткиданного растения будут генетически идентичны, а поэтому они не станутсотрудничать в полную силу друг с другом в создании органов и новых растений.Естественный отбор будет действовать на уровне клеток, а не «растений». Вотличие от этого у вида А все клетки данного растения скорее всего будутсодержать одни и те же гены, потому что они могут различаться только по совсемнедавно возникшим мутациям. Поэтому клетки вида А будут благополучносотрудничать, создавая эффективные машины выживания. Вероятность того, чтоклетки разных растений будут содержать различные гены, у вида А выше. Ведь,собственно, клетки, прошедшие через разные узкие горлышки, могут различаться повсем мутациям, за исключением самых недавних, а это означает — по большинству. Поэтому здесьотбор будет оценивать в качестве соперников не клетки, как у вида B, арастения. Соответственно можно ожидать, что у вида А будет происходить эволюцияорганов и «изобретений», полезных растению в целом.

Между прочим (специально для тех, ктоинтересуется этим вопросом в силу своей профессии), в таких рассуждениях естьнекая аналогия с дискуссиями по проблеме группового отбора. Индивидуальныйорганизм можно представлять себе как «группу» клеток. Если бы нашелся какой-тоспособ, позволяющий повысить долю межгрупповой изменчивости до внутригрупповой,то это могло бы привести в действие некую форму группового отбора. Способразмножения вида А приводитименно к повышению этой доли, а способ размножения вида В производит прямопротивоположный эффект. Между «узким горлышком» и двумя другими идеями,составляющими основное содержание этой главы, имеются также черты сходства,которые, возможно, существенны, но которые я рассматривать не буду. Это,во-первых, идея о том, что паразиты будут кооперироваться с хозяевами, с тем,чтобы их гены переходили в следующее поколение в тех же самых репродуктивныхклетках, что и гены хозяина, протискиваясь через то же самое узкое горлышко. И,во-вторых, идея о том, что клетки тела, размножающегося половым путем,кооперируются друг с другом только вследствие скрупулезной беспристрастностимейоза.

Pages:     | 1 |   ...   | 50 | 51 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.