Джон Брокман - Во что мы верим, но не можем доказать - Интеллектуалы XXI века о современной науке

Около 600 миллионов лет назад, незадолго до начала Кембрийского периода, впервые появились многоклеточные животные. Я согласен с предположением Дарвина, что существовало несколько разных форм многоклеточных, – он говорил о четырех или пяти. Я считаю, что эти формы возникли в результате скрещивания между разными одноклеточными, живущими колониями. (Одноклеточные организмы часто живут в колониях, состоящих из множества похожих клеток.) Все кембрийские животные были морскими, и, как большинство современных морских животных, они выпускали яйца и сперму в воду, где и происходило оплодотворение. Яйца одного вида часто встречались со спермой другого вида, а механизмы, препятствующие скрещиванию, были еще плохо развиты. У ранних животных были небольшие геномы, и поэтому у их клеток было достаточно генетической емкости. Эти факторы часто приводили к успешному скрещиванию животных разных видов. В результате возникли «параллельные химеры». Скрещивались между собой не только первоначальные многоклеточные, но и новые животные, уже возникшие в итоге межвидового скрещивания. Это и привело к бурному развитию разных форм животных.

Скрещивания, в результате которых появились первые личинки, начались намного позже, когда в клеточных ядрах почти не было места для новых генов, и этот процесс продолжается до сих пор. У иглокожих (к этой группе относятся морские ежи и морские звезды) не было личинок ни в Кембрийский, ни в последующий Ордовикский период. Возможно, это относится и к другим основным группам животных. Я думаю, что обретение частей тела (а не личинок) с помощью скрещивания продолжалось в течение этих двух периодов, а может быть, и позже. Но геномы становились все больше и заполняли доступное пространство в ядрах клеток. Поэтому более поздние скрещивания все реже и реже приводили к изменению взрослых форм. Возможно, они приводили к возникновению личинок. Механизмы, препятствующие оплодотворению яиц спермой животных другого вида, постепенно совершенствовались. В итоге успешных скрещиваний становилось все меньше, но случайные скрещивания имеют место до сих пор.

Гибридогенез (возникновение новых организмов благодаря скрещиванию) и симбиогенез (возникновение новых организмов благодаря симбиозу) – это быстрые процессы, подразумевающие смешение видов, в то время как дарвинское «происхождение видов посредством модификации» – их постепенное разветвление. Эти формы эволюции идут параллельно, и естественный отбор оказывает влияние на ее результаты.

Я не могу доказать, что кембрийские животные обладали некоторой специфичностью и большой генетической емкостью, но это предположение имеет смысл.

Ян Уилмут – руководитель группы Отдела функционирования и развития генов Рослинского института под Эдинбургом. Лидер команды, создавшей в 1996 овцу Долли, первое животное, клонированное из взрослой клетки. Автор книги «Второе творение» (в соавторстве с Кейтом Кемпбеллом и Колином Таджем).

Я верю, что можно изменить взрослые клетки из одного фенотипа в другой.

Эту гипотезу доказывает рождение овечки Долли, первого животного, клонированного из взрослой особи (любого вида). До этого биологи считали, что механизмы, направляющие формирование различных тканей взрослого организма, настолько сложны и так жестко фиксированы, что уже необратимы. Рождение Долли доказало, что механизмы, действующие в ядре клетки, перенесенные из клетки эпителия млекопитающего, могут претерпеть обратное развитие в неоплодотворенной яйцеклетке реципиента.

Нам кажется естественным, что эмбрион, состоящий из единственной клетки, дает начало разнообразным тканям взрослого организма. Почти все взрослые клетки организма несут одну и ту же генетическую информацию. Предполагается, что различия между ними возникают в результате последовательных расхождений в функциях генов. Мы все больше узнаем о том, какие факторы способствуют этим последовательным изменениям, хотя нам почти ничего не известно об их конкретной роли. Я верю, что если мы лучше поймем эти механизмы, то сможем использовать клетки одной ткани взрослого организма для формирования другой.

Мы уже привыкли к той идее, что клетки подвергаются влиянию окружающей среды, и в лаборатории мы используем особые методы культивирования тканей, позволяющие контролировать их функции. В будущем мы научимся увеличивать активность этих «внутриклеточных» факторов – возможно, посредством прямого воздействия протеинов, используя препараты низкомолекулярных соединений, управляющие проявлениями ключевых регуляторных генов, или стимулируя их слабые и неустойчивые функции. Нам предстоит еще многое выяснить, чтобы найти оптимальный подход: например, нужно ли влиять на процесс дифференциации на ранних стадиях, направляя его определенным образом, или можно добиться «трансдифференциации» напрямую между разными типами ткани? Ответы могут быть разными, в зависимости от типа ткани, и результаты будут очень полезны для медицины. Клетки специфической ткани можно будет брать у самих пациентов для изучения генетических различий либо для их собственной терапии.