другому и наблюдать за их приживлением и ростом.
Эксперимент, предложенный Хильде на тот момент Шпеманом, заключался в иссечении кусочка ткани с дальнего конца бластопора (у тритонов эквивалентного первичной полоске человека) одного из эмбрионов и трансплантации его другому эмбриону. Заметив, что слои тканей и конфигурация эмбриона зависят от клеток, прошедших через бластопор, Шпеман предположил, что ткани губы бластопора обладают особым свойством инструктировать клетки, которые мигрируют мимо них. Если это так, тогда эмбрионы с дополнительно имплантированными в них участками губы бластопора будут отличаться – чем? Избыточным количеством мезодермы и эктодермы? Фатально нарушенной геометрической структурой? Совершенно нормальным развитием? Эксперименты, проведенные ранее самим Шпеманом, давали интригующие, но противоречивые результаты. Теперь Хильде Прешельдт предстояло сделать все как надо.
В промежутке между 1921 и 1923 годами она выполнила 259 экспериментов по трансплантации. Большинство ее эмбрионов не пережило операции. Но шестеро из тех, кому это удалось, стали в ряд наиболее знаменитых персонажей биологии развития, так как каждый из них содержал заготовку не для одного, а для двух тритонов. У них были зачатки двух голов, двух хвостов, двух нервных трубок, двух наборов мышц, двух спинных струн и двух кишечников. Хильда Прешельдт создала сросшихся близнецов тритонов, ориентированных живот к животу.
Это было невероятно, но истинная красота эксперимента состояла в том, что Прешельдт использовала в качестве донора и хозяина тритонов двух различных видов. Обычный тритон, сыгравший роль донора, отличался темнопигментированными клетками, в то время как большой гребенчатый тритон, выполнявший функцию хозяина, их не имел. Стало ясно, что дополнительные органы принадлежали эмбриону хозяина, а не донора. Это означало, что трансплантированный участок губы бластопора
В течение семидесяти лет специалисты по биологии развития тщетно искали источник могущества организатора, или организационного центра. Они приблизительно знали, что ищут: молекулу, секретируемую одной клеткой, которая сообщает другой клетке, что делать, кем стать и куда направиться.
Довольно скоро выяснилось, что сила организатора заключена в небольшом участке мезодермы, расположенном прямо под губой бластопора. Идея была проста: клетки, мигрирующие через бластопор внутрь эмбриона, наивны и несведущи, но их потенциал безграничен. Шпеман по этому поводу произнес следующий афоризм: 'Мы стоим и ходим с помощью таких частей нашего тела, которые вполне могли использоваться для мыслительного процесса, если бы развивались в другой части эмбриона'. Мезодермальные клетки края бластопора были источником сигнала, который проникал внутрь эмбриона, или, если пользоваться вскорости изобретенным термином, –
Утомительно перечислять здесь многочисленные фальстарты, рассказывать о годах, потраченных на поиски организатора морфогенеза, о гекатомбах эмбрионов лягушек и тритонов, измельченных в поисках неуловимой субстанции. В итоге к 1960-м годам выросло убеждение, что проблема не имеет решения и заниматься ею не следует. 'Наука, – как однажды выразился Питер Медавар, – это искусство находить решение'. Но решения-то искусство того времени как раз и не могло предложить.
В начале 1990-х годов для решения задачи была использована технология рекомбинантной ДНК. К 1993 году был выявлен белок, который при его инъекции в эмбрионы африканских шпорцевых лягушек приводил к появлению сросшихся близнецов головастиков. Наконец-то стало возможным повторить – без грубого хирургического вмешательства – те результаты, которые Хильда Прешельдт обнародовала много лет назад. Белок особенно подходил для того, чтобы превращать необученную эктодерму в спинной или головной мозг. По странной прихоти, которая господствует в этой области биологии, белок назвали 'ноггин' ('noggin')[27]. К этому времени были разработаны такие технологии, которые позволяли увидеть, где именно в организме зародыша включаются и выключаются гены. Ген ноггина включался на дальнем конце губы бластопора, как раз в том месте, где и должен был находиться ген, кодирующий организатор морфогенеза.
Ноггин – это сигнальная молекула, то есть молекула, с помощью которой одна клетка общается с другой. У животных имеется несчетное их число. Из 30 тысяч генов человеческого генома по меньшей мере 1200, по мнению генетиков, кодируют белки, участвующие в межклеточных коммуникациях. Они образуют большие семьи родственных молекул: трансформирующие факторы роста – бета (TGF-?), хеджхоги (hedgehogs)[28], фибробластные факторы роста (FGF). Мы назвали лишь некоторые, а иные семьи содержат их больше десятка. Способ, с помощью которого они работают, может варьировать в деталях, но принцип его один и тот же. Секретируемые одной клеткой, они прикрепляются к рецепторам на поверхности других клеток и, действуя таким образом, вызывают последовательность молекулярных событий в клетке-реципиенте. Цепочка информации в конце концов достигает ядра, где батареи других генов либо активизируются, либо угнетаются, и клетка подчиняется судьбе и принимает свою идентичность.[29]
Сразу после обнаружения ноггина предполагалось, что его необыкновенные свойства заключаются в способности отличать заднюю сторону эмбриона от передней – или, точнее, в способности давать такие инструкции необученным клеткам эктодермы, чтобы они становились спинным мозгом, а не кожей. Ноггин, размышляли далее, стимулировал эктодермальные клетки к более высокой организации; без него они прозябали бы в виде жалкой кожи.
Истина, однако, намного занимательнее. Вероятность того, что клетка дифференцируется в спинной мозг, а не в кожу, зависит не от количества ноггина, который связывается с ее рецепторами, а скорее от исхода молекулярного конфликта по поводу ее судьбы. Я уже говорил, что наши геномы кодируют несметное число сигнальных молекул. Это означает, что клетки нашего организма постоянно купаются во множестве сигналов, исходящих из множества источников. Некоторые из этих сигналов всегда однозначны, другие дают противоречивые советы. Ноггин организатора может побуждать клетки эктодермы становиться нейронами, но пока он это делает, с другой стороны эмбриона другая молекула – костный морфогенетический белок 4 (BMP-4) – дает инструкции тем же клеткам становиться кожей.
Способ, которым эмбрион разрешает конфликт между этими двумя стимулами, весьма остроумен. Каждый сигнал имеет свой собственный рецептор, к которому он прикрепляется, а ноггин с его невероятной подвижностью может также присоединяться к свободным молекулам BMP-4, проникающим через межклеточное пространство, и выводить их из строя. Клетки, расположенные вблизи организатора, не только получают стимул становиться нейронами, но и испытывают тормозящее влияние, дабы не сделаться кожей. Вдали от организационного центра происходит прямо противоположное. Судьба любой клетки зависит от равновесия концентраций между двумя соревнующимися молекулами. Этот оригинальный способ – лишь один из многих подобных, работающих в процессе развития организма позвоночных, в больших или меньших масштабах, для самых разнообразных целей. Однако в данном случае речь идет о том, чтобы особь, будь то головастик или ребенок, имела бы переднюю и заднюю стороны. Некоторым образом эмбрион – это микрокосм того мира познания, в котором мы обитаем, мира сигналов, которые настойчиво побуждают нас отправиться в путешествие по тому, а не другому маршруту, пренебречь одними
