клетки и в каком количестве нужно сохранить.
Ярчайший пример такого перепроизводства клеток – формирование популяции моторных нейронов развивающегося спинного мозга. (Моторные нейроны иннервируют мышцы стенки туловища и конечностей, отвечая за их движение.) Давайте рассмотрим общий принцип этого явления на примере рук. При нормальном развитии в области спинного мозга, управляющей руками, производится гораздо больше моторных нейронов, чем требуется взрослому организму.[251],[252] От этих моторных нейронов в развивающиеся конечности отходят аксоны, которые должны вступить в контакт с волокнами развивающихся мышц. Через некоторое время происходит всплеск избирательной гибели клеток, и численность моторных нейронов значительно снижается.
Первые проблески понимания того, что же управляет избирательной гибелью клеток, пришло в ходе экспериментов, [253],[254],[255] в которых один зачаток передней конечности (крыла) куриного эмбриона удаляли, а другой оставляли на месте. Сначала по обе стороны спинного мозга образовывалось, как и следует, очень много моторных нейронов. После всплеска избирательной гибели клеток на стороне спинного мозга, связанной с развивающейся конечностью, погибало нормальное, относительно небольшое количество мотонейронов, а с той стороны, где конечности не было, наблюдалась массовая гибель мотонейронов. Этот классический эксперимент показал, что «решение» моторного нейрона (жить ему или умереть) зависит от того, удалось ли его аксону найти мышцу, к которой можно подключиться. Этот предварительный вывод был в дальнейшем подтвержден экспериментом по имплантации дополнительной конечности с одной стороны тела. Такая имплантация значительно снижала уровень гибели мотонейронов, как если бы им было нужно иннервировать мышцы двух конечностей.
Рис. 70. Роль гибели клеток в исчезновении перепонок между пальцами. Слева показана схема развития нормальной утиной лапы: гибель клеток между пальцами в зачатке конечности незначительна, перепонки сохраняются. На схеме посередине показано развитие нормальной куриной лапы: избирательная гибель клеток между пальцами сильно выражена (как и в случае человеческой руки), и образуются конечности без перепонок. Схема справа показывает результаты эксперимента, в котором сигналы, в норме вызывающие избирательную гибель клеток в конечности цыпленка, были ингибированы. Образовавшаяся конечность похожа на утиную. Это позволяет предполагать, что избирательная гибель клеток имеет принципиальное значение для исчезновения перепонок. Я говорю «предполагать», а не «считать доказанным», так как нельзя полностью исключать, что метод, используемый для ингибирования сигналов, также влияет на какой-то иной, пока неизвестный процесс в конечности. «Неизвестные неизвестности», как метко окрестил это явление Дональд Рамсфелд, – вечная проблема, возникающая при интерпретации биологических экспериментов
Когда ученые поняли, что при изменении количества мышц может изменяться число погибающих мотонейронов, а некоторые мотонейроны гибнут даже при нормальном развитии, они предположили, что мышц всегда немного меньше, чем мотонейронов. Тщательный биохимический анализ развивающихся мышц показал, что они производят факторы выживания нейронов в очень ограниченном количестве.[256] На ранних стадиях развития мотонейроны могут обходиться без этих факторов, но затем впадают в зависимость от них. Самоубийственный потенциал заложен в клетках изначально, и только сигналы от факторов выживания не дают привести его в исполнение. Мышцы рук нормального эмбриона производят недостаточно факторов выживания, чтобы сохранить все мотонейроны, и только клетки, образовавшие наилучшие соединения с мышцами, получают его в нужном количестве. Другие клетки получают слишком слабый сигнал, недостаточный для сдерживания «тяги к самоубийству». Поэтому такие клетки самоуничтожаются. Таким образом, многочисленные клетки конкурируют друг с другом за факторы выживания, и выживают лишь те, которым удалось создать оптимальное соединение с источниками этих факторов.
Перепроизводство клеток с последующим выбором лучших напоминает перепроизводство молодых животных с последующим отбором наиболее приспособленных (основной принцип естественного отбора, лежащий в основе дарвиновской теории эволюции).[257] Параллель неточная, но обе системы действительно предоставляют способ выбрать «наиболее приспособленные» единицы, обладающие случайной изменчивостью. В случае дарвиновской эволюции изменчивость выражается в разных комбинациях генов, которые несут конкурирующие между собой молодые особи. Изменчивость мотонейронов эмбриона в основном выражается в том, насколько точно их аксоны находят путь к цели. В обоих случаях наиболее приспособленные выживают, а остальные погибают. Благодаря такой организации процесса отпадает необходимость в сверхточном программировании пути движения аксонов, а также повышается устойчивость эмбриона к сбоям в работе системы.
Принцип конкуренции клеток за поступающие от цели сигналы выживания не ограничивается мотонейронами спинного мозга. Он также проявляется в сенсорной системе и во многих областях головного мозга. Самое интересное, что этот принцип проявляется не только в нервной системе. Его широкое распространение легло в основу так называемой трофической гипотезы,[258] согласно которой выживание любых клеток зависит от ограниченного количества факторов выживания, производимых другими клетками. Один из авторов этой гипотезы был настолько уверен в ее истинности, что, когда впервые рассказывал о ней на конференции, предложил внушительную премию тому, кто найдет противоречащий ей пример (оговорившись, что аномальные клетки и эмбрионы на самых ранних стадиях развития в расчет не принимаются). Премия так и осталась
