В «Популярной механике» (2016, № 6) статья Р. Фишмана про гомеозисные гены, определяющие план строения организма (есть на сайте Элементы: <Гомеоз-гены>). Вообще, биология развития меня всегда интересовала: она изучает одну из самых глубоких научных проблем — процесс эмбрионального развития. К её решению нужно приближаться с двух разных сторон, как бы роя туннель навстречу друг другу, — используя абстрактно-кибернетический и химико-биологический подходы. Ведь не имея теоретической модели развития, есть опасность утонуть в море конкретных цитологических и биохимических фактов, касающихся разных аспектов этого фантастически сложного процесса.
В своей статье «Этюды о биологической памяти» (1984) <Биол. память> я выдвинул такое предположение: «в клетках имеется модель, отображающая разные уровни строения организма. С её помощью клетка определяет, как ей следует себя вести в том или ином клеточном коллективе, то есть выполнять разные «социальные» роли; в соответствии с этой моделью из одной клетки развивается целый организм». Хотя идея выглядит спекулятивной, думаю, что в ней содержится доля истины.
* * *
В 1995 г. три исследователя гомеозисных генов получили Нобелевскую премию. Я писал об этом в «Новостях науки» (ХиЖ, 1996, апрель-июнь):
Награды удостоены два американца — почетный профессор Калифорнийского технологического института Эдвард ЛЬЮИС и профессор Принстонского университета Эрик ВЕЙСХАУЗ (или ВИШАУС), а также немка Кристина НЮССЛЕЙН-ФОЛЬГАРД из Института биологии развития общества Макса Планка в Тюбингене за исследования «генной регуляции ранней стадии эмбрионального развития».
Э.Льюис, которому сейчас 77 лет, полвека назад заинтересовался теми мутациями у мушек-дрозофил, которые не приводят к остановке их развития, но вызывают его радикальное изменение. Скажем, на месте антенн (усиков) у насекомого может появиться еще одна пара ног или вместо жужжалец возникнуть лишняя пара крыльев. Такие изменения хода нормального развития у разных типов животных и растений описал еще в 1894 году У. Бэтсон, который назвал их гомеозисными (когда нечто, изменившись, приобретает сходство с чем-то другим).
Наиболее четко гомеозисные мутации проявляют себя у членистоногих (построенных из ряда сегментов), а лучше всего изучены они у насекомых. Проводя в течение нескольких десятилетий кропотливые опыты по скрещиванию мутантных особей Drosophila melanogaster, Льюис смог выявить множество точечных мутаций гомеозисных генов (Нох-генов) и определить их влияние на морфогенез. Обилие накопленного экспериментального материала позволило исследователю сформулировать важные общие выводы: во-первых, эти гены регуляторные — их продукты регулируют транскрипцию целых батарей других генов; во-вторых, Нох-гены сгруппированы в кластеры, причем последовательность их расположения в кластере соответствует порядку следования вдоль оси зародыша сегментов, судьбы которых эти гены определяют (см. «Научный комментатор» в «Химии и жизни», 1993, № 7).
Свои взгляды Льюис обнародовал в 1978 году, еще до клонирования Нох-генов. Его статья вдохновила более молодых Э. Вейсхауза и К. Нюсслейн-Фольгард, работавших тогда вместе в Европейской молекулярно-биологической лаборатории в Гейдельберге, на проведение широкомасштабного исследования с целью идентифицировать большинство генов, ответственных за раннее развитие дрозофилы. Они добавляли в корм мушкам химические мутагены, получили около 40 000 различных мутантов, которых скрещивали и наблюдали за развитием их потомства. Если оно погибало на ранних стадиях, то выявляли те родительские гены, которые ответственны за это. Так им удалось определить 139 гeнов, ключевых для процесса развития.
Область науки, лежащая на стыке генетики и эмбриологии, в формирование которой внесли основополагающий вклад новые лауреаты, сейчас бурно развивается. Установлено, что принципы организации гомеозисных генов едины у всех видов животных. Фактически есть иерархическая система переключателей, и это важно для понимания как эмбрионального развития, так и механизмов биологической эволюции. Уже давно высказывалось мнение, что образование новых видов связано не столько с мутациями структурных генов, сколько с изменением работы регуляторных. Но не было известно, что есть гены, переключающие целые программы развития, переводящие его на тот или иной путь.
Тут можно вспомнить понятие «перспективных монстров», введенное немецким биологом Р. Гольдшмидтом в 30-х годах. Он считал, что макроэволюционные изменения связаны с особыми макромутациями. Естественно предположить, что эти мутации затрагивают гомеозисные гены. (Кстати, недавно обнаружено, что мутации в Нох-генах могут приводить к появлению фенотипов с атавистическими признаками. Некоторые даже надеются воспроизвести таким способом организмы, обитавшие на нашей планете сотни лет назад.) Пример Э. Льюиса показывает, как важно для ученого иметь возможность проводить многолетние экспериментальные исследования без, так сказать, быстрой отдачи. Сейчас во всем мире такие работы все менее охотно финансируют. Как сказал английский генетик П. Лоуренс, «я уверен, что в наше время Льюис не получил бы грант для продолжения опытов».
Ещё одна идея, которая меня привлекает — аналогия между эмбриональным развитием и реализацией творческого замысла в мозгу человека. В английском генетике Энрико Коэне встретил единомышленника и ВОЛЬНО перевёл отрывки из его книги: ENRICO COEN. «The Art of Genes. How organisms make themselves». Опубликовано в ХиЖ (2005, № 11):<Коэн>.
А до этого в качестве редактора занимался статьёй нашего известного специалиста в этой области профессора биофака МГУ Льва Владимировача Белоусова «СИЛА, ЧТО ДВИЖЕТ ЗАРОДЫШЕМ» (ХиЖ, 1997, № 3): <Белоусов>. В ней он раскрывает роль в морфогенезе механических напряжений, возникающих в тканях зародыша.