Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира - Крис Макманус Страница 33

Величественная картина эволюции от радиальной симметрии к двусторонней, а затем – к внутренней асимметрии, возможно, совершенно ясна, но очень мало говорит о механизмах, с помощью которых развивающийся организм достигает двусторонней симметрии (формируя конечности – руки и ноги) в сочетании с внутренней асимметрией, которая заметна в сердце, легких, печени и других органах. Что-то позволяет эмбрионам одновременно формировать руки, которые ничем не отличаются, и легкие, которые не походят друг на друга. Достижение двусторонней симметрии, например формирование правой и левой рук, которые в некоторой степени зеркальны по отношению к друг другу, – более простая задача.

С точки зрения генетики развития значительно проще создать нечто зеркальное – скажем, левую и правую руки, – чем не зеркальные органы – допустим, левую и правую руку, но обе с правой кистью. Важно осознать, что один и тот же набор правил ведет к развитию и левой, и правой рук. Представьте двух человек, стоящих спиной друг к другу в старой Королевской обсерватории в Гринвиче на линии меридиана, один смотрит на восток, другой – на запад. Полдень по Гринвичу, солнце точно на юге. У каждого в руках по пакету с мукой, которая высыпается на землю, когда они делают шаг, оставляя за ними белый след. Представьте, что им отдают команды:

Отойдите на два шага от меридиана, не просыпая муки.

Повернитесь и пройдите два шага на север, просыпая муку

Повернитесь и отойдите на два шага от меридиана, просыпая муку.

Поверните обратно и сделайте два шага на юг, не просыпая муку.

Пройдите еще на два шага к югу, просыпая муку.

Повернитесь и сделайте два шага к меридиану, просыпая муку.

Сделайте два последних шага к меридиану, не просыпая муку.

В итоге два человека снова окажутся вместе, лицом друг к другу. За тем, что восточнее, на земле останется след в виде большой буквы d, а за тем, что западнее, – след в виде буквы b. Один набор команд привел к зеркальным результатам. Теперь подумайте, какие нужно дать команды, чтобы оба нарисовали таким образом букву b – и к западу, и к востоку от Гринвича. Потребуется либо два набора команд для каждого человека, либо команды должны соотноситься не с гринвичским меридианом, а носить абсолютный характер («сделайте шаг на восток»). Любой вариант оказывается сложнее первого. Зеркальное отображение проще, поскольку никому из этих двоих не нужно ничего знать о правом и левом (или о востоке и западе, которые эквивалентны правому и левому); им нужно знать только свое положение относительно солнца (юга) и направление стартовой линии – меридиана.

Данные эмбриологии говорят о том, что правила, позволяющие формироваться правой и левой рукам, работают в точности так, как рассказано выше. Для трех измерений эти правила несколько сложнее, но поскольку эмбриону известны антериально-постериальная и дорсально-вентральная оси (перед-зад и верх-низ) – эквивалентные северу и югу в примере с Гринвичем – а также срединная линия – эквивалент меридиана – то формирование зеркальных по отношению друг к другу рук и ног представляет собой довольно простую задачу. Самые надежные доказательства того, что система работает именно таким образом, дали эксперименты, обычно проводимые на куриных эмбрионах, на которых под воздействием лекарств и других манипуляций можно получить все варианты дефектов, в том числе сильно деформированные конечности. При этом ни разу не сформировался организм с двумя правыми конечностями, одной слева, другой справа. Равным образом, хотя люди иногда рождаются с самыми разными и подчас ужасными искажениями конечностей, у них никогда не встречалось двух левых или двух правых рук. Может быть, «У него обе руки левые» – удачная метафора, но это ни в коей мере не эмбриологическая реальность[141].

Пример с Гринвичем – полезная аналогия для ряда аспектов биологии правой и левой сторон тела, потому что в системе правил есть определенные слабости. Старая Королевская Обсерватория взята как пример, потому что меридиан отмечен в ней прямой линией из меди, на которой туристы часто фотографируются, стоя одной ногой в Восточном, а другой в Западном полушарии. Но проделайте то же самое в нескольких сотнях метров оттуда, в Гринвичском парке. Там нет никакой прямой линии на земле. Вообразите также, что этих двух человек просят сделать не пару шагов, а пятьдесят. При повороте в сторону меридиана или от него у них нет никакой очевидной точки отсчета, никакой видимой линии. И направление на север или на юг они определяют, ориентируясь по солнцу. Наконец, поверхность земли менее ровная, и все это вместе увеличивает вероятность ошибки. Есть даже риск, что один или другой случайно окажется не со своей стороны меридиана. Задача легко выполнима в обсерватории именно потому, что линия на земле четко видна, позволяя обоим участникам перемещаться без ошибок. Медная отметка меридиана работает как срединная линия, разделяя мир на две половины. Эмбрионам также необходимо знать точное положение срединной линии. Она не так важна, если органы развиваются далеко от нее, так как мало что из важных процессов может пойти не так. Но близ срединной линии, где происходят точно скоординированные процессы, точное знание границы между правым и левым становится жизненно важным для правильного развития эмбриона. Это нечто вроде границы между Западной и Восточной Германией во времена холодной войны – отклониться на несколько сот метров не слишком важно, если ты в глубине страны, но та же ошибка на границе могла быть опасной и, возможно, даже фатальной.

Лишь в последние несколько лет контролирующая роль срединной линии в ходе развития организма стала изучаться на молекулярном уровне. Давно высказывались предположения, что срединная линия должна быть каким-то образом задана, потому что случайные, редкие, ужасающие пороки развития поражали или расположенные прямо на ней органы, такие как нос, или находящиеся близко к ней парные органы, например глаза. Циклопия, серьезнейший дефект, названный по имени одноглазого великана из гомеровской «Одиссеи», ведет к тому, что в середине головы формируется единственный глаз, иногда на стебле или хоботке. Часто это связано с другими угрожающими жизни аномалиями. Менее серьезный дефект – цебоцефалия, при которой в носу формируется лишь одна небольшая округлая ноздря, тогда как голопрозэнцефальное развитие лица и мозга столь катастрофично, что удается распознать лишь отдельные нормальные черты. Понимание этих пороков развития существенно продвинулось в 1996 году, когда выяснилось, что белок, получивший в науке странное название Sonic Hedgehog