Автор: rrr3
3. Гены предопределяют развитие организма.
Конечно же гены определяют многое. Но очевидно, не все. Но суть "проблемы" не в этом, а в том, что может ли в генах быть записано все, что им приписывается, и не важно в виде "формального" описания неких алгоритмов "на все случаи жизни" или в виде пазлов.
|
|
Примерно всё это происходит так.
Развитие организма – это всегда борьба неких взаимно подавляющих процессов. На самом раннем этапе развития зародыша (когда клеток всего несколько десятков) одна из клеток становится «координатором». Это происходит чисто случайно под действием каких-то внешних факторов. Процессы превращения клеток в координатор параллельно идут во всех клетках, но в какой-то клетке он происходит быстрее, и эта клетка начинает выпускать в межклеточное пространство некий белковый агент (точнее, целый набор их), который подавляет аналогичные процессы в других клетках. Вещества, выпущенные «координатором» в межклеточное пространство, имеют градиент концентрации (вблизи координатора их концентрация выше, и чем дальше к «хвосту», тем меньше). Эти вещества присоединяются к специальным рецепторам на поверхности клеточной оболочки, в результате чего внутри клеток начинаются биохимические процессы, которые приводят к активизации одних генов в клеточном ядре и подавлению других.
Здесь ключевую роль в сегментации организма играют так называемые гомеобокс-гены (Hox-гены). Это гены-регуляторы. Они кодируют молекулы, которые включают соответствующий набор других генов, которые ведут клетку к развития в том или ином направлении. Благодаря градиенту концентрации веществ, производимых координатором, в разных клетках по длине зародыша срабатывают разные Hox-гены. В результате разные сегменты зародыша превращаются в разные части тела. Хотя у большинства животных нет чёткой сегментации как, например, у дождевого червяка, но всё равно на стадии зародыша эта сегментация есть практически у всех, и программа развития задаётся индивидуально для каждого сегмента. У человека проявлением сегментации служит, например, позвоночник, состоящий из отдельных позвонков.
Справедливости ради следует сказать, что координатор в зародыше не один. Есть клетки-координаторы более низкого уровня, которые действуют локально по тому же принципу – выпускают в межклеточной пространство соответствующие белковые агенты. Совокупность координаторов подобно спутникам GPS создаёт в зародыше «систему координат», которая однозначно определяет пути развития отдельных клеток.
Когда гены активируются, они производят много всякой дребедени. Это может быть белок, который является конструкционным материалом для построения клетки. Это может быть фактор транскрипции, который активизирует или подавляет другие гены. Это может быть катализатор, который производит другие вещества небелковой природы или катализирует какие-то другие химические реакции. Это могут быть белки, которые соединяют соседние клетки по принципу заклёпки, создавая пространственные структуры органов и тканей. И т.д., и т.д. Короче говоря, это чем-то напоминает муравейник, где матка производит рабочих муравьёв, которые делают всю чёрную работу. Только белки делают эту работу в силу своих химических свойств и соответствующей пространственной структуры. Пространственная структура важна, поскольку многие вещи в биохимии делаются по принципу «ключик-замочек», то есть соответствия и дополнительности пространственных структур фермента и, например, реагентов, реакцию которых он катализирует.
P.S. О случайности и детерминированности программы развития организма. Как я уже сказал, организм - это результат борьбы множества конкурирующих биохимических процессов. Концентрация веществ, производимых координаторами, может плавать в определённых пределах. В разультате система координат может немного сбиться и, например, седьмой шейный позвонок может подумать, что он первый грудной и на нём вырастет дополнительное ребро. То же самое с первым поясничным. Заметный процент людей имеет дополнительное ребро. То же самое, например, с количеством пальцев на конечностях.