Читать книгу "Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира - Крис Макманус"

знать? Мы возвращаемся к сложностям, с которыми столкнулись в главе 3, оказавшись в итоге перед проблемой Озма. До тех пор, пока нет какой-то договоренности, общего согласия, точки отсчета, чего-то видимого, невозможно сказать, какая сторона левая, а какая – правая (или восточная или западная). Удивительно, но на протяжении большей части XX века эмбриологов, похоже, не слишком занимала эта проблема. Тем не менее два определяющих эксперимента классической эмбриологии из тех, что были осуществлены в конце XIX – начале XX века, касались сердца и сторон тела.

Жизнь организма начинается с единственной клетки, возникающей в момент, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, формируя эмбрион. Клетка делится снова и снова, и в итоге возникают миллионы клеток, составляющих животное. Человеческая оплодотворенная яйцеклетка – крошечная, в диаметре около десятой доли миллиметра, она спрятана глубоко в теле матери, поэтому изучать ее затруднительно. Проще сделать это на других животных. После того как курица снесет яйцо, изучать развитие цыпленка очень просто. Одним из первых это сделал в XVII веке сэр Томас Браун, который, сняв скорлупу, увидел, «как в крошечном cicatricula – крошечном белом кольце – начинается формирование новой жизни». В конце XIX века у эмбриологов, изучавших ранние стадии развития, наибольшей популярностью пользовались амфибии – лягушки, жабы и тритоны, мечущие оплодотворенную икру в воду. Маленькая черная точка в каждой икринке – это эмбрион, а прозрачная жидкость, окружающая его, – питательные вещества, поддерживающие его жизнь до тех пор, пока он не вырастет до стадии головастика. Под микроскопом легко увидеть, как одна клетка делится надвое, потом на четыре, и наконец, на третьем этапе, делится под прямыми углами к первым двум клеткам еще на восемь и так далее (рис. 5.11). Через день-другой проступают черты головастика, с бьющимся асимметричным сердцем и витком кишечника, повернутым против часовой стрелки (рис. 5.12)[151].

В конце XIX века было очень мало известно о том, как из единственной клетки в итоге формируются различные органы взрослого организма и каким образом одни клетки образуют правую, а другие – левую сторону тела. В 1885 году зоолог Август Вейсман представил два противоположных объяснения, оба из которых на тот момент звучали правдоподобно. Согласно «мозаичной теории», в ходе деления каждой клетки делится и генетический материал. Когда клетка впервые разделяется надвое, в одной клетке содержится генетический материал для левой половины организма, а в другой – для правой. При каждом делении дочерние клетки содержат все более ограниченный набор генетического материала, пока в конечном счете в тех клетках, которые формируют печень, не окажется материал, позволяющий сформировать только клетки печени. Противоположная теория «регулирования» утверждала, что при каждом делении новые клетки получают полную копию генетического материала, а сформируется ли из клетки сердце, мозг или печень зависит от того, как клетка взаимодействует с соседями. В 1888 году Вильгельм Ру, один из основателей экспериментальной эмбриологии, описал важный опыт, свидетельствовавший в пользу мозаичной теории. Работая с лягушачьей икрой, Ру взял эмбрион на двуклеточной стадии развития, а затем убил одну из клеток, с большим трудом пронзив ее раскаленной иглой.

Рис. 5.11. Ранние стадии деления клеток эмбриона ксенопуса (Xenopus), африканской шпорцевой лягушки

Рис. 5.12. Слева – нормальный головастик, вид снизу (вентрально). На рисунке видно, что сердце смещено вправо, а кишечник закручен против часовой стрелки. Справа – головастик с situs inversus, сердце смещено влево, а кишечник закручен по часовой стрелке

Как развивался бы такой эмбрион? Согласно мозаичной теории в оставшейся живой клетке содержалась лишь половина генетической информации, и поэтому сформировалась бы только половина эмбриона; регуляционная теория, напротив, предполагала, что эмбрион будет полноценным. Результат опыта Ру выглядел достаточно ясным (рис. 5.13). Как и предполагала мозаичная теория, сформировалась только половина эмбриона.

Хотя опыт Ру казался сильным аргументом в пользу мозаичной теории, на самом деле он был несостоятелен. Ру допустил критическую ошибку, потому что рядом с живой клеткой оказалась «безжизненная половина… приклеенная к ней распадающаяся масса». Тремя годами спустя Ганс Дитрих провел более тщательный опыт, полностью разделив клетки на двуклеточной стадии, чтобы выяснить, как будет развиваться каждая из них. Результат опыта Ру предполагал, что из одной сформируется левая, а из другой правая половина эмбриона, и сам Дитрих «был убежден, что увидит эффект Ру во всех деталях». Этого не случилось. «Вопреки моим ожиданиям, все обернулось так, как и должно было: на следующее утро в чашечке была типичная целая гаструла, отличавшаяся от нормальной только малым размером». Это значило, что каждая клетка содержит полную наследственную информацию для формирования всего организма – факт, в полной мере подтвердившийся век спустя, когда целая особь, овца Долли, была клонирована из взятой у взрослой овцы единственной клетки тела, которая должна была содержать всю необходимую генетическую информацию[152].

Рис. 5.13. Опыт Ру, в ходе которого половина эмбриона была убита уколом раскаленной иглы

В результате эти эксперименты подтолкнули ученых изучить, как можно разделить клетки развивающегося эмбриона. Обычной для проведения необходимых тонких манипуляций стала техника, разработанная Гансом Шпеманом, в 1935 году ставшим первым эмбриологом, удостоенным Нобелевской премии (рис. 5.14). В 1897 году Шпеман начал серию опытов с эмбрионами саламандр. Он завязал скользящий узел на тонком волосе, взятом у своего маленького сына, а затем накидывал петлю на эмбрион и осторожно затягивал ее, либо полностью разделяя клетки, либо оставляя между ними тонкий перешеек. Во втором случае получались «сиамские близнецы», два организма, соединенные друг с другом в какой-то части тела. Особый интерес представляют те, что, как показано на рис. 5.15, были соединены хвостами, но разделены со стороны голов, причем у каждого было свое сердце.

Рис. 5.14. Ханс Шпеман (1869–1941)

Один из дипломников Шпемана, Герман Фалькенберг, использовал «метод удавки», чтобы выяснить, справа или слева окажется сердце у соединенных тритонов-близнецов. Он не дожил до публикации результатов своей работы, потому что, как и Роберт Герц, погиб на Первой мировой войне в Битве на Сомме, возглавив ночную атаку немцев 5 сентября 1916 года близ Беллуа-ан-Сантерр. В 1919 году Шпеман опубликовал результаты этих экспериментов. Они оказались поразительными и неожиданными. Хотя сердца обоих тритонов были нормальными, и у левого тритона оно почти всегда оказывалось, как обычно, слева, у правого тритона почти в половине случаев сердце было зеркальным и оказывалось не с той стороны (справа). Чем бы ни было вызвано такое отклонение, но к мозаичной теории это не имело никакого отношения, потому что в случаях, когда эмбрион разделяли надвое волосяной петлей, нормальные расположенные слева сердца развивались