Танец жизни. Новая наука о том, как клетка становится человеком

Зерницка-Гетц Магдалена

Во-первых, нет никаких строительных планов. Как нет и архитектурного проекта, чертежей или рисунков. Инструкций тоже нет, но если бы они были и работали как двадцать тысяч генов, используемых для постройки нашего организма, то между ними и финальным обликом дома не было бы прямой связи, как нет ее между рецептом и внешним видом пирога.

Во-вторых, нет проектного менеджера или прораба, который бы руководил процессом. Нет никаких рабочих. Нет даже намека на молотки, мастерки или малярные кисточки. Потому что этот дом — самоорганизующийся, и все его компоненты вместе отвечают за свое строительство.

Если

мысль о компонентах, несущих коллективную ответственность за свою сборку, не выглядит достаточно странной, как насчет того, что все начинается с единственного кирпича, который трансформируется во всевозможные типы строительных материалов, от дерева до металла, стекла и пластика.

Это автономное строительство должно длиться девять месяцев — не больше и не меньше. Сроки и координация во времени имеют решающее значение, однако под рукой нет ни часов, ни хронометра. К концу первых семи дней один тип строительного элемента превращается в три базовых типа, поскольку молекулярная структура самоорганизуется различными путями. Через неделю наш дом-эмбрион начнет возводить собственный фундамент, зарываясь в землю (в реальности — в стенку матки), где присоединится к местной инфраструктуре.

На этой стадии эмбриональный дом совсем не похож на готовое здание. Некоторые типы его строительных компонентов самоликвидируются, возможно, выполнив свое предназначение, пока другие трансформируются во множество разных типов. Это своего рода автооригами, элементы которого формируются и упорядочиваются в зависимости от индивидуальных обстоятельств. В отличие от строящегося дома, вся конструкция находится в рабочем состоянии (иными словами, остается живой) от начала и до конца строительства.

Короче говоря, способ, которым организм создает самого себя, является своеобразным, странным и совершенно ни на что не похожим.

Моя наука

Моя попытка понять истоки нашего появления сосредоточена не на эволюционной истории, а на индивидуальной жизни, начиная с момента, когда сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку, и этот альянс приступает к делению. Долгие годы я мечтала проследить путь каждой клетки живого эмбриона, со дня ее рождения и во всех сложных подробностях ее жизни, пока она не определится или не умрет, как делают некоторые клетки, словно освобождая место для других, чтобы те смогли преуспеть.

В своей лаборатории мы фокусируемся на самом начале жизни. Мы наблюдаем, как яйцеклетка оплодотворяется и делится, создавая сообщество клеток, которые меняют форму, дробятся, перемещаются в новых направлениях и коммуницируют друг с другом при помощи химических и механических сигналов. Чтобы разобраться в путешествиях каждой клетки и в том, как она согласовывает свои действия с окружающими ее клетками для создания организма и новой жизни, мы пользуемся специальными методами, раскрывающими невидимый мир эмбриона.

Когда мы еще не могли снимать эмбриогенез на пленку, как делаем сейчас, мы придумали способ «покраски» клеток специальными красителями, способ маркировки микроскопическими гранулами, превращающими клетки в мерцающие разноцветные точки, что помогло отличить их друг от друга и проследить путь каждой клетки в процессе создания эмбриона. Сегодня для идентификации клеток можно использовать молекулярные маркеры

и анализировать работу клеток вплоть до уровня генов, белков и других молекулярных компонентов. Мы пытаемся определить, каким образом эмбрион строит самого себя, чтобы однажды понять механизм создания организма и появления дефектов развития и в итоге разработать корректирующие меры для восстановления функций.

Во время первой стадии развития крошечное семейство клеток из шаровидной массы внешне похожих элементов превращается в структуру с оформленными передней, задней, верхней и нижней частями. Происходящие процессы имеют фундаментальное значение, хотя это только начало жизни. Уже различимы все механизмы, которые будут определять развитие тела и разума.

Пока моя команда сосредоточена на исследованиях первых глав истории новой жизни, многие другие ученые занимаются изучением последующих. Например, всего за два месяца сердце приобретает характерную четырехкамерную форму [3]. Приблизительно через пять месяцев вся группа клеток приходит в движение.

Во время третьего триместра поверхность коры головного мозга значительно увеличивается и образует складки [4]. К семи месяцам плод может обрабатывать сенсорную информацию, например звуки [5]. К девяти месяцам эта группа клеток становится настолько разнообразной, большой и замысловатой, что начинает самостоятельно дышать, войдя в мир незнакомых звуков, яркого света и сильных ощущений.

У взрослого организма речь идет уже о десятках триллионов клеток размером в одну сотую миллиметра в поперечнике [6]. Если бы каждая клетка была размером с человека, то длина тела взрослого от головы до пят составляла бы пару сотен миль. Если смотреть на это с позиции оплодотворенной яйцеклетки (быть может, самой важной из всех клеток), то хореография, ведущая к формированию огромной и замысловатой группы клеток, просто изумительна. Как все эти безмозглые клетки согласовали свои действия и создали разумное существо?

Моя мотивация к изучению начала клеточной одиссеи в основном вызвана чистым любопытством, типичным для всех ученых, страстным желанием понять механизм нашего появления и тот экстраординарный способ, которым мы строим самих себя. Кроме этого, меня вдохновляет и то, что эти знания позволят разработать новые методы диагностики и лечения, способные решить реальные проблемы людей. Я уверена, что наша суть определяется не полом, а тем, какой след мы оставляем в этом мире. Но я не только ученый, а еще женщина и мать, поэтому не понаслышке знаю, что нам нужны более глубокие и обширные знания о подробностях индивидуального развития человека.

Границы истории сотворения

До сих пор мы рассматривали создание новой жизни с человеческой точки зрения, когда ученые вроде меня изо всех сил стараются объяснить поведение клеток в развивающемся эмбрионе, чтобы врачи могли помочь бесплодным парам иметь ребенка, а также понять механизм многих расстройств и придумать методы лечения.

Но танец жизни помещается в гораздо более широкий контекст, где видны фундаментальные основы хореографии живого существа — занимаемое им пространство и время, структурные элементы, реакции на переданную через поколения информацию, а также появление и потеря симметрии для придания формы.