Сделай Сам Свою Работу на 5

Эпилог. Очерк некоторых нерешенных проблем





Не тебе суждено закончить работу.

Но тебе не удастся уклониться от ее выполнения.

РАББИ ТАРФОН (ПРИМЕРНО 70 г.)

 

Наши знания в области биологии необычайно расширились с того времени, когда проводили свои эксперименты и предлагали новые гипотезы. Ру, Шабри и Вейсман. Отпраздновав, однако, столетие их работ, мы в еще большей степени, чем они, осознали огромную сложность процессов развития. Когда-то Спенсер сравнил науку с находящимся в океане непознанного воздушным шаром, который продолжают надувать: чем больше становится объем шара, тем большая площадь его поверхности соприкасается с областью неизвестного. Именно на поверхности шара и происходит становление разных наук.

Если судить о состоянии важнейших научных проблем по учебникам, то создается впечатление, что большая часть этих проблем уже решена. Между тем интригующая сторона современной биологии развития как раз и заключается в том, что наиболее интересные проблемы еще ждут своего решения. Более того, не существует какого-то одного конкретного пути их решения. Замечательная особенность биологии развития заключается в том, что при изучении ее проблем можно не ограничиваться каким-то одним набором видов животных, условий окружающей среды или уровней организации. Для их изучения можно использовать методы морфологии, молекулярной, клеточной и эволюционной биологии: объектом исследования может быть любой организм, обитающий на Земле. Ниже представлен лишь небольшой перечень важнейших вопросов, сгруппированных в соответствии с тремя частями книги, и заслуживающих того, чтобы уделить их рассмотрению свое время и силы.



Часть I

Не многие аспекты биологии развития подверглись столь кардинальным изменениям, как изучение оплодотворения; здесь возникли совершенно новые направления исследований. Содержит ли плазматическая мембрана яйца рецептор для спермия? Каковы молекулярные механизмы слияния спермия и яйцеклетки? Почему разные ионные каналы открываются в нужное время? Как кальций высвобождается из мембранных пузырьков и как он индуцирует слияние мембран? Какова механика миграции пронуклеусов? Как осуществляется капацитация спермия млекопитающих? Чем объясняются различия между мужским и женским пронуклеусами у млекопитающих и как возникают эти различия?



Объяснить полностью механизмы дробления также пока не удается; мы до сих пор не понимаем процессов, ответственных за положение и угол наклона митотического веретена. Неизвестен и временной механизм клеточного деления, а изучение координации между синтезом ДНК, кариокинезом, синтезом мембраны, цитокинезом и цитоскелетом еще только началось. Переход на стадию средней бластулы (midblastula transition), по-видимому, контролируется удлинением клеточного цикла, но мы не знаем, какой фактор (или факторы) регулирует изменчивость продолжительности интерфазы между митозами.

Координация гаструляционных движений на молекулярном уровне пока непонятна ни у одного организма, неизвестна и связь между клеточными делениями, гаструляцией и экспрессией генов. Механизмы направленного движения клеток во многом остаются тайной. Не разгаданы и механизмы, посредством которых эктодермальные клетки получают инструкции, побуждающие превратиться их либо в эпителиальные, либо в нервные. Проблемы развития мозга или нервной системы составляют отдельную дисциплину – нейробиологию развития, в сферу компетенции которой входят следующие вопросы: каким образом нейроны мигрируют в специфические области коры головного мозга; почему нейроны с одними клетками образуют синапсы, а с другими – нет.

Мы обсудили некоторые механизмы формирования сердца, но многие вопросы в этой области до сих пор еще остаются без ответа. Если сердце формируется на средней линии зародыша, то как оно перемещается на одну сторону тела? Как крупные кровеносные сосуды, отходящие от сердца, соеди-




 

Гилберт С. Биология развития: В 3-х т. Т. 3: Пер. с англ. – М.: Мир, 1995. – 352с.

326 эпилог

 

няются с капиллярами, образующимися в органах? Каковы механизмы, определяющие дифференцировку мезодермы? Не изучены и эволюционные аспекты многих процессов развития. Например, как возникает хорда и каковы ее изначальные функции? Недавно Беррил (Berrill, 1987) завершил 50-летнюю работу над этой проблемой, предложив гипотезы, касающиеся биомеханики и экологии низших хордовых.

Другой эволюционный аспект связан с происхождением плаценты. Один из подходов к решению этой проблемы (Renfree, 1982) заключается в изучении внезародышевых оболочек сумчатых и однопроходных, таких, как утконос. (Это яйцекладущее млекопитающее с носом, похожим на утиный, считалось «грубой австралийской мистификацией» до 1884 г., когда Колдуэлл (Caldwell) телеграфировал в Британское общество: «Однопроходное яйцекладущее, яйцо меробластическое».) Способы развития плаценты и ее функции только начинают проясняться.

Часть II

Как и в большинстве учебников, содержащих разделы по молекулярной биологии, в соответствующих главах этой книги представлены прежде всего успехи, достигнутые в этой области. И это нетрудно сделать, потому что и достижения молекулярной биологии, и энтузиазм молекулярных биологов достойны восхищения. Однако было бы ошибкой полагать, что молекулярный анализ процессов развития в основном завершен. Молекулярным биологам еще предстоит решить сложные проблемы дифференцировки и морфогенеза. Один из моих друзей однажды начал свою лекцию так: «Уотсон и Крик выполнили наиболее легкую часть задачи – разрешили проблему передачи генов. Более сложная проблема – экспрессия генов – остается нерешенной».

Молекулярный анализ развития сфокусирован главным образом на терминальных этапах дифференцировки. Так, нам уже известны цис- и транс-регуляторные элементы для небольшого числа продуктов дифференцированных клеток. Но эти белки (например, иммуноглобулины, глобины, вителлогенины) образуются на последних стадиях долгого пути развития и являются в той же мере следствием дифференцировки, в какой и ее причиной. Мы знаем, что гены легкой цепи иммуноглобулинов в В-лимфоцитах активируются специфическими транс–регуляторными белками, связывающимися с промотором и энхансером. Но мы не имеем ни малейшего представления о том, чем активируются эти регуляторные гены. Яйцо и В-лимфоцит отделяют друг от друга многие поколения клеток, перед которыми по ходу развития неоднократно вставала задача решающего выбора (внутренняя клеточная масса, а не трофобласт; гемангиобласт кровяного островка, а не фибробласт; предшественник лимфоцита, а не предшественник клеток крови; В-клетка, а не Т-клетка), и молекулярная основа этих событий почти полностью неизвестна.

Кроме того, нам до сих пор не понятны молекулярные механизмы детерминации и индукции; И если мы знаем, что у оболочников желтый серп играет важную роль в инструктировании бластомеров к дифференцировке в мышечные клетки, то ни химическая природа детерминанта, ни то, как он взаимодействует с геном, нам неизвестны. Возможность клонировать гены и выявлять их продукты открыла пути для поиска цитоплазматических детерминантов. Наиболее удобными организмами для генетического анализа процессов детерминации оказались дрозофила и крошечная нематода Caenorhabditis elegans. В обоих случаях, чтобы добиться каких-либо успехов в поисках генов, ответственных за детерминацию судьбы клеток, молекулярные биологи объединяются с биологами развития (а иногда ими становятся). Несомненно, упомянутые организмы в ближайшие годы будут использоваться для конструирования путей развития, на которых будет прослежена экспрессия генов от зиготы до формирования сложных органов. Обнаружив, что можно изменить судьбу клетки с помощью дифференциального процессинга РНК, исследователи создали новую область науки.

Однако в развитии этих двух видов индукционные взаимодействия играют лишь весьма незначительную роль. А между тем в 1987 г. были опубликованы две работы, авторы которых – Ф.Х. Уилт и Дж. Б. Гердон – призвали к изучению сложных, но эмбриологически так много значащих проблем, связанных с индукционными взаимодействиями. В обеих статьях утверждалось, что молекулярная биология достигла возраста, достаточно зрелого для того, чтобы приступить к решению действительно сложных проблем эмбриологии. Нет сомнения в том, что многие нерешенные молекулярные проблемы останутся для следующего поколения биологов развития.

Молекулярная биология потенциально способна объяснить многие явления, происходящие в процессе развития, однако существуют такие аспекты развития, которые непосредственно геномом не контролируются. Не всегда можно предсказать фенотип организма, исходя из его генотипа или генотипа его родителей. Как уже обсуждалось ранее, дифференцировка плазматических клеток направляется антигенами, присутствующими в их микроокружении; детерминация пола у рептилий контролируется температурой, а нервные связи могут быть усилены или отменены в зависимости от использования или неиспользования нейронов. У книдарий


 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.