Бесконечное число самых прекрасных форм - Шон Кэрролл Страница 25

Представьте себе на минуточку процесс развития с позиции эмбриона: какая именно работа стоит за всеми клеточными делениями и перемещениями, за созданием зародышевых листков, сегментов и частей тела. Мы только что увидели логические стадии процесса развития, но где инструкции для выполнения каждой стадии? Почему широкие полоски образуются раньше узких, а положение одних костей определяется раньше положения других? И почему одни кости длинные и тонкие, а другие короткие и толстые? Откуда гены развития знают, где и когда им следует включаться, чтобы сформировать эмбрион? Где хранятся инструкции по работе генов развития?

Чтобы ответить на эти вопросы, я вынужден сделать два опасных шага. Во-первых, в поисках аналогии я обращусь к космологии. Риск заключается в том, что я очень мало знаю об исследованиях Вселенной, но все же мне ясно, что в устройстве Вселенной и устройстве генома есть нечто общее. Во-вторых, затем мне придется соединить эту аналогию еще с одной. Оправданием для такой авторской вольности является то, что в этой главе содержится наиболее сложная, но при этом и наиболее важная в концептуальном смысле информация. Так что потерпите, пожалуйста.

На протяжении большей части своей истории астрономия имела дело только с тем, что можно было разглядеть в небе — сначала невооруженным глазом, потом — с помощью все более сложных телескопов. Как правило, мы все лучше и лучше понимаем то, что видим (образование звезд, структуру галактик и коллапсирование солнц), но совсем недавно астрономы осознали, что лишь малая доля материи Вселенной видима (то есть излучает свет или другие волны). Поведение некоторых видимых объектов, таких как галактики, определяется влиянием более обширной, невидимой "темной материи" и "темной энергии".

Аналогия с генетикой состоит в том, что на протяжении десятилетий, благодаря простоте генетического кода, мы могли видеть в геноме только "звезды" и знали, в каком месте генома закодирован тот или иной ген. Но теперь и мы осознали, что в геномах большинства животных на долю генов, которые мы видим, приходится лишь малая часть ДНК. Преобладающая часть ДНК представляет собой последовательности, в которых не закодировано никаких генов и функцию которых нельзя определить просто путем прочтения их нуклеотидной последовательности. Это "темная материя" генома. Точно так же, как темная материя во Вселенной управляет поведением видимых тел, так и темная материя генома контролирует время и место использования конкретных генов.

Эта глава целиком посвящена темной материи в ДНК, а также тому, как она дает инструкции для работы генов развития, обеспечивающие разметку и формирование частей тела. Эти инструкции встроены в темную материю ДНК в виде генных переключателей (моя вторая аналогия). Возможно, раньше вы никогда о них не слышали. Ни в научной среде, ни в прессе они не вызвали того интереса, которого заслуживают. Но дело, скорее всего, не в их значении, а в том, как трудно их обнаружить и понять, как они работают. Лишь сравнительно недавно молекулярные биологи смогли заглянуть в темноту и исследовать расположение и функции переключателей. Самое удивительное и важное свойство генных переключателей — это способность контролировать наиболее тонкие моменты в работе отдельных генов развития. Анатомия тел животных в буквальном смысле закодирована и выстраивается — кусочек за кусочком, полоска за полоской, косточка за косточкой — созвездиями переключателей, распределенными по всему геному.

Переключатели — главные действующие лица в обоих обсуждаемых нами процессах, в развитии и в эволюции. Именно переключатели создают удивительные картины экспрессии генов, о которых мы говорили в предыдущей главе. Переключатели содержат уникальные для каждого вида животного инструкции, позволяющие создавать разных животных с помощью одного и того же набора генов развития. Недаром эти "горячие точки" эволюции так восхищали Киплинга — ведь именно переключатели создали пятна, полосы, горбы и прочее. Отчасти программисты, отчасти художники, эти фантастические устройства переводят географию эмбриона на язык генетических инструкций для создания трехмерной формы.