зигота проделала два цикла деления). Эта методика значительно проще и

дешевле, чем клонирование от более поздних стадий развития (как было в случае

с Долли), и она по сути воспроизводит лишь то, что иногда происходит в

природе. Именно так, но без участия экспериментатора, получаются обычные

однояйцовые близнецы: начавшая делиться зигота по разным причинам не

удерживает дочерние клетки, они расходятся и развиваются далее

самостоятельно. Получаются абсолютно идентичные дети.

Проблема клонирования решена в биологическом плане, но встали чисто

гуманитарные вопросы о допустимости клонирования человека. Шотландский ученый

Ян Вильмут, который со своими сотрудниками и проделал опыты по выращиванию

Долли (и наверное может считаться ее «крестным отцом»), высказался против

клонирования людей. В ряде стран такие эксперименты запрещены законодательно.

Но история науки и техники знает, как трудно удержать в стенах лаборатории

выдающиеся открытия. Так было с расщеплением радиоактивных материалов,

которое вылилось в гонку ядерных вооружений, так же, вероятно, будет и с

клонированием человека. Последствия пока трудно предвидеть, но это вопрос не

биологический. Это поле деятельности политиков, юристов, правозащитников,

церкви - всей мировой общественности.

Половое размножение принципиально отличается от бесполого и различных

форм клонирования тем, что в образовании нового организма участвуют два

родителя разного пола. Как уже показано в сегменте 20 и на рис. 12, первая

клетка нового организма - зигота - образуется от слияния яйцеклетки и

сперматозоида. Их ядра несут по гаплоидному (одинарному) набору хромосом, так

что ядро зиготы получает после слияния нормальный диплоидный набор. Но если при

бесполом размножении во всех поколениях копируется одна и та же комбинация

парных (аллельных) генов, то в зиготе всякий раз образуются новые комбинации из

отцовских и материнских генов.

Надо понимать важную тонкость природы генов. Как мы уже знаем, ген - это участок

молекулы ДНК, отвечающий за синтез одного вида белка. Но дело в том, что под

действием различных факторов среды гены постоянно изменяются, то есть

мутируют, и, если эти мутации не приводят к полной потере структуры и

функции кодируемого белка, такие организмы выживают, и мутация закрепляется в

потомках. Если родители не являются близкими родственниками, то как правило, у

них один и тот же ген чем-нибудь да различается, а если у них появляются дети,

то эти различия комбинируются. Так, если одна половая клетка несет полноценный

ген (исходный, или дикий, тип), а в другой этот же ген мутантный, то после

слияния хромосом в зиготе полноценный ген доминирует над мутантным (доминантный

и рецессивный гены, аллели), но если оба гена мутантные (рецессивные), причем

каждый в своей степени, то в фенотипе проявится один из них. Это будет новый

фенотипический признак, отсутствовавший у дикого предка. Кроме того, если

углубиться в процесс формирования самих половых клеток, то можно увидеть, что в

процессе мейоза (особое деление, которое и приводит от диплоидного набора

хромосом к гаплоидному) идет так называемый кроссинговер - схождение и

коньюгация одноименных (гомологичных) хромосом, разрезание нитей ДНК, их

переворот крест-накрест и сшивка в новом сочетании генов. Так что даже у одного

родителя в разных половых клетках (допустим - в двух сперматозоидах) комбинации

разнокачественных генов получаются разные. Поэтому у одной родительской пары

дети различаются по многим признакам (кроме уже упомянутых случаев однояйцовых

близнецов). Кроме того, яйцеклетка имеет большой объем цитоплазмы с

питательными веществами и некоторыми дополнительными цитоплазматическими генами

(нехромосомная ДНК ряда органоидов), которые тоже вносят свой вклад в

генетическое разнообразие потомков.

Таким образом, в результате случайного сочетания отцовских и материнских

материнского. Поэтому у людей разный цвет кожи и глаз, разная форма носа,

разные группы крови, разные предпочтения в пище (разные ферменты и рецепторы),

разные интеллектуальные способности и т. д. и т. п. На Земле нет двух

одинаковых людей, если они не однояйцовые близнецы.

Заметим, что половое размножение свойственно всем эукариотным организмам,

начиная от одноклеточных водорослей и простейших и кончая человеком. (Даже у

прокариот, у бактерий, где нет настоящей диплоидности и полового размножения,

внехромосомные гены - плазмиды - могут мигрировать от одной клетки-особи к

другой, внося генетическое разнообразие в популяцию). Те виды, которые хорошо

размножаются бесполым путем (растения, низшие беспозвоночные - см. выше), через

несколько вегетативных поколений обязательно вступают в половой процесс.

Комбинативная изменчивость особей одного вида, возникающая только при

фактор эволюции. Исключение полового размножения, переход на варианты

клонирования обедняет генетическое разнообразие и становится тормозом эволюции.

С другой стороны, бесполое размножение и клонирование позволяют тиражировать

однажды полученную генетическую комбинацию во многих поколениях, что и

используется в сельскохозяйственной практике.

СЕГМЕНТ 25. РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА

Развитие нового организма, полученного половым путем, начинается от

оплодотворенной яйцеклетки - зиготы и заканчивается смертью. В сегменте 20 мы

уже рассмотрели общую схему онтогенеза, идущего от слияния половых клеток

(см. рис. 12). Важно помнить, что в ядре зиготы содержатся два набора

хромосом от двух родителей (гибридный генотип). При клонировании в целом

выдерживается та же схема онтогенеза, с той лишь разницей, что зигота имеет

подсаженное диплоидное ядро от одного родителя.

Биологическое развитие происходит по общим диалектическим принципам

развития, которое можно наблюдать в неживой природе или в обществе. Чтобы

убедиться в этом, сопоставим стадии «развития вообще», заимствованные нами из

философского словаря, и стадии нормального онтогенеза многоклеточного

организма, например, человека.

Стадии «развития вообще»	Стадии онтогенеза человека
Подготовка предпосылок развития - внешнее движение, совершаемое пока что за пределами данной системы.	Предзародышевое развитие - образование половых клеток (гаметогенез), формирование окружающей среды будущего организма.
Возникновение - переход к внутреннему движению и возникновение системы.	Оплодотворение - слияние половых клеток, возникновение новой клетки - зиготы.
Формирование - преобразование новым процессом развития тех условий, из которых он возник.	Зародышевое развитие - эмбриогенез, построение принципиально новой многоклеточной системы.
Собственно развитие - зрелость процесса развития, его существование на своей основе.	Послезародышевое развитие - постэмбриогенез. У человека выделяют: период роста (0-20 лет), репродуктивный период (20-50 лет), период старения (после 50 лет).
Умирание - разрушение процесса развития.	Смерть - конец индивидуального развития, распад структуры.

Индивидуальное развитие системы, в том числе организма, происходит циклично

, так что восходящее развитие всякий раз сменяется нисходящим.

Восходящее развитие идет от простого, низшего (предзиготическая стадия) к

сложному, высшему (многоклеточный организм). Нисходящее - от сложного, высшего

(многоклеточный организм) к простому, низшему (бесклеточная мертвая материя).

Законы диалектики утверждают, что развитие как конечный процесс с самого начала

в скрытом виде содержит тенденции, ведущие от низшего к высшему и обратно. То

есть развитие имеет векторный, направленный характер.

Чем же задается этот вектор? Чем детерминировано (предопределено)

индивидуальное развитие? Где программа развития и как она реализуется? Как

из оплодотворенного яйца - из одной клетки - получается сложный многоклеточный

организм, в котором тканевые клетки с одинаковым набором генов (одним

генотипом) имеют разную структуру и функции (разный фенотип)? Поставленные

вопросы составляют основной научный смысл науки эмбриологии или, говоря шире,

биологии индивидуального развития. Они имеют и практическое

медико-биологическое значение, так как нарушение процессов развития приводит к

болезни и сокращает сроки полноценной жизни человека.

Чтобы сократить путь к пониманию программы развития, вспомним главную идею о

том, что развитие находится под контролем двух начал - генетического

(внутреннего) и эпигенетического (внешнего). Найдем эти начала в

развивающемся организме.

Внутренняя, генетическая программа развития заложена в ДНК

зиготы. Это генотип организма. Помним, что при размножении клеток - от

зиготы до самой последней клетки тела - ДНК каждый раз удваивается и делится

поровну, так что все клетки получают полный набор генов. В ДНК записана

информация о всех белках организма.

При этом надо иметь в виду, что существуют гены и белки двух классов:

структурные и регуляторные. Первые обеспечивают построение рабочих структур

клеток и межклеточного вещества, ферментативный катализ, транспорт и прочие

жизненно важны функции. Вторые регулируют активность первых, то есть

гены-регуляторы производят соответствующие регуляторные белки, которые

управляют активностью структурных генов. Сейчас установлено, что и среди

регуляторных генов есть взаимозависимость - одни гены активируются другими.

Таким образом, гены образуют функциональные цепи с заранее предопределенной

последовательностью включения. Работает принцип домино: продукт первого

гена активирует второй ген, продукт второго - третий и т. д. Благодаря

слаженной работе таких конвейеров контролируются тесно увязанные шаги

морфогенеза, развитие приобретает динамичный и направленный (векторный)

характер.

Однако организм - очень сложная система, чтобы ее развитие было выстроено по

простому алгоритму домино. Отдельные морфогенетические процессы часто идут

независимо и параллельно. В разных зачатках эмбриона, а потом в клетках разных

тканей эти процессы расходятся, идет дифференциация клеток по функциям. Но при

этом все клетки имеют один и тот же набор генов (!). Возникает ключевой

синтезируются разные белки и получаются разные клетки? Современная биология

развития дает ответ и на этот сложный вопрос.

Внешняя, эпигенетическая программа развития контролирует и

активация одних генов и подавление других. В итоге в дифференцированных

клетках разных органов и тканей работают не все гены, а только та их часть,

которая ответственна за данную тканевую функцию. Генетики называют этот

механизм дифференциальной экспрессией генов. Но встает новый вопрос: что

является самой первой командой к дифференциации клеток? Ведь развитие

начинается с одной клетки - зиготы.

Установлено, что в онтогенезе работают, сменяя друг друга, три системы

регуляции.

1. Эмбриональная детерминация развития на основе позиционной

информации, заложенной в яйце. В процессе роста и созревания яйцеклетки,

когда она еще находится в материнском организме, в ее цитоплазме неравномерно

откладываются различные РНК и белки-регуляторы, которые предопределяют будущий

план раннего развития и ранней дифференциации клеток. Начало этой

топологической неоднородности цитоплазмы яйца задает его полярное положение в

яичнике: одним полюсом яйцо контактирует со стенкой (отсюда идет питание),

другим обращено в просвет (здесь сосредотачиваются продукты сложных синтезов)

(рис. 17а). Таким образом, еще до начала развития генетический материал

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23