Разумеется, от набора таких инструкций мало пользы, если не обеспечено все необходимое для фактического построения желаемой структуры в соответствии с этими инструкциями. Некоторые приспособления, предусмотренные природой для этой цели, сейчас уже известны. Например, молекулы ДНК. находящиеся исключительно в ядре клетки, действуют как матрицы для образования молекул рибонуклеиновой кислоты, или РНК. Каждая молекула РНК очень сходна с той молекулой ДНК, которая контролирует ее синтез из более простых веществ, содержащихся в ядре. Полагают, что молекула РНК содержит точную копию кодированного сообщения, записанного вдоль исходной молекулы ДНК. Но химическому составу РНК слегка отличается от ДНК, но эти отличия не снижают точности записанного набора инструкций. Однако химическое отличие РНК от ДНК имеет важное значение: оно позволяет РНК выходить из ядра клетки в окружающую цитоплазму, где и происходит синтез материалов для построения организма.
В цитоплазме молекулы РНК контролируют син-тез специфических белков — ферментов. По-видимому, определенное расположение нуклеотидов (т. е. «букв» четырехбуквенного алфавита) вдоль молекулы РНК обеспечивает такое специфическое химическое взаимодействие, в силу которого из окружающего внутриклеточного материала отбираются и расставляются в надлежащем порядке ингредиенты, необходимые для построения ферментов, направляющих процессы эмбрионального развития. Эти ферменты — вещества, обладающие высокоспецифическими каталитическими свойствами, — определяют, какие именно химические реакции должны протекать в клеточных жидкостях для построения тех видов органического материала, из которых в конце концов образуются ткани, кости и кровь сформировавшегося организма.
Кратко описав, каким образом генетический материал контролирует процессы эмбрионального развития мы. конечно, о многом не сказали. Например, один из очевидных недостатков нашего изложения состоит в том, что оно не дает никакого объяснения важнейшему явлению клеточной дифференцировки. Если все ядра во всех клетках содержат одну и ту же полную инструкцию для всего организма, то почему в результате описанных процессов все ферменты, зашифрованные кодом ДНК — РНК, не образуются всегда и везде таким образом, чтобы получилась масса однотипных, недифференцированных клеток? Очевидно, должны существовать механизмы, избирающие ту или иную часть генов, управляющих синтезом ферментов. Первые шаги в выяснении этих механизмов уже сделаны Джемсом Боннером и его сотрудниками в Калифорнийском технологическом институте.
Эта группа исследователей установила, что гистон — белок, входящий в состав хромосом, — тормозит контролируемый ДИК синтез РНК в ядре. В лабораторных экспериментах оказалось возможным регулировать скорость образования РНК, добавляя или не добавляя этот белок. Известно также, что изменения содержания гистона в клетках иногда бывают связаны с важными изменениями в обмене веществ. Оказалось, что опухолевые клетки, по крайней мере в некоторых случаях, отличаются ненормально низкой концентрацией гистона, тормозящего рост [4]. Есть также данные о том, что переходу растения из вегетативной фазы в фазу цветения предшествует резкое уменьшение содержания гистона в клетках, участвующих в формировании цветка [9]. На основании этих наблюдений, а также того, что, как выяснилось, гистон оказывает свое действие путем подавления синтеза РНК в клеточных ядрах, Боннер выдвинул очень интересную гипотезу. Он предположил, что гистон может иметь весьма разнообразную структуру и каждая из его форм специфически подавляет функцию определенной молекулы ДНК как матрицы для синтеза РНК. В этом случае можно было бы представить себе, что какой-то программирующий механизм, пока еще не выясненный, регулирует количество гистона различных типов и тем самым избирательно включает и выключает действие тех или иных молекул ДНК в генном материале. Этим в свою очередь регулируется синтез различных видов молекул РНК, а через них — и синтез различных ферментных белков, вырабатываемых в цитоплазме. Таким образом, возможно, что развитие клеток направляется по разным путям в зависимости от их местоположения в организме и от интенсивности процессов роста в разные моменты времени.