О миграциях клеток тела в ходе развития организма ученые знали уже достаточно давно, но о том, как путешествующие клетки находят дорогу к месту работы, выяснить было непросто. Проще всего было предположить, что клетки находят дорогу по «запаху». Однако доказать, что именно запах помогает им найти дорогу, крайне трудно. Такая возможность бесспорно доказана лишь в одном–единственном случае: так находят дорогу клетки–предшественники лимфоцитов, белых клеток крови, из костного мозга, где они образуются, в вил очковую железу – тимус, находящуюся у нас между трахеей и грудиной.
Конечно, клетки крови не обладают обонянием. Речь идет о химической чувствительности клеток, об их способности реагировать на определенные химические вещества. Чтобы доказать, что незрелые клетки костного мозга активно разыскивают вилочковую железу, их помещали на границе двух крохотных камер. Если в обеих камерах была плазма крови, клетки костного мозга так и оставались там, куда их помещали. Иначе вели себя эти клетки, когда в одной из камер оказывалась жидкость, взятая из вилочковой железы. Тогда клетки перебирались в эту камеру.
image class="underline" href="#image54.png"
Тимус: А – расположение в организме человека; Б – строение на поперечном срезе
Как происходит поиск нужного органа? Почувствовав присутствие нужного вещества, клетки начинают передвигаться в его сторону, а попав туда, начинают двигаться в ту сторону, где его концентрация выше, пока не обнаружат орган, из которого оно выделяется, и проникают в него. Попав в вил очковую железу, клетки–предшественники лимфоцитов проходят там «специализацию», превращаясь в Т–лимфоциты, которые играют важную роль в формировании иммунитета.
Кто отдает приказы?
Представьте себе станок–автомат для изготовления гвоздей. Что нужно для того, чтобы он приступил к их изготовлению? Во–первых, металл – чтобы было из чего делать гвозди. Во–вторых, электроэнергия – чтобы станок мог работать. А в–третьих... нужно включить станок.
А кто «включает» процесс дифференцировки клеток?
Каждая клетка любого организма имеет полный объем информации о том, как устроен организм, в котором она находится, а также о том, какие функции и каким образом должны выполнять клетки данного организма. Действительно, клетки умеют делать то, что им положено, но кто–то должен им дать команду. Оказывается, команду дают клетки–соседи из тех, кто появился раньше и успел сформироваться.
image class="underline" href="#image55.png"
Развитие нервной трубки зародыша амфибии
Вы уже знаете, что у зародыша довольно рано формируется нервная трубка. Затем на ее переднем конце возникает утолщение – зачаток головного мозга, а чуть позже по бокам этого зачатка возникают глазные пузырьки, зачатки будущих глаз.
Всё, что в глазу непосредственно относится к восприятию света, создается клетками нервной трубки, но создать глазодвигательные мышцы, глазной хрусталик и роговицу, тем более веки и ресницы, клетки нервной трубки не могут. Обязанность создать хрусталик и роговицу возложена на клетки верхнего слоя зародыша, его эктодерму. Естественно, эктодермальные клетки сами решить, когда им надо заняться этой работой, не могут и ждут указаний. Они получают их от глазного пузырька. Создание хрусталика начинается, когда глазные пузырьки подрастут и приблизятся к эктодерме зародыша. Пузырьки и дают команду начать строительство хрусталиков.
Если один из глазных пузырьков удалить, будьте уверены, ни глаз, ни хрусталик на той стороне головы у зародыша лягушки не вырастет. Другое дело, если пересадить глазной пузырек на новое место, скажем, на шею будущего зародыша, – такие операции у них легко удаются, хрусталик будет создан. Сначала клетки оболочки зародыша станут впячиваться внутрь. Затем они замкнутся в пузырек и отшнуруются от образовавших их клеток. Этот крохотный пузырек станет зачатком хрусталика. Позже клетки наружной оболочки зародыша создадут над хрусталиком роговицу.
image class="underline" href="#image56.png"
Образование зачатка глаза: 1 – глазной пузырек; 2 – эктодерма; 3 – зачаток хрусталика; 4 – формирующаяся сетчатка; 5 – формирующаяся роговица
Итак, порядок работ на этом участке строительства глаза следующий. Хорда стимулирует создание у зародыша нервной трубки. Глазные пузырьки, возникшие из нервной трубки, вступают в контакт с наружной оболочкой зародыша, заставляя ее создать хрусталик. В свою очередь хрусталик дает команду на создание роговицы.
Годятся и чужие приказы
Удивительно, но клеткам и тканям организма в их деятельности по созданию организма годятся и чужие приказы. Во всяком случае, ткани кожи охотно выполняют такие распоряжения.
Знаете ли вы, как устроена кожа высших позвоночных? Она состоит из трех слоев: наружного – эпидермиса, среднего слоя – дермы и подкожной клетчатки. Собственно кожей является дерма. Во всяком случае, так переводится это слово с греческого языка. Приставка «эпи» переводится как «на», «над». Следовательно, эпидермис – это то, что над кожей.
image class="underline" href="#image57.png"
Строение кожи: 1 – эпидермис (мертвые клетки); 2 – эпидермис (слой живых, делящихся клеток); 3 – дерма; 4 – подкожная жировая клетчатка; 5 – потовая железа; 6 – сальная железа; 7 – кровеносные сосуды; 8 – нервы; 9 – нервные «окончания» (рецепторы)
Происхождение этих кожных слоев различно. Эпидермис образуется из эктодермы, а дерма – из мезодермы. В дерме проходят тонюсенькие кровеносные и лимфатические сосуды, нервы и находятся кожные железы.
Кроме того, кожа формирует волосы, перья, ногти и когти.
Кожа цыпленка формирует три типа покровных структур: широкие перья крыла, узкие перья, которые покрывают большую часть тела курицы, и чешуйки на лапах, а, кроме того, когти. Как вы думаете, что будет, если эктодерму цыпленка, которая при контакте с хрусталиком вырабатывала роговицу глаза, пересадить на другое место к тому же цыпленку? Теперь она будет формировать перья. Мало того, если всё тот же участок эктодермы цыпленка скомбинировать с мышиной кожной мезодермой, она и в этом случае создаст перья.
image class="underline" href="#image58.png"
Конечно, реально получить такого мышонка не удастся: зародыш, «скомбинированный» из кусочков тканей разных животных, погибнет
Способность понимать и выполнять приказы таких далеких друг другу существ, как курица и мышь, свидетельствует о том, что они, хотя и очень далекие, но родственники. Мышиная ткань дает команду куриной: «Образовать покровные структуры!», и куриная ткань выполняет эту команду как умеет. Она не умеет создавать волосы. Таких генов в куриной ткани нет. Ведь птицы и млекопитающие произошли от совершенно разных групп рептилий, их предки разошлись задолго до того, как впервые в эволюции появились волосы.