Онтогенез. От клетки до человека - Джейми Дейвис

Ткани-«подчиненные» могут почувствовать свою соразмерность еще одним способом – отследив свое собственное биохимическое воздействие на организм. Они могут сделать это напрямую или опосредованно за счет «переговоров» с другими типами тканей. О такой регуляции уже шла речь в связи с кровоснабжением (глава 9): рост новых кровеносных сосудов отчасти контролируется тем, насколько успешно имеющиеся сосуды обеспечивают ткани кислородом. Указания на то, что подобный метод могут использовать целые органы, были получены в экспериментах по трансплантации, в которых животному сначала удаляли какой-то орган (не из числа жизненно важных), а затем пересаживали один или несколько эмбриональных зачатков того же органа. Эти эксперименты обычно ставятся для изучения трансплантации, так что полученные сведения о контроле над размером оказались своего рода бонусом.[305] Если пересадить животному с удаленной селезенкой один зачаток селезенки плода, он вырастет до размеров нормальной селезенки.[306] Если пересадить животному несколько зачатков селезенки, то они перестанут расти, когда совокупность их индивидуальных объемов достигнет объема нормальной селезенки. Это говорит о том, что либо селезенки сами «поняли», что в организме достаточно селезеночной ткани, либо это обнаружил организм и подал сигнал маленьким селезенкам. Тем не менее это явление не носит универсального характера. Когда подобный эксперимент проводился над тимусом, каждый зачаток вырос до размеров нормального тимуса, и у животного возник избыток этих желез.[307] Таким образом, разные органы регулируют свои размеры, руководствуясь разными правилами. Это значительно усложняет проблему.

Рис. 77. Когда клетки выращиваются на маленьких квадратных «островках», клетки по краям и особенно по углам испытывают сильное механическое напряжение. Уровень пролиферации у таких клеток выше, чем у клеток посередине «островка», которые не испытывают столь сильного напряжения (рисунок основан на оригинальной микрофотографии, сделанной Селестой Нельсон и ее коллегами)

Контроль над размером и пропорциями остается малоизученной областью. В этой главе я представил выжимку того, что нам уже известно. Размеры тела в основном диктует скелет, а большинство других тканей подстраивается под него. Рост скелета регулируется гормонами роста, которые производит гипофиз, и половыми гормонами. Они действуют на самоорганизующиеся эпифизарные пластинки в развивающихся костях. Другие ткани реагируют на механическое напряжение, обусловленное ростом скелета и других тканей, и растут в соответствии с ним. Некоторые внутренние органы могут «ощущать» собственную соразмерность, отслеживая свое биохимическое воздействие на организм, но это относится не ко всем органам. Ни один из этих механизмов не предполагает, что клетки должны иметь представление об организации своей ткани. Ни чертежи, ни подробные планы действий клеткам не нужны. Все, что от них требуется, – это следовать простым командам, таким как «размножайтесь быстрее, если получаете вот такой сигнал». Размер, пропорции и симметрия тела – результат следования этим простым, слепым, локальным правилам. С этой точки зрения, организм подростка, в котором больше клеток, чем звезд в нашей галактике, использует абсолютно те же самые основные принципы контроля над развитием, что и организм крошечного эмбриона, каким он когда-то был.

Разум – не единственная обучающаяся машина, которая продолжает свое развитие в течение многих лет после рождения человека. Развитие умения взаимодействовать с полной микроорганизмов окружающей средой и обращать ее себе на пользу имеет огромное значение для поддержания здоровья человека.

Мы никогда не бываем одни. Первые девять месяцев нашей жизни мы живем в утробе матери. После рождения наш организм населяют сотни триллионов микроорганизмов, даже когда нам кажется, что мы свободны от них. Это очень много: на одну клетку человеческого тела приходится примерно десять микроорганизмов.[308] После нашей смерти эти микроорганизмы продолжают жить, питаясь нашими останками и друг другом, пока запасы не исчерпаются. Некоторые из этих микробов – всего лишь попутчики, от которых нет ни пользы, ни вреда, но многие другие имеют большое значение для работы наших внутренних органов. Они нужны нам, потому что могут выполнять биохимические трюки, недоступные человеческим клеткам.

В здоровом кишечнике содержится от одного до десяти миллиардов бактерий на грамм ткани. Эти крошечные организмы выполняют несколько важных задач. О некоторых из них я расскажу потом, а пока упомяну одну: бактерии выделяют различные ферменты, способные переваривать компоненты пищи, недоступные нашим собственным ферментам.[309] Ферменты расщепляют большие, неудобоваримые молекулы на мелкие кусочки, которые могут всасываться как слизистой оболочкой кишечника, так и бактериями. Бактерии сразу используют поглощенные молекулы и применяют полученную энергию и сырье для размножения и дальнейшего синтеза ферментов. Слизистая оболочка кишечника передает питательные вещества в близлежащие кровеносные сосуды, откуда они отправляются на переработку в печень, а затем поступают в другие части организма. Некоторые из молекул пищи, на которые действуют бактериальные ферменты, в неизменном виде были бы токсинами или канцерогенами, поэтому второй важной функцией кишечных бактерий является обеспечение безопасности пищи.[310] С другой стороны, некоторые вещества, в частности алкоголь, становятся под действием бактериальных ферментов гораздо опаснее. Бактерии перерабатывают спирт в уксусный альдегид – токсичное и, вероятно, канцерогенное вещество.[311] Некоторые кишечные бактерии образуют много витамина К, который важен для свертывания крови и роста костей. Клетки человеческого организма не могут сами производить этот витамин.[312] Некоторые бактерии также синтезируют фолиевую кислоту, дополняя ту, что мы получаем с пищей. Фолиевая кислота нужна для пролиферации клеток, а кроме того, ее достаточное количество в организме матери очень важно для смыкания нервной трубки на ранних этапах развития эмбриона (глава 5). Учитывая, что кишечные бактерии участвуют в переваривании пищи, они имеют доступ к энергии и сырью и могут быстро размножаться. Однако большая часть бактерий выводится из организма вместе с остатками пищи: примерно три пятых массы нормального стула человека составляют бактериальные клетки, как мертвые, так и живые.