Клеточная память и ее стирание теперь четко установлены на молекулярном уровне. Клетки личинок дрозофилы можно бесконечно долго выращивать в культуре и при этом они не теряют способность формировать взрослые структуры: если добавить к культуре соответствующий гормон, то происходит быстрая дифференцировка с образованием таких структур. Стирание гена на уровне транскрипции недавно было подробно исследовано на гене 5S-PHK шпорцевой лягушки Xenopus.

Изменения характера структуры, зависящие от развития и от среды, давно уже смущали н ставили в тупик и генетиков, и эволюционистов. Явления запрограммированности и стирания, которые теперь хорошо изучены, позволяют гораздо лучше понять эти два процесса и их взаимозависимость в становлении эволюции.

Трансформации птиц при переходе из водной среды в воздушную

Форму тела водоплавающих птиц и птиц, частично живущих на болотах, назвали "адаптацией", тем самым как бы дав ей объяснение.

Если, однако, сравнивать то, что происходит со снежинками и с водными растениями, с одной стороны, с тем, что наблюдается у водоплавающих птиц, - с другой, то это предстанет в ином свете. У растений вода способствует образованию линейных или рассеченных листьев, тогда как в воздухе обычно образуются яйцевидные или широкие листья. У водоплавающих птиц между пальцами имеются широкие перепонки, тогда как у птиц, проводящих свою жизнь преимущественно в воздушной среде, таких перепонок нет. У болотных куликов длинные ноги, обычно погруженные в воду.

Изменение формы, связанное с переходом в водную среду, это, возможно, не "адаптация", а изменение характера структуры, детерминируемое содержанием воды в среде, окружающей клетки, точно так же, как в случае растений или кристаллов снега. Оно происходит независимо от того, какие это может иметь последствия для животного или растения.

Рис. 4. Различия между птицами, обитающими в водной и в воздушной средах. А. Водоплавающий вид - змеешейка Anhinga anhinga, питающаяся рыбой; у нее большие лапы с широкими перепонками между пальцами. Б. Болотные птицы; у всех трех видов длинные ноги, обычно погруженные в воду. В. Лапы не связанной с водой глухой кукушки и околоводной олуши

Это не означает, что растения любого вида при выращивании в воде образуют рассеченные листья или что любой вид птиц или амфибий, оказавшись вынужденным жить в водной среде, изменит форму своего тела. Обнаружение в клетках хеморецепторов позволяет рассматривать это явление в иной перспективе. Клетки тела, очевидно, содержат хеморецепторы, реагирующие на воду. Существенный момент состоит в том, что некоторые растения и животные без видимых изменений своих структурных генов могут реагировать на химические компоненты таким образом, что это влечет за собой коренные изменения структур, составляющих организм

Процессы, связанные с рождением человека, сходны с трансформациями у амфибий - в обоих случаях наблюдается переход из водной среды в воздушную

Рождение ребенка - событие столь частое, что его обычно рассматривают как "естественный процесс", представляющий научный интерес, но не имеющий эволюционного значения. А между тем он сопровождается резкой сменой среды и внутренних физиологических условий. Кроме того, это изменение происходит чрезвычайно быстро, в течение времени, измеряемого в минутах или часах.

Рождение фактически представляет собой резкий переход индивидуума от жизни в воде к жизни в воздухе. Эта ситуация во многом сравнима с тем, что происходило в процессе эволюции амфибий, когда они перешли от жизни в воде к жизни в воздушной среде.

У этих двух событий имеются следующие черты сходства.

1. У млекопитающих рождение детеныша связано с переходом из жизни в воде к жизни в воздушной среде. Плод человека плавает в амниотической жидкости, состоящей главным образом из воды, а в момент рождения он внезапно оказывается в воздушной среде. Развитие амфибий сопровождается аналогичной сменой среды.

2. Головастик живет на темном илистом дне озера, а взрослая лягушка - на ярком солнечном свету у поверхности воды. Сходным образом плод человека выходит из утробы матери в ярко освещенный внешний мир.

3. У головастика имеются жабры, и он извлекает кислород из воды. У зародыша человека на ранних стадиях развития тоже есть жабры, и в течение внутриутробной жизни он получает кислород из крови матери.

4. Через несколько дней после превращения головастика в лягушку жабры рассасываются, развиваются легкие и животное переходит к потреблению атмосферного кислорода. Младенец начинает дышать легкими сразу после рождения.

5. Головастик в основном питается растительной пищей, а взрослая форма является хищником. Плод человека, находясь в матке, не использует собственный пищеварительный тракт, получая питательные вещества через плаценту. Сразу после того, как новорожденный начинает сосать молоко, его пищеварительный тракт вступает в действие.

6. Как уже говорилось, превращение головастика во взрослую лягушку направляется главным образом химическими факторами, а именно гормоном, секретируемым щитовидной железой. Недавно было установлено, что события, происходящие при рождении человека и связанные с переходом из водной среды в воздушную, также направляются гормонами - катехоламинами, главным образом адреналином и норадреналином. Детальное изучение показало, что поступление этих гормонов в кровь подготавливает младенца к переходу из одной среды в другую. Они помогают плоду перенести недостаток кислорода, возникающий при сжатии плаценты и самого плода во время сокращений матки матери. Повышение уровня этих гормонов, кроме того, способствует очищению легких и изменению их физиологии, активизируя дыхание. Они вызывают также расширение зрачков, давая младенцу возможность впервые взглянуть на окружающий его светлый мир. Такая роль этих гормонов была подтверждена экспериментами по удалению их источника, проводившимися на крысах и овцах.

Переход из водной среды в воздушную обусловливается у амфибий и у высших млекопитающих, в частности у человека, главным образом гормонами и характеризуется в этих двух группах рядом сходных особенностей, касающихся физиологии и окружающих условий. С эволюционной точки зрения важное значение имеют скорость этого перехода и его канализация химическими процессами, присущими самому организму.

Оленя можно превратить в кита с помощью химических манипуляций и ряда относительно быстрых событий.

Можно было бы думать, что далекий предок таких млекопитающих, как тюлени и киты, был близок к рыбам или амфибиям. Однако это не так. Опыты по расщеплению ДНК с помощью рестриктаз и последующая ДНК/ДНК-гибридизация, а также использование других молекулярно-биологических методов показали, что предками китов были парнокопытные, такие как олень, а предками тюленей - такие хищники, как выдра и норка.

Рис. 5. Реакция плода человека на асфиксию вызывается теми же химическими сигналами, которые действуют у морских млекопитающих при нырянии

Когда тюлень погружает голову в воду, уровень катехоламинов в крови повышается. Под действием этого гормона поступление крови в периферические сосуды уменьшается, а кровоснабжение головного мозга, сердца и надпочечников усиливается. Аналогичным образом у плода человека, лишенного кислорода, содержание в крови катехоламинов. повышается; приток крови в периферические сосуды уменьшается, а кровоснабжение головного мозга, сердца и надпочечников возрастает. Замедляется также ритм сердечных сокращений.

Предками водных млекопитающих были животные, которые обитали на суше и вели строго наземный образ жизни. Какой механизм дал им возможность вновь перейти к жизни в воде и сколь медленным был этот процесс? Если рассматривать это превращение, пользуясь понятиями случайных мутаций и абстрактного отбора, то следует признать, что оно заняло миллионы лет и было в основном косвенным результатом действия среды. Согласно же моей точке зрения, имеющихся в настоящее время данных достаточно, чтобы представить себе превращение оленя в кита или норки в тюленя следующим образом: 1) превращение шло относительно быстрыми шагами; 2) оно канализировалось внутренними механизмами; 3) химический состав среды оказывал непосредственное влияние на форму организма.

Олень и норка при рождении совершают такой же переход из водной среды в воздушную, как человек и другие млекопитающие. Они внезапно переходят от водного образа жизни в матке к жизни в воздушной среде. Как уже говорилось выше, физиологические изменения, которые претерпевают при рождении кровообращение, дыхание и функция глаз, инициируются гормонами у столь различных млекопитающих, как крысы, овцы и человек. Существенный момент здесь состоит в том, что плод млекопитающего, страдающий от недостатка воздуха, уже обладает химическим механизмом, позволяющим ему справиться с временной асфиксией. Именно такой механизм стали использовать кит и тюлень в своей новой среде, перестав быть наземными животными. И тюлень, и кит во время длительных погружений в воду вынуждены поддерживать жизнедеятельность своего организма в условиях частичной асфиксии. Таким образом, когда наземные позвоночные давали начало своим водным производным, им не пришлось создавать никаких новых механизмов: в их гормональной организации эти механизмы уже имелись.

В пользу такой интерпретации свидетельствуют данные о том, что как половозрелый тюлень, так и человеческий плод, временно оказавшись в условиях асфиксии, используют один и тот же гормональный механизм. Безотносительно к этой эволюционной проблеме Лагеркранц и Злоткин указали на сходство физиологических событий, происходящих в организмах ныряющего тюленя и рождающегося на свет младенца. В обоих случаях одни и те же гормоны оказывают одно и то же действие, с тем, чтобы сбалансировать возникающий при этом временный недостаток кислорода. У новорожденного гормоны ослабляют периферическое кровообращение и усиливают кровоснабжение головного мозга. То же самое происходит у тюленя: когда он ныряет, кровь быстрее притекает к мозгу, а кровоснабжение других частей тела уменьшается.

Ввиду того что переход из водной среды - в воздушную совершается так быстро, я склоняюсь к мысли, что сходная ситуация имела место на первых стадиях превращения оленя в кита или норки в тюленя; иными словами, вначале процесс трансформации, возможно, протекал относительно быстро, используя внутренние химические сигналы, уже давно имевшиеся у организма.

Разумеется, кит отличается от оленя не только в этом отношении. Можно возразить, что главное различие между ними касается формы тела. Тело оленя с его длинными конечностями и рогами совершенно не похоже на обтекаемое тело кита, однако, как свидетельствуют следующие данные, подобные различия не так велики, как это кажется.

Страницы: 1, 2, 3