Информационное поле жизни

Картина развития организмов, или морфогенез, постоянно протекает на наших глазах. И не зря видный американский биолог Э. Синнот сказал, что "морфогенез, поскольку он связан с самой отличительной чертой живого - организацией, - это перекресток, куда сходятся все пути биологических исследований... Именно здесь, вероятно, нужно ожидать в будущем самых крупных открытий".

Какие же знаки есть на этом перекрестке? Где хранится "живой прибор", следящий за тем, как генетическая запись с химического языка переводится в реальную объемную структуру, в тело? Генетической программе в одиночку выполнить это невозможно. Да и опыты, о которых говорилось ранее, подтверждают, что не обойтись без организационного центра. Ведь в каждой клетке организма заложена одинаковая генетическая программа, в каждой клетке есть вещества, поступившие из организационного центра. А как совершается общее руководство пространственным расположением и формой клеток?

Клетки, строящие организмы, специализируются, а порой даже отмирают, чтобы получить необходимую пространственную структуру. Например, так образуются пальцы на конечностях зародыша, когда ткани между будущими пальцами гибнут, а из пластинки - зачатка кисти формируется пятипалая рука. Неведомый скульптор, ваяя живое существо, не только перераспределяет, но и даже удаляет ненужный материал, чтобы создать то, что намечено генетической программой.

Молекулярная генетика выяснила пути передачи информации от ДНК к информационной РНК, которая, в свою очередь, служит матрицей для синтеза белков из аминокислот. Сейчас интенсивно изучается влияние генов на обмен веществ в клетке и на их синтез. Но для создания пространственной структуры, скажем клубня редиски или причудливой раковины, вряд ли достаточно одних генов. Сомнения такого рода десятилетиями будоражат умы эмбриологов, людей, занимающихся пространственной дифференцировкой клеток, и в результате появилась концепция "морфогенетического поля". Смысл множества теорий эмбрионального поля сводится к тому, что вокруг эмбриона, или зародыша, присутствует особое поле, которое как бы лепит из клеточной массы органы и целые организмы.

Наиболее разработанные концепции эмбрионального поля принадлежат австрийцу П. Вейсу и советским ученым А. Г. Гурвичу и Н. К. Кольцову. По мнению Вейса и Гурвича, поле не обладает обычными физико-химическими характеристиками. А. Г. Гурвич назвал его биологическим полем. В противоположность этому Н. К. Кольцов полагал, что поле, командующее целостностью развивающегося организма, сложено обычными физическими полями.

Вейс писал, что первоначальное морфогенетическое поле действует на клеточный материал, формирует из него те или иные зачатки органов организма и что по мере развития образуются все новые и новые поля, командующие развитием органов и всего тела особи. Короче говоря, развивается поле, затем его зародыш, причем клетки организма весьма пассивны - ими руководит морфогенетическое поле. Концепция же биологического поля А. Г. Гурвича зиждется на том, что поле создается в каждой клетке организма. Однако сфера действия клеточного поля выходит за ее пределы, клеточные поля как бы сливаются в единое поле, которое меняется при пространственном перераспределении клеток.

Согласно обеим концепциям эмбриональное поле развивается так же, как и весь зародыш. Однако, по Вейсу, оно делает это самостоятельно, а по теории Гурвича - под влиянием клеток зародыша.

Но если взять за аксиому самостоятельное развитие морфогенетического поля, то наши знания не продвинутся вперед ни на шаг. Ибо, чтобы хоть как-то объяснить пространственное развитие самого морфогенетического поля, нужно вводить новые поля 2-го, 3-го порядков и так далее. Если же клетки сами строят себе морфогенетическое поле, а затем изменяются и перемещаются под его воздействием, то это поле выступает как орудие для распределения клеток в пространстве. Но как тогда объяснить форму будущего организма? Скажем, форму лютика или бегемота. К тому же, по теории Гурвича, источником векторного поля является ядро клетки и только при сложении векторов получается общее поле.

А ведь неплохо себя чувствуют организмы, у которых только одно ядро. Например, трехсантиметровая одноклеточная водоросль ацетобулярия обладает ризоидами, напоминающими корни, тонкой ножкой и зонтиком. Как одно-единственное ядро со своим полем дало такую сложную форму и как под его влиянием построилась такая сложная пространственная структура? Если у ацетобулярии отрезать ризоид, в котором содержится ядро, она не потеряет способности к регенерации. Например, если ее лишить зонтика, он снова вырастает. Где же тогда заключена пространственная память? Эксперименты с ацетобулярией убеждают, что концепция биологического поля Гурвича не применима к одноклеточным организмам.

Можно ли найти выход из создавшихся противоречий? Давайте порассуждаем. Почему эмбриональное поле непременно должно меняться при развитии организма, как и сам зародыш? Не логичнее ли думать, что поле с первых же стадий развития не меняется, а служит той матрицей, которую зародыш стремится заполнить? Но откуда взялось само поле и почему оно столь четко соответствует генетической программе, присущей данному организму?

И не стоит ли предположить, что поле, управляющее развитием, порождено взаимодействием спиральной структуры ДНК, где хранится изначальная генетическая запись, с окружающим пространством? Ведь это может дать как бы пространственную запись организма, будь то тот же лютик или бегемот. При увеличении числа клеток в ходе их деления поля, образованные воздействием ДНК на пространство, суммируются, общее поле растет, но не меняет своей пространственной организации и сохраняет присущую только данному организму структуру. Едва юный организм исчерпает наследственную программу и контуры каких-то составляющих эмбрионального поля и самого организма совпадут, рост должен прекратиться. Поле организма, спаивающее воедино все части и командующее развитием, по-моему, точнее именовать информационным индивидуальным полем. Какова же его предполагаемая природа?

По одним понятиям, это комплекс физико-химических факторов, которые образуют единое поле (Н. К. Кольцов). По мнению других исследователей, морфогенетическое поле, возможно, вбирает в себя все ныне известные физико-химические взаимодействия, но представляющие собой качественно новый уровень этих взаимодействий. А так как каждому существу присуща индивидуальность, записанная генетическим кодом, то и информационное поле сугубо индивидуально. Никого не удивляет, что ядро любой клетки организма таит в себе всю генетическую память. В ходе дифференцировки в разных органах начинает работать только та часть генетической программы, которая командует синтезом белков в данном конкретном органе или даже в отдельной клетке. А вот информационное поле, наверное, всегда целое. Иначе просто не объяснить его сохранности даже в малой части организма.

Такое предположение отнюдь не умозрительно. Чтобы показать целостность информационного поля в каждой части организма, возьмем удобные для этого живые существа.

Слизистый грибок миксомицет-диктиостелиум. У него, как мы писали, любопытный жизненный цикл. Сначала все клетки как бы рассыпаны и передвигаются по почве в виде "амеб", затем одна или несколько клеток выделяют вещество акразин, что служит сигналом "все ко мне". Амебы сползаются и образуют многоклеточный организм плазмодий, который выглядит червеобразным слизнем. Этот слизень выползает на сухое место и превращается в маленький тонконогий грибок с круглой головкой, где находятся споры. Прямо на глазах из клеток собирается сложный организм, который как бы заполняет имеющееся у него информационное поле. Ну а если наполовину сократить количество сливающихся клеток, что получится - половина грибка или целый? Так и сделали в лаборатории. Из половины "амеб" получается той же формы грибок, только вдвое меньше. Оставили 1\4 клеток, они опять слились и дали грибок со всеми присущими ему свойствами и генетически заложенными формами, только меньших размеров. Получается, что любое число клеток несет информацию о форме, которую им надо сложить, собравшись вместе. Правда, где-то предел есть, и малого количества клеток может не хватить для построения грибка. Однако, зная все это, трудно отказаться от вывода, что форма грибка заложена в информационном поле еще тогда, когда организм рассыпан на отдельные клетки. При слиянии клеток их информационные поля суммируются, но это суммирование выглядит скорее как разрастание, раздувание определенного поля.

А плоские черви планарии могут восстанавливать свой облик из 1\300 части своего тела. Если нарезать планарий бритвой на части и оставить их в покое на три недели, то клетки меняют свою специализацию и перестраиваются в целых животных. Через три недели вместо изрубленных на куски плоских червей по дну кристаллизатора ползают планарии, почти равные взрослым и едва заметные на глаз крошки. Но у всех видна головка с глазками и расставленными в стороны обонятельными ушками, все они одинаковые по форме, хотя различаются по размерам в сотни раз. Каждое существо сформировалось из разного количества клеток, но по одному "чертежу". Вот и выходит, что любой кусочек тела планарии нес целое информационное поле.

Сходные опыты я ставил и с одноклеточными организмами, с крупными, 2 миллиметра ростом, инфузориями спиростомами. Такую инфузорию можно разрезать микроскальпелем под микроскопом на 60 частей, и каждая из них снова восстанавливается в целую клетку. Инфузории растут, но не бесконечно. Клетки, достигнув положенного им размера, как бы упираются в невидимую границу. Вот эту границу и может поставить информационное поле.

Получается, что информационное поле одинаково служит одноклеточным, колониальным и многоклеточным организмам. И не стоит ли предположить, что еще до оплодотворения половые клетки несут кодовые информационные поля? А при слиянии яйцеклетки и сперматозоида объединяются и их информационные поля, давая промежуточный, или обобщенный, тип, несущий признаки отца и матери.

Клетки могут жить без ядер, но теряют способность к регенерации и самовосстановлению. Правда, отмечается иногда регенерация и при отсутствии ядра. Вспомним про ацетобулярию, у нее новый зонтик может отрасти и без ядра. Хотя регенерация зонтика у ацетобулярии при отсутствии ядра может осуществиться только 1 раз, но и этого уже достаточно, чтобы предположить невероятное - информационное поле некоторое время сохраняется вокруг клетки, даже если она лишена основного генетического материала!

Размеры живых существ закреплены генетически. Мышь-малютка и громадный слон вырастают из яйцеклеток, почти равных по размеру. Даже существа одного вида, у которых генетическая программа развития очень близка, которые легко скрещиваются, по размерам могут быть весьма различны. Сравните, например, собачку чи-хуа-хуа, которую можно засунуть в карман, и огромного дога.

Условия для организма могут быть хорошие и плохие. Организм может расти быстро или медленно, но в норме он не перерастает невидимой, генетически закрепленной границы своих размеров. Пока, кроме информационного поля, пожалуй, нельзя предположить никакого иного механизма, управляющего ростом, который точно воспроизводил бы наследственную запись в ядре любой клетки и в то же время объединял бы все клетки в единое целое.

Много труда приложили биологи, чтобы выявить причины, побуждающие клетку начать деление-митоз. Научись люди управлять этим процессом, и над злокачественными опухолями, в которых пока неудержимы клеточные деления, будет занесен меч.

Взгляните на кончик своего пальца, вы увидите папиллярные линии, характерные только для вас. При повреждении они могут быть совсем уничтожены. Однако если не образуется рубца, после регенерации папиллярный рисунок опять появится. Трудно поверить, что на такое изощренное художество способны кейлоны. А вот информационное поле вполне подошло бы для роли живописца.

Недавно я экспериментировал с эпителием хрусталика глаза лягушки. Каждый раз при травмировании хрусталика митозы появлялись в неповрежденных частях эпителия, а полоса митозов точно повторяла конфигурацию травмы. И еще одна странная особенность: площадь, ограниченная полосой митозов, не зависит от величины травмы (рис. 16, а, б). Теории раневых гормонов и кейлонов здесь ничего не объясняют. При химической регуляции площадь, охваченная митозами, зависела бы от величины травмы. И не информационное ли поле передает форму травмы?

Рис. 16. Полоса митозов повторяет конфигурацию травмы в эпителии хрусталика лягушки: а, б - митозы в эпителии при различной конфигурации травмы; 1 - центральная зона; 2 - герминативная зона; 3 - предэкваториальная зона (точки - отдельные посттравматические митозы)

Конечно, выводы делать еще рано, а дальнейшие рассуждения могут привести только к новым вопросам. Но все-таки я верю, что наступит время, когда на многое в биологии развития придется взглянуть по-другому.

Все сводится к тому, что развитием организмов и их формообразованием руководит как бы триада: генетическая программа, организационный центр и присущее только им информационное поле. Генетическая программа выступает как индекс, а организационный центр подбирает или создает свойственное данному организму поле, соответствующее индексу.