Многие органы в нашем теле настолько замысловаты, что кажется невероятным их возникновение в результате постепенного усложнения более простых структур. Причём дело не столько во множестве элементов, сколько в их спаянности друг с другом, взаимной «притирке». Если взять классический пример такого органа — глаз, нельзя представить себе, скажем, две трети от него: недособранный глаз просто не будет работать. А на каких основаниях тогда эволюционировала структура, которая ни за что не отвечала?

Череп рыб, особенно ископаемых, устроен гораздо сложнее черепа человека. (Фото HBSS.) В подобных случаях эволюционисты обычно указывают на более простые аналоги таких «нередуцируемо сложных» структур: так, наш изощрённый глаз можно сопоставить с предельно простыми «глазами» плоских червей. В эволюции всё могло начаться со скопления светочувствительных клеток на поверхности кожи, которые потом образовали «впячивание», аналог глазного бокала, и следом шло развитие глазной камеры. Причём первые «глаза» были вполне функциональны, то есть могли отличать по крайней мере свет от тени. Развитие всё же имело место, и оно заключалось в постепенном прибавлении генов, клеток и тканей.

Американские учёные из центра NESCent (National Evolutionary Synthesis Center) предложили альтернативную версию того, как могли развиваться сложные структуры. Их модель полностью противоположна описанной выше, то есть эволюционное движение шло не по пути усложнения, а по пути упрощения. Свою гипотезу они подтверждают математической моделью, описанной в журнале Evolutionary Biology. Модель оперировала скоплением клеток, в котором происходила передача наследственной информации, её перемешивание в результате рекомбинации, мутационные процессы и т. д. Кроме того, клетки должны были выполнять некую функцию. Чем эффективнее они делали свою работу, тем выше была вероятность воспроизводства, появления следующего поколения. При этом клетки в виртуальной популяции были разного рода — условно говоря, белые и чёрные.

Поначалу способ организации клеток был довольно сложен: белые и чёрные сочетались друг с другом весьма хитроумным способом. Но через несколько поколений обнаружилось, что «клеточная» структура заметно упростилась. То есть задача, которая стояла перед комплексом клеток, заставляла их в каждом поколении искать более простые пути взаимодействия, чтобы с помощью эффективной работы получить право оставить потомство.

Похожие вещи, по словам учёных, можно наблюдать и в природе. Например, череп позвоночных развивался явно по пути упрощения. Если череп ископаемых рыб напоминал костяную головоломку, то впоследствии и число костей уменьшилось, и их соединения упростились. Особенно это заметно при переходе между классами, то есть от рыб к амфибиям, от амфибий к рептилиям и т. д. В одних случаях кости просто исчезали, а в других — срастались в одну.

Поэтому вполне возможно, что такие сложные структуры, как глаз или бактериальный жгутик, в прошлом выглядели ещё сложнее, а то, что мы видим сейчас, есть лишь более простые и эффективные версии первоначальной конструкции. Но чтобы эта гипотеза подтвердила своё право на существование, придётся найти больше подобных примеров, а также убедиться, что процессы упрощения соответствуют реальным эволюционным срокам.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА

Распределением органов по левой и правой сторонам организма занимается тубулиновый цитоскелет, причём программа асимметрии запускается едва ли не сразу после оплодотворения.

При индивидуальном развитии зародыша каждый орган занимает своё место: сердце, например, становится слева, печень — справа, и т. д. Но что определяет расстановку органов, какие механизмы за неё отвечают, до сих пор толком известно не было. Предполагалось, что ведущую роль в этом играют реснички — волосковидные выросты на поверхности эукариотических клеток. Якобы биение этих ресничек создаёт в развивающемся эмбрионе токи жидкости, по которым эмбрион и может понять, грубо говоря, где у него «право», а где «лево».

Но у многих видов право-левая асимметрия получается безо всяких ресничек. Исследователи из Университет Тафтса (США) утверждают, что вместо ресничек здесь задействован тубулин, один из главных белков цитоскелета. С одной стороны, известно, что мутации в тубулине влияют на асимметрию растения Arabidopsis thaliana, с другой — есть сведения об участии каких-то элементов цитоскелета в формировании двусторонней симметрии у животных. Словом, у исследователей были все основания заняться тубулином вплотную. Мутантный тубулин, который вызывал нарушения в строении у A. thaliana, вводили эмбрионам лягушки. Внешне такие эмбрионы получались нормальными, но все внутренние органы у них располагались относительно оси симметрии совершено случайным образом.

Такие же эксперименты проводились с нематодами — и у червей в ответ нарушилась упорядоченность нервной системы. Похожий эффект был и в культуре человеческих клеток: внутреннее устройство клеток подчинено хиральности, которая нарушалась из-за мутантного тубулина. В статье, опубликованной в журнале PNAS, её авторы делают вывод, что цитоскелет контролирует симметричное и асимметричное расположение органов едва ли не у всех живых организмов и что такой тубулиновый механизм возник в незапамятные времена, ещё до разделения растений и животных.

При этом исследователи отмечают, что эффект от мутантного тубулина проявлялся только тогда, когда его вводили сразу же после оплодотворения. Если клетка хотя бы раз успевала разделиться, её правильной асимметрии ничего не угрожало. То есть цитоскелет, по-видимому, программирует расположение органов на самых ранних этапах развития эмбриона, за несколько часов до возникновения ресничек.

Итак, удалось установить, что тубулин играет ведущую роль в распределении молекул между левой и правой сторонами эмбриона. Фундаментальный смысл работы очевиден, но не стоит забывать и о том, что некоторые аномалии индивидуального развития связаны как раз с нарушениями в тканевой организации органов, когда клетки разных тканей вдруг становятся не на своё место.

Источник: КОМПЬЮЛЕНТА