Чтобы сообща выполнять разные задачи и давать друг другу указания, клетки как раз используют химические послания. Здесь нет начальства, никто не знает наперед, что именно он будет делать и что должно получиться в результате. В конце концов ни одной клетке заранее не показывали, что конкретно ей нужно создать. Все, что клетки делают, – это шаг за шагом выполняют поэтапно получаемые инструкции. Замысловатые формы и структуры вашего организма появляются постепенно, по мере того как клетки выполняют длинные наборы простейших указаний. Это немного напоминает складывание фигурок оригами. Нужно всего лишь сгибать лист бумаги в разных местах и направлениях, следуя четкой пошаговой инструкции. В процессе не очень понятно, что же получится, пока в руках внезапно не окажется бумажный журавлик или кораблик. Подобные невероятные вещи можно встретить в природе, когда группа животных полагается на набор простых правил. Один из таких примеров – невероятные переливающиеся узоры, которые создает в небе стая скворцов. Маленькие птички стараются не подлетать слишком близко друг к другу, но двигаются при этом в одном направлении. Получающееся в результате зрелище завораживает, создается иллюзия, будто птицы заранее договорились о таком представлении.

ИНТЕРЕСНО
Создавая органы, откуда клетки знают, где право, а где лево?


«Сделайте трубку», – услышали ваши клетки, когда начали формировать ваше сердце. Когда сердечная трубка только появляется, она расположена ровно посередине вашего симметричного тела. Ваша левая сторона – идеальное отражение правой как снаружи, так и внутри. Но так будет недолго. В следующие несколько недель сердечная трубка нарушит эту симметрию. Она примет форму сплющенной буквы S, образовав петлю и сформировав четыре камеры. Если все пойдет по плану, то получившееся сердце окажется между легкими, будет сужаться книзу и выступать влево. Другие органы тоже прочно разместятся по разные стороны тела: желудок и селезенка расположатся слева, а печень устроится справа.

ИНТЕРЕСНО
Клетки не в состоянии определить, насколько рационален полученный ими сигнал, поэтому, если команду послать не в том направлении, человек родится с генетической патологией.


Но откуда ваши клетки узнают, где право, а где лево? Как оказалось, все эти микроскопические приготовления они делают задолго до появления подобной асимметрии. Когда вы выглядели как плоская тарелка, на некоторых клетках вдоль вашего будущего позвоночника выросли тоненькие волоски под названием «реснички». Эти волоски начали быстро вращаться в одну сторону, создавая поток жидкости, направленный влево. Тем самым они в буквальном смысле слова поворачивали разговор в определенное русло. Белковые послания от клеток, расположенных по центру, шли влево. Как результат, обе стороны получали немного различные команды и развивались по-разному.

У людей с редчайшей генетической патологией под названием «синдром Картагенера» внутренние органы размещены зеркально по сравнению с их обычным положением. Так, сердце бьется справа, в то время как печень трудится слева. Подобное искажение не доставляет человеку особых проблем. Он лишь часто подхватывает респираторные инфекции и испытывает трудности с зачатием. Все дело в том, что маленькие волоски на клетках работают не так, как надо. Клетки используют реснички не только для того, чтобы направлять молекулы, пока вы находитесь еще в стадии эмбриона.

Уже в сформировавшемся организме эти волосатые клетки можно найти во многих местах, например в легких, где они избавляются от проглоченной пыли и грязи – вы их потом откашливаете. А если человек лишен подобной очистной системы, ничто не мешает бактериям обосноваться, где им вздумается, что приводит в итоге к развитию инфекции.

С подобными проблемами сталкиваются еще и курильщики, так как в результате курения волоски на клетках разрушаются. У мужчин с синдромом Картагенера, помимо прочего, нарушена и репродуктивная функция: хвостики сперматозоидов, с помощью которых они передвигаются, плохо функционируют.

Клетки не в состоянии определить, насколько полученный ими сигнал рационален, полезный он или абсолютно безумный. Поэтому, если сигнал о создании сердца послать не в том направлении, клетки с правой стороны не заподозрят ничего неладного. Они, образно говоря, глухие и слепые и взаимодействуют с миром только посредством молекул. Если им говорят: «Сердце, сердце, сделай сердце», то им ничего не остается, кроме как выполнить приказ. Но как именно молекулы определяют дальнейшую судьбу клетки?

Хотите – верьте, хотите – нет, но ответ мы можем получить у простой плодовой мушки.

Глава 8

Искусство создания плодовой мушки

ЧЕТВЕРТАЯ НЕДЕЛЯ

День 24





Четвертая неделя. Пришло время сделать шаг назад и немного вами полюбоваться. У вас получилось! Только задумайтесь! Вы больше не просто какой-то диск, похожий на блюдце. Ваши клетки блуждали, росли, крутились и теперь превратились в нечто, напоминающее забавную маленькую личинку. Вы всего несколько миллиметров в длину, и вас хорошо бы поместить под микроскоп, чтобы разглядеть, что же вы собой представляете, но у вас уже отчетливо различимы верхняя и нижняя части, а внутри формируются новые органы. Еще у вас есть пульсирующая красная сердечная трубка и расширяющаяся в вашей голове нервная трубка, а также трубка кишечника, проходящая сквозь ваше мохнатое прозрачное тело.

На все это у вас ушло всего три недели – всего ничего, а уже такие перемены. Но, с другой стороны, плодовая мушка, например, умудряется стать полностью сформировавшейся личинкой менее чем за сутки: нет смысла тянуть, когда жить тебе предстоит какие-то несколько недель. Вылупившись из яйца, эта блестящая белая личинка выползает наружу, чтобы есть и расти. Пять дней спустя ее вес увеличивается более чем в тысячу раз. Теперь личинка может спокойно превратиться в куколку, где ее клетки добавят необходимые штрихи к портрету, и… шедевр готов! Появляются глаза, усики, крылья и ножки, а дней через девять вылетает готовая плодовая мушка. Ровно столько времени у вас ушло на то, чтобы зарыться в матку вашей матери.





Для биологов плодовая мушка – нечто большее, чем надоедливый кухонный вредитель. Вот уже больше века эти насекомые помогают ученым проводить генетические исследования. Сложно придумать более подходящее подопытное существо: они маленькие, нетребовательные, живут недолго и быстро растут. Но подождите. Что же мы можем узнать, изучая эти крошечные создания? Плодовые мушки совершенно на нас не похожи. Тем не менее перед этой крошечной личинкой стоит такая же непростая задача, что и перед человеком: ей нужно создать полноценный организм, в котором все будет на своих местах. Причем, чтобы этого добиться, нам обоим необходимо проделать один и тот же трюк: разделить свое тело на сегменты.

На четвертой неделе после зачатия ваши сегменты впервые становится видно. С двух сторон спины, рядом с головой появляются два небольших бугорка, именуемых сомитами. Приблизительно час спустя появляется еще одна пара, а затем еще одна, и так далее, пока пар не станет 44 и они не будут простираться вдоль всей вашей спины. В результате на вашем позвоночнике появятся всевозможные странные штуковины – у вас сформируются плечи, ребра и таз, но предшествует всему этому повторяющаяся структура. Ваш позвоночник делится на маленькие позвонки, все одинаковой формы. Впоследствии они изменятся, подстраиваясь под свое расположение: верхние станут узкими, чтобы вы могли кивать или качать головой, нижние же, напротив, расширятся и сделаются более крепкими. Мышцы живота у нас также поделены на сегменты, что хорошо заметно на натренированном теле.

У плодовой мушки в личиночной стадии подобные сегменты тоже хорошо различимы: вдоль всего тельца можно разглядеть небольшие канавки. Позже, когда личинка превратится в мушку, у нее вырастут разные части тела в зависимости от расположения каждого сегмента. Из первого сегмента сформируется голова с глазами и усиками, а последние станут брюшком. Обычно маленькая мушка вылетает из кокона с правильно расположенными крыльями и усиками. Но иногда все идет не совсем по плану. Некоторые плодовые мушки появляются на свет с крупными волосатыми лапками, торчащими из головы вместо тоненьких усиков. У других же вырастают лишние пары крыльев либо лапки появляются в районе рта. «Что за чертовщина? – скажете вы. – Что случилось с этими крошечными созданиями?»

В 1970-х ученые почти приблизились к разгадке. Генетик Эдвард Льюис вместе с коллегами из Калифорнийского технологического института изучил гены мушек-мутантов и обнаружил, что каждая такая трансформация была вызвана повреждением одного из генов. Ученые быстро отследили все восемь генов: они все были расположены в третьей хромосоме мушки. Как это ни странно, гены в цепочке ДНК были расположены в том же порядке, что и контролируемые ими части тела. С одного конца цепочки ДНК были гены, отвечавшие за голову, а с другой – влиявшие на формирование брюшка. Гены, расположенные между ними, соответственно, отвечали за туловище мушки.

ИНТЕРЕСНО
Некоторые особи плодовой мушки появляются на свет с генетическими патологиями: лишней парой крыльев, лапками в районе рта. Причина – повреждение одного из генов.


Эти гены получили название «Hox-гены». Если их изменить, то некоторые части тела мушки окажутся не на своих местах. Возьмем, например, ген Ultrabithorax, чья задача, наряду с остальными Hox-генами, заключается в том, чтобы сообщать клеткам, что они расположены в последнем из трех сегментов туловища мушки. Без сигнала от него эти клетки будут думать, что размещены в сегменте, находящемся дальше, и в результате станут создавать те части тела, которые относятся к этому сегменту. Послушные клетки даже догадываться не будут, что на самом деле должны формировать крошечные, в форме ложки, органы равновесия, торчащие прямо за крыльями, без которых мушка не способна летать, даже если у нее вдруг появится дополнительная пара крыльев. Таким образом, Hox-гены так или иначе следят за тем, чтобы клетки в различных сегментах вели себя по-разному. Но как именно им это удается? Чем же на самом деле занимаются эти таинственные гены?

В 1980-х годах Уолтер Геринг вместе со своими коллегами из Базельского университета нашел ответ на эти вопросы. Генная инженерия стремительно развивалась, благодаря чему появилась возможность копировать определенные участки ДНК и исследовать, из чего они состоят. Буква за буквой ученые воссоздали код Hox-гена. А спустя некоторое время обнаружили строчку из 180 букв, которая подходила ко всем генам независимо от того, за формирование какого сегмента они отвечали. Ученые поняли, что ключ к пониманию работы Hox-генов именно в этой последовательности из 180 букв, которую они назвали «гомеобокс». Но разве она не попадалась им раньше? Исследователи принялись изучать свои базы данных, чтобы сравнить эти 180 символов с расшифрованными прежде генами. Постоянно натыкаясь на эту последовательность, они заметили закономерность: все гены, в которых встречались эти 180 букв, производили белки, прикрепляющиеся к ДНК. Белки же способны включать и выключать гены, и это стало известно благодаря еще одному любимчику биологов – кишечной палочке.

Мои друзья смотрят на меня с явным скептицизмом, когда я говорю им, что развожу у себя в лаборатории кишечную палочку. Эти бактерии, увы, заслужили плохую репутацию среди обывателей, а все благодаря некоторым весьма сомнительным членам их семейства, которые вызывают ужасные кишечные заболевания. Вместе с тем это крайне несправедливо, так как большинство разновидностей кишечных палочек совершенно безвредны и никогда не вызывают рвоту. Безобидные кишечные палочки обитают у вас в кишечнике с самого начала. Более того, они не пускают туда своих по-настоящему опасных собратьев. В лаборатории мы выращиваем кишечные палочки в желтой очень питательной жидкости при температуре 37°С – все, как они любят. В знак благодарности эти бактерии копируют ДНК, создавая для нас белки. Они наши крошечные биологические заводы, и без них мы как без рук.

ИНТЕРЕСНО
Безобидные кишечные палочки обитают у вас в кишечнике с самого начала. Более того, они не пускают туда своих по-настоящему опасных собратьев.


В 1960-е годы французы Жак Моно и Франсуа Жакоб изучили влияние различных питательных веществ на кишечные палочки. Они обратили внимание, что если предоставить кишечным палочкам доступ одновременно к глюкозе и лактозе, то они первым делом принимаются наворачивать глюкозу – свое излюбленное лакомство. Это как ваза со сладостями: никто не станет есть ириски и карамельки, пока там еще остались шоколадные конфеты. Бактериям гораздо проще получить энергию именно из глюкозы. Чтобы использовать лактозу, им приходится сначала разделять ее на маленькие кусочки с помощью специальных белков-ножниц, так что бактерии не заморачиваются с этим белком, пока остается хотя бы немного глюкозы. Весьма практично, но только вот как такому простому организму даются столь важные решения?

Чтобы создать белки-ножницы, расщепляющие лактозу, бактерия использует рецепт, записанный в одном из генов ее ДНК. Сначала ей нужно сделать копию этого рецепта, и затем послать ее на белковый завод. Однако Моно и Жакоб обнаружили, что бактерия производит также и другой белок, который не дает сделать эту копию. Он прицепляется к цепочке ДНК прямо напротив нужного гена, тем самым удерживая его в выключенном положении. Только после отсоединения этого мешающего белка бактерия может начать использовать данный рецепт для производства белков-ножниц. Кроме того, они обнаружили, что бактерия делает еще один белок с прямо противоположным эффектом: когда этот белок присоединяется к цепочке ДНК, то копировать нужный рецепт становится проще. Ген удерживается во включенном состоянии, и бактерия быстрее усваивает лактозу.

Итак, можно включать и выключать гены, подсоединяя к ДНК различные белки. Именно так и работают белки, производимые Hox-генами. Каждый Hox-белок подсоединяется к соответствующему участку ДНК, и – щелк! – целый набор разных генов включается или выключается.

Плодовая мушка устроена сложнее крошечной бактерии. Она состоит из нескольких разных органов, в каждом из которых находятся работающие сообща специализированные клетки. Таким образом, плодовой мушке приходится выделять довольно внушительные участки своей ДНК на то, чтобы контролировать время и место активации различных генов. У людей этот механизм еще сложнее.

Раньше ученые называли все участки ДНК, в которых не было генов, «мусорными», поскольку у них не было каких-либо явных функций.

В наши дни этот термин почти не используется, потому что ученые находят все новые и новые смыслы, запрятанные в этих таинственных и кажущихся иногда пустыми строчках ДНК.

Между генами в ДНК расположены буквенные последовательности, которые работают как генетические переключатели. Определенные белки распознают эти последовательности и помогают гену сработать в нужный момент и в нужном месте. Эти генетические переключатели можно сравнить с выключателями света у нас дома. Некоторые из них, те, что поважнее, регулируют все освещение в комнате, а другие включают и выключают только настольную лампу.

Hox-гены производят белки, которые как раз и выполняют роль главных переключателей для целых наборов генов, а также делают все необходимое, чтобы в разных сегментах вырабатывались разные белки, то есть чтобы у плодовой мушки усики выросли на голове, а крылья – на туловище.

Тут возникает важный вопрос: что все это значит для нас? Я ведь пообещала, что эта история будет о вас, а вот пишу подозрительно много о каких-то плодовых мушках. Чтобы найти наших общих предков с плодовыми мушками, нам бы пришлось вернуться более чем на полмиллиарда лет назад – нас сложно назвать близкими родственниками.

В прошлом считалось, что гены, отвечающие за формирование тела плодовой мушки, кардинально отличаются от соответствующих генов у людей. Но все буквально встало с ног на голову в 1980-е, когда ученые, начав поиски Hox-генов у животных, стали находить их повсюду. Эти гены были у червей и рыб, у лягушек и мышей.

А что насчет людей? Мы тоже оказались не исключением. Разумеется, у нас все несколько сложнее: в нашем геноме целых четыре набора Hox-генов, а не один, как у плодовых мушек. Принцип между тем остается тот же: судьба бугорков вдоль вашей спины, когда вы еще в стадии зародыша, определяется различными комбинациями Hox-генов. Они контролируют, чтобы вдоль вашего позвоночника все формировалось как надо: лопатки вверху, таз внизу, а между ними ребра.

ИНТЕРЕСНО
После полумиллиарда лет эволюции прежние гены все еще используются, только уже по-новому и в новых комбинациях.


Подобно тому, как с помощью гвоздей и молотка можно построить сарай, особняк или церковь, посредством Hox-генов создаются и плодовая мушка, и мышь, и человек. Дело не только в том, какие гены есть в наличии. Важно то, как они используются. Честно говоря, у нас с плодовыми мушками больше половины генов общие. Нашим с ними предком, может, и был какой-нибудь червяк, однако даже червю нужны гены, чтобы его голова отличалась от хвоста. После полумиллиарда лет эволюции эти гены по-прежнему используются, только уже по-новому и в новых комбинациях. Как мы с вами вскоре увидим, Hox-гены для нас далеко не единственные сувениры из прошлого.

Глава 9

Наследство из океана

ВТОРОЙ МЕСЯЦ

Пятая неделя





К началу пятой недели вы размером уже примерно с горошину. У вас крошечное прозрачное свернутое клубком тело, а голова прижата к длинному хвосту. У вас еще толком нет лица: лишь смутные очертания глаз прослеживаются по бокам головы. В жизни не подумаешь, что из вас получится человек: прямо сейчас вы похожи скорее на креветку. Еще вдоль вашей шеи появились четыре небольшие складки, разделенные глубокими морщинами, а прямо под ними бьется красный комочек вашего крохотного сердца.

Все, что ваши клетки делали вплоть до этого момента, казалось весьма логичным: они росли и объединялись, формируя основу, от которой потом можно будет отталкиваться. Теперь же такое ощущение, что они попросту начали халтурить. С какой такой стати, например, им взбрело в голову сделать этот совершенно ненужный хвост? Ведь в конечном счете он превратится в какой-то костяной обрубок, копчик, на который очень больно падать. Ни один инженер в здравом уме не стал бы создавать что-то подобное. И какой вообще смысл в этих складках на шее, которые потом пропадут? Не слишком ли они напоминают рыбьи жабры?

Однако не одни мы, люди, идем такими окольными путями в своем развитии. Если изучать эмбрионы ящерицы, курицы или слона, то обязательно наткнешься на то же самое странное создание. В начале XIX века немецкий биолог Карл Эрнст фон Бэр обратил внимание на подобные сходства, однако придумать этому логичное объяснение не смог. Тогда разгадку предложил Дарвин. В 1859 году он опубликовал свой знаменитый труд «Происхождение видов», в котором целую главу посвятил эмбрионам. Он объяснил, что загадочные сходства между эмбрионами различных видов, видимо, объясняются нашими общими корнями.

ИНТЕРЕСНО
Зачем вам хвост на этапе развития? Или складки на шее, напоминающие жабры?


У нас общая история с рыбами, саламандрами и курицами, история длиной в сотни миллионов лет. Начинается она с пустого и безжизненного мира, в океанских глубинах которого вот-вот зародится жизнь. Наши предки, похожие на нынешних рыб, скитаются по просторам этого древнего океана. Проходит какое-то время, и голые скалы на суше начинает застилать мох, а скорпионы и сороконожки принимаются исследовать зеленеющие мелкие заросли. Растения тянутся вверх, глубоко уходя корнями в землю, которая теперь покрыта слоем плодородной почвы. Вскоре она уже полна насекомыми, копошащимися в зарослях огромных папоротников. Воздух теплый, влажный, и в нем полно кислорода. Наши предки пока обитают в болотах древних лесов. У некоторых из их потомков появятся позже легкие и жесткие плавники, а потом (около 400 миллионов лет назад) первые земноводные выберутся из воды на сушу. Но далеко от воды отходить не будут, ведь именно здесь зародилась их жизнь. Без воды их яйца высохнут и скукожатся на солнце. Но проходит некоторое время, и рептилии находят решение этой проблемы: они начинают откладывать яйца с толстой скорлупой, которая защищает от потери влаги. Еще какое-то время спустя (примерно 200 миллионов лет назад) появляются первые млекопитающие, вынашивающие потомство в собственной утробе, где их будущим детенышам уже не угрожают внешние факторы. Со временем появляются млекопитающие без шерсти на теле и ходящие на двух ногах – первые люди. Наши последние, общие с шимпанзе, предки жили примерно шесть миллионов лет назад. А вся наша с вами история лишь крошечный отрезок времени по сравнению с 3,8 миллиарда лет эволюции всей жизни. Между тем мы по-прежнему начинаем свою жизнь водоплавающими существами: мы создаем для себя свой собственный соленый океан (околоплодные воды), в котором остаемся до тех пор, пока не будем готовы сделать первый вздох.

Если вспомнить, что наше тело – это, по сути, переделанная рыба, то ему многое можно простить. Все, что может показаться глупым и нелогичным, тут же обретает смысл. Возьмем, к примеру, икоту. Вы были трехмесячным эмбрионом, когда впервые испытали на себе это слегка раздражающее явление. Во время икоты мышцы, отвечающие за дыхание, непроизвольно сокращаются, и мы резко вдыхаем воздух. Скорее всего этот механизм унаследован нами от наших земноводных пращуров: для людей этот рефлекс едва ли можно назвать полезным, а вот для головастиков он крайне важен. Где-то в середине процесса развития у головастика есть одновременно и легкие, и жабры (так же было и у наших предков). Когда он дышит под водой, то это похоже на затяжную икоту. Перекрывая горло, головастик блокирует доступ к легким и проталкивает воду через жабры.

ИНТЕРЕСНО
Небольшая впадинка между верхней губой и носом – это результат несколько неуклюжего процесса формирования нашего лица.


Еще один характерный пример – небольшая впадинка, расположенная между верхней губой и носом. Ее называют губным желобком, а по-научному – фильтрум (от лат. philtrum). Когда я была маленькой, то думала, что она нужна, чтобы туда стекали сопли во время насморка, однако на самом деле у этой впадинки нет никакой специальной функции. Она лишь результат несколько неуклюжего процесса формирования нашего лица. В самом начале наше лицо состоит из трех отдельных частей: глаза расположены по бокам головы, совсем как у рыбы, а ноздри находятся сверху. Затем каждая часть начинает постепенно сдвигаться к одной точке: ноздри сползают вниз, а глаза сдвигаются к середине. В конце концов все три части сливаются вместе там, где у вас сейчас находится нос. Чрезвычайно важно, чтобы все три сегмента встретились одновременно. Даже небольшая задержка может привести к весьма заметным последствиям: вы можете родиться, например, с волчьей пастью[1]. Если же все идет по плану, то кожа и мышцы переплетаются так, что на месте соединения не остается никакого следа, кроме этой самой небольшой вертикальной канавки, которая всю жизнь будет напоминать о тех временах, когда вы выглядели совершенно иначе.

ИНТЕРЕСНО
В самом начале лицо состоит из трех отдельных частей: глаза расположены по бокам головы, совсем как у рыбы, а ноздри находятся сверху.


Те четыре складки с расщелинами между ними, которые появляются на нашей шее в процессе эмбрионального развития, тоже наследство из океана. У эмбрионов рыбы из этих расщелин формируются щели между жабрами, через которые в процессе дыхания проходит вода. Из самых верхних складок получается челюсть, а две последние образуют вспомогательные ткани для жабр. У земноводных, рептилий и млекопитающих развиваются точно такие же складки с расщелинами, однако эволюция нашла им новое применение. Так, например, у нас из верхних складок формируется не только челюсть, но и косточки, с помощью которых мы слышим. У земноводных и рептилий из второй складки получается небольшая ушная косточка, которой нет у рыб, – стремечко. Оно позволяет слышать звуки на воздухе, где звуковые волны распространяются медленнее, чем в воде. Проходя через воду, звуковые волны посылают вибрации сквозь все тело рыбы, и в итоге они достигают органов слуха, расположенных прямо за глазами. На суше же звуковые волны необходимо усилить, чтобы они могли активировать сенсорные клетки. Под действием звуковых волн стремечко стучит по мембране на границе внутреннего уха, создавая волны в расположенной за ней жидкости, и тогда находящиеся в ней волосковые сенсорные клетки начинают свой танец. Одни клетки предпочитают сильные, быстрые волны, соответствующие высоким частотам, а другие выплясывают только под басы. Когда какая-то из клеток начинает танцевать, открывается небольшой канал, по которому она передает определенные химические вещества нервной клетке, а та, в свою очередь, посылает электрический сигнал сначала слуховому нерву, а потом и в мозг.

Млекопитающие со слухом пошли еще дальше. Изучая окаменелости, ученые обнаружили, что со временем кости в задней части челюсти рептилий становились меньше, пока наконец не оказались в ухе первых млекопитающих. Эти две косточки называют молоточком и наковальней, и они помогают стремечку усиливать звуковые волны, поочередно вибрируя за барабанной перепонкой, пока сигнал не достигнет внутреннего уха. Именно благодаря такой реконструкции челюсти мы слышим гораздо лучше рептилий.

Вместе с тем следы нашей эволюции ученые находят не только у эмбрионов и в ископаемых. Теперь в нашем распоряжении есть новый инструмент: мы можем сравнивать между собой ДНК различных видов. Дарвин, который даже не догадывался о том, как устроены гены и механизм наследственности, определенно аплодировал бы нам за все совершенные с тех пор открытия. Мы узнали, что плодовые мушки, рыбы и люди унаследовали крайне важные гены от одного общего предка. Мы используем эти гены, чтобы сформировать основу для нашего тела, состоящую из спины, передней части, головы и хвоста. От более близких предков нам достались гены, позволяющие обзавестись скелетом, спинным и головным мозгом.

Люди, птицы и рыбы выглядят совершенно по-разному, но при этом для формирования наших тел используются одни и те же гены. Как же этим конкретным генам удалось сохраниться, в то время как многие другие необратимо изменились? Наверное, все дело в их исключительной важности. Гораздо опаснее менять ген, который активируется на ранних этапах развития организма, чем тот, который вступает в дело сильно позже. Это все равно что ломать несущую стену дома вместо того, чтобы просто пристроить к ней балкон. Эмбрионам с дефектами в этих генах скорее всего будет не суждено стать полноценными особями, а значит, и передать свои измененные гены потомкам они не смогут.

ИНТЕРЕСНО
Люди, птицы и рыбы выглядят совершенно по-разному, но при этом для формирования их тел используются одни и те же гены.


Так что гораздо проще оттачивать детали и постепенно добавлять новые характеристики. Путь к тому, чтобы стать человеком, весьма извилистый, и нам ничего не остается, кроме как с этим смириться.

Глава 10

Двумя руками «за»



Итак, мы несем и, вероятно, впредь будем нести на себе наследие из океана, однако вскоре станет понятнее, что в утробе вашей матери зародился именно человек, а не рыба или головастик. К началу шестой недели вы уже почти сантиметр в длину. Складки вокруг шеи начинают формировать лицо, а глаза теперь отчетливо видны в виде двух маленьких черных пятнышек. Ваша голова прижата к груди, в которой бьется сердце. Хвост все еще на месте, однако он перестал расти и скоро вовсе исчезнет. Нервная трубка и кровеносные сосуды отчетливо различимы под тонким слоем прозрачной кожи, а по бокам туловища сверху и снизу появились по два небольших отростка – ваши будущие руки и ноги. Точно так же образуются крылья у курицы или огромные ноги у бегемота – в самом начале они ничем не отличаются от наших конечностей. Даже у эмбриона кита формируются похожие отростки, хотя из них потом не вырастают ни руки, ни ноги, ни крылья.

Киты на самом деле произошли от первых млекопитающих, которые ходили по земле на четырех лапах, а потом вернулись в море. Среди современных животных их ближайшие родственники как раз бегемоты. Но по итогам внутриутробного развития у китов от эмбриональных отростков остается несколько коротких костлявых обрубков, а ноги, как у бегемота, не вырастают. Ваш хвост ожидает та же участь. Он будет постепенно сжиматься, пока от него не останется только копчик. В отличие от кита, однако, вы определенно нуждаетесь в паре рук и ног, поэтому вскоре отростки по бокам вашего туловища начнут вытягиваться и станут похожи на крошечные ласты.

«На начальном этапе у человека и животных конечности формируются одинаково».

Именно с этими ластами клетки и начнут работать над первыми эскизами вашего будущего скелета. Изготовлен он пока из хрящевой ткани – сплошного материала, состоящего из белкового волокна и амортизирующей желеобразной субстанции. Сначала эти клетки формируют структуру, из которой впоследствии образуется, например, ваше плечо. По мере роста плечевой кости клетки переключатся на предплечье, а затем наконец создадут кисть и пальцы. Ноги появляются точно так же – от бедра к ступне. Чтобы клетки могли сформировать нужные кости в нужном месте, им необходимо точно знать, где именно те находятся, и эту информацию они получают в виде порций из разных комбинаций химических сигналов.

Одно из передаваемых им веществ – белок Sonic Hedgehog («звуковой еж»). Этот термин может показаться вам знакомым (есть компьютерная игра с таким же названием), и если вам любопытно, почему белок назвали в честь какого-то ежа, то разгадка снова кроется в плодовых мушках. Чтобы понять, что именно делает тот или иной ген, ученые изучают изменения, которые происходят, когда этот ген перестает работать. А поскольку исследуют они это на разных подопытных животных, то называть то или иное явление или открытие именем того животного, с которым приключилось что-то необычное или на которого похоже то, что они видят, стало привычным делом. Изучая плодовых мушек в начале 1980-х, генетики обнаружили, что при уничтожении определенного гена их эмбрионы покрываются небольшими заостренными наростами. Такие эмбрионы напомнили им маленьких ежат, вот этот ген и получил название Hedgehog («еж»). Обнаружив три его вариации у людей, ученые решили назвать две из них в честь двух видов ежей – Indian Hedgehog (индийский еж) и Desert Hedgehog (эфиопский еж), а третью в честь персонажа популярной компьютерной игры – Sonic Hedgehog.

ИНТЕРЕСНО
На начальном этапе у человека и животных конечности формируются одинаково.


Гены Hedgehog определенно не единственные, кому достались забавные названия. Возьмем, к примеру, ген «Кен и Барби». У плодовых мушек с мутацией в нем отсутствуют наружные половые органы – прямо как у кукол, из-за которых ген и получил свое название. Еще один яркий пример – «Швейцарский сыр». Если у плодовой мушки в этом гене, к несчастью, обнаружится повреждение, то мозг насекомого будет дырявым, словно этот самый сыр.

ИНТЕРЕСНО
Несмотря на использование клетками одного и того же гена во многих местах, органы сильно отличаются друг от друга.


Формируя ваш организм, клетки во многих местах пользуются геном Sonic Hedgehog: в кишечнике, легких, мозге, руках и так далее. Причина, по которой одни и те же команды применяются повторно в разных участках организма, в том, что клетки интерпретируют их по-разному. Реакция клеток на послания зависит от их предыдущего опыта, полученной дозы, а также от момента ее получения. По сути, принцип тот же самый, что и в общении между людьми. В зависимости от ситуации мы можем придать одному и тому же предложению совершенно иной смысл. Если мой коллега подойдет ко мне с утра в лаборатории и предложит немного вместе поэкспериментировать, то я с радостью соглашусь. Если же с подобным предложением ко мне обратится какой-нибудь странный тип в баре, то я буду настроена куда более скептически. А если кто-то постоянно будет, не переставая, кричать мне: «ДАВАЙ ВМЕСТЕ НЕМНОГО ПОЭКСПЕРИМЕНТИРУЕМ!» – это будет уже явным перебором даже в пределах лаборатории.

А как же клетки ваших маленьких ласт реагируют на ген Sonic Hedgehog? Белковое послание формируется на том месте, где позже должны появиться пальцы, потом оно распространяется на окружающие клетки, расползаясь подобно молоку в чашке кофе. Рядом с источником послания, где белков этого гена целое скопление, клетки понимают, что им нужно сделать мизинец. Дальше, где белка поменьше, они формируют безымянный, средний и указательный пальцы. Клетки, почти не получившие белкового послания, образуют большой палец. Таким образом, одно и то же послание несет в себе различную судьбу для множества клеток.

Поначалу ваши пальцы соединены перепонками, но на восьмой неделе они разделяются. Подобное преобразование происходит посредством хорошо скоординированного массового клеточного суицида. Все начинается, когда клетки ваших будущих пальцев дают команду к гибели. Как только соседние клетки получают этот сигнал, они начинают разрушать белки. Цепочки ДНК, которые клетки обычно защищают изо всех сил, разрезаются белками-ножницами.

Разрушению подлежит все вокруг. В результате от перепонок ничего не остается, кроме мятых мешочков с останками внутри. Приходят макрофаги, специализирующиеся на уничтожении мертвых клеток, и забирают этот мусор, чтобы расчистить пространство между пальцами. Так, от одной погибшей клетки к другой ласты постепенно превращаются в кисти рук.

Ближе к концу седьмой недели начинают формироваться пальцы и на ногах. От длинного хвоста уже почти ничего не осталось, а морщинки на вашем лице потихоньку разглаживаются. У вас появляются коротенький сплюснутый нос, два маленьких уха, а также острые локти и колени, которые вызывающе торчат из ваших коротких ручек и ножек. Ваш скелет все еще состоит из хрящевого прототипа. Клетки начнут замещать хрящевую ткань нормальной костной не раньше третьего месяца, и процесс будет не быстрым. К моменту рождения кости будут по-прежнему достаточно мягкими, чтобы вам было легче протискиваться через родовые пути. Коленные чашечки все еще будут сухожилиями, пока вам не исполнится три года, а скелет продолжит развиваться, пока вам не перевалит за 20.

ИНТЕРЕСНО
Изначально пальцы соединены перепонками, но на восьмой неделе из-за массового клеточного суицида они разделяются.


Когда хрящевая ткань начинает превращаться в костную, клетки, находящиеся в центре ваших будущих костей, раздуваются и становятся просто огромными. Вскоре после этого они погибают и оставляют после себя полость, которая станет костным мозгом. Печень и селезенка, временно занимающиеся производством крови, вскоре смогут с облегчением вздохнуть: костный мозг возьмет на себя эту обязанность и будет выполнять ее всю вашу жизнь. Работа эта тоже не из простых. Случись кровотечение, стволовые клетки костного мозга превратятся в тромбоциты и закроют собой рану, образуя тромбиновый сгусток. Если вы заболеете, ваш костный мозг снарядит и отправит отряды белых кровяных телец – лейкоцитов, которые будут поглощать токсины и бактерии.

ИНТЕРЕСНО
Приблизительно каждые десять лет ваш скелет полностью обновляется.


В случае нехватки в организме кислорода в дело вступят новые красные кровяные тельца – эритроциты, которые опять же вышлет костный мозг. Кроме того, он проводит замену вышедшим из строя клеткам крови. Каждую секунду порядка двух миллионов ваших красных кровяных телец прощаются с вами навсегда, и на их место немедленно должно поступить столько же новобранцев.

После формирования костномозговой полости находящиеся рядом клетки начинают превращаться в клетки костной ткани. Они преобразуют окружающую их желеобразную субстанцию в твердую минеральную массу. Кальций и кристаллы фосфатов прикрепляются к белковым волокнам, создавая одновременно крепкий и эластичный материал, идеальный для того, чтобы поглощать ударную нагрузку и не ломаться при этом. Наступает момент, когда питательным веществам больше негде плавать. Но природа предусмотрела на этот случай наличие тоненьких отростков, которые тянутся от клеток мозга по крошечным канальцам, соединяющим их с кровеносными сосудами. Это позволяет клеткам и дальше получать питательные вещества и кислород, несмотря на окружающие их со всех сторон безжизненные минералы. Пока вы живете, живут и ваши кости. Клетки костей каждый день меняются и заменяются, и приблизительно каждые десять лет ваш скелет полностью обновляется. Одни клетки формируют новую костную ткань – остеобласты, другие специализируются на утилизации (поедании) старых клеток – остеокласты. Переварив свой обед, они выделяют кальций в кровоток. Как правило, пожирающие и создающие кости клетки работают в одинаковом темпе, чтобы вы не теряли костную массу. Порой, однако, в этой четко отлаженной системе возникают сбои. И, например, в НАСА об этой проблеме знают все до одного.

Всего после нескольких дней на орбите космонавты начинают терять костную массу. При этом уровень кальция в крови возрастает, а вместе с ним растет и риск образования камней в почках. Скорее всего эти изменения связаны с тем, что кости адаптируются к новым условиям. Из-за невесомости космонавты не испытывают практически никакой нагрузки, поэтому их организм и замедляет производство клеток, формирующих кости, – остеоцитов. Костная ткань начинает приспосабливаться к новой жизни (откуда же ей знать, что космонавт не планирует плавать тут до конца жизни?). Аппетит пожирающих кости клеток между тем не угасает, и в результате в костях образуются поры, делающие их все более хрупкими. Ученые замечали похожие процессы у людей, на протяжении долгого времени прикованных к кровати. К счастью, физические упражнения способны нейтрализовать такой негативный эффект: увеличение нагрузки на кости делает их более прочными.

ИНТЕРЕСНО
Кости выступают в роли хранилища кальция, и если сердцу требуется этот минерал, то они охотно приносят себя в жертву.


Кальций участвует в ряде процессов в организме человека, а кости выступают в роли хранилища этого минерала. Если сердце или нервы требуют кальций, то кости охотно приносят себя в жертву. Таким образом, у человека с дефицитом кальция будут наблюдаться те же симптомы, что и у космонавтов. В конце концов уж лучше слегка пористые кости, чем остановившееся сердце! Итак, пожирающие кости клетки делают свое дело и отправляют высвобожденный кальций в кровь, по которой он поступает туда, где в нем нуждаются.

ИНТЕРЕСНО
На восьмой неделе вы перестанете быть эмбрионом и получите звание плода.


Какое-то время, будучи эмбрионом, вы прекрасно обходитесь хрящевым скелетом. Вы плаваете в матке за прозрачными плодными оболочками, словно космонавт на орбите. На восьмой неделе ваши ручки и ножки начинают совершать небольшие рефлекторные движения. Появляются пальцы на ногах и ногти, а в вашем тоненьком тельце заметно выделяются ребра. Сквозь тонкую прозрачную кожу отчетливо видны скелет и кровеносные сосуды. По завершении этой недели вы перестанете быть эмбрионом и получите гордое звание плода. У вас теперь сформировались зачатки всех ваших органов, однако до появления на свет вам предстоит еще немало работы.

Глава 11

Пол и морские черви

ТРЕТИЙ МЕСЯЦ

9-я неделя







К началу третьего месяца вы уже размером с ягоду клубники. У вас широкий и приплюснутый нос, глаза далеко отстоят друг от друга. С высоким лбом и большой головой вы немного похожи на пришельца, однако за следующие несколько недель вы приобретете вполне человеческие черты. Ваши темные круги глаз прикроются тонкими веками, изогнутая голова еще немного распрямится, подбородок вырастет, и шея станет более выраженной.

В этом месяце наконец-то можно будет понять, кем вы станете – мальчиком или девочкой. Первые несколько недель разницы между полами нет никакой, и скорее всего именно поэтому у мальчиков тоже есть соски – не то чтобы они им нужны, просто они формируются до появления гендерных различий. Даже внутренние половые органы представляют собой одну и ту же обобщенную структуру. Независимо от пола эмбриона у него формируются два мешочка, присоединенные оба к небольшим канальцам. Но на седьмой неделе начинается трансформация, и вашим генам предстоит решить, что будет дальше: если в последней паре хромосом у вас есть Y-хромосома, то эти мешочки станут яичками; если же там две X-хромосомы, то они превратятся в яичники.

ИНТЕРЕСНО
Первые несколько недель разницы между полами нет никакой, и скорее всего именно поэтому у мальчиков тоже есть соски.


Y-хромосома сама по себе выглядит довольно жалкой. В ней содержится очень мало генов – где-то 50–60. Для сравнения: в X-хромосоме, которая встречается и у женщин, и у мужчин, присутствует от 800 до 900 генов.

На ранней стадии развития у эмбриона, которому суждено стать девочкой, одна из двух X-хромосом выключится навсегда. Это необходимо, чтобы клетки не стали вырабатывать в двойном объеме все, что содержится в X-хромосоме. Чем больше копий рецепта имеется в наличии, тем больше поваров возьмутся за дело и тем больше у них получится конечного продукта. Когда одна из X-хромосом отключается, эмбрион уже состоит из большого числа клеток.

Выбор из двух X-хромосом происходит совершенно случайным образом, то есть часть клеток будет использовать X-хромосому, доставшуюся от матери, а другая часть – X-хромосому отца. Из-за этого все женщины похожи на сборную генетическую солянку. Последствия такого замеса особенно хорошо видны у кошек: так как ген, влияющий на цвет шерсти, расположен у них именно в X-хромосоме, самки, в отличие от самцов, могут быть всевозможных пестрых окрасок. Одни клетки проходят пигментацию в соответствии с рецептом, доставшимся от отца, а другим достается материнский рецепт, цвет в котором может заметно отличаться.

Решающий ген в Y-хромосоме называется SRY. Без него клетки по умолчанию начинают формировать яичники. Вырабатываемый геном SRY белок сам по себе мало что делает, однако он играет роль выключателя, который активирует другие гены, распределенные по разным хромосомам. Совместными усилиями эти гены запускают процесс формирования яичек, которые через какое-то время начинают вырабатывать гормоны, разносящиеся по всему маленькому телу.

Первый посылаемый ими гормон запускает реконструкцию одного из присоединенных к яичникам канальцев. У женщин этот канал остается нетронутым, и впоследствии из него формируются яичник и матка. Второй канал, отходящий от другого яичка, остается на месте – вскоре из него получится семенной канал. Затем клетки яичек начинают вырабатывать большое количество тестостерона, который словно призывает: «Стань мужчиной!» Это послание разносится по всему телу, и вскоре после этого половые различия становятся отчетливо заметны.

Ученые проводили эксперименты на эмбрионах кроликов, у которых на ранних стадиях развития удаляли половые железы. В результате все эмбрионы превращались в крольчих, даже те, которые несли в себе Y-хромосому. Таким образом, именно яички обязаны сообщить всему организму, что эмбрион должен стать мальчиком. Если другие клетки не услышат этого сигнала, то они сформируют тело женской особи.

Неудивительно, что в такой сложной системе случаются недопонимания. Что произойдет, если клетки так и не услышат тестостероновые крики яичек? На поверхности клеток расположены рецепторы тестостерона, которые улавливают эти послания и передают их внутрь клетки. Если же эти рецепторы окажутся неисправными, то клетки попросту не смогут услышать сигнал (гормон будет производиться впустую) и продолжат создавать тело с женскими половыми признаками.

Внешне люди с этим генетическим отклонением – гермафродиты[2] – могут быть неотличимы от обычных женщин, так как судьба наружных половых органов определяется сигналом тестостерона. Внутри, однако, у них будут железы, ведущие себя как яички, в то время как яичники и матка будут отсутствовать – каналец, из которого они формируются, был давно разрушен по приказу яичек. В общем, гендерное развитие – чрезвычайно сложный процесс, не ограничивающийся лишь Y-хромосомой.

Не все животные позволяют хромосомам определять их пол. Так, аллигаторы предоставляют право выбрать себе судьбу окружающей среде. Если в первые три недели яйцо аллигатора будет развиваться при температуре менее 30°С, то из него вылупится женская особь. Если же температура превысит 34°С, то в яйце начнет развиваться самец.

ИНТЕРЕСНО
Именно яички сообщают всему организму, что эмбрион должен стать мальчиком, если клетки не услышат этот сигнал, то он станет девочкой.


Еще более странный способ определения пола своего потомства использует специфический морской червь под названием Bonellia viridis. Он начинает свое существование в виде крошечной бесполой личинки, которая какое-то время плавает в океане, после чего уходит на дно. От того, куда именно она приземлится, и зависит всецело ее судьба. Если личинка ляжет на свободный участок морского дна, то она станет самкой длиной примерно в сантиметр.

Сложно описать, как именно выглядит женская особь Bonellia viridis: попробуйте представить себе пришельца с телом, напоминающим корнишон, и хвостом, похожим на водоросли. Всю свою оставшуюся жизнь это создание проводит, прикрепившись к морскому дну, питаясь остатками мелких животных и растений. Если же личинка приземлится не на свободный участок морского дна, а попадет на кожу женской особи своего же вида, то она тут же превратится в крошечного самца длиной всего один-три миллиметра. Перевоплотившись, самец заползает внутрь тела самки, где и проводит остаток своих дней в роли персонального донора спермы. В знак благодарности самка делится с дармоедом своей пищей. Из всех любовных отношений, которые только можно встретить в природе, эти, пожалуй, в прямом смысле самые интимные.

ИНТЕРЕСНО
Не у всех животных пол определяют хромосомы. Так, у аллигаторов он зависит от температуры окружающей среды.


А есть и такие животные, которые в случае изменения условий окружающей среды вообще способны менять свой пол на протяжении всей жизни. Возьмем, к примеру, Thalassoma bifasciatum (талассому синеголовую) – рыбу, живущую в коралловых рифах Карибского моря. Если самец этой рыбки попадет в коралловый риф, охраняемый другим самцом, он не станет пытаться занять его место. Он просто превратится в самку и будет спокойно себе жить вместе с остальными девочками в этом небольшом коралловом гареме.

Если же «муж» по какой-то причине внезапно умрет, то ему тут же найдется замена. Одна из самок, как правило самая крупная, тут же превратится в самца. Всего за один день ее яичники сморщиваются и заменяются мужскими половыми железами – так что будущему их кораллового поселения ничего не угрожает.

Если у плода есть Y-хромосома и химический сигнал достигает нужной цели, то начинает формироваться пенис. Он развивается из небольшого бугорка, который у девочек становится клитором. Где-то через три месяца после зачатия этот бугорок вырастает настолько, что пол плода можно определить невооруженным глазом. Яички мальчика, однако, пока еще остаются внутри, где они и будут находиться вплоть до седьмого месяца. Сначала они будут постепенно опускаться в живот, а потом достигнут мошонки.

ИНТЕРЕСНО
У мужчин яички находятся в мошонке, так как температура тела дня них слишком высокая. А вот у рыб яички остаются рядом с сердцем на протяжении всей жизни.


За столь трудоемкий процесс нам, пожалуй, стоит винить своих предков, размножавшихся в древнем океане. У рыб яички остаются рядом с сердцем в течение всей жизни. Для них это, может быть, вполне нормально, но для людей все же совершенно неуместно. Сперматозоиды не любят тепла. Но рыбы – хладнокровные создания: температура их тела меняется в зависимости от температуры воды. Поэтому яички рыб прекрасно себя чувствуют, находясь где-то глубоко внутри тела. Люди же теплокровные, и их температура тела слишком высокая для сперматозоидов. Поэтому у человека яички находятся в мошонке, представляющей собой вырост брюшной полости, расположенный в промежности между половым членом и анусом. Этот маленький мешочек может сжиматься или расширяться в зависимости от того, тепло снаружи или холодно, тем самым у сперматозоидов всегда оптимальные условия и температура.

Глава 12

Тайные приготовления



Вашим клеткам, конечно, приходится вовсю трудиться, пока вы находитесь в утробе, однако это, прямо скажем, цветочки по сравнению с тем, что их ждет после вашего рождения. В животе у мамы вам не нужно задумываться ни о жаре, ни о холоде: там внутри температура стабильно комфортная – 37°С. А благодаря наполненной теплой кровью плаценте вашим клеткам не приходится переживать, хватит ли им воздуха или пищи – им уютно и приятно во всех отношениях. Но в будущем им предстоит столкнуться с целой чередой новых трудностей: палящим солнцем, бегом, забытыми бутылочками с водой, солеными чипсами и прочими прелестями. Так что можете радоваться, что обзавелись парой почек, когда была такая возможность.

Почки и мочевыводящие пути формируются одновременно с половыми органами из тех же самых клеточных везикул. Как и у многих других структур нашего организма, процесс их образования изрядно запутанный – это еще один наглядный пример того, как нас преследует наше океанское прошлое. Клетки что-то строят, что-то убирают и меняют, а в процессе еще и передумывают. На создание почек, которые прямо сейчас, пока вы читаете эти строки, работают внутри вас, у клеток уходит целых три попытки.

«Где же тогда остальные почки, произведенные в первых двух сериях? Что с ними стало и куда они делись?» – спросите вы. Так вот, первые представляли собой набор маленьких трубок, которые клетки образовали в течение третьей недели вашего внутриутробного развития в области шеи. Увы, эти примитивные почки были совершенно бесполезными и быстро исчезли. Но одновременно появилась пара новых почек. На этот раз они располагались немного ниже. Эти почки в форме сосисок были очень похожи на те, которые встречаются у рыб и земноводных, и какое-то время вы действительно ими пользовались по назначению. Но потом у девочек эта версия почек тоже исчезает, а вот у мальчиков некоторые клетки от них остаются, чтобы позже стать частью половых органов.

Наконец, на пятой неделе ваши клетки начинают создавать окончательный вариант ваших будущих почек. Только вот не все так просто: появляются они не в том месте, где будут при рождении, поэтому им, прежде чем занять положенное место, приходится отправиться в небольшое путешествие. Сначала почки перемещаются вниз в сторону таза и прикрепляются к мочевому пузырю, затем округляются и снова поднимаются вверх. После всех этих мытарств они наконец занимают свое законное место по бокам от позвоночника приблизительно на уровне нижних ребер.

ИНТЕРЕСНО
В процессе формирования органов клетки постоянно что-то меняют. Например, на создание почек уходит целых три попытки.


Готовые почки красновато-коричневого цвета, по форме напоминают фасоль, а размером с сжатый кулак каждая. Их обычный рабочий день выглядит примерно так: получили кровь, очистили ее, отдали, и так еще 399 раз – фух! Каждая почка состоит из множества тонких каналов, соединенных с кольцевыми витками кровеносных сосудов. Почки выделяют из крови жидкую составляющую и пропускают ее по этим каналам, отфильтровывая все ненужное и возвращая жидкость обратно в кровь. Подобно тому, как в процессе приготовления ужина у вас скапливаются картофельные очистки и пустые упаковки, в результате работы клеток в вашем организме тоже собирается различный мусор, от которого необходимо избавляться. Так, например, вам нужно выводить из организма аммиак, образующийся в процессе расщепления белков. Если этого не делать, то он будет накапливаться и тем самым отравлять вашу систему. Для рыб это тоже актуально, но они умеют очень просто избавляться от аммиака: они просто выпускают его в воду. Что же касается сухопутных животных и людей, то постоянно писать на ходу – не самое удачное решение. Доступ к воде может быть ограничен, так что нужно максимально экономить жидкость. На помощь приходит печень, преобразующая аммиак в мочевину, – вещество, которое организм в состоянии переносить даже в больших концентрациях. После этого почкам остается только отобрать мочевину и отправить ее по мочеточнику в мочевой пузырь, откуда она, когда придет время, выведется естественным образом.

Что бы мы ни делали, наши почки помогают нам сохранять поразительную внутреннюю стабильность. Они тщательно отслеживают количество воды и соли в организме, ведь если нарушить водно-солевой баланс, то последствия могут быть весьма печальными. Наше сердце не может биться без соли: она необходима, чтобы мышцы могли сокращаться. Без нее мы не смогли бы думать или что-либо чувствовать, так как нервные клетки используют ее для передачи сигналов. Короче говоря, не жить нам без соли. Она содержится в нашей крови, в окружающей клетки жидкости, а также в самих клетках. В спрее от насморка, который вы покупаете в аптеке, концентрация соли составляет 0,9 % – точь-в-точь столько же, сколько ее в околоклеточной жидкости.

Если поместить клетку в раствор, в котором концентрация соли слишком мала, то она может лопнуть, как перекачанная покрышка. Природа очень уж любит все уравновешивать и просто не может смириться с тем, что клетка будет солонее окружающей ее воды. Вот клетка и начинает впитывать воду, пытаясь разбавить соль. Если же, наоборот, поместить ее в более соленый раствор, то произойдет обратное: клетка начнет терять воду. Ей, бедняжке, придется выводить свою воду наружу, хочется ей того или нет, до тех пор, пока она не скукожится и не превратится в обмякшую, сморщенную изюминку. Бактерии тоже плохо переносят избыток соли, и это одна из причин, по которым соленая еда хранится дольше. Таким образом, вам стоит поблагодарить свои почки за то, что вы не состоите из нескольких тысяч миллиардов иссохших клеток.

ИНТЕРЕСНО
На десятой неделе вы научитесь прихлебывать околоплодные воды, а потом писать ими – это не только отличная тренировка для почек, но и подготовка к питанию грудным молоком.


Ну, как бы то ни было, пока вы соединены с плацентой, можете расслабиться. Можно запросто выводить все отходы прямо в мамину кровь: ее почки сделают всю работу и позаботятся о вас. А ваши собственные почки тем временем могут спокойно себе тренироваться, готовясь к своей будущей работе. На девятой неделе они уже сами начнут вырабатывать мочу. Неделю спустя вы научитесь прихлебывать околоплодные воды, а потом писать ими, чем, собственно, и будете заниматься до самого рождения. То, что вы провели несколько месяцев в собственной моче, да еще и пили из этого загрязненного бассейна, может показаться не очень-то приятным. Спрашивается, зачем это вообще нужно?

Оказывается, и в этом есть свой смысл. То, чем вы занимаетесь, весьма необходимо, изобретательно и далеко не так уж противно, как может показаться сначала. Ваша мама следит за тем, чтобы воды, в которых вы живете, все время оставались чистыми. Стенки, отделяющие вас от плаценты, представляют собой своего рода решето, через многочисленные крошечные дырочки которого просачиваются молекулы. Продукты жизнедеятельности отфильтровываются из околоплодных вод и попадают в материнскую кровь, так что каждые три часа вода в вашем бассейне обновляется. Это не только отличная тренировка для почек, но и подготовка к самому важному делу, которым вы будете заниматься после рождения, – к питанию грудным молоком. За следующие несколько недель у вас разовьются мышцы, отвечающие за сосательные движения, а ваши щечки станут более пухлыми. Одновременно с этим ваш кишечник активно усваивает питательные вещества из околоплодных вод, так что вы вовсю готовитесь к жизни снаружи.

Глава 13

Внутренние скитания мозга

ЧЕТВЕРТЫЙ МЕСЯЦ

13-я неделя





В начале четвертого месяца вы размером примерно с авокадо. Теперь вы держите голову прямо, горло и шея уже отчетливо выделяются, а под тонкой кожей видна разветвленная сеть красных кровеносных сосудов.

Вскоре вам предстоит стать активным маленьким созданием, которое перекатывается, дергается и дрыгает ножками. Иногда вы слегка вытягиваете руки или даже посасываете большой палец. Интересно, что то, какой именно палец и на какой руке вы выбираете, вовсе не случайность: большинство из нас предпочитает большой палец правой руки, однако будущие левши уже до рождения, как правило, отдают предпочтение большому пальцу именно левой руки.

Ваши кости по-прежнему похожи на желе, однако в этом месяце все больше и больше частей хрящевого скелета будут заменяться костями. Тем временем вы будете очень быстро расти, ваши руки и ноги станут более пропорциональными. Голова же по-прежнему будет выглядеть большой по сравнению с остальным телом, а внутри нее вовсю будет кипеть работа над самым сложным органом нашего организма – головным мозгом.

С тех пор как ваш мозг был лишь набором из трех небольших везикул, произошло много всего. Эти везикулы выросли, закрутились и разделились, образовав различные структуры мозга. Из одной крайней везикулы формируется мозжечок, играющий важную роль в управлении нашими движениями. Эта же везикула совместно с центральной везикулой образует мозговой ствол, регулирующий дыхание, сердцебиение, сон и остальные базовые функции организма. Передняя везикула при этом разделяется на две половинки, которые быстро растут, постепенно окружают все участки мозга и прячут их из виду. Поверхность этой везикулы образует кору головного мозга, отвечающую за его самые продвинутые функции. У людей кора головного мозга очень большая, и именно поэтому мы можем производить расчеты, философствовать, читать и писать книги. Она вырастает настолько большой, что ей приходится сворачиваться, чтобы уместиться в черепной коробке, но это происходит уже ближе к концу процесса развития плода. А на четвертом месяце кора головного мозга у нас все еще такая же гладкая и ровная, как, например, у мышей.

ИНТЕРЕСНО
Будущие левши уже до рождения, как правило, отдают предпочтение большому пальцу именно левой руки.


В это же время ежеминутно появляются порядка 200 000 новеньких нервных клеток. В глубинах мозга расположены стволовые клетки, которые постоянно делятся и множатся. После каждого деления одна из клеток остается на месте, а остальные отправляются в долгий путь к своему новому дому. Путешествие это помогает им найти себя. «Нервной клеткой какого типа мне стать? Заняться ли мне зрением? Моторикой? А может, обонянием?» Нервные клетки улавливают сигналы от других клеток, которые встречаются им на пути, и благодаря этому одни их гены включаются, а другие выключаются.

ИНТЕРЕСНО
Кора головного мозга вырастает настолько большой, что ей приходится сворачиваться, чтобы уместиться в черепной коробке.


Чем позже сформировалась нервная клетка, тем более долгий путь ей предстоит. Все дело в том, что мозг строит себя изнутри, слой за слоем, и его глубокие, самые примитивные участки создаются первыми. В результате по мере роста мозга нервным клеткам становится все сложнее преодолевать этот путь в одиночку. Тогда им на помощь приходят клетки другого типа – глиальные.

В отличие от нервных глиальные клетки не передают никаких электрических сигналов. Долгое время ученые полагали, что они представляют собой всего лишь соединительную ткань, удерживающую на месте все структуры мозга. Их и назвали-то так именно поэтому: греческое «глиа» означает «клей». Позже, однако, выяснилось, что глиальные клетки – это далеко не просто клей и выполняют они совершенно незаменимую для нервной системы функцию. Некоторые из них служат своего рода иммунной системой и проползают, протискиваясь между нейронами, в поврежденные или подверженные атаке вируса участки. При необходимости они могут пожирать уже уничтоженные клетки. Другие глиальные клетки имеют форму звезды и протягивают свои длинные отростки вдоль кровеносных сосудов. Эти клетки следят за чистотой в мозге: они откачивают избыток жидкости по узким водяным канальцам и смывают любые продукты жизнедеятельности, накапливающиеся в процессе работы нервных клеток. Эта чистка на полную мощность запускается в то время, когда мы засыпаем. Таким образом, благодаря глиальным клеткам каждый свой новый день мы начинаем буквально со свежевымытыми мозгами.



Этапы развития мозга



Поначалу в мозге формируется еще один, особый тип глиальных клеток, который помогает новорожденным нервным клеткам преодолевать свой долгий путь к окраинам расширяющегося головного мозга. Такие глиальные клетки пропускают свои длинные отростки сквозь слои головного мозга и берут на себя роль своего рода строительного подъемника. Нервные клетки из поколения в поколение прицепляются к этим отросткам и устремляются по ним к своей цели, словно ползущие по травинке улитки. В конечном счете каждая нервная клетка находит себе пристанище, однако на этом трудности не заканчиваются, а только начинаются.

ИНТЕРЕСНО
Без участия нейронов вы не сможете пошевелить даже пальцем ноги.


Прибыв на место, нейрон должен сделать то, что и все новички: обзавестись связями. Потому что без чего точно не могут прожить нейроны, так это без болтовни. В нашем мозгу полным-полно их, и все они возбужденно болтают, причем некоторые умудряются беседовать с тысячами своих собратьев одновременно. Другие нейроны, расположенные на коже или глубоко внутри головного мозга, передают сообщения обо всех наших ощущениях. Более того, нервных клеток много в спинном мозге, они тесно сотрудничают с нейронами головного мозга и частенько переговариваются с мышцами. А теперь пошевелите пальцами ног, например, и скажите спасибо своему спинному мозгу за то, что расположенные на ногах мышцы поняли, что вам от них было нужно.

Переговариваются нейроны совершенно особым способом – посредством электрических сигналов. Если гормональные послания неторопливо разносятся кровью и любой желающий может их подобрать, то нервные сигналы молниеносны и направлены конкретному адресату. От нейронов во все стороны отходят длинные тонкие волокна, играющие роль своего рода проводов. Главный коммуникационный кабель нейрона называется аксоном. Он отвечает за передачу информации. Для исправной работы нервной системы чрезвычайно важно, чтобы аксоны подсоединялись в нужное место. Так, нервные клетки, специализирующиеся на зрении, должны подключаться к глазу, контролирующие движение – к мышцам. Получается, эти нервные окончания у взрослого человека должны достигать чуть ли не метр в длину. Но как же все-таки этим аксонам удается дотягиваться туда, куда надо?

К счастью, аксоны – это не просто провода. В отличие от компьютерных кабелей они живые, а также очень любопытные. Аксон ползет по телу, ориентируясь на молекулы на поверхности окружающих его клеток. Тоненькое нервное волокно вытягивается вперед, проверяя: «Есть ли мне к чему здесь прицепиться?» Затем оно продвигается еще дальше и находит новые молекулы, к которым можно подключиться. Кончик аксона довольно забавной формы: он состоит из нескольких тонких отростков, которыми нащупывает себе дорогу к цели. Одни аксоны тянутся от глаз к мозгу. Другие растут вдоль ваших пока еще крошечных ножек и вовсю уже посылают сигналы, благодаря которым вы впервые начинаете пихать маму в живот.

Когда основной кабель наконец подключается к приемнику сигнала, то в обратном направлении по нему отправляется белковое послание. Оно доходит до самого сердца нейрона, прямо туда, где хранятся молекулы ДНК. Это послание включает гены, которые будут заботиться о его дальнейшей судьбе. Если оно не будет получено вовремя, то нейрон решит, что так и не подсоединился к цели, и совершит суицид, превратившись в обмякший мешочек – точно так, как это было с клетками между вашими пальцами. Помните? На самом деле столь печальная участь ожидает многие нервные клетки, потому что у вас их формируется слишком много. Так что нейроны соревнуются между собой, и выживают только те, кому удастся установить наилучшее соединение.

Нейроны, которым посчастливилось преуспеть, образуют тесную связь с глиальными клетками. Эти глиальные клетки особого типа обворачиваются вокруг аксона и покрывают его жировой оболочкой под названием «миелин». Подобно пластиковой оболочке кабелей этот жировой слой обеспечивает изоляцию и повышает эффективность передачи электрических сигналов.

Первым делом глиальные клетки обволакивают аксоны в спинном мозге и центральных, самых примитивных структурах мозга. Потом они постепенно пробираются наружу. На этот процесс уходят годы, и завершается он лишь ближе к 30 годам, когда происходит изоляция внешних слоев мозга. Самой последней в очереди стоит кора головного мозга: она играет важную роль в формировании личности и влияет на способность планировать и анализировать последствия наших действий. Этим объясняется тот факт, что подросток, в отличие от взрослого, как правило, не очень хорошо соображает, что выпить зараз, скажем, пять рюмок текилы – не самая хорошая идея.

ИНТЕРЕСНО
Мозг никогда не будет сформирован полностью. Это проект длиною в жизнь.


Мозг наш хоть и подвергается грандиозным изменениям на третьем десятке лет, полностью никогда не будет сформирован. Это проект, который не заканчивается всю жизнь. Все, чему вы учитесь, что вы запоминаете, влечет за собой физические изменения в соединениях между нейронами. К тому времени, как вы закончите читать эту книгу, ваш мозг уже будет чуточку другим. В общем, в голове у нас не готовая машина, а живое, постоянно развивающееся сообщество.

Глава 14

Чувства

ПЯТЫЙ МЕСЯЦ

17-я неделя





К началу пятого месяца вы размером примерно с банан. У ваших родителей впервые появляется возможность увидеть вас на УЗИ, а мама чувствует, как вы толкаетесь внутри. Ваши мышцы все больше крепнут, а скелет – костенеет. Уши постепенно переместились вверх по шее и теперь наконец заняли свое место. Совсем скоро вы начнете слышать первые звуки, однако другие органы чувств у вас уже вовсю работают. Первым в дело вступило осязание. Оно появляется на втором месяце, когда вы начинаете реагировать на прикосновения в области рта, а через какое-то время вы начинаете осязать всем телом. Вскоре вы будете активно изучать руками свое лицо и по несколько раз в день прикладывать пальцы к губам.

Вкус и запах

Ваше чувство вкуса начинает развиваться скорее всего на четвертом месяце. К этому времени у вас во рту уже сформировались маленькие вкусовые сосочки, каждый из которых представляет собой скопление от 50 до 100 длинных вкусовых клеток. На крошечных волосках этих клеток расположены поверхностные рецепторы, которые захватывают молекулы поедаемой вами пищи. Как только молекула прикрепляется к рецептору, клетка посылает в мозг сигнал о том, что именно ей попалось. Каждая вкусовая клетка специализируется на распознавании определенных типов молекул, связанных с конкретными вкусами. Одни замечают, когда мы едим что-то кислое, другие реагируют на сладкое, горькое или острое. Последние исследования указывают на то, что есть еще и такие, которые вычисляют вкус жира.

Изначально все вкусовые сосочки распределены по всей полости рта, но потом они оседают в разных частях языка. В любом вкусовом сосочке есть клетки, способные регистрировать все вкусы. Вкусовые сосочки располагаются не только на языке, но и на нёбе. А у мух, например, вкусовые клетки распределены по всему телу. Если муха приземлится на кусочек яблока, то тут же ощутит своими лапками его сладкий вкус. Сомы тоже покрыты огромным количеством вкусовых клеток – их можно сравнить с огромным плавающим языком. Благодаря столь повышенной чувствительности они способны ощущать вкус крошечных червячков, прячущихся в песке.

Итак, вкусовые сосочки собираются в небольших ямках на поверхности языка и начинают улавливать молекулы, содержащиеся в околоплодных водах, которые вы то и дело пьете. Вам, может, и удастся почувствовать небольшую сладость, однако ваше чувство вкуса почти не развито. Так, например, вы не можете почувствовать соленый вкус околоплодных вод, поскольку способность различать его появится лишь через несколько месяцев после рождения. По мере взросления количество наших вкусовых сосочков уменьшается. Таким образом, вкус гораздо сильнее развит у детей, чем у взрослых.

Но, сколько бы ни было у нас вкусовых сосочков, мы никогда не сможем ощутить вкус во всей мере без помощи носа: попробуйте, будучи простуженным, съесть что-нибудь очень вкусное, вряд ли это доставит удовольствие. Так, если сжевать кусочек шоколада с зажатым носом, то можно почувствовать его консистенцию, горечь и сладость, а вот вкус самого какао от вас ускользнет, потому что его распознает именно нос, который обзавелся сенсорными клетками еще на четвертом месяце вашего внутриутробного развития.

ИНТЕРЕСНО
Многочисленные исследования показали, что плод запоминает те вкусы, которые пробовал, пока находились в утробе.


Но тогда обе ноздри, увы, были закрыты пробкой из клеток. Пройдет еще около месяца, прежде чем эта пробка наконец исчезнет, а вы начнете вдыхать околоплодные воды, словно воздух. Вдох – выдох, вдох – выдох. В процессе такого дыхания молекулы из околоплодных вод будут прикрепляться к сенсорным клеткам в носу, и ваш мозг получит множество новых для него ощущений. Потому что околоплодные воды – это не просто подсоленная водичка. Вы окружены целым коктейлем различных веществ, которые попали в плодный пузырь из вашего и маминого организмов. Все, что оказывается внутри вашей мамы, может потом очутиться и в вашем водяном жилище – это также касается и вкуса пищи, которую она ест. Отважные исследователи из США ради науки даже понюхали околоплодные воды беременных женщин и смогли без труда определить, кто из них ел чеснок прямо перед взятием пробы. Прочие подобные эксперименты тоже показали, что мятный, ванильный, анисовый и морковный вкусы передаются околоплодным водам.

Многочисленные исследования показали, что мы запоминаем те вкусы, которые пробовали, пока находились в утробе. Так, например, французские ученые обнаружили, что новорожденным больше нравится запах анисовых семян, если их мама регулярно употребляла во время беременности анисовые пастилки. В ходе другого исследования американские ученые попросили группу беременных женщин во время последнего триместра пить по четыре стакана морковного сока в день. А еще одной группе испытуемых, наоборот, вообще его запретили. Затем, где-то через месяц после родов, младенцам предложили детское питание со вкусом морковки, и оказалось, что те малыши, чьи мамы активно пили во время беременности морковный сок, лакомились им с гораздо большим удовольствием.

Глава 15

Слух и равновесие



Когда у вас начинает работать слух, вы обнаруживаете, что в материнской утробе вовсе не так тихо, как вы, возможно, ожидали. Прежде всего вы услышите ровный стук сердца вашей матери, мерное журчание крови и бульканье ее кишечника. Потом начнете улавливать всевозможные звуки снаружи.

В большинстве случаев плод начинает реагировать на звуки между 20-й и 24-й неделями, то есть месяце на шестом. С помощью УЗИ ученые обнаружили, что плод подскакивает, словно от испуга, если прямо перед животом проигрывать разные звуки.

Голос матери неродившийся ребенок различает особенно хорошо, так как он разносится по всему ее телу. Среди других звуков лучше всего в утробе слышны низкие тоны – точно так, как мы слышим тяжелые басы, доносящиеся через стенку с соседской вечеринки.

Большинство звуков заглушаются и искажаются, когда они проходят через кожу и мышцы. Кроме того, ваши уши полностью заполнены околоплодными водами, что тоже влияет на слух. Согласные звуки и прочие детали сглаживаются, однако ритмы и мелодии более-менее различаются. Причем с каждым днем ваш слух будет постепенно улучшаться.

ИНТЕРЕСНО
Примерно на шестом месяце вы начнете слышать голос мамы, например. Низкие тона вы услышите, как будто где-то за стенкой гремит вечеринка.


Чтобы слышать, нам нужна улитка – наполненная жидкостью спиралеобразная кость во внутренней части уха. Внутри нее расположены волосистые сенсорные клетки, которые словно приплясывают под слушаемые нами частоты.

От звука в жидкости улитки образуются небольшие волны, от которых волоски на клетках начинают раскачиваться, посылая электрические сигналы в мозг. Рядом с улиткой находятся три полукруглые арки, образующие органы равновесия. Они также наполнены жидкостью, и когда вы двигаете головой, то создаете небольшие волны и здесь, о чем сенсорные клетки незамедлительно докладывают в мозг. Совместными усилиями эти три арки регистрируют все наши движения в трехмерном пространстве. Одна из арок реагирует, когда мы кружимся на месте, а другая – при наклоне головы вперед. Если бы они не докладывали постоянно мозгу о малейших изменениях, мы бы не смогли перемещаться в пространстве, а падали бы на землю.

Сегодня ученые могут определить, слышит ли плод звуки и чувствует ли прикосновения, но невозможно понять, осознанно или нет он все это воспринимает. Нейронам мозга необходимо время на формирование нужных связей, чтобы те могли обрабатывать эти новые ощущения.

Мозг формируется под действием как наследственных, так и факторов окружающей среды, и абсолютно все – от химических веществ до личного опыта – влияет на его развитие. Между нейронами, которые общаются часто, создаются более сильные и устойчивые связи. Таким образом, все чувства необходимо тренировать: каждый раз, когда вы улавливаете какой-то звук, вы начинаете слышать чуточку лучше.

Проблемы со слухом чаще всего возникают у недоношенных детей, и, как считают ученые, все дело в том, что мозг попросту не справляется с обилием поступающей информации. После приглушенных тонов в темноте ребенок внезапно сталкивается с ослепительным светом, а также назойливым пиканьем и жужжанием больничного оборудования. Одна исследовательская группа из Гарварда задалась целью проверить, можно ли нейтрализовать этот эффект, воспроизведя в больнице среду, в которой плод находился в материнской утробе. Свет в палате приглушили, новорожденным ставили записи сердцебиения и голоса их матерей.

Проведенные впоследствии сканирования мозга показали, что у этих детей слуховые центры мозга были развиты гораздо лучше, чем у тех, кто появлялся на свет в обычных больничных условиях.

ИНТЕРЕСНО
Все чувства необходимо тренировать: каждый раз, когда вы улавливаете какой-то звук, то начинаете слышать чуточку лучше.


Подобно тому, как мы запоминаем вкусы, которые пробовали в утробе, мы, судя по всему, рождаемся также и с воспоминаниями об услышанном там. Новорожденные меньше плачут и спокойнее дышат, когда слышат биение сердца матери. Ученые из Королевского университета Белфаста обнаружили, что девятимесячный плод узнает мелодию заставки сериала, который их мама регулярно смотрит. На УЗИ хорошо видна повышенная активность плода при ее проигрывании. А после родов выяснялось, что эти же знакомые звуки помогают успокоить расплакавшегося малыша.

Кроме того, мы, судя по всему, учимся узнавать голос мамы еще до появления на свет. Когда плод слышит мамин голос, его сердцебиение учащается. Энтони де Каспер и Уильям Фифер из Университета Северной Каролины снабдили группу новорожденных детей наушниками и специально изготовленной пустышкой. То, насколько быстро они ее сосали, зависело от того, что им проигрывали в наушниках, – материнский голос или голос другой женщины. Оказалось, что голос мамы был у них в явном предпочтении. Только одна запись была им еще больше по душе, а именно запись, на которой голос их матери был приглушен и искажен таким образом, что был похож на то, каким они слышали его в утробе.

Также ученые попросили группу беременных женщин читать вслух детские книжки в последние недели беременности. Каждая мама дважды в день читала своему нерожденному ребенку популярную американскую книгу для детей «Кот в шляпе». Затем, уже через день после родов, детям давали наушники и опять же специальную соску, которая позволяла выбирать между двумя записями. На первой из них мама читала все того же «Кота в шляпе», а на второй – другую детскую книгу. И снова ответ был очевиден: дети явно предпочитали ту книгу, которую их мама зачитывала им еще до родов.

ИНТЕРЕСНО
Еще в утробе вы распознаете голос мамы, а когда слышите его – у вас учащается сердцебиение.


Однако не только люди учатся различать звуки еще до рождения. Крошечные австралийские птички со сложносоставным названием «прекрасные расписные малюры» постоянно поют, пока высиживают яйца, и вылупившиеся птенцы впоследствии используют эту мелодию, когда требуют еды. Это особенно полезно в борьбе против другой птицы – изобретательной кукушки, любящей подкидывать свои яйца в чужие гнезда. Самка расписного малюра могла бы впустую растратить пищу на подкидышей, однако пение ее собственных птенцов выступает в роли пароля, и благодаря такой системе птенцы этой птички получают необходимую им для жизни пищу.

Глава 16

Зрение



Реагировать на свет вы начинаете на шестом или седьмом месяце. Вместе с тем, хотя ваше зрение уже работает, в темноте материнской утробы вы мало что сможете разглядеть: лишь приглушенный красноватый свет проникает через одежду, кожу, мышцы и кровь. Тем не менее вы сразу же понимаете, когда ваша мама ложится на солнце. С помощью УЗИ ученые обнаружили, что плод всегда отворачивается, если направить яркую лампу прямо на живот его мамы.

Процесс формирования глаз начался еще на четвертой неделе, когда ваш мозг представлял собой не более чем тоненькие трубки, а тело напоминало личинку. По бокам мозговой трубки выросли два полых стебелька с крошечными мешочками на концах. Несколько дней спустя эти два мешочка уперлись изнутри в кожу и сплющились в два маленьких блюдца. Так зарождалась сетчатка ваших глаз, состоящая из особых клеток, которые при попадании на них света посылают нервные импульсы в мозг. Однако чтобы эти клетки могли начать рассказывать мозгу про увиденный свет, им нужна небольшая помощь, поэтому они сразу же рассылают приказы и послания своим соседям. Одни клетки принимаются за создание хрусталиков, задача которых – фокусировать свет на сетчатке. Другие же начинают окружать будущие глаза защитным материалом.

ИНТЕРЕСНО
С помощью УЗИ ученые обнаружили, что плод всегда отворачивается, если направить яркую лампу прямо на живот его мамы.


Одно из посланий, отправляемых клетками в процессе формирования глаз, создается с помощью гена PAX6. Люди с поврежденным геном PAX6 страдают от заболевания под названием «аниридия». Типичный признак этого расстройства – отсутствие радужной оболочки. В результате глаза у больных аниридией не голубые, не зеленые и не карие, по их центру расположены два огромных темных зрачка. Об этой болезни было известно еще более 150 лет назад, но вызывающий ее ген обнаружили только в 1992 году. А потом биологи выяснили, что ген PAX6 особенный – в очередной раз их удивили старые добрые плодовые мушки.

У плодовых мушек имеется пара исключительных глаз, именуемых фасеточными. Если присмотреться, то можно заметить, что все они состоят из сотен крошечных красноватых шариков, каждый из которых – отдельный малюсенький глаз со своим собственным хрусталиком и фоточувствительными клетками. Плодовая мушка смотрит одновременно во все стороны и, словно мозаику, собирает воедино зрительную информацию, считанную каждым глазом в отдельности. Для создания таких глаз используется ген под названием «безглазый». Он называется так потому, что бывают случаи, когда он не срабатывает и несчастная мушка появляется на свет без глаз. Когда же ген срабатывает, мушка может сделать себе глаза где угодно. Как правило, они появляются только на голове, однако благодаря генной инженерии можно включить безглазый ген там, где он обычно выключен. Ученые активировали ген в тех участках личинки, на которых обычно формируются лапки, и вот, пожалуйста, они создали мушку, у которой на каждой лапке торчало по одному красному глазу. Включив ген на другом участке, исследователи сделали мушку, похожую на крошечного краба – с глазками на кончиках усиков. Дальше они продолжали свои эксперименты в том же духе.

Изучив последовательность символов в гене, ученые могут запустить поиск по базе данных всех известных генов и попытаться найти что-нибудь похожее. Именно так они поступили с безглазым геном плодовой мушки, и результат, высветившийся на экране, их изрядно удивил. Компьютер выдал совпадение с человеческим геном PAX6. Прежде ученые уже находили вариацию гена PAX6 у мышей, но это не было так уж удивительно: мыши ведь такие же млекопитающие, как и мы, да и строение глаз у нас схожее. А вот совпадение с плодовой мушкой стало настоящим шоком: разве такое возможно? Как мог ген, используемый для создания глаз у млекопитающих, помогать формировать эти странные красные глаза-шарики у насекомых?

ИНТЕРЕСНО
Чтобы что-то увидеть, человек должен обработать зрительный образ в коре головного мозга. Поэтому при ее повреждении он полностью слепнет, даже если глаза остаются целыми и работают как надо.


Чтобы во всем разобраться, ученые решили немного поэкспериментировать с генами плодовых мушек. На этот раз они вместо безглазого гена вставили в их ДНК мышиную вариацию гена PAX6. Как же отреагировали клетки мушки? Они покорно прислушались к приказу мышиного гена, как своего собственного. И безглазый ген, и ген PAX6 играют роль переключателей, прямо как Hox-гены. Они включают гены, необходимые для формирования глаз. «Вот здесь у нас будет глаз», – принимает решение ген PAX6, и другие гены берутся за его создание. И даже притом, что сама команда заимствована у мыши, у плодовой мушки вырастают обычные красные фасеточные глаза. А когда этот ген отдает приказ вашим клеткам, то они начинают формировать пару человеческих глаз.

Где-то через два месяца после зачатия ваши глаза уже занимают свое место, однако пройдет еще какое-то время, прежде чем вы сможете ими воспользоваться. Поверх них вырастет небольшой слой кожи, который будет удерживать их в закрытом состоянии почти шесть месяцев. В любом случае нервные соединения с мозгом пока еще не готовы, так что на данном этапе ваши глаза как две видеокамеры без карты памяти.

Чтобы что-то увидеть, мы должны обработать зрительный образ в коре головного мозга. Поэтому, если у человека вследствие травмы кора головного мозга будет повреждена, он полностью ослепнет, хотя сами глаза останутся при этом целыми и будут продолжать работать как надо. Но если попросить такого травмированного человека взять какой-то предмет, то он скорее всего вытянет руку в нужном направлении. Ему покажется, что он делает это наугад, однако в действительности дело тут не просто в удаче. Глубоко в мозге находится дополнительный зрительный центр, доставшийся нам в наследство от наших земноводных пращуров. Подобно тому, как лягушка выстреливает языком в сторону насекомого, слепой человек в состоянии схватить предмет, не понимая при этом, что именно перед ним находится.

Хотя глаза в утробе довольно долгое время закрыты, нашей сетчатке скучать не приходится. В крайнем случае всегда можно развлечь себя самому. Ученые измерили уровень активности нервных клеток сетчатки у разных млекопитающих и обнаружили, что они самопроизвольно посылают сигналы в мозг задолго до окончательного развития зрения. Втайне от всех нервные клетки создают за закрытыми веками фальшивые зрительные образы. По сетчатке регулярно проходит хорошо скоординированная волна электрической активности, так что сидящие рядышком клетки одновременно посылают свои сигналы в мозг. Это помогает нервным клеткам правильно подсоединяться друг к другу.

ИНТЕРЕСНО
Первое время после рождения вы настолько близоруки, что не можете сфокусироваться ни на чем, что находится на расстоянии дальше десяти сантиметров.


Несмотря на столь раннее начало, зрение в момент рождения – наименее развитая функция из всех прочих. Поначалу мы настолько близоруки, что не можем сфокусироваться ни на чем, что находится на расстоянии больше десяти сантиметров. Постепенно зрение будет улучшаться, однако пройдет не один год, прежде чем оно разовьется полностью.

Глава 17

Волосатое прошлое



Вашим родителям во время УЗИ этого не видно, однако с вашим телом на пятом месяце произошло нечто странное: вы обросли волосами. Тоненькие белесые волоски спиральными узорами покрывают все тело. Они исчезнут еще до вашего рождения, но пока будут вас всячески выручать: например, они хорошо удерживают первородную смазку. Этот белый жирный крем, выделяемый кожей, выполняет роль своего рода увлажнителя, защищает нежную кожу от потертостей и трещин, а еще облегчает вам путь наружу во время родов.

ИНТЕРЕСНО
Примерно на пятом месяце все наше тело обрастает волосами, однако они исчезнут еще до рождения.


На самом деле довольно странно, что у нас нет своей полноценной шерсти. У всех видов обезьян – наших двоюродных братьев – она имеется и прекрасно защищает их и от холода, и от солнечного ультрафиолета. Нам же приходится довольствоваться коротенькими, практически незаметными волосками, хоть и по всему телу. Мы получаем солнечные ожоги и мерзнем в зимнее время. Так какая же вообще польза от этой наготы? Биологи предложили несколько вариантов ответов. Один из них такой: наши предки лишились шерсти, потому что им было необходимо адаптироваться к жизни в жаркой африканской саванне. Когда они покинули тенистые леса, им надо было научиться охлаждать свой организм под палящим солнцем.

Решение проблемы оказалось в качественном потоотделении. Просто и гениально – обзавестись огромным количеством потовых желез по всей коже, чтобы капельки пота испарялись, отводя от тела тепло. Если другие животные задыхаются, когда им становится слишком жарко, то мы, люди, способны преодолевать довольно большие расстояния, не допуская перегрева тела.

Мы прямо-таки предназначены для марафонских забегов, и уже одно только это подарило нам гигантское преимущество во время охоты в саванне. Все, что от нас требовалось, так это преследовать добычу, пока она не окажется на грани теплового удара. Потоотделение и терпение – это был рецепт нашего успеха.

Вместе с тем лишившиеся волосяного покрова люди столкнулись с новой угрозой: солнечные лучи и ультрафиолет. Для защиты от них наша кожа стала вырабатывать темный пигмент. Более светлые разновидности кожи появились только после того, как первые люди переселились из Африки в северные регионы Европы и Азии. На светлой коже быстрее образуются солнечные ожоги, однако она более эффективно использует солнечный свет для получения витамина D.

ИНТЕРЕСНО
Победители эволюционной гонки должны быть не только самыми живучими, они обязательно должны оставить после себя потомство.


Необходимость в отводе тепла – не единственное объяснение того, почему мы лишились шерсти. Ряд биологов предполагают, что мы сделали это еще и для того, чтобы избавиться от всего, что в нашей шерсти обитало. Волосатое тело – идеальное пристанище для вшей, блох и других малоприятных гостей, которые, помимо прочего, переносят опаснейшие вирусы и бактерии. Риск инфекционного заражения для социальных животных, коими мы и являемся, обитающих в тесном контакте друг с другом, особенно высок. Когда мы научились разжигать костры, строить убежища и шить одежду, то перестали нуждаться в шерсти и даже самыми холодными ночами начали прекрасно обходиться без нее. Победители эволюционной гонки должны быть не только самыми живучими, они обязательно должны оставить после себя потомство. Какой толк в том, чтобы жить 100 лет, если ты не обзаведешься детьми?! Гладкая кожа, возможно, была предпочтительней при поиске партнера, так как она сигнализировала о здоровом, лишенном паразитов теле, а это существенный плюс для тех, кто ищет себе пару. А то, что у нас остались волосы в области гениталий и под мышками, можно объяснить необходимостью привлекать партнера: волосы отлично удерживают запахи, которые усиливают половое влечение.

ИНТЕРЕСНО
У человека остались волосы в области гениталий и под мышками – это из-за необходимости привлекать партнера, ведь волосы отлично удерживают запахи, которые усиливают половое влечение.


У нас есть еще как минимум одно напоминание о волосатых предках: мурашки по телу, или гусиная кожа. Когда нам холодно, окружающие волосяные луковицы мышцы автоматически сокращаются, приподнимая волоски. Такой рефлекс важен для животных: приподнятая шерсть создает вокруг тела защитный теплоизолирующий слой, когда холодно, и зверь кажется более крупным и грозным, когда необходимо напугать противника. Для нас же этот рефлекс утратил всякую пользу: от бугорков на коже нам не согреться, и угрозы они никакой не представляют.

Глава 18

Из воды на воздух

ШЕСТОЙ МЕСЯЦ

21-я неделя





К началу шестого месяца вы уже похожи на новорожденного младенца – только меньше его по размеру, да и гораздо более уязвимы. Под тонкой кожей все еще хорошо видны кровеносные сосуды, но уже начинает появляться слой подкожного жира. За следующие несколько недель ваша морщинистая кожа разгладится и станет менее прозрачной.

Если бы вы родились прямо сейчас, то выжить вам удалось бы только с помощью больничного медперсонала. На данный момент врачи умеют спасать детей, рожденных чуть ли не на 20-й неделе (22-я неделя беременности). Но все же шансы выжить на столь раннем сроке невысоки: всего от 3 до 22 % малышей выживают, и у многих из них остаются пожизненные травмы. Для сравнения: из детей, родившихся на пять недель позже, выживают уже 90 %. В любом случае самая большая опасность преждевременных родов в том, что легкие не дозрели и еще не готовы выполнять свои функции.

Развитие легких начинается приблизительно через месяц после зачатия. Когда вы были еще крошечной личинкой, в верхней части кишечной трубки вырос небольшой бугорок. У рыб тоже появляется похожий нарост, который затем превращается в надутый воздухом мешок – плавательный пузырь, позволяющий рыбам регулировать уровень погружения, не напрягая мышц. У некоторых рыб (их так и называют – двоякодышащие) вместо плавательного пузыря все-таки развиваются примитивные легкие. Случись такое, что их родное болото высохнет, они могут зарыться в жидкую грязь и спокойно дышать в этом коконе до начала очередного сезона дождей.

В случае с нами этот маленький бугорок знаменует начальную стадию создания сложного органа, на окончательное формирование которого уйдут многие месяцы. Первым делом у этого бугорка появится отросток, из которого потом образуется трахея. Затем он разветвляется на две трубки поменьше – это наши будущие легкие. От них постепенно, словно ветки на дереве, отходят все новые и новые легочные трубки. На конце самых маленьких ответвлений образуются скопления крошечных воздушных мешочков, которые, если посмотреть на них в микроскоп, напоминают грозди винограда. Эти мешочки называются альвеолами. Они обеспечивают газовый обмен между легкими и кровью в процессе дыхания. Когда мы делаем вдох, воздух устремляется по легочным трубкам и надувает эти мешочки. Одновременно с этим сердце закачивает лишенную кислорода кровь в легкие, где многочисленные вены проходят вдоль легочных трубок и обвивают альвеолы со всех сторон, словно клубок шерсти. Так как у этих мешочков чрезвычайно тонкие стенки, то молекулы кислорода беспрепятственно проникают в кровь, где они прикрепляются к белку под названием «гемоглобин» и меняют его окрас с темного, практически черного, на ярко-красный. В то же время из крови в альвеолы поступает углекислый газ. Мы делаем выдох, и насыщенная кислородом кровь устремляется в левую часть сердца. Чтобы кровь не попала в бесконечный замкнутый цикл через легкие, левая и правая стороны сердца разделены сплошной мышечной перегородкой. Так что теперь ваша кровь отправляется в новое путешествие с целью разнести свежий кислород по всему телу.

ИНТЕРЕСНО
На данный момент врачи умеют спасать детей, рожденных чуть ли не на 20-й неделе (22-я неделя беременности). Но все же шансы выжить на столь раннем сроке невысоки: всего от 3 до 22 % малышей выживают, и у многих из них остаются пожизненные травмы.