Как спланировать тело

Наука о генах возникла, когда ученые увидели, что в результате нарушения процесса сегментации на свет рождаются настоящие монстры. Время от времени появляются насекомые с "неправильными сегментами": например, на месте ноги находится усик. В далеком 1894 году английский ученый Уильям Бейтсон назвал это "гомеотическими мутациями", гомеозис означает изменение одной части тела для придания ей сходства с другой частью. Бейтсон предположил, что эти мутации могут пролить свет на секреты эволюции и развитие эмбрионов. И оказался прав.

Четверть века спустя были обнаружены первые странные мутации у мушек-дрозофил. Насекомое обладало двумя копиями сегмента, который отвечал за крылья. Эти мухи с двумя парами крыльев вместо одной спровоцировали целый ряд открытий, которые произвели революцию в нашем представлении о молекулах, отвечающих за формирование тела.

Используя мушек-дрозофил, любимых подопытных существ биологов (их легко изучать, легко манипулировать их генами, и они быстро размножаются), ученые обнаружили, что небольшая последовательность генов, гомеобокс, присутствующая во многих генах, при изменениях вызывает мутацию на уровне тела. Гомеобокс регулирует формирование тела на всех стадиях, поэтому, обнаружив его, можно найти гены, участвующие в молекулярном механизме развития или формирования органов. Например, когда эмбриону мухи исполняется четыре часа, включается ген, названный Engrailed. Этот гомеобокс помогает разделить тело на сегменты.

Когда удалось выделить первые гомеобоксы у мух, оказалось, что они распределены в виде кластеров вдоль генетического кода. Аналогичные кластеры были найдены в ДНК других животных: червей, мышей, лягушек, куриц - и людей. Эти кластеры генов не просто живут, а работают вместе. Каждый такой кластер формирует команду; члены этих команд сообщают клетке о ее местоположении в теле и соответственно о том, чем она должна стать.

Гены, содержащие гомеобоксы, играют критическую роль в формировании тела, поскольку они производят протеины, отвечающие за то, как считывается и интерпретируется генетическая информация. Таким образом, у группы членистоногих, куда входят насекомые, пауки, крабы и многоножки, первые гены в кластере влияют на развитие головы и связанных с ней структур тела. Гены, находящиеся в середине, отвечают за развитие ног и крыльев в соответствующих сегментах тела и т. д. У людей таких кластеров четыре, каждый со своими особенностями, и всего в них содержится тридцать восемь генов. Гены в гомеобоксе, отвечающие за развитие конечностей, сообщают группе клеток, что она должна стать большим пальцем, мизинцем и т. д. Грубо говоря, кластеры становятся все больше по мере роста тела. Это позволяет предположить, что базовый план варьируется. Однако развитие тела у животных контролируется, что удивительно, небольшим количеством генов.

Роджер Хайфилд

Проза жизни • "Гарри Поттер" и наука: Настоящее волшебство