CC BY
43научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
БИОЛОГИЧЕСКИЕ НА УКИ/BIOLOGICAL SCIENCES
УДК 611.01
БИОЛОГИЯ РАЗВИТИЯ ОРГАНОВ: ОРГАНИЗМЕННАЯ ИНТЕГРАЦИЯ И МОРФОГЕНЕЗ
DEVELOPMENTAL BIOLOGY OF ORGANS: ORGANISM INTEGRATION AND MORPHOGENESIS
©Петренко В. М.
д-р мед. наук, «ОЛМЕ» г. Санкт-Петербург, Россия, deptanatomy@hotmail.com
©Petrenko V.
Dr. habil, OLME St. Petersburg, Russia, deptanatomy@hotmail.com
Аннотация. Анализ широко известных публикаций о механизмах развития живых существ показал различия и общность взглядов их авторов на организацию развития. Этот анализ позволяет утверждать, что отсутствует жесткая, прямая связь между: 1) генотипом и фенотипом; 2) структурой и функциональной активностью генома и белкового аппарата, включая биосинтез белков, 2а) а также между ними и морфогенезом. Имеющиеся сегодня сведения о генной организации индивидов очень ограничены, противоречивы и не всегда объективны. Поэтому оценивать роль генов в организации развития следует очень осторожно. Я всегда полагал, что нуклеиновые кислоты — это пассивный материал развития живых существ, пусть очень важный, но только инструмент для белков, организующих жизнь данного индивида. Именно белки формируют клетки, их органеллы и микроокружения, межклеточные контакты. Без последних невозможна организация тканей и органов. И для этого белки используют разные вещества, в том числе и нуклеиновые кислоты. Считаю важным представление, что тканевые интегрирующие системы обеспечивают образование основных типов клеток, тогда как организменная интегрирующая система определяет становление формы, причем изменения именно организменных интегрирующих систем служат основной движущей силой морфологической эволюции. Результаты собственных исследований позволяют мне утверждать, что индивидуальная пространственная организация осуществляется в процессе межорганных взаимодействий, неравномерного роста органов, темпы которого обычно снижаются по мере созревания тканей. Влияние окружающей среды на развитие организмов и органов (эпигенетический фактор) играет ключевую роль в реализации генетической информации.
Abstract. Analysis of widely known publications about mechanics of being performs distinctions and common outlooks of their authors on organization of the development. This analysis allows to confirm, that hard direct connection is absent between: 1) genotype and phenotype; 2) structure and functional activity of genome and albuminous apparatus, including biosynthesis of proteins, 2а) and also between them and morphogenesis. Today available knowledges about genic organization of individuals are very limited, contradictory and not always objective. Therefore, it should be to appraise a role of gens in development of organization very carefully. I think always, that nucleinic acids are passive material of development of being, let very important, but only instrument for proteins, organizing life of this individual. Just proteins form cells, their organelles and micro-environment, intercellular contacts. It is impossible organization of tissues and organs without the latter. And for this proteins make use different substances, including
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
nucleinic acids. I consider as important principle, that tissue integrate systems ensure formation of cells of basic types, then organism integrate system determines moulding of form, moreover changings of just organism integrate systems are fundamental driving force of morphological evolution. Results of my own investigations make it possible, that individual spatial organization is realized in process of interorganic interactions, uneven growth of organs, rats of which usually are falling in accordance with maturing of tissues. Influence of environment on development of organisms and organs (epigenetic factor) plays key role in realization of genetic information.
Ключевые слова: организм, орган, развитие, рост, генотип, фенотип, взаимодействие.
Keywords: organism, organ, development, growth, genotype, phenotype, interaction.
Никто не может заниматься всем — не объять необъятное. Я анатом, поэтому изучаю органогенез и его механику [7], но с пониманием значимости генетики для объяснения развития индивида и его органов [14]. В данной статье я обращаюсь к необходимым для этого публикациям, прежде всего к очень интересной и очень важной, широко известной книге «Эмбрионы, гены и эволюция». Ее авторы в предисловии заявили: «Наш основной тезис заключается в том, что существует некая генетическая программа, управляющая онтогенезом, и что в процессе развития важные решения принимаются относительно небольшим числом генов, несущих функции переключателей между альтернативными состояниями или путями. Подобная точка зрения, если она верна, означает, что эволюционные изменения в морфологии происходят как бы механически как результат изменений в системе генетических переключателей. Если верно наше предсказание о том, что число таких генетических переключателей относительно невелико, то тем самым возникает возможность для быстрых (в геологическом смысле) и резких эволюционных изменений. Возникновение новых групп организмов, по-видимому, связано с такими макроэволюционными событиями... В заключительной главе мы пытаемся создать некую единую эмбриогенетическую основу для морфологической эволюции» [23].
Редактор перевода книги «Эмбрионы, гены и эволюция» проф. А. Нейфах высказался о сути книги так. Давно известно, что эволюционные изменения — это изменения онтогенеза. Но до сих пор это утверждение носило чисто декларативный характер. Только в наши дни появилась возможность начать разговор о синтезе эмбриологии и генетики в изучении механизмов эволюции. Эволюционные изменения всегда начинаются с изменений генетических, которые, изменяя ход развития, реализуются в фенотипе. Только после этого, уже на уровне фенотипов, может вступить в действие естественный отбор. Но одно дело строить модели микроэволюции, рассматриваемой как одна мутация в одном гене. И совсем другое, когда рассматривается реальное видообразование с возникновением больших или меньших морфологических различий. Для понимания механизмов эволюции, и необходим следующий этап — объединение синтетической теории эволюции с биологией развития. Центральная идея, которая проходит через всю книгу, состоит в том, что гены, мутационные изменения которых ответственны за морфологическую эволюцию, в большинстве своем не структурные, а регуляторные. А если в эволюции ведущую роль играют изменения в регуляторных генах, то эволюционная роль структурных генов, кодирующих белки, оказывается существенно меньше. Однако большинство генетических изменений, ответственных за эволюционные изменения морфологии, реализуются все же через аминокислотные замены, хотя в ряде случаев изменение регуляции работы генов и может происходить только на уровне ДНК [23].
Если кратко, то важный для меня вывод из прочитанной книги [23] состоит в том, что отсутствует жесткая, прямая связь между: 1) генотипом и фенотипом; 2) структурой и функциональной активностью генома и белкового аппарата, включая биосинтез белков, 2а) а
научный журнал (scientific journal) http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
также между ними и морфогенезом. Изложенные в книге факты и собственные рассуждения ее авторов об этих фактах указывают на то, что имеющиеся сегодня сведения о генной организации организмов очень ограничены, противоречивы и не всегда объективны. Поэтому оценивать роль генов в организации развития следует очень осторожно. Сами авторы книги заключают: «...эволюционное изменение происходит путем модификации генетически детерминированной программы развития, имеющейся у каждого организма. Это заключение не следует воспринимать как модель полного генетического детерминизма ... об истинном ходе событий сведений столь мало, что мы можем лишь строить гипотезы ... центральной и все еще неразрешенной проблемой остается вопрос о том, каким образом гены направляют процесс создания организма» [23]. И при этом авторы заявляют: «.тканевые интегрирующие системы, очевидно, обеспечивают образование основных типов клеток, тогда как организменная интегрирующая система определяет становление формы изменения именно организменных интегрирующих систем, служат основной движущей силой морфологической эволюции» [23]. И это главное в моем понимании, что связывает мои научные поиски с обсуждаемой книгой. В 1940 г. Гольдшмидт в своих «Материальных основах эволюции» заявил: «Эволюция, следовательно, означает создание измененного процесса развития, регулируемого измененной зародышевой плазмой» [23], т. е., пользуясь современной терминологией, измененной ДНК генома. Я изучаю эволюцию как онтогенетические изменения, занимаясь сравнительной анатомией и эмбриологией у человека и млекопитающих, а также птиц и животных ряда других классов.
В главе 5 «Взаимодействие и интеграция» авторы обсуждаемой книги заявили: «В организме у более или менее полностью развившегося животного локализованные взаимодействия продолжают играть известную роль, однако на этой стадии решающее значение приобретает проблема поддержания организма как целого. Становятся необходимыми глобальные регулирующие механизмы, требующие взаимодействия между клетками на расстоянии, осуществляемого при участии гуморальных факторов — гормонов». Это полностью согласуется с моим видением особой роли сердечно-сосудистой системы в организации развития индивида и его органов, причем я имею в виду не только гормоны и гуморальный фактор вообще, но функцию организатора, оператора развития [3-6, 8, 9, 1113, 15-17, 20, 21]. Такое суждение вполне оправдано в период эмбрионального органогенеза, начиная с 4-й нед., особенно у плодов, когда сердечно-сосудистая система оформлена и все более активно функционирует. Сосуды, кстати, адекватно направляют рост нервов на периферии, способствуя миграции нейробластов в закладки органов.
В главе 6 «.Гетерохрония и морфологическая адаптация» авторы констатировали: «Морфогенетические процессы чрезвычайно сильно взаимодействуют между собой, и эти взаимодействия приводят к канализации развития. канализация — это забуферивание или гомеостаз путей развития, противодействующий извращениям развития, которые могут вызываться средовыми или генетическими возмущениями. кажущаяся направленность некоторых эволюционных линий отражает, возможно, ограничения, налагаемые теми эпигенетическими взаимодействиями, которые создают канализацию» [23]. Между прочим, морфогенез органов во многом определяется взаимодействиями между органами, которые растут очень неравномерно по темпам и направлениям, причем особенности роста органов детерминированы составляющими их тканями и клетками. Иначе говоря, гистогенез как базис органогенеза, начиная с эпителиальных зачатков органов [7, 17, 20], т. е. движения клеток предопределяют становление определенной пространственной структуры, формы, о чем и заявляют авторы обсуждаемой книги в главе 9 «Становление пространственной организации. Пространственная организация и происхождение формы»: «Главная проблема, стоящая перед биологами, занимающимися изучением развития, — объяснить механику процессов, в результате которых из одноклеточной зиготы образуется морфологически более сложный многоклеточный взрослый организм. С генетической точки зрения это влечет за
научный журнал (scientific journal) http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
собой необходимость объяснить, каким образом закодированная в ДНК одномерная информация реализуется в трехмерной структуре организма. Программа развития слагается из связанных между собой явлений двух типов — клеточной дифференцировки и становления пространственной структуры. попытаемся выяснить, ... как происходит развитие пространственной структуры и формы. эволюцию и морфологии, и клеточной дифференцировки следует понимать именно в контексте становления пространственной структуры». И далее предлагается концепция о позиционной информации (Lewis Wolpert et al.): клетки «помнят» о своем местоположении по отношению к другим клеткам в пространстве и времени, их движения происходят в определенном направлении морфогенетического поля, обычно по градиенту морфогена (какого-либо вещества, детерминирующего такие движения). Хотя тут же авторы книги добавляют, что следует помнить слова Уоддингтона: ««...эмбриональное поле. следует рассматривать как решительное абстрактное упрощение, которое может быть оправдано для некоторых особых целей, но к которому всегда следует относиться с большой осторожностью» [23].
В конце 11-й главы книги авторы отметили зависимость генной активности от эпигеномных влияний: «Увеличение числа генов и приобретение новых генов, возможно, участвуют в эволюции большинства групп эукариот, однако главную роль в ней играют модификации изощренных регуляторных механизмов. Эволюционные изменения генной экспрессии, вероятнее всего, происходили путем изменений в отдельных регуляторных элементах. локальные регуляторные элементы реагируют на сигналы, генерируемые интегрирующими системами, которые управляют экспрессией многочисленных генов, с тем, чтобы создавать интегрированные ткани и определять морфогенетические пути».
Но особое внимание я обратил, как и советовали авторы книги, на ее заключительную, 12-ю главу. И вот их оценка собственных представлений о развитии эволюции: «Наши собственные возможности синтезировать все то, что было изложено в предыдущих главах этой книги, крайне ограничены недостаточностью современных знаний о способах, которыми гены управляют морфогенезом даже простых структур Metazoa, и о природе генетических регуляторных взаимодействий высшего уровня . наши представления об интегрированных регуляторных системах — это обычно экстраполяции, опирающиеся на то, что нам известно об отдельных структурных локусах. Мы все еще видим регуляторные гены, действующие как переключатели процессов развития, лишь издалека. Наконец, теоретическое исследование динамичного поведения сетей, образованных многочисленными генами, взаимно влияющими друг на друга, еще только начинается . именно диапазон эволюционных явлений привел к описанию такого большого числа принципов, которое возможно только в воображении тех, кто их описывает». И, тем не менее, как не согласиться с таким положением: «Зародышевое развитие связано с широким разнообразием перемещений и структурных усложнений во времени». Именно это и происходит с органами у эмбрионов и плодов человека и млекопитающих животных, птиц. Причем в процессе взаимодействий между органами, растущими неравномерно по темпам и направлениям [7].
Я изучал значение для эмбрионального органогенеза соотносительного объема соседних органов как отражения интенсивности / темпа их роста (~ градиент морфогенетического давления), в т. ч. в аспекте видовых особенностей межорганных взаимодействий. Пример:
1. Печень — главный организатор эмбрионального органогенеза в брюшной полости (во взаимодействии с сердцем регулирует и морфогенез легких), где доминирует у человека с 4-й по 9-ю нед. (у свиньи и овцы ~ 3-5-я нед., у крысы ~ 13-17 сут.) эмбриогенеза, когда ее относительные размеры наиболее значительны. Принципиальную формулу механики органогенеза в брюшной полости можно представить так: печень ^ остальные органы.
1.1. Печень ^ (пупочная кишечная петля и первичные почки) ^ особенности поворота пупочной кишечной петли ^ особенности вторичных сращений брюшины ^ общее число и
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
размещение висцеральных, особенно брыжеечных, и поясничных, особенно парааортальных, лимфоузлов ^ особенности морфогенеза кишечных лимфатических стволов.
1.2. Печень ^ [первичные почки ^ (почки ^ надпочечники)] ^ особенности морфогенеза (нижней (задней) полой вены ^ забрюшинного лимфатического мешка, поясничных стволов и цистерны грудных протоков у эмбриона и затем у плода) ^ число и размещение поясничных лимфоузлов ^ особенности морфогенеза начального отдела грудного протока и его корней у плодов.
Печень у плацентарных млекопитающих является крупнейшим органом их эмбрионов, поскольку служит центром кроветворения. Желточный мешок у этих животных обычно мал и рано редуцируется. У птиц и еще больше у рептилий желточный мешок редуцируется гораздо позднее, что задерживает вправление физиологической пупочной грыжи в брюшную полость зародыша. С этим можно связать отсутствие у птиц и рептилий вторичных сращений брюшины. У крысы полностью отсутствуют дорсальные вторичные сращения брюшины, что коррелирует с замедленным уменьшением размеров печени относительно емкости брюшной полости у плода (по сравнению с человеком). Особенно сильно на этот процесс влияет рост дорсальных, ретропортальных отделов печени у крысы — вплоть до «удвоения» печени. Они «отодвигают» желудок и двенадцатиперстную кишку от дорсальной брюшной стенки с сохранением подвижности корня дорсальной брыжейки. Поворот первичной кишечной петли в эмбриогенезе крысы замедлен с редукцией и выпадением ряда этапов. У свиньи печень растет примерно как у человека. Но у свиных эмбрионов очень крупные, медленно дегенерирующие мезонефросы тормозят краниальный рост («восхождение» в брюшную полость) тазовых почек и постренального отдела задней полой вены, способствуют образованию более крупных краниального и (особенно) каудального интерсубкардинальных венозных анастомозов. У куриного эмбриона печень относительно небольшая (поскольку преобладает желточное кроветворение), но мезонефросы дегенерируют медленно, а почки сохраняют тазовое положение. Поэтому постренальный отдел задней полой вены домашней курицы вообще не формируется.
У плодов человека и плацентарных млекопитающих органогенез в брюшной полости определяется в первую очередь соотношением объемов и особенностями роста печени и кишечника. Этот тезис хорошо иллюстрируется «обратными» соотношениями печени и слепой кишки у грызунов: всеядная и подвижная крыса — крупная печень, небольшие толстая кишка в целом и слепая кишка в ее составе; малоподвижная растительноядная морская свинка — печень меньше, огромная слепая кишка и постоянные петли восходящей ободочной кишки; очень подвижная растительноядная дегу с небольшой печенью занимает в этом ряду промежуточное положение по слепой кишке, но явно ближе к морской свинке. Изменение относительного роста (объема) правой и левой долей печени у последней прямо коррелирует с положением и строением двенадцатиперстной и восходящей ободочной кишки.
Межорганные взаимодействия в эмбриогенезе определяют становление дефинитивных анатомотопографических взаимоотношений органов на основе неравномерного роста органов, в т. ч. стенок полостей тела (лимитирующий фактор емкости). Соотношение темпов роста органов по разным направлениям изменяется с изменением влияния данного органа на развитие соседних органов. Органы состоят из тканей. Межтканевые взаимодействия, в т. ч. типа эпителиостромальных (эпителиомезенхимных), лежат в основе органогенеза. Его главный механизм — полифокальный рост эмбриона: пролиферирующие эпителиальные зачатки органов чередуются с промежуточными зонами мезенхимы, которые сужаются между закладками органов в целом. Таким образом, индивидуальная пространственная организация осуществляется в процессе межорганных взаимодействий, на основе неравномерного роста органов, темпы которого обычно снижаются по мере созревания составляющих их тканей.
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
В эволюции, вероятно, функциональная активность, например — пищевая нагрузка, детерминирует адекватный морфогенез органов и их топографию путем изменения их абсолютного и относительного роста, что закрепляется естественным отбором согласно мнению И. И. Шмальгаузена (эволюция / онтогенез) [24, 25]: топографические координации / эргонтические корреляции ^ организационные координации / морфофункциональные корреляции. Однако естественный отбор — многофакторный процесс. Объем слепой кишки, например, зависит не только от степени, но и от длительности ее наполнения (брожения пищевых остатков), а это, в свою очередь, от «грубости» пищи (крыса ^ морская свинка |). Длительность наполнения органа еще зависит, но обратно, от его эвакуаторной функции, которая, в свою очередь, зависит от степени развития мускулатуры, собственной (самого органа) и скелетной (стенок брюшной полости), подвижности животного (дегу ^ морская свинка Подобная функциональная морфология характерна для ободочной кишки.
Далее в 12-й главе книги [23] авторы замечают: «Наилучшими примерами генов, контролирующих морфогенез, служат гены, регулирующие положение, число и индивидуальность головных, грудных и туловищных сегментов у дрозофилы. Гены, определяющие сегментарное строение, можно разделить на два больших класса: гены, которые активны во время оогенеза и создают в яйце позиционную информацию, и гены, которые активны во время эмбриогенеза и участвуют в интерпретации позиционной информации. два подкласса генов, активных во время эмбриогенеза. члены первого подкласса кодируют продукты, функция которых состоит в интерпретации, получаемой от материнского организма позиционной информации, необходимой для детерминирования местоположения сегментов и их числа. члены второго подкласса интерпретируют позиционную информацию, необходимую для детерминирования индивидуальности (т. е. специфических особенностей) каждого сегмента. Природа организменной интеграции и ее генная регуляция наиболее четко выступают в регуляции индивидуальности сегментов у дрозофилы. Для подпрограмм, определяющих становление морфологии отдельных структур сегментов, необходима генетическая информация, детерминирующая клеточные морфогенетические процессы, перемещения клеток, изменения их формы, типы деления клеток и сродство между ними. Эти подпрограммы, обеспечивающие перевод генетической информации в морфологические структуры, пока еще мало изучены. Мы все еще не в состоянии установить подлинные механизмы морфогенеза.». Только что я писал как раз о них, указывая на связь гистогенеза и органогенеза — степень дифференциации / зрелости тканей, составляющих и соединяющих органы, и интенсивность роста органов.
И до сих пор усилия экспериментаторов часто сосредоточены на изучении механики морфогенеза сегментов [5, 9]. Разные авторы указывают на влияние хорды и нервной трубки, гензеновского узелка и боковой пластинки мезодермы. A. M. Turing математически показал, что распространение какого-либо метаболита на протяжении аксиальной мезодермы носит волнообразный характер, из чего некоторые эмбриологи сделали вывод о существовании каких-то веществ, обладающих морфогенетическим давлением. Однако результаты ряда опытов на зародышах амфибий отрицают, по мнению Э. Дьюкар, существование каких-либо влияний, передающихся от головного конца дорсальной мезодермы к ее хвостовому концу, регулирующих ее сегментацию. Возможно, сегментация аксиальной мезодермы не зависит от какого-либо регуляторного сигнала, исходящего от головного участка, а может начаться в любой точке по оси зародыша независимо от участков, лежащих кпереди от нее. Не исключена возможность, что в каждом изолированном отрезке оси зародыша инициируется новый кранио-каудальный регулирующий механизм. По моим данным, кровеносные сосуды участвуют в морфогенезе сомитов как разделители их зачатков в условиях продольного растяжения и кручения тела эмбриона с его мягким скелетом. Преобразованная мной двухволновая модель E. Zeeman сегментирования осевой мезодермы подкрепляет мое предположение о важной роли аорты в становлении квазисегментарного устройства тела
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
человека, начиная с его эмбрионального периода развития. Две волны дифференциации осевой мезодермы: 1) детерминации (или распространения компетентности по E. Zeeman) — продольное растяжение мезодермы при удлинении эмбриона с напряжением адгезии клеток индуцирует их пролиферацию и сгущение, что стимулирует рост микрососудов; 2) регуляции процесса (как в виртуальной модели периодического морфогенеза по E. Zeeman) — кручение обусловливает поперечную перетяжку мезодермы, что облегчает ее разделение на сомиты сосудисто-мезенхимными клиньями. Причем вторая волна дифференциации (~ кручение) инициируется ее первой волной (удлинение тела эмбриона ^ краниокаудальный градиент напряжения мезодермы). Моя гипотеза коррелирует с разными предположениями о механике становлении метамерии животного в эволюции: 1) А. Ланга — связь с локомоцией и размещением сосудов; 2) Б. Гатчека и Э. Перрье — способность пролиферировать на заднем конце тела однородные небольшие участки.
До сих пор механизм формирования сомитов в эмбриогенезе остается неизвестным. Установлено, что мезодермальные клетки становятся более адгезивными по мере того, как приобретают способность формировать сомиты, причем в пределах каждой розетки (сомитомера — пресомита) аффинитет между мезодермальными клетками сильнее, чем между ними в несегментированной мезодерме. В последней сохраняется электрическое сопряжение мезодермальных клеток через щелевые контакты, которые исчезают непосредственно перед или во время формирования сомитов. Сначала, очевидно, изменяется характер взаимосвязи мезодермальных клеток, затем они собираются в компактные группы и образуют сомиты. Физическая сегментация коррелирует с появлением химических различий между соседними группами мезодермальных клеток сомитов. Селективное сцепление, основанное на различиях в химизме поверхности мезодермальных клеток, является причиной разделения их массива на физически обособленные сомиты. По мере того, как сомит становится когерентным образованием, т.е. совокупностью сцепленных друг с другом мезодермальных клеток, мезодермальные клетки наружного слоя соседних сомитов соединяются между собой плотными контактами. Вокруг сомита, как вокруг хорды и нервной трубки, образуется базальная мембрана, состоящая из коллагена, фибронектина, ламинина и гликозаминогликанов. Были высказаны предположения, что: 1) фибронектин участвует в упаковке мезодермальных клеток сомитомера; 2) гликозамингликаны хорды и нервной трубки индуцируют в сомитах синтез их собственных гликозаминогликанов. Нетрудно заметить, что исследователи в основном описывают состояние и изменения мезодермальных клеток и их контактов перед и в процессе образования сомитов. При этом по-прежнему не объясняется, как запускается и происходит сегментирование мезодермы
[5, 9].
В последние десятилетия популярной темой стало выяснение молекулярного механизма часов сегментации у позвоночных и беспозвоночных животных. Согласно гипотезе «часов и волны» F. Cooke et E. Zeeman, колебания концентрации каких-то молекул, возникающие вследствие циклической активности определенных генов, преобразуются в повторяющиеся морфологические структуры метамеров благодаря волне клеточной дифференциации, движущейся вдоль тела эмбриона спереди назад. При этом процесс сомитогенеза тесно связан с задним ростом эмбриона, когда поддерживается равновесие между образованием сомитов на переднем конце парааксильной мезодермы и отложением новых мезенхимных клеток на ее заднем конце, что обеспечивается сначала первичной полоской, а затем кончиком хвоста. Эта гипотеза коррелирует с давним предположением Б. Гатчека и Э. Перрье о механике становления метамерии животного в эволюции — способности пролиферировать на заднем конце тела однородные небольшие участки. Современная наука, ее технические возможности вывели прежнюю гипотезу на новый уровень индивидуальной организации, но сохраняется вопрос: как все же запускается данный процесс, в новом изложении — осциллятор сегментации? Предполагается, что
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
молекулярная природа фронта волны сомитогенеза включает противоположные градиенты определенных молекул внутри пресомитной мезодермы: каудо-краниальный градиент молекул, удерживающих мезодермальные клетки в недифференцированном состоянии, и кранио-каудальный градиент молекул, косвенно или прямо активирующих гены, которые участвуют в процессе сегментации. Мезодермальные клетки перемещаются краниально до того места, где наступает активация программы сегментации. Исследователи сосредоточили свои усилия на изучении преобразований мезодермальных клеток и их контактов, все меньше внимания уделяется их окружению (среде развития), где замечают обычно хорду, нервную трубку и спланхнотомы.
Я описал возможную роль общеизвестных процессов эмбрионального органогенеза в образовании сомитов [5]. В несегментированной аксиальной мезодерме эмбриона человека определяются сгущения мезодермальных клеток. Быстро растущие кластеры все более темных мезодермальных клеток разделяются постепенно утолщающимися прослойками более светлых клеток: цепь сомитов удлиняется, последовательно присоединяя новые звенья, их мезодермальные клетки приобретают радиальную ориентацию. Образование сомитов происходит с конца 3-й нед. и до начала 6-й нед. В эти сроки наблюдается скручивание тела эмбриона вокруг продольной оси в процессе интенсивного каудального удлинения эмбриона, плавающего вокруг сужающегося зародышевого ствола, в окружении уплотняющихся оболочек. На 6-й нед. заметно накопление гликозамингликанов в зачатках позвонков. На 7-й нед. выражено охрящевление туловищного скелета, когда прекращается кручение эмбриона.
Наиболее интенсивно сомитообразование происходит у эмбриона человека 4-й нед. В конце 4-й нед. наблюдается новообразование поясничных сомитов: дорсокаудальнее бифуркации аорты межсегментарные сосуды вместе с рыхлой мезенхимой внедряются в толщу тяжа дорсальной мезодермы, разделяя его на очаги сгущения мезодермальных клеток — таким образом, намечаются зачатки сомитов.
Изложенное позволило мне предположить: сомитообразование сопряжено с кручением «мягкого» тела эмбриона в процессе его каудального удлинения. При этом рыхлая мезенхима очень легко деформируется с усилением циркуляции межклеточной жидкости, что должно стимулировать рост протокапилляров. Кручение тела эмбриона сопровождается деформацией продольных тяжей дорсальной мезодермы. На ее протяжении возникают участки сужения, где определяются выступы рыхлой мезенхимы с кровеносными микрососудами. Эти клинья: 1) «отсекают» от тяжа дорсальной мезодермы сомиты; 2) фиксируют тяж в данном месте, что приводит к каудальному распространению волны кручения и сегментирования дорсальной мезодермы. Такое ее пошаговое взаимодействие с кровеносными сосудами, когда последние внедряются в мезодермальный тяж, «нарезая» сомиты, можно сравнить с зубчатой, а с учетом кручения — с винтообразной передачей движения мезодермы в виде сегментирования. Размер ее «шага» (^ сомита) определяют, очевидно, мезодермальные клетки: тип (способ их группировки) и пределы (~ объем сомита) роста мезодермальных клеток адекватны свойствам их белков, информация о первичной структуре которых записана в геноме мезодермальных клеток и периодически, в процессе их дифференциации считывается. Сосудисто-мезенхимные перегородки растут между формирующимися розетками мезодермальных клеток, т. е. в «слабые» места дифференцирующегося тяжа мезодермы — снижающегося продольного аффинитета мезодермальных клеток. В этих же участках определяются «перехваты» тела эмбриона, обусловленные его кручением — генетическая детерминация и эпигенетическая регуляция сомитогенеза? Поскольку сосуды с кровью, так или иначе, есть производные мезодермы, то получается саморегуляция ее развития.
Теперь дополним сделанный мной вывод: кровеносные сосуды участвуют в морфогенезе сомитов как (раз)делители их зачатков в условиях продольного растяжения и кручения тела эмбриона с его мягким скелетом. Скорость (периодичность) сегментирования
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
определяется свойствами белков, закодированными в геноме мезодермальных клеток — то, что нынче модно называть часами сегментирования. Я предложил двухволновую модель сегментирования осевой мезодермы, которая подкрепляет мое же предположение о ключевой роли аорты в становлении квазисегментарного устройства тела человека, начиная с его эмбриогенеза. Волны дифференциации осевой мезодермы следующие: 1) детерминации (распространения компетентности по E. Zeeman) — продольное растяжение мезодермы при удлинении эмбриона с напряжением адгезии (и разрывом первичных, продольных связей?) мезодермальных клеток, т. е. их дезадаптацией, индуцируют их пролиферацию и сгущение, что стимулирует также рост микрососудов, 1а) геном реагирует не только на химические, но и на физические (в т. ч. натяжение) сигналы, отвечая на них экспрессией генов; 2) регуляции данного процесса (как в виртуальной модели периодического морфогенеза у E. Zeeman) — кручение обусловливает поперечную перетяжку мезодермы, что облегчает ее разделение на сомиты сосудисто-мезенхимными клиньями; одновременно с этим происходит дифференциация, включая контакты, и реагрегация мезодермальных клеток (их морфогенетическая адаптация). Моя гипотеза коррелирует с различными предположениями о механике становлении метамерии животных в эволюции: 1) А. Ланга — связь с локомоцией и размещением сосудов; 2) Б. Гатчека и Э. Перрье — способность пролиферировать на заднем конце тела однородные небольшие участки, последнее сегодня переросло в гипотезу «часов и волны» сегментации тела у позвоночных и беспозвоночных животных. Иначе говоря, движения мезодермальных клеток в процессе сомитогенеза основываются на классической модели гистогенеза: митоз (пролиферация) ^ дифференциация, равновесие системы регулируется средой развития мезодермальных клеток и парахордальной мезодермы в целом.
Итак, в течение 4-й нед. эмбриогенеза человека парный тяж парахордальной мезодермы интенсивно растет и сегментируется в каудальном направлении. Уже в пресомитную мезодерму внедряются сегментарные сосуды, разделяющие ее на сомиты [5]. Важным моментом в их морфогенезе представляется реагрегация мезодермальных клеток с перестройкой их связей, изменением ориентации и взаиморасположения, начиная еще с этапа пресомитов (сомитомеров или розеток). В процессе интенсивного удлинения эмбриона возникает краниокаудальный градиент напряжения парахордальной мезодермы, что приводит к дезадаптации мезодермальных клеток и их связей с реорганизацией метаболизма, т. е. к биохимической дифференциации мезодермы и детерминации сомитов. Первая волна дифференциации осевой мезодермы инициирует вторую волну ее дифференциации, морфологической, т. е. сегментацию при участии кровеносных сосудов в связи с кручением тела эмбриона. На этом этапе развития происходит реагрегация мезодермальных клеток с образованием новых связей между ними (адаптация мезодермальных клеток). Или, иначе говоря, селективное сцепление, основанное на различиях в химизме поверхности мезодермальных клеток, является причиной разделения их массива на физически обособленные сомиты. Межклеточные коммуникации могут служить путями проведения сигналов, причем не только определяющих пространственную периодичность формирования сомитов, но и прежде всего (первично) сигналов о меняющемся состоянии среды обитания мезодермальных клеток (эпигеномная регуляция развития), включая их контакты. Нарушение (или ослабление) в результате этого первичных связей мезодермальных клеток сопровождается снятием (снижением) клеточного торможения и пролиферацией мезодермальных клеток, а затем их внутриклеточной перестройкой (дифференциацией) с последующим образованием новых межклеточных связей. Возможно, таким образом и запускаются часы сегментации тела эмбриона? Ведь эти часы, если они реально существуют, лишь деталь физиологии эмбриона в части сомитогенеза на молекулярном уровне индивидуальной организации. Мое мнение согласуется с предположением, что паттерны сегментации — результат многослойного процесса развития, иерархического взаимодействия эпигенетических механизмов и экспрессии генов (Fusco G., 2005; Lewis J. et al., 2009), иначе
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
говоря, генетическая детерминация и эпигеномная регуляция сомитогенеза сопряжены [9], в т. ч. в виде саморегуляции развития мезодермы и эмбриона в целом.
Сходные явления наблюдаются и в эмбриональном органогенезе человека, млекопитающих животных и птиц, о которых я писал выше.
Другой широко известной и неоднократно переиздававшейся книгой является «Биология развития» С. Гилберта [1]. В предисловии редакторов перевода указывается, что биология развития — это «относительно молодая междисциплинарная наука, возникшая на основе достижений экспериментальной эмбриологии и цитологии, молекулярной биологии и молекулярной генетики, а также физиологии, в нашей стране она связана с именами крупнейших ученых — Н. К. Кольцова, И. И. Шмальгаузена, И. А. Филипченко, Д. П. Филатова и М. М. Завадовского, труды которых заложили основы изучения причинных механизмов индивидуального развития». А в предисловии автора книги к русскому изданию находим более широкое определение: «Биология развития — это, вероятно, наиболее широкая из всех биологических дисциплин. Исследователь, работающий в этой области, не ограничен каким-либо иерархическим уровнем организации: транскрипция глобиновых генов или возникновение жабер у аксолотля могут в равной степени привлекать его внимание. В своих исследованиях он не ограничен также какой-либо конкретной группой организмов или системой органов в организме. Можно сказать, что биология развития включает и интегрирует их все. Единственный путь возникновения всего лежит через развитие, и биология развития — не что иное, как изучение каждой молекулы в клетке, клетки, ткани, органа и организма как функций времени. Теперь даже эволюцию рассматривают как функцию развития... Биология развития — наука о становлении, а не о существовании. Она свергает гегемонию взрослого организма. Взрослая особь — только конечная стадия длинного ряда взаимодействий, создавших ее. Для исследователя в области биологии развития процесс возникновения намного важнее и интереснее, чем процесс поддержания созданной формы». С. Гилберт отмечает значение работ российских ученых для биологии развития: «Зависимость между развитием и видообразованием привлекала к себе особенно большой интерес русских исследователей, начиная с К. Э. фон Бэра и А. Ковалевского. В самом деле, вопросы о связи зародышевого развития с эволюцией были поставлены А. Н. Северцовым и И. А. Филипченко в 1920-х годах как вызов эволюционной биологии ... Ученик А. Н. Северцова И. И. Шмальгаузен увидел в пластичности развития решающий фактор дальнейших эволюционных изменений и постулировал механизмы возникновения различий в морфологии животных на основе изменений процессов развития ... Вильгельм Ру упоминал о необходимости «механики развития филогении», первые шаги в этом направлении были предприняты только Д. П. Филатовым (1876-1943), который перенес эволюционные понятия из морфологии в экспериментальную эмбриологию». А в предисловии к книге С. Гилберт отмечает, что биология развития «начала играть роль связующего звена между генетикой и эмбриологией».
Введение в 1-й том книги [1] С. Гилберт начинает с важного замечания: «Организм — это не просто собрание случайно расположенных клеток различных типов, и развитие заключается не только в дифференцировке клеток, но и в их пространственной организации в многоклеточные структуры (ткани и органы), называемой морфогенезом. Обсуждение морфогенеза можно ограничить пятью основными вопросами. 1. Как из клеток формируются ткани? 2. Как ткани объединяются в органы? 3. Почему органы возникают в строго определенном, соответствующем для них месте? 4. Каким образом мигрирующие клетки достигают конечного пункта своей миграции? 5. Как происходит рост органов и составляющих их клеток; как скоординирован этот рост в процессе развития?».
В эпилоге [1] С. Гилберт подчеркивает, что «биология развития представляет собой продукт синтеза целого ряда дисциплин, однако традиционно она основывается на данных эмбриологии . В последние годы, однако, молекулярная биология несколько потеснила
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
ведущее положение эмбриологии, послужив источником противоречий внутри биологии развития .... Абстрактный формализм, старается проникнуть во внутреннюю сущность явлений, пытаясь выявить скрытую реальность, «более реальную, чем сама реальность». Молекулярная биология рассматривает организм как результат проявления его генов, сводя всю эмбриологию к изучению дифференциальной экспрессии генов . Этот редукционистский формализм находится в явном противоречии с натуралистическим органицизмом эмбриологической традиции . эмбриологи неустанно подчеркивают важность организма как целого и среды его обитания . эмбриологи подчеркивают, что «организм в его целостности так же необходим для понимания отдельных его элементов, как и элементы для понимания целостности организма» . Одна из важнейших задач биологии развития — перевод рабочих дефиниций в действительные вещества и процессы. Такими рабочими дефинициями, ждущими своего воплощения в реальные физические сущности, изобилует область морфогенеза ... Генетик и эмбриолог Уоддингтон ... , обсуждая проблемы генетики и морфогенеза, писал: «Генетика сделала прорыв... Но следующий прорыв, который нужен нам для понимания фундаментальных биологических процессов, — это прорыв в области эмбриологии. Будем надеяться, что он произойдет в скором времени».
Увы, современная наука тем и отличается, что открытия, сделанные на геноме низших червей и дрозофил, ценятся порой гораздо больше, чем описанные впервые факты в области эмбрионального органогенеза человека. Более того, локальные факты работы генома этих беспозвоночных распространяются на геном высших позвоночных животных и человека как как основа понимания механики их органогенеза.
Я предлагаю свое видение механики органогенеза у человека и других амниот, а также эволюционных основ их органогенеза, сложившееся с учетом не только воззрений И. И. Шмальгаузена и других видных российских ученых, но также Ф. Ламарка, Ч. Дарвина и других выдающихся зарубежных ученых [14].
Орган занимает центральное место в анатомических исследованиях. Орган — вполне автономная часть тела индивида. Но изучать орган следует в неразрывной связи с его функцией как часть целого организма. Органогенез выделяется как важный этап онтогенеза, но также протекает в эволюции, что и неудивительно: онтогенез является частью эволюции (эволюция как цепь онтогенезов). Чаще всего проводят исследование развития одного, отдельно взятого органа, причем далеко не всегда с (полноценным) учетом его связей с окружающими органами. Между тем не только в эволюции, но и в онтогенезе меняются не отдельные органы, а целые организмы во всех своих частях. Орган в составе организма, изменяющегося адекватно изменениям окружающей среды, изменяется координировано с изменениями других органов: адаптация (непрерывное приспособление) организма к меняющейся среде сопровождается, согласно И. Шмальгаузену, коадаптацией (взаимными приспособлениями) его органов [24]. Но вот вопрос: каким образом это происходит?
Развитие — процесс становления органических форм. Различают два основных его вида: 1) онтогенез — индивидуальное развитие, т.е. процесс становления отдельной особи, что является предметом исследований возрастной анатомии (морфологии развития), эмбриологии в частности; 2) филогенез — процесс становления вида, с которым имеет дело сравнительная анатомия [24].
Органическая форма не остается постоянной во времени. С одной стороны, происходит трансиндивидуальное изменение формы, т.е. эволюция, с другой стороны — закономерное изменение формы в пределах каждого онтогенеза. Причинное изучение органической формы как процесса в пределах онтогенеза называют механикой развития. Она принадлежит к морфологическим наукам, поскольку ее объектом является форма, но по методам и по подходу к форме примыкает к физиологии. Объектом исследований механики развития являются не зародыши и их физиология как таковые, но формативные процессы, или морфогенезы, в самом широком смысле, физиология формы.
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
Механика развития исследует морфогенетические корреляции, т.е. взаимодействия органов (и их зачатков в эмбриогенезе) при их непосредственном контакте путем передачи веществ (гуморальная связь), которые определяют общее устройство организма в процессе его развития [25]. Морфогенетические корреляции или соотношения органов, в т. ч. в их величине и расположении, обусловленные взаимозависимостями эмбриональных процессов, включают топографические соотношения органов в онтогенезе [24] и передачу веществ [25]. Согласно И. И. Шмальгаузену, морфогенетические корреляции есть результат реализации наследственной информации в данных конкретных условиях среды обитания (развития) организма. Изменение генофонда (путем накопления мутаций) приводит к изменению корреляционного аппарата развития организма. Консерватизм корреляционного аппарата как производного наследственной информации обеспечивает морфогенез фенотипа, адекватный существующему генотипу. Естественный отбор определяет адекватность фенотипа среде обитания и, таким образом, сохраняются организмы с (наиболее) жизнеспособными генотипами. Реализация наследственной информации происходит путем взаимодействия органов и других структур формирующегося (функционирующего) организма. Формы таких взаимодействий весьма различны — от более простых (координаций) до более сложных (корреляций). Топографические координации (положения) определяют пространственные взаимоотношения органов, в т. ч. путем механических контактов соседних органов. Морфогенетические корреляции допускают еще обмен информацией между органами путем передачи веществ (гуморальные связи, в т. ч. химические). Эргонтические корреляции так или иначе сводятся к трофическим и информационным связям (нервным, гуморальным, включая гормональные). Но именно благодаря эргонтическим корреляциям осуществляется детализация устройства организма и его частей, в т. ч. созревание в процессе их развития, в процессе реализации дефинитивных функций (функционирования дефинитивных органов) [24, 25], что характерно для фетального и, особенно, постнатального периодов онтогенеза человека, когда на первый план выходят тканевые изменения в строении органов. В эмбриональном, прежде всего, и раннем фетальном периодах онтогенеза человека более ярко проявляются формообразование и топографические изменения закладок органов на основе их неравномерного роста. Пространственные взаимоотношения органов без функциональной связи в эволюции (топографические координации), в т. ч. путем прямых механических контактов соседних органов, базируются на морфогенетических корреляциях [24]. Закладка органов начинается, согласно П. Г. Светлову, с индукционных взаимодействий тканевых зачатков, при которых, по мнению Дж. Иберта, «ткани остаются в тесном контакте таким способом и так долго, сколь это необходимо для обмена веществами или для их взаимодействия». Полагаю, что полное разделение корреляций и координаций как онтогенетических и эволюционных форм межорганных взаимодействий искусственно и нецелесообразно. Для понимания механики развития нужно исследовать все формы взаимодействий частей организма. Корреляции есть результат реализации наследственной информации в данных конкретных условиях обитания (развития) организма. Я предлагаю различать разные виды морфогенетических корреляций, в т. ч. топографические координации на основе неравномерного роста органов и индукционные взаимодействия с передачей вещества. Последние невозможны без прямых механических контактов (тканей), присущих топографическим координациям органов.
Согласно Ч. Дарвину, естественный отбор действует исключительно посредством накопления незначительных последовательных благоприятных изменений, поэтому не может производить значительных и внезапных превращений, а продвигается только короткими и медленными шагами. Окружающий нас мир, писал Ч. Дарвин, был создан благодаря законам, действующим и теперь — это рост и воспроизведение; наследственность, почти необходимо вытекающая из воспроизведения; изменчивость, зависящая от прямого или косвенного действия условий жизни или от упражнения и не упражнения; прогрессия
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
размножения, столь высокая, что приводит к борьбе за жизнь и к ее последствию — естественному отбору, влекущему за собой расхождение признаков и вымирание менее совершенных форм. Если быть кратким, естественный отбор накапливает изменения, возникшие в живом мире под влиянием окружающей среды, условий обитания, путем упражнения или не упражнения. А это повторение эволюции по Ж. Б. Ламарку, хотя, конечно, с очень важными дополнениями, уточнениями и разъяснениями. Но главное в эволюции живых существ по Ч. Дарвину — это среда обитания и ее изменения, которые вызывают изменения организмов.
Ж. Ламарк рассматривал этот же процесс с «колокольни» организмов: изменяющиеся условия обитания ^ изменяющиеся потребности и привычки ^ развитие способностей путем упражнений ^ адекватное изменение строения ^ передача по наследству возникших изменений в строении. По мнению И. И. Шмальгаузена, у Ж. Ламарка эволюция животных происходит по типу приспособительных модификаций (морфологических адаптаций) к изменениям среды, которая осуществляет стабилизирующий естественный отбор. Ж. Ламарк описывает эволюцию организмов как результат их взаимодействия с окружающей средой путем (не)упражнений органов, что и приводит к изменениям в строении организма, которые затем передаются по наследству, а не как механизм реализации наследственных изменений (генофонда), уже возникших под влиянием изменившейся среды обитания, опуская борьбу за существование предшественников рассматриваемых животных, в т. ч. за пищу. Однако новые виды, по И. Шмальгаузену, возникают первоначально в результате действия дизруптивной формы естественного отбора, она затем переходит в стабилизирующую форму адекватно состоянию среды (меняющаяся ^ постоянная). Таким образом, вероятно, возникают и разные виды грызунов с разными типами питания и подвижностью, чему соответствуют видовые особенности строения их органов пищеварения и скелетной мускулатуры [7].
Итак, концепция Ж. Ламарка рассматривает эволюцию организмов в связи со средой обитания. Эволюционной цепи Ж. Ламарка, думаю, недостает следующих звеньев:
1) основы для развития новых способностей,
1а) конечно, возможна морфологическая адаптация животного и его органов, но до известных пределов (генофонда),
1б) пределы нормы генетической реакции невелики и только их превышение может обеспечить адаптацию к значительным изменениям среды обитания, к которой адаптированы и фенотип, и генотип индивида;
1в) такое превышение обеспечивают небольшие мутации, накопление которых создает основу морфологических адаптаций к качественно новой среде обитания. О таких мутациях как модификаторах писал И. И. Шмальгаузен;
2) механизма передачи по наследству возникших изменений в строении,
2а) новая генетическая информация существует в новом генофонде индивида, изменившемся благодаря выше указанным небольшим мутациям (1в). Ее реализация на этапе развития новых способностей индивида описывается как биохимическая дифференциация (^ ультраструктурные изменения) и детерминация морфологической дифференциации;
2б) изменение генофонда (путем накопления мутаций) приводит к изменению корреляционного аппарата развития организма. Консерватизм корреляционного аппарата как производного наследственной информации обеспечивает морфогенез фенотипа, адекватный существующему генотипу. Естественный отбор определяет адекватность фенотипа среде обитания, сохраняя организмы с (наиболее) жизнеспособными генотипами.
Сравнительно-морфологический метод исследования давно используется в области механики развития. Сравнительная анатомия имеет дело с филогенетическим развитием, т. е. с процессом становления вида [24]. Вне филогенетического плана не может быть понята конкретная организация всего формообразования. В основе эволюции, по мнению
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
Ч. Дарвина, находятся рост и воспроизведение, наследственность и изменчивость, зависящая от условий жизни и упражнения или не упражнения. Анализируя результаты собственных сравнительно-анатомических исследований млекопитающих, я нахожусь в положении Ж. Ламарка, наблюдавшего видимую часть айсберга эволюции. Но, в отличие от Ж. Ламарка, я провожу такой анализ со знанием механизмов эволюции по И. И. Шмальгаузену (невидимый базис айсберга, погруженный в генетику и экологию). Эволюция животных происходит по типу приспособительных модификаций (морфологических адаптаций) к изменениям окружающей среды, которая осуществляет стабилизирующий естественный отбор: функциональные изменения (упражнения / не упражнения Ж. Ламарка) имеют, по мнению И. И. Шмальгаузена, руководящее значение и определяют путь эволюции. Исходя из этого, я провожу разноплановые сравнительно-морфологические исследования органогенеза (www.famous-scientists.ru/1251/ — Петренко Валерий Михайлович — перечень публикаций).
Сравнительно-анатомические (человек / грызуны: белая крыса / дегу / морская свинка) и сравнительно-эмбриологические исследования (человек / свинья / овца / белая крыса / домашняя курица) позволили мне обстоятельнее обосновать механизмы органогенеза у человека [7], которые я изучал ранее. Считаю, что в основе механики развития органов лежат их неравномерный рост и топографические координации, изменения топографических координаций, их переход в иные формы корреляций. Подобное происходит уже на этапах бластогенеза и гаструляции, а в период органогенеза — в процессе закладки и дальнейшего морфогенеза лимфатических мешков и узлов.
Я изучал, в частности, значение для эмбрионального органогенеза соотносительного объема соседних органов (как отражения соотношения интенсивности / темпа их роста ~ градиент морфогенетического давления), в т. ч. в аспекте видовых особенностей межорганных взаимодействий. Вероятно, описанные мной выше видовые и классовые особенности эмбрионов относятся к ценогенезам.
У зародышей человека и указанных животных течение органогенеза в брюшной полости определяется в первую очередь особенностями роста и меняющимся соотношением объемов печени и кишечника. У зрелых особей грызунов я обнаружил «обратные» соотношения печени и толстой кишки: всеядная и подвижная крыса — самая крупная печень, наименьшие толстая кишка в целом и слепая кишка в ее составе; малоподвижная растительноядная морская свинка — печень меньше, чем у крысы, огромная слепая кишка и множество петель ободочной кишки, восходящей (2, как у крысы, но гораздо выраженнее) и поперечной (1-5); растительноядная, но очень подвижная дегу — наименьшая печень и промежуточная по размерам слепая кишка (но гораздо ближе к морской свинке), множество петель ободочной кишки, восходящей (3) и поперечной (1, как у крысы). У морской свинки соотносительный рост (объем) правой и левой долей печени коррелирует с вариантами положения и строения (определяет морфогенез) восходящей ободочной и двенадцатиперстной кишки. Адекватные видовые особенности развития эмбрионов у грызунов относятся скорее к филэмбриогенезам, которые реализуются преимущественно по типу анаболий.
Таким образом, согласно И. И. Шмальгаузену, развитие органа невозможно понять без знания его эволюционных основ. И с этим перекликается мнение С. Гилберта. Орган следует изучать как часть целого организма в неразрывной связи с функцией [24]. В эволюции, вероятно, функциональная активность органов под нагрузкой, например, пищевой и / или двигательной, точнее — их перегрузкой, детерминирует адекватные изменения морфогенеза и становления топографии органов путем изменения их роста, абсолютного и относительного, что в онтогенезе закрепляется путем изменения генофонда индивида. Главный регулятор такого способа развития естественный отбор — многофакторный процесс. Поэтому объем (^ форма) разных отделов толстой кишки, например, зависит не только от «грубости» пищи, но и от степени развития мускулатуры (самого органа и стенок брюшной полости), подвижности
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
животного. Сходные преобразования претерпевают и другие органы брюшной полости. Отсюда вытекает формула эволюционных основ механики органогенеза в онтогенезе: онтогенез ^ эволюция / индивидуальная структура ^ функция ^ филетическая структура. Переходы в цепи формулы означают преобразования организма в эволюционной цепи онтогенезов на основе сопряжения структуры и функции, через разные формы взаимодействий органов (корреляций / координаций). Д. П. Филатов, И. И. Шмальгаузен, Дж. Иберт и другие исследователи рассматривают последние рассматриваются как движущая сила развития. Топографические координации как особая форма морфогенетических корреляций играют важную роль в органогенезе: прямые механические взаимодействия органов определяют становление их дефинитивных анатомо-топографических взаимоотношений на основе неравномерного роста, в т. ч. стенок полостей тела (лимитирующий фактор емкости).
Заключение
Проведенный мной анализ широко известных публикаций о механизмах развития живых существ показал как различия, так и общность взглядов их авторов на организацию развития. Этот анализ позволяет мне утверждать, что отсутствует жесткая, прямая связь между: 1) генотипом и фенотипом; 2) структурой и функциональной активностью генома и белкового аппарата, включая биосинтез белков, с одной стороны, 2а) а также между ними и морфогенезом, с другой стороны. Имеющиеся сегодня сведения о генной организации организмов очень ограничены, противоречивы и не всегда объективны. Поэтому оценивать роль генов в организации развития следует очень осторожно. Я всегда полагал, что нуклеиновые кислоты — это пассивный материал развития, пусть очень важный, но только инструмент для белков, необходимый белкам для сохранения наследственной информации о своей первичной структуре [2]. Разнообразные белки формируют клетки, их органеллы и микроокружения, межклеточные контакты, без последних невозможна организация тканей и органов. И для этого белки используют разные вещества, в т. ч. и нуклеиновые кислоты. Очень важным представляется мне положение, что тканевые интегрирующие системы обеспечивают образование основных типов клеток, тогда как организменная интегрирующая система определяет становление формы, причем изменения именно организменных интегрирующих систем служат основной движущей силой морфологической эволюции. Результаты моих собственных исследований позволяют утверждать, что индивидуальная пространственная организация осуществляется в процессе межорганных взаимодействий, неравномерного роста органов, темпы которого обычно снижаются по мере созревания тканей. Считаю, что влияние окружающей среды на развитие организмов и органов (эпигенетический фактор) играет ключевую роль в реализации генетической информации.
Список литературы:
1. Гилберт С. Биология развития: в 3-х томах / пер. с англ. М.: Мир, 1998.
2. Петренко В. М. Основы эмбриологии. Вопросы развития в анатомии человека. СПб: ДЕАН, 2003. 400 с.
3. Петренко В. М. Общая конституция человека и ее типы. Вазогемальный аспект проблемы // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №11-2. С. 291-294.
4. Петренко В. М. Органы сердечно-сосудистой системы // Современный научный вестник. 2014. №43 (239). С. 33-37.
5. Петренко В. М. Механика сегментации тела у эмбриона человека // Международный журнал экспериментального образования. 2015. №2-1. С. 21-24.
6. Петренко В. М. Общая конституция человека и ее типы. Невральный аспект проблемы // Успехи современного естествознания. 2015. №1-4. С. 584-587.
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
7. Петренко В. М. Механика органогенеза. Сравнительный метод исследований // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №5-2. С. 256-259.
8. Петренко В. М. Общая анатомия человека в России сегодня // Инновационная наука. 2015. №5-3. С. 143-144.
9. Петренко В. М. Как запускаются часы сегментации тела? // Успехи современного естествознания. 2015. №1-7. С. 1092-1095.
10. Петренко В. М. Общее устройство человека и его становление // Национальная ассоциация ученых. 2015. №5 (10)-4. С. 71-74.
11. Петренко В. М. Морфотипы аорты и соматотипы человека // Успехи современного естествознания. 2015. №1-8. С. 1282-1286.
12. Петренко В. М. Как артерии сегментируют тело человека // Инновационная наука. 2015. №10-1. С. 218-220.
13. Петренко В. М. Артериальный скелет квазисегментарного тела человека // Успехи современного естествознания. 2015. №9. С. 66-71.
14. Петренко В. М. Эволюционные основы органогенеза человека: некоторые аспекты механики развития // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. №12-7. С. 1247-1251.
15. Петренко В. М. Эмбриональные основы морфогенеза артериального скелета в квазисегментарном теле человека // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2016. №1-1. С. 42-46.
16. Петренко В. М. Артериальный скелет тела человека // Инновационная наука. 2016. №2-5. С. 125-127.
17. Petrenko V. M. About mechanics of human organogenesis // News of Science and Education. Sheffield: Science and Education LTD. 2015. №15 (39). P. 33-37.
18. Петренко В. М. Основы общего устройства тела человека // Содружество. 2016. №1 (1)-1. С. 94-98.
19. Петренко В. М. Общая анатомия человека в России сегодня // Научное обозрение. Медицинские науки. 2016. №5. С. 92-108.
20. Petrenko V. M. Organogenesis: Mechanics of Development // International Journal оf Applied and Fundamental Research. 2016. №3.
21. Петренко В. М. Интегративные системы и конституция человека // Инновационная наука. 2016. №8-3. С. 131-132.
22. Петренко В. М. О конституции человека: введение в общую анатомию человека. М., Берлин: Директ-Медиа, 2016. 137 с.
23. Рэф Р. А., Кофмен Т. С. Эмбрионы, гены и эволюция. М.: Мир, 1986. 402 с.
24. Шмальгаузен И. И. Основы сравнительной анатомии позвоночных животных. М.: Гос. уч.-пед. изд-во наркомпроса РСФСР, 1938. 488 с.
25. Шмальгаузен И. И. Организм как целое в индивидуальном и историческом развитии (М.-Л., 1938) // Избран. труды. М.: Наука, 1982. 383 с.
References:
1. Gilbert S. Developmental biology: in 3 v. Moscow, Mir, 1998. (In Russian).
2. Petrenko V. M. Bases of embryology. Problems of development in human anatomy. St. Petersburg, DEAN, 2003, 400 p. (In Russian).
3. Petrenko V. M. General constitution of man and its types. Vascular-haemal aspect of the problem. Internat. Journ. Appl. Fund. Researches, 2014, no. 11-2, pp. 291-294. (In Russian).
4. Petrenko V. M. Organs of cardiovascular system. Mod. scie. Bull., 2014, no. 43 (239), pp. 33-37. (In Russian).
научный журнал (scientific journal)
http://www. bulletennauki. com
№12 (декабрь) 2016 г.
5. Petrenko V. M. Mechanics of segmentation of body in human embryo Internat. Journ. Exper. Educ., 2015, no. 2-1, pp. 21-24. (In Russian).
6. Petrenko V. M. General constitution of man and its types. Nervous aspect of the problem Adv. Curr. Natur. Scie, 2015, no. 1-4, pp. 584-587. (In Russian).
7. Petrenko V. M. Mechanics of organogenesis. Comparative method of the investigations. Internat. Journ. Appl. Fund. Researches. 2015, no. 5-2, pp. 256-259. (In Russian).
8. Petrenko V. M. General human anatomy in Russia today. Innovat. scie., 2015, no. 5-3, pp. 143-144. (In Russian).
9. Petrenko V. M. How segmentation clock of body starts? Adv. Curr. Natur. Scie., 2015, no. 1-7, pp. 1092-1095. (In Russian).
10. Petrenko V. M. General human construction and its formation. National association of scientists, 2015, no. 5 (10)-4, pp. 71-74. (In Russian).
11. Petrenko V. M. Morphotypes of aorta and human somatotypes. Adv. Curr. Natur. Scie., 2015, no. 1-8, pp. 1282-1286. (In Russian).
12. Petrenko V. M. How arteries segment human body? Innovat. scie., 2015, no. 10-1, pp. 218-220. (In Russian).
13. Petrenko V. M. Arterial skeleton of human quasi-segmentary body. Adv. Curr. Natur. Scie., 2015, no. 9, pp. 66-71. (In Russian).
14. Petrenko V. M. Evolutionary bases of human organogenesis: some aspects of mechanics of the development. Internat. Journ. Appl. Fund. Researches, 2015, no. 12-7, pp. 1247-1251. (In Russian).
15. Petrenko V. M. Embryonic bases of morphogenesis of arterial skeleton in human quasi-segmentary body. Internat. Journ. Appl. Fund. Researches, 2016, no. 1-1, pp. 42-46. (In Russian).
16. Petrenko V. M. Arterial skeleton of human body. Innovat. scie. 2016, no. 2-5, pp. 125127. (In Russian).
17. Petrenko V. M. About mechanics of human organogenesis. News of Science and Education. Sheffield: Science and Education LTD, 2015, no. 15 39, pp. 33-37.
18. Petrenko V. M. Bases of general construction of human body. Community (Rus.-Chin. Scie. Jour.), 2016, no. 1 (1)-1, pp. 94-98. (In Russian).
19. Petrenko V. M. General human anatomy in Russia today. Scie. Rev. Med. Scie., 2016, no. 5, pp. 92-108. (In Russian).
20. Petrenko V. M. Organogenesis: Mechanics of Development. Internat. Journ. Appl. Fund. Research, 2016, no. 3.
21. Petrenko V. M. Integrative systems and constitution of man. Innovat. Scie., 2016, no. 8-3, pp. 131-132. (In Russian).
22. Petrenko V. M. About human constitution: introduction in general human anatomy. Moscow-Berlin, Direct-Media, 2016, 137 p.
23. Raff R. A., Kaufman T. C. Embryos, Genes, and Evolution. Moscow, Mir, 1986, 402 p. (In Russian).
24. Shmalgausen I. I. Bases of comparative anatomy of vertebrates. Moscow, St. ed.-ped. publ. house harcompros RSFSR, 1938, 488 p. (In Russian).
25. Shmalgausen I. I. Organism as whole in individual and historical development (Moscow-Leningrad, 1938). Selected works. Moscow, Nauka, 1982, 383 p. (In Russian).
Работа поступила Принята к публикации
в редакцию 29.10.2016 г. 01.11.2016 г.
