CC BY
81
ГЕРОНТОЛОГИЯ SINE PASSION ET PRAE («ГЕРОНТОЛОГИЯ БЕЗ СТРАСТИ И ПРЕДПОЧТЕНИЯ»)
Мушкамбаров Николай Николаевич Первый Московский государственный медицинский университет им И.М. Сеченова
mushkambarov@gmail. com
Статья представляет собой первую главу новой монографии автора по геронтологии, посвященной уточнению его взглядов на процессы старения
Ключевые слова: геронтология, открытия в биогеронтологии, процесс старения, математическое описание процесса старения.
ПРЕДИСЛОВИЕ
1. Свою первую книгу по теме старения я назвал «Геронтологией in polémico». Она была издана в 2011 году [1].
Эта книга — весьма основательная. Я рассмотрел там много трудных вопросов, перемежая изложение иронией и математикой [2-6].
Конечно, мало кто прочёл эту книгу «от корки до корки». Надо иметь немало воли, чтобы одолеть такой объемный и мудреный труд.
Но все же книга получила относительную известность в очень узком кругу случайно познакомившихся с нею лиц, а также среди их редких знакомых. Ее иногда даже стали включать в списки рекомендованной литературы по геронтологии.
2. С тех пор прошло почти 10 лет. Мне кажется, в эти 10 лет в геронтологии появилось новых идей гораздо больше, чем за предыдущие 100 лет.
Нет, мы ещё ни в чем не уверены (я имею в виду прежде всего себя; а вообще-то уверенных уже немало); многие вопросы как были, так и остаются вопросами (опять-таки, для меня).
Но насколько более ярким и многокрасочным стал ландшафт потенциальных ответов на них!
3. В той моей монографии — три раздела. И если два последних из них «чувствуют» себя в нынешних условиях ещё достаточно спокойно, то первый раздел, посвящённый самым общим, самым фундаментальным проблемам геронтологии, во многих своих местах «заполыхал».
Да так, что эти проблемы вдруг предстали совершенно в ином свете — не знаю, в истинном или ложном, — но ином.
4. Совершенно невозможно было оставлять все это без внимания.
а) Что же делать? — Подготовить второе издание «Геронтологии in polemico», внеся в него необходимые изменения? Но вряд ли у издателей подобное намерение вызовет взрыв энтузиазма: все-таки эта монография чересчур монументальна.
б) И тогда я решил в своей новой книге ограничиться только тем, что «горит» — то есть темами лишь первого раздела «Геронтологии in polemico». Это даст ощутимую экономию всего, что возможно, - моего труда, издательских затрат, времени читателей.
5. И вот какие задачи поставил я перед собой, принимаясь за настоящую книгу :
- осветить необычные и неожиданные открытия, прогремевшие в биогеронтологии в последнее десятилетие;
- переосмыслить, с учётом данных открытий, свои прежние взгляды на процесс старения и четко, недвусмысленно сообщить, какие из этих взглядов мною изменены;
- рассмотреть те количественные задачи из «Геронтологии in polemico», которые требуют уточнения или пересчета;
- вместе с тем подтвердить те важные выводы и положения первого раздела «Геронтологии in polemico», которые остаются в силе;
- в том числе воспроизвести математический аппарат, предложенный мною в этом разделе для описания процесса старения.
6. Реализацию изложенного плана я почитал самым важным своим делом на протяжении всего времени работы над книгой.
И буду вполне удовлетворен, если результат этого труда тоже окажется важным — для всех тех, кто, интересуясь проблемой старения, доверяет моим суждениям и понимает, что познание далеко не всегда бывает прямолинейным и однонаправленным.
7. В заключение — о названии книги.
а) В отличие от «Геронтологии in polemicо», основной чертой которой была полемичность, в этой книге я решил отказаться от какой бы то ни было категоричности. Последняя легко может завести в тупик.
Не имея хотя бы десятка стопроцентных доказательств какого-либо явления, не следует приписывать это явление Природе лишь потому, что оно нам кажется наиболее логичным и естественным.
б) Поэтому здесь я считал своим долгом не доказывать, а рассказывать. Рассказывать о разных точках зрения, существующих по затронутому вопросу. Причем, я старался всячески избегать оценочных суждений, хотя и не уверен, что мне это везде удалось.
в) Как бы то ни было, по крайней мере, моим намерениям отвечает название «Геронтология sine passion et prae», т.е. «Геронтология без страсти и предпочтения».
Глава 1.
ПРОБЛЕМА ОБНУЛЕНИЯ ВОЗРАСТА В ЗАРОДЫШЕВОМ ПУТИ, или
ИСТОРИЯ ОДНОЙ ИДЕИ
Конкретизация проблемы:
На какой стадии онтогенеза и каким образом происходит обнуление возраста, достигнутого линией половых клеток к моменту оплодотворения?
В 1977 году мне глубоко в голову и в душу вошел мейоз. И остался там на сорок с лишним лет. Тогда, в самом начале моей научной деятельности, практически никто всерьез не задумывался о судьбах половых клеток. И тем более никто не связывал эти клетки с проблемой старения.
Об этом я все подробно расскажу. Но чуть позже. Потому что здесь удивительна и предыстория. Удивительна прямо-таки до озноба.
1.1. ПРЕДЫСТОРИЯ: НАЕДИНЕ С МЕТИЛИРОВАНИЕМ ДНК
1.1.1. Слепой поводырь слепого
а) 30-го сентября указанного (1977-го) года у меня заканчивалась аспирантура по биохимии. И в этот же день на совместном заседании Лаборатории и Кафедры я успешно апробировал кандидатскую диссертацию. Она называлась так: ИЗУЧЕНИЕ МЕТИЛИРОВАНИЯ ДНК В ЖИВОТНЫХ ТКАНЯХ [7].
б) С позиций сегодняшнего времени это кажется почти нереальным — в мои молодые годы, когда я пылко искал подступы к проблеме старения, слепая судьба вплотную подвела меня к тому процессу, который, как многие сейчас убеждены, как раз и является центральным в старении! А я столь же слепо отошёл в сторону — по направлению к половым клеткам и мейозу.
в) Я мечтал найти вход в таинственный и неведомый океан — и был уже у ведущего в него пролива. Но, ничуть не догадываясь об истинном значении водного пути, на берегах которого оказался, я лишь добросовестно произвёл кое-какие замеры и побыстрее удалился оттуда, чтобы, наконец начать поиски пути в океан. Хотя этот путь долгое время находился прямо передо мной.
1.1.2. Бактерии тоже метилируют ДНК
Конечно, все можно объяснить.
Да и то: в то время роль метилирования ДНК была известна лишь для бактерий. И эта роль никак не намекала на старение.
1) Система рестрикции и модификации.
а) У бактерий фермент ДНК-метилаза работает в содружестве со специфической ДНК-нуклеазой — рестриктазой, образуя с ней систему рестрикции и модификации.
б) Это одна из простейших систем, отвечающих за различение «своего» и «чужого» и за последующее уничтожение «чужого».
в) Оба фермента данной системы настроены на узнавание в любой ДНК строго определенного сайта — последовательности из 6-8 нукл. пар.
г) Причём, разные виды и штаммы бактерий различаются по сайтспецифичности этой системы.
2) Принцип функционирования системы.
а) Работает система так: сразу после репликации бактериальной ДНК фермент ДНК-метилаза находит в ней соответствующий сайт и присоединяет к одному или двум нуклеотидам метильную группу — по сути, метку. Это защищает ДНК от действия своей рестриктазы.
б) Если же в бактериальную клетку попадает чужеродная ДНК -например, в составе бактериофага, - то в ней тоже можно отыскать данный сайт (как, видимо, и практически любой иной сайт в любой иной ДНК), но он не содержит метильной метки. И потому ДНК фага аккуратно разрезается в этом месте (или рядом с ним) рестриктазой.
в) В чужеродной ДНК может быть и несколько (п) одинаковых сайтов, узнаваемых рестриктазой бактерии. Тогда эта ДНК разрезается ровно на п+1 фрагментов.
1.1.3. И животные метилируют ДНК
1. У животных — функция иная.
а) У животных системы рестрикции и модификации не обнаружили. И вскоре стало ясно, что у них метилирование ДНК выполняет какую-то иную функцию.
б) В то время в МГУ активно работала группа Б.Ф. Ванюшина, определявшая содержание метилированных нуклеотидов в образцах ДНК самого разного происхождения.
в) Результаты группы косвенно свидетельствовали о вероятном участии метилирования ДНК у животных в регуляции активности генов. А также прослеживалась связь этого процесса с возрастом. При старении количество метильных групп в ДНК клеток многих органов, по данным Ванюшина и сотр., уменьшается.
2. Интересно, но не очень ...
а) Такие новости, конечно, заставили меня отнестись к метилированию ДНК с большим интересом.
б) Но все равно, этот, тогда почти никому неизвестный процесс, воспринимался мною как некая экзотика, как не вполне обязательное дополнение к более важным способам регуляции активности генов.
в) I. Гены, промоторы, операторы, транскрипционные факторы, репрессоры и активаторы, протеинкиназы и протеинфосфатазы — вот настоящие участники регуляции генов.
II. А если говорить не об активности, а об экспрессии генов, то можно ещё добавить регуляцию на уровне мРНК и на стадии трансляции.
г) В этом множестве механизмов присоединение к нуклеотидам ДНК скромной метильной группы совершенно терялось и казалось лишенным большого смысла.
1.1.4. И я метилировал ДНК (Мои скромные достижения)
Ну, а в чем состояло моё «изучение метилирования ДНК в животных тканях»?
1. Моя методика.
а) С помощью неоднократного центрифугирования, я выделял из печени крыс клеточные ядра и быстро (пока в них ещё могли быть инициированы нормальные процессы) ставил их в термостат на 40-минутную инкубацию с донором метильных групп — S-аденозил-метионином ^-АМ).
б) I. В последнем метильная группа была мечена радиоактивным изотопом Си или Н3.
II. В результате реакции метилирования в ДНК появлялись радиоактивные остатки 5-метилцитозина, что регистрировалось на сцинтилляционном счетчике.
2. «Узкое» место.
а) Однако в ядрах могут метилироваться не только ДНК, но также белки (гистоны) и РНК. Этот момент составлял в аспирантские годы мою самую большую головную боль.
б) I. Да, по окончании инкубации я проводил несколько процедур, призванных отделить ДНК, РНК и белки друг от друга.
II. Но эти процедуры кое у кого вызывали сомнения.
III. И я чуть ли не половину своего времени потратил на эксперименты, доказывающие, что у меня (точнее, у моего метода определения ДНК-метилазной активности в ядрах) — все о'кеу.
3. Мои результаты.
Ну, а последующие эксперименты привели к следующим заключениям:
а) метилирование ДНК обратимо,
б) существуют два типа метилирования ДНК —
- зависимое от репликации (удвоения) ДНК и
- независимое от репликации;
в) сопоставление этих типов по большому спектру самых разных свойств (оптимум рН, зависимость от присутствия важнейших ионов, чувствительность к ингибиторам и стимуляторам) не выявило серьезных различий. Поэтому возможно, что оба типа метилирования осуществляются одной ферментной системой.
Не бог весть что. Но этого было достаточно, и я был рад закончить с этим каким-то невнятным и инфантильным метилированием ДНК. Я жаждал великих свершений.
И поэтому после апробации стал думать, как же подступиться к проблеме старения.
1.2. КАК ПОЛУЧАЕТСЯ, ЧТО ДЕТИ МОЛОЖЕ СВОИХ РОДИТЕЛЕЙ?
1.2.1. Нелепый вопрос. И нулевой вариант ответа на него
1. Очень важное решение.
а) Думал я ровно три дня — ни больше, ни меньше. И в конце концов меня осенило: откуда же, черт возьми, берутся дети?!
б) Все, кому я потом отвечал этим вопросом на вопрос, чем я теперь занимаюсь, недоумевающе хмыкали. Но их недоумение было вызвано не тем, что они не знали ответа, а тем, что я задаю столь нелепый вопрос.
в) А я, действительно, не знал правильного ответа на свой нелепый вопрос. Вернее, я догадывался, каков ответ; но догадка — не доказательство. Я понимал, что нужны точные экспериментальные факты и подтверждения.
г) И твёрдо решил, что это будет моей следующей научной работой.
Ради этого перешёл из процветающей Лаборатории на нищенствующую, по своему обыкновению, Кафедру.
2. Ключевой вопрос.
а) Тогда не было в ходу понятия «обнуление возраста». Но я имел в виду именно это. И рисовал возможные графики того, как изменяется биологический возраст линии половых клеток при переходе от одного поколения людей (или животных: тут принципиальной разницы быть, вроде, не должно) к следующему.
б) Клетки этой линии существуют в организме человека (мужчины ли, женщины ли — пока это тоже неважно) два-три-четыре, а то и пять десятков лет.
I. Что с ними происходит?
II. Как получается, что с таким жизненным стажем обе линии дают клетки, образующие при слиянии организм, который начинает отсчёт своего возраста с нуля?
- Стареют ли клетки этих линий, как и прочие клетки организма?
- Или находятся на особом положении и нисколько не стареют, как утверждал ещё в девятнадцатом веке знаменитый биолог Август Вейсман?
3. Мое отношение к постулату Вейсмана.
а) Воспитанный на суровом материализме Фридриха Энгельса, который в мои юные годы считался главным философом по всем вопросам жизни и смерти, я не мог серьезно воспринимать постулат Вейсмана.
Ну как хоть какие-то клетки (не говоря о целых организмах) могут избегать неуклонного хода времени и оставаться совершенно неизменными?
б) Но объективности ради, я все же рисовал и такой вариант: биологический возраст линии половых клеток стелется прямой линией на уровне нуля.
4. Теломеразный бальзам для Вейсмана.
а) Потом, лет через двадцать, идея Вейсмана вновь была реанимирована.
б) В пору теломеразного бума (конец девяностых годов двадцатого века) появилось элементарное объяснение того, как обе линии половых клеток могут оставаться вечно молодыми. —
Просто в этих клетках всегда присутствует теломераза. Поэтому при их делениях теломеры хромосом не укорачиваются. А это и есть залог вечной молодости.
в) Наивно. Но молодежь, не тронутая Энгельсом, радостно в это верила.
1.2.2. Основной вариант ответа (с омоложением)
- Они стареют ...
а) Гораздо более реальным мне представлялся вариант, по которому клетки половых линий, как и все прочие порядочные клетки (в отличие от зарвавшихся опухолевых) подвергаются возрастным изменениям.
б) I. Возможно, скорость их старения меньше, чем у соматических клеток. И поэтому их биологический возраст тоже меньше.
II. Но он — биологический возраст — почти все время пребывания клеток половой линии в родительском организме возрастает.
III. Клетки, следовательно, стареют. И график их биологического возраста упрямо лезет вверх.
- ... но потом омолаживаются.
а) I. Однако, повторюсь, зрелые половые клетки призваны после оплодотворения дать начало новому организму.
II. И если они из поколения в поколение будут становиться все старше и старше, накапливая в себе повреждения и мутации, то рано или поздно вид просто вымрет.
б) Значит, — торжествующе подводил я итог объяснению того, чем нынче занимаюсь, — на какой-то из последних стадий развития половых клеток их биологический возраст должен упасть до нуля. Иначе говоря,
происходит омоложение данных клеток; причем, омоложение полное: халтура тут нетерпима.
в) И я на вырванном откуда-то листике завершал графическое изображение этого варианта: закруглял направленную было вверх кривую и уверенно вёл ее вниз до нуля. После чего добавлял:
— А стадией, когда происходят эти чудеса, скорее всего, является
мейоз.
- Идею — в массы!
а) Такой финал, как правило, производил на собеседника глубокое впечатление. Хорошо всем известные половые клетки, оказывается, связаны не только с таинством зачатия, но и с не менее поразительным таинством омоложения!
б) Эффект был особенно сильным оттого, что тогда на эти темы практически никто не только не говорил, но и не размышлял.
в) Это сейчас то и дело везде слышишь про всевозможные обнуления, бесчисленные способы омоложения и даже про варианты оплодотворения — например, экстракорпоральное.
- Вакуум в научной литературе.
А тогда и ещё лет двадцать после того я не мог найти в научной (и любой иной) литературе ни одного исследования, которое хотя бы косвенно проливало свет на такой простой и естественный вопрос: стареют ли предшественники половых клеток и имеет ли место их омоложение на какой-то стадии созревания?
- Нехорошее слово.
а) И, вообще, слово «омоложение» казалось ненаучным — из-за его сомнительного смысла.
б) Мне приходилось тщательно избегать его — в докладах о своей работе на совместных конференциях Кафедры и Лаборатории, а также в статьях, которые я пытался (зачастую тщетно) пристроить в малотиражных, но чрезвычайно придирчивых научных журналах.
в) Максимум, что исследовали в этом направлении, — количество и подвижность сперматозоидов в эякуляте мужчин с той или иной патологией.
1.2.3. И ещё один вариант — статистический
1. Логика Заведующего.
Не легло на сердце слово «омоложение» и моему новому руководителю — заведующему Кафедрой, на которую я перешёл ввиду обещанной мне относительной свободы в выборе темы научной работы.
Тот вариант, который я считал основным, ему показался нелогичным и вычурным.
- Не нужно никакого омоложения. Ведь количество образующихся половых клеток несоизмеримо больше, чем требуется для оплодотворения. Так, из сотен миллионов сперматозоидов, выбрасываемых при половом акте, в оплодотворении участвует только один! Старение же — процесс статистический, результат действия на клетки случайных факторов. Поэтому в таком огромном количестве сперматозоидов всегда найдётся несколько клеток, ещё не затронутых старением.
И следует выяснить лишь механизм отбора таких клеток.
2. Графическое выражение.
а) Не скажу, что мне это понравилось. Уж как-то пресно, без огонька. Но с тех пор постоянно имел в виду и этот вариант.
б) Графически я его изображал несколькими линиями, отходящими от оси времени (то есть от нулевого возраста) на разных расстояниях от начала координат.
Отхождение от оси времени означает начало старения (увеличение биологического возраста) ещё одной порции клеток половой линии.
В оплодотворении же участвуют клетки, чей график ещё не оторвался от нулевого уровня.
1.2.4. Итак, три варианта...
1. Перечень вариантов.
а) Итак, получилось три варианта того, как могли бы сочетаться два бесспорных явления:
- старение и смерть индивидуумов (у людей; у животных — особей)
- и относительное бессмертие вида.
б) Эти варианты удобно для краткости обозначить по их главным авторам:
- вариант I, или «Вейсман» — в линиях половых клеток старения нет;
- вариант II, или «Виленчик» — в ходе мейоза происходит обнуление возраста линии половых клеток, то есть полное омоложение;
- вариант III, или «Начальник» — в оплодотворении участвуют те клетки, которые ещё не успели накопить возрастных изменений.
в) Кто такой Вейсман, читателю я уже напоминал; Начальник — это, очевидно, заведующий Кафедрой, на которой я выполнял описываемую работу.
2. А кто такой Виленчик?
а) М.М. Виленчик — советский ученый, автор книги «Биологические основы старения и долголетия», вышедшей в 1976 году [8]. Тогда же я прочитал эту книжку. А потом совсем про неё забыл.
б) И когда через год на третий день размышлений я пришёл к историческому вопросу «Откуда берутся дети?» и заключил, что все дело в мейозе, — это я, сам того не сознавая, вспомнил и повторил прочитанное в книге Виленчика.
3. Моя гипотеза перестаёт быть моей.
а) И ещё на протяжении двадцати лет я был убеждён, что являюсь автором гипотезы об омолаживающей роли мейоза, и представал в таком качестве перед журналистами, восторженно сообщавшими читателям, что я «открыл путь к бессмертию», — пока, перебирая свои книги, я не наткнулся на ту самую тоненькую книжку Виленчика.
б) А в ней мною было подчёркнуто именно то, что я привык считать продуктом собственной мысли.
Да, бывает и так.
в) В первой же своей книге, издававшейся после обескураживающей находки, я покаялся в забывчивости и объявил М.М. Виленчика истинным автором гипотезы.
4. К тому же гипотеза, похоже, неверна.
а) Ну, хорошо: имеем три варианта. А никаких иных возможностей не представить?
Я был убежден, что да: больше ничего. Обнуление возраста происходит на последних стадиях гаметогенеза — и ничего другого ни допустить, ни представить не мог.
б) Однако потом оказалось, что мейоз — мейозом, и, может быть, мы ещё узнаем о нем что-нибудь необыкновенное.
Но есть серьёзные сомнения в том, что подвиг обнуления принадлежит именно ему.
5. Очередные задачи.
а) К концу настоящей главы, я надеюсь, мы сможем подтвердить или рассеять прозвучавшие сомнения.
б) Однако, чтобы разобраться в этом чрезвычайно интересном (не говоря о том, что и очень важном) вопросе, мы вначале основательно познакомимся с самими половыми клетками (сперматозоидами и ооцитами), а также со всеми необычными стадиями их образования.
в) Я постараюсь сделать так, чтобы предстоящее знакомство оказалось не только полезным, но и приятным. Если читатель не возражает, я обойдусь без излишнего занудства и приложу все усилия, чтобы оживить своё изложение.
1.3. ПОЛОВЫЕ КЛЕТКИ 1.3.1. Скромное обаяние сперматозоидов
1. Маленькие и корявенькие.
Вначале обратимся к сперматозоидам (или, проще, спермиям). а) I. Почему вначале именно к ним? Нет ли тут мужского сексизма? -О, разумеется, нет!
II. Дело в том, что объекты удобней рассматривать в последовательности от простых к сложным.
III. А сперматозоиды гораздо проще женских половых клеток (чьё название я даже не решаюсь произнести без предварительной подготовки читателя).
б) Действительно, спермии — настолько маленькие и корявенькие клеточки, что их клетками-то называют только из сострадания.
в) Что они содержат? — Головку да хвостик. Почти как головастики.
2. ... но с приданым.
а) В головке— ядро, а в нем — предмет гордости спермиев, их «приданое»: 23 хромосомы — половина хромосом будущего (вернее, предполагаемого) потомства.
б) I. Но, боже, как же плотно они упакованы — в 30 раз сильнее обычного! Ну, конечно, компактный груз легче провезти через границу.
II. Естественно, ни один ген в такой тесноте не работает.
Если что, сперматозоиды долго не протянут — не больше двух суток.
3. Высокая стойкость и точный учёт.
а) Правда, это — не общее правило.
Так, у пчёл устойчивость сперматозоидов — просто фантастическая: до пяти лет! Пчеломатка
- оплодотворяется трутнями только в ранней молодости,
- а потом очень рационально и экономно расходует полученное богатство в
и __и о
течение всей последующей жизни — по 8 сперматозоидов на одно производимое ею яйцо.
б) Ну да ладно: не будем завидовать! У трутней — печальная судьба.
4. Средство сперматозоидов.
Также в головке спермия (я вернулся к сперматозоидам человека) содержится, образно говоря, мешок с инструментарием для проникновения через заслоны, оберегающие женскую половую клетку.
Мешок называется акросомой, а инструментарий — это ферменты, разрушающие оболочки женской клетки.
5. Смертельно опасная зона.
а) Ох, нелегок путь сперматозоида к этой клетке! Самое трудное — преодоление так называемой блестящей оболочки.
б) До неё добирается лишь небольшой авангард огромной армии спермиев.
в) Около 200 «кавалеров» углубляются в толщу этой оболочки, каждый пробивается через неё в одиночку. Можно представить: в темноте - час за часом, час за часом, а всего — около 12 часов!
г) I. Шансы на успех — минимальные: ведь женская клетка примет только одного — самого первого — «кавалера».
II. А против всех остальных будут приняты самые драконовские меры. В том числе окажутся замурованными в оболочке-стене все не успевшие пробиться через неё спермии.
6. Карнавальное шествие.
Зато как весело и празднично все это выглядит со стороны! Описываемые события обычно происходят в удаленной от матки части одного из яйцеводов (маточных труб).
а) I. Здесь медленно перемещается по направлению к матке многоклеточный комплекс, недавно покинувший яичник. Это женская половая клетка с неклеточными и клеточными оболочками.
II. Движущей силой служат колебания ресничек на поверхности эпителия трубы, создающие ток жидкости в указанном направлении.
б) Но связывание с различными участка комплекса большого количества активных спермиев совершенно меняет характер движения комплекса.
I. Благодаря интенсивному биению сотен хвостов весь этот комплекс (ставший со связавшимися спермиями ещё более многоклеточным) не только продолжает прежнее движение, но и начинает вращаться вокруг своей оси.
II. Такое впечатление, что вся процессия вступила в упоительный танец.
7. Всем крутит хвост.
а) Из описания следует, что моторчиками танца служат хвосты сперматозоидов.
Таким образом, хвост спермия — не роскошь (например, как у собаки), а средство передвижения.
б) I. Главная его структура — аксонема (буквально — осевая нить), идущая поы всей длине хвоста и состоящая из микротрубочек.
II. Основное достоинство этой конструкции — способность волнообразно изгибаться. Это и даёт импульс к движению.
8. Очень важная деталька.
Стоит упомянуть также пару центриолей в области шейки спермия (между головкой и хвостом), потому что именно она даёт возможность, наконец, завершиться оогенезу, который «спотыкается» на своём последнем делении.
1.3.2. Сага о женской половой клетке. (Ооцит II, или «недо-яйцеклетка») Часть первая
1. Ядро: избыток хроматид.
а) Классическая яйцеклетка должна в ядре содержать такое же количество хромосом и молекул ДНК, что и сперматозоид.
б) I. У женщин же оплодотворению подвергается клетка, обозначаемая как ооцит II.
II. В ее ядре и впрямь 23 хромосомы, но в отличие от спермия, каждая из них состоит не из одной, а из двух хроматид.
III. Поскольку любая хроматида образована одной молекулой ДНК (не считая других компонентов), в ооците II — 46 молекул ДНК.
в) Чтобы этому ооциту превратиться в яйцеклетку, ему надо всего лишь один раз поделиться (без удвоения ДНК) — так, чтобы хроматиды каждой хромосомы разошлись по дочерним клеткам.
2. Иррациональный каприз.
а) Но ооцит II, только что образовавшийся в результате предыдущего деления, неожиданно наотрез отказывается делиться.
Мотив — отсутствие центриолей.
б) Поэтому
- вначале должно произойти оплодотворение ооцита II, то есть проникновение в него ядра и центриолей сперматозоида;
- и лишь после этого, используя прибывшие центриоли, клетка (точнее, только ядро) материнской линии совершает требуемое деление.
в) I. Это все очень логично и хорошо, но возникает вопрос: ведь только что предыдущая клетка (ооцит I) спокойно поделилась без посторонней помощи, а с ооцитом II — такая вот история.
II. Куда делись собственные центриоли??? Ведь они «минуту назад» были на своём положенном месте!!!
III. И ситуация из нормальной сразу становится иррациональной.
г) Конечно, может быть, за этим «цирком» стоит что-то серьёзное, и насмешки тогда неуместны.
д) I. Как бы то ни было, с женской стороны в оплодотворении участвует не яйцеклетка, а ооцит II, который можно назвать также недо-яйцеклеткой.
II. Настоящая же яйцеклетка у женщин так никогда и не образуется.
III. Но это не мешает составу цитоплазмы ооцита II быть не хуже, чем у гипотетической яйцеклетки.
3. Цитоплазма: кортикальные гранулы и запуск кортикальной реакции.
а) В частности, на периферии цитоплазмы содержатся т.н. кортикальные гранулы. По эффективности поражающего действия их можно сравнить с «коктейлями Молотова».
б) Их час наступает сразу после проникновения в ооцит II ядра и центриолей сперматозоида, коснувшегося первым его (ооцита II) плазмолеммы.
в) I. Это тот час, когда необходимо немедленно и жестоко уничтожить всех других претендентов, мечтающих об обильной и плодородной цитоплазме ооцита II.
II. В научных кругах данная акция обозначается нейтральным термином «кортикальная реакция».
б) Но не ядро и не центриоли победителя «выдергивают чеку» из «запала» кортикальных гранул.
в) I. Эту роль играет плазмолемма «героя», которая встраивается в плазмолемму ооцита.
II. Первая, в отличие от второй, содержит ионные каналы.
III. Начинающийся ток ионов через каналы вызывает
- изменение трансмебранного потенциала объединённой плазмолеммы,
- а заодно и мембраны рядом расположенных кортикальных гранул.
в) I. Вот тогда-то и происходит высвобождение во внеклеточное пространство сильнодействующего содержимого этих гранул.
II. Каким-нибудь одним эффектом дело не ограничивается; эффектов сразу несколько.
1.3.3. Сага о женской половой клетке. (Ооцит II, или «недо-яйцеклетка») Часть вторая
1. Кортикальная реакция: уплотнение блестящей оболочки.
а) I. Один удар направлен против пары сотен спермиев, продолжающих штурмовать последнее укрепление — блестящую оболочку ооцита II.
II. Чудесным образом между белковыми блоками, из которых сложена эта оболочка, возникает множество связывающих их «цепей» (поперечных химических связей).
III. И все, кто пробивался сквозь неё, оказываются, как я уже говорил, навсегда в ней замурованными.
б) Мало того, «цепи» (связи) делают оболочку ещё более плотной, и она получает новый — почетный — титул: «Оболочка оплодотворения».
2. События, вызванные уплотнением блестящей оболочки
а) I. Это из-за неё зародыш первые пять суток своей жизни не может увеличиваться ни в массе своей, ни в объёме.
II. Не получая извне никакого подкрепления, клетки зародыша, тем не менее, интенсивно делятся — но в пределах пространства, ограниченного оболочкой оплодотворения.
III. Поэтому образующиеся клетки с каждым делением становятся все мельче и мельче, что обозначается как дробление.
б) I. В конце концов, из части клеток зародыша формируется «саперное» спецподразделение — трофобласт.
II. Оно со всех сторон защищает эмбриобласт — скопление прочих клеток зародыша.
в) Трофобласт энергично принимается за дело. Используя ферментные литические смеси, а где надо — и грубую силу, он
- частично растворяет блоки и «цепи» оболочки оплодотворения,
- частично крошит их на мелкие кусочки. О судьбе последних можно не волноваться: о них позаботятся материнские макрофаги.
г) После этого зародыш получает возможность расправиться и наращивать массу и объём.
Таковы события, которые следуют за ударом содержимого кортикальных гранул по блестящей оболочке.
3. Кортикальная реакция: исчезновение рецепторов и агглютинация спермиев.
Но следствием кортикальной реакции является не только сильное уплотнение блестящей оболочки.
а) I. Чтобы начать пробиваться через блестящую оболочку, сперматозоидам надо, во-первых, приблизиться к ней, а во-вторых, сцепиться с ней с помощью специальных «крюков»-рецепторов.
II. Так вот, при уплотнении данной оболочки эти рецепторы с ее поверхности исчезают (втягиваются внутрь), и запоздавшие спермии растерянно шарят своими «крюками» по неожиданно гладкой блестящей оболочке.
б) А для пущей надежности, на толпы подошедших сперматозоидов изливается спецраствор.
Нет, это не кипящая смола, а жидкий клей, вызывающий агглютинацию претендентов. И в течение короткого времени их претензии как-то сами собой исчерпываются.
в) Таким образом, вроде бы, радостное событие — оплодотворение мужской половой клеткой женской клетки — подобно Варфоломеевской ночи, сопровождается массовым истреблением представителей мужской стороны.
1.3.4. Сага о женской половой клетке. (Ооцит II, или «недо-яйцеклетка») Часть третья
I. Сравнение двух цитоплазм.
а) I. Сперматозоиды практически не имеют цитоплазмы. Ее очень немного в области шейки — там, где находятся центриоли и ещё не упомянутая спиральная митохондрия.
II. В результате, спермии
- не содержат сколько-нибудь серьезных «продовольственных» запасов,
- а также не способны к синтезу чего бы то ни было серьезного - белков, нуклеиновых кислот и т.д.
б) Совсем иная картина — цитоплазма ооцита II. Она весьма обильна и по своему объему, и по его содержимому.
в) Недаром сперматозоиды так стремятся туда попасть. А уж если кто попал (ядром и центриолями), то полностью вознаграждается за пережитые треволнения.
Так, маленькое и сдавленное до того, что больно смотреть, ядро спермия в цитоплазме ооцита, блаженствуя, набухает и становится соразмерным ядру ооцита.
г) Тем более, что последнее, получив в своё распоряжение долгожданные центриоли, совершает в это время деление, которое вдвое уменьшает в нем содержание ДНК — до гаплоидного, как и в ядре спермия.
2. Цитоплазма: гранулы желтка и белоксинтезирующая система.
а) По сравнению с яйцеклетками (или просто яйцами) яйцекладущих животных, ооциты II женщин содержат очень небольшое количество желтка.
б) Это естественно: данный желток должен обеспечить развивающийся организм строительным и питательным материалом в течение не всего периода развития, а лишь первых пяти дней, когда зародыш окружён оболочкой оплодотворения.
в) И тем не менее, за эти пять дней немало чего образуется.
I. Так, количество мелких клеток, появляющихся в результате дробления, достигает ста и выше.
II. И, хотя объемы и массы этих клеток в сто раз меньше, чем у ооцита II, каждая из них должна содержать полноценный диплоидный набор хромосом.
III. Строительный материал для образования ста двойных наборов ДНК и соответствующего количества хромосомных (и прочих ядерных) белков — это и есть содержимое желточных гранул.
IV. Там же, очевидно, черпается энергия, столь необходимая при макромолекулярных синтезах.
г) А для практического осуществления этих процессов в ооците II должны присутствовать адекватные «производственные мощности»:
- в ядре — ядрышки — место образования рибосомных субъединиц;
- в цитоплазме — большое количество самих рибосом (в собранном или диссоциированном на большую и малую субъединицы виде).
1.4. КАК ОБРАЗУЮТСЯ СПЕРМАТОЗОИДЫ
а) Итак, мы познакомились с основными компонентами зрелых половых клеток. Что сказать? -
Отчаянные ребята - эти сперматозоиды!
А уж об ооците II и говорить нечего: Брестская крепость, и только!
б) Но теперь нам важно проследить их жизненный путь. Ведь где-то там, на каком-то повороте этого пути спрятана Главная Военная Тайна (откуда же все же берутся дети).
Сколько уж искали и допытывались Буржуины, но не открылась она ни им, ни кому бы то ни было другому.
в) Опять начинаем со сперматозоидов. И это отнюдь не сексизм.
1.4.1. От пре-зиготы до пре-сперматогоний
I. Предварительная, не очень красивая, процедура.
а) I. После того, как удачливый герой-спермий подарит ооциту II ядро и центриоли, образуется ещё не зигота, а клетка, увы, не имеющая названия.
II. Я буду называть ее пре-зиготой.
III. Чтобы появилась зигота в строгом смысле этого термина, должно произойти отложенное из-за отсутствия центриолей деление ядра ооцита II.
б) Впрочем, это деление сводится к тому, что
- хромосомы ядра разделяются на хроматиды,
- и один набор из 23 хроматид остаётся в ядре и в клетке,
- а второй набор просто выкидывается из клетки — без «пособия», без «содержания», куда-нибудь под оболочки.
в) I. Таким образом проводятся в оогенезе оба мейотические деления (сейчас мы были свидетелями второго из них):
одной половине хромосомного материала — все, другой — ничего!
II. И по какому принципу направляется этот материал в ту или иную «корзину», — неизвестно.
III. Есть в данной процедуре что-то от нравов восточных сатрапий: одних — чрез меры милую, других — прям тут же и казню!
г) Ядру сперматозоида, присутствующему при этом, вероятно, становится не по себе. В сперматогенезе таких манер нет.
д) Но как ни оценивать произошедшее, в результате образуется зигота — первая клетка нового организма.
е) I. А почему нельзя было считать таковой (первой клеткой организма) пре-зиготу? То есть клетку с диплоидным (по ДНК) женским ядром и гаплоидным мужским ядром.
II. Да потому, что суммарное содержание хромосомного материала в этой клетке не является ни диплоидным, ни гаплоидным. Ни то, ни се. А начинать новую жизнь с «ни то, ни се» — опрометчиво.
От зиготы — к ППК (см. схему 1).
ППК - первичные половые клетки, Пре-Сг -пре-сперматогонии, Про-Ог- про-оогонии
а) Не теряя времени зря, зигота, едва образовавшись, сразу же начинает готовиться к первому митотическому делению по типу дробления.
б) При этом среди образующихся все более и более мелких клеток появляется и клетка-предшественница всех половых клеток развивающегося организма (Пре-ППК).
в) Сами же первичные половые клетки (ППК), ещё не проявляющие своей половой принадлежности, впервые отчетливо обнаруживаются в стенке желточного мешка, куда они, как полагают, перемещаются из эпибласта.
г) Я советую читателю, не очень хорошо знакомому с эпибластом, желточным мешком и прочими эмбриональными атрибутами, не зацикливаться на них и просто принять к сведению, что вначале ППК довольно много и как будто непоследовательно перемещаются между структурами эмбриона.
2. Эмбрион определяется со своим полом.
а) Затем ППК, на последнем этапе своих странствий, наконец, находят постоянное пристанище в половых валиках первичных почек.
б) До сих пор события не имели половой окраски. Точно так же начинается и оогенез.
в) И только здесь, наконец, выясняется, кто есть кто. Причём, ППК, похоже, сами до последнего «не сознают» своего пола; «глаза» им «открывают» лишь эпителиальные клетки половых валиков.
г) После этого «просветленные» ППК превращаются
- в эмбрионе мужского пола (то есть с генотипом ХУ) — в пре-сперматогонии (пре-Сг),
- а в эмбрионе женского пола (ХХ) — в про-оогонии (про-Ог).
д) На месте первичных почек образуются яички или яичники. — Секретные «лаборатории», в которых вдали от любопытных взглядов идёт работа над генофондом следующего поколения.
1.4.2. От пре-сперматогоний к изолированным сперматогониям.
Что считается началом собственно сперматогенеза?
1. Точка бифуркации, или момент истины.
а) После того, как гаметогенез впервые обнаруживает свою принадлежность к тому или иному полу, различия между двумя половыми линиями начинают нарастать, как снежный ком.
б) У мальчиков развитие половых клеток происходит без суеты — спокойно, методично и неторопливо, с двумя солидными паузами лет по семь продолжительностью (см. схему 2).
в) И лишь с началом репродуктивного периода (примерно в 14-15-летнем возрасте) начинают активно функционировать стволовые клетки сперматогенеза — изолированные сперматогонии (и-Сг).
2. Цитоплазматический мостик как критерий «намерений» клеток.
а) Подобно прочим стволовым клеткам, и-Сг должны выполнять две функции:
- служить источником образования дифференцированных клеток (в данном случае — сперматозоидов) и
- поддерживать свою численность.
В данном случае эта задача решается
весьма изящно — как нигде больше в человеческом организме.
б) I. Вступая в собственно сперматогенез, и-Сг делятся так, что между дочерними клетками остаются цитоплазматические мостики.
II. И все последующее развитие потомства каждой и-Сг происходит в составе синцития, где клетки объединены в единую структуру.
III. Потому-то и-Сг и получили своё название: в отличие от последующих Сг, они изолированы друг от друга.
в) I. Стволовые клетки могут делиться и по-другому — без сохранения каких-либо мостиков между дочерними клетками.
II. То есть образуются такие же «одинокие волки», как и поделившаяся клетка.
2. Условие стационарности.
а) Каким должно быть соотношение между двумя способами деления и-Сг, чтобы количество стволовых клеток было в яичках постоянным?
б) Выяснить это чрезвычайно просто. Представим, что имеются всего две стволовые клетки. Если одна из них поделится «с мостиком», обе дочерние клетки отправятся в сперматогенез.
СПЕРМАТОГЕНЕЗ
Пресперматогонии (пре-Сг)
(покоятся 5 месяцев внутриутробно и 7-8 лет жизни)
4
Изолированные сперматогонии (и-Сг)
— стволовые клетки (после размножения покоятся ещё 5-6 лет)
4
С 14-15 лет
до 40 лет (без 3 месяцев) —
интенсивное образование спермиев по схеме:
4
Изолированные Сг 4
Сперматогонии (Сг)
(митозы, 9 делений, 0,5 мес.) 4
Сперматоциты (Сц) I и II
(мейоз, 2 деления, 1 месяц) 4
Сперматиды (Ст)
(созревание, 1 месяц) 4
Сперматозоиды (Сз) (созревание, 0,5 месяца)
Схема 2.
в) Но полное (без мостиков) деление второй стволовой клетки даст две такие же клетки. В итоге из двух прежних стволовых клеток получатся две новые стволовые клетки и две клетки, начинающие созревание.
г) Следовательно, чтобы пул стволовых клеток не убывал, количество двух типов деления этих клеток должно быть всегда равным друг другу.
1.4.3. Сага о Собственно сперматогенезе, или От изолированных сперматогоний — к зрелым сперматозоидам.
Часть первая
1. Эта трудная проблема выбора.
а) Как каждая конкретная и-Сг решает перед своим очередным делением, чего ей сейчас «хочется» больше — остаться среди «одиноких волков» или окунуться в атмосферу бурной перестройки, — мы не знаем.
б) А может, это и не она сама решает — может быть, ей приходит строгая разнарядка, или вообще это дело слепого случая.
в) Но вот Рубикон перейден: и-Сг поделилась — и остался мостик. Значит, — вперёд, к переменам!
г) А тут уже давно все строго регламентировано. И надо не самим клеткам что-то решать — надо просто исполнять. Исполнять точно — по букве и по времени. Так, как это записано в программе.
2. Первый этап в программе — деления митозом.
а) «Поделиться — раз-два! Раз-два! — И так — девять раз.
Времени на это — две недели. Название «курсантов» на данном этапе — «сперматогонии (Сг)».
Значит, на один цикл деления — около полутора суток.
б) Собственно, просто митотически поделиться — дело нехитрое; можно управиться за час-полтора. Полчаса — на профазу, остальное — на мета-, ана- и тело-фазы.
в) Но надо ведь ещё подготовиться к делению — в том числе продублировать все свои гены и прочие части хромосом.
А после деления — успеть восстановить дочерние клетки до размера материнской. Иначе получится опять дробление.
г) Вот в таких заботах и хлопотах и мелькают цикл за циклом, одни полутора суток за другими.
3. Итоги первого этапа.
а) И вдруг как-то неожиданно поступает команда:
«Митотические деления прекратить! Потомкам каждой стволовой клетки построиться в отдельную шеренгу! Первая шеренга, по порядку номеров рассчи-тайсь!»
б) Сколько же должно быть клеток после девяти циклов деления? — Два в девятой степени. Это пятьсот двенадцать.
Нескорое, значит, дело — рассчитаться при таком раскладе «по порядку номеров».
в) Однако, не все «шеренги» насчитывают точно 512 клеток. Кто-то ломается, не выдерживая постоянного стресса. В иных «шеренгах» — чуть ли не половина от расчётного состава.
1.4.4. Сага о Собственно сперматогенезе, или От изолированных сперматогоний — к зрелым сперматозоидам
Часть вторая
1. Мейоз и доблести сперматоцитов.
а) И вот — новая команда:«Приступить к мейозу! Теперь вы — сперматоциты (Сц).
б) Уверен: за прохождение мейоза надо давать орден. Пусть формально это всего лишь короткая серия из двух делений. Но после этих делений клетки выходят качественно обновлёнными.
Недаром суммарная продолжительность двух мейотических делений (месяц) вдвое больше, чем общая продолжительность девяти митотических делений (полмесяца).
в) Причем, чести проходить мейоз удостаиваются только избранные из избранных. Не какой-нибудь эпителий, не клетки миокарда, и даже не нервные клетки, — а только и исключительно клетки обеих половых линий.
2. Профаза мейоза. Введение.
а) Самое сложное в мейозе — испытание профазой.
Имеется в виду профаза первого деления мейоза, но обычно это понимают и без уточнений.
б) Потому что данная профаза — всем профазам профаза! Ещё бы:
- делящиеся митозом клетки управляются со своей профазой за полчаса,
- а профаза мейоза в сперматогенезе продолжается почти весь месяц, отпущенный на мейоз — так, что остальные события этого процесса (три оставшиеся фазы первого деления и все четыре фазы второго деления) быстренько-быстренько успевают уложиться в одни последние сутки месяца.
в) Полчаса — и месяц; почти месяц — и одни сутки... Красноречиво — не правда ли?!
3. Пролог к задачам профазы.
а) Но что же такого необыкновенного должны совершить сперматоциты за 29 суток этой, уже просто пугающей своей продолжительностью, профазы?
б) Это можно сравнить с космической одиссеей: роботам предписано
- прибыть на удалённую станцию,
- разобрать там себя до последнего чипа,
- все это перемешать и хорошенько встряхнуть,
- затем вновь себя собрать и
- немедленно вернуться обратно.
Некоторые чипы окажутся не там, где прежде, и таким образом будут получены новые модификации роботов.
в) Но это роботы в выдуманной истории, а в профазе мейоза задействованы живые клетки!
Так вот, сперматоциты должны осуществить две ответственные операции на собственных хромосомах.
3. Конъюгация хромосом.
а) Первая из задач — подготовительная — конъюгация.
Здесь надо найти в густом клубке хромосом гомологичные пары и в каждой из 23 пар крепенько соединить хромосомы друг с другом.
б) «Маленький» нюанс: хромосомы должны прилегать друг к другу опять-таки гомологичными участками: каждый ген — к такому же (или аллельному) гену, каждый регуляторный отдел — к такому ж отделу...
4. Кроссинговер.
Вторая, основная, операция — кроссинговер.
а) Это уже настоящая хирургия — на хромосомном уровне. Резать и сшивать; резать и сшивать. Очень много резать и много сшивать.
б) Разрезать в каком-то произвольном месте обе цепи ДНК одной хромосомы; тут же разрезать обе цепи ДНК в соседней хромосоме — и, словно хулиганя, вновь сшить цепи, но только крест-накрест, то есть пришить образованный разрезом конец молекулы ДНК первой хромосомы к аналогичному концу молекулы ДНК второй хромосомы.
в) А если где-то неподалёку произойдёт аналогичное событие, то в результате двух перехлёстов обе длинные молекулы ДНК останутся в своих хромосомах, но при этом они обменяются участками, заключёнными между разрезами.
г) Ну, двумя разрезами молекулы ДНК дело, как правило, не ограничивается. Хромосомы могут обменяться сразу несколькими участками.
5. С пафосом о кроссинговере.
а) Зачем нужны эти рискованные манипуляции с самым важным, что есть у клетки, — всеобъемлющей наследственной информацией?
б) Затем, что всегда хочется чего-то лучшего.
Природа не считает, что лучшее — враг хорошего.
Она исходит из того, что из хорошего всегда можно получить лучшее. А из лучшего — ещё более лучшее — наилучшее на данный момент.
в) Но для этого надо пробовать и пробовать, шить и перешивать, смотреть и сравнивать. Что и происходит в процессе кроссинговера.
6. Параллельное увеличение размеров.
а) Вот такую опасную, кропотливую, утомительную и крайне «нервную» работу должны произвести сперматоциты (Сц) над своими хромосомами в профазе мейоза.
б) Причём, они умудряются это делать так, что многие гены сохраняют свою активность. В итоге, несмотря на кроссинговер, Сц значительно увеличивают размер ядра и общий свой размер.
Такая работа и требует ордена, о чем я уже говорил.
1.4.5. Сага о Собственно сперматогенезе, или От изолированных сперматогоний — к зрелым сперматозоидам.
Часть третья
Продолжаем говорить об удивительной профазе мейоза.
1. Стадии профазы мейоза: перечень.
а) I. Столь продолжительную и столь богатую на события профазу подразделяют на стадии.
II. Я не стал бы изводить читателя описанием этих стадий, если бы не был уверен в справедливости того, что дьявол прячется в деталях.
III. Кроме того, как показывают мои наблюдения, среднестатистический гражданин помнит ещё со школы названия стадий мейоза (точнее, из шести пять последних). Так что ему прочесть их с небольшими пояснениями будет не в тягость.
б) Вот проверьте себя:
- прелептотена,
- лептотена,
- зиготена,
- пахитена,
- диплотена и
- диакинез.
в) Если же читатель не только не смог сам воспроизвести эти термины, но к тому же заявляет, что никогда их не слышал, то это очень серьезный удар по моей вере в людей.
И в таком случае мне уж совершенно не остаётся ничего иного, как добросовестно исполнить обещанное.
2. Стадии профазы мейоза: что происходит?
а) Под прелептотеной понимают стадию, в течение которой, еще перед вышеописанными подвигами, сперматоциты предусмотрительно удваивают материал своих хромосом.
В отличие от митотического клеточного цикла, где между S-периодом и собственно митозом имеется G2-период, в мейозе сразу после репликации начинается лептотена профазы. Поэтому репликация и принимается за прелептотену — первую стадию профазы.
б) В лептотене сперматоциты подготавливают свои хромосомы к предстоящим манипуляциям. Для этого они их слегка конденсируют, то есть сворачивают до состояния тонких нитей (отсюда — «лепто-», тонкий).
Кто-то мудрый указал в программе-инструкции для Сц именно такой способ упаковки хромосом в лептотене — в отличие
- от гораздо более плотной их укладки в метафазе и анафазе
- и, тем более, от суперплотной при формировании сперматозоидов.
Поэтому гены Сц сохраняют свои функциональные возможности.
в) I. Термин «зиготена» имеет тот же корень, что и «зигота». Потому что, согласитесь, есть общее между
- объединением гамет в зиготу и
- конъюгацией (объединением) гомологичных хромосом.
II. Как все-таки последние находят друг друга и безошибочно правильно укладываются при этом? —
III. Это относительно просто. В Сц (а наверно, и в других клетках) концы гомологичных хромосом крепятся к ядерной мембране в рядом расположенных местах.
IV. Но только в Сц (в зиготенной стадии профазы) отсюда начинает формироваться и «застёгиваться» структура, подобная застежке-«молнии». Это так называемый синаптонемальный комплекс (СК).
V. Однако он скрепляет хромосомы не на всём их протяжении, а только в достаточно многочисленных узловых точках. Между этими точками хромосомы отходят от СК в виде петель, все элементы которых (гены, промоторы и т.д.) сохраняют способность к функционированию.
г) Пахитена — апофеоз мейотической профазы.
I. Во-первых, по окончании конъюгации в образовавшихся петлях хромосом открываются для считывания многие гены, и на них энергично трудятся РНК-полимеразные комплексы.
Эта работа, подкрепляемая напряжённой деятельностью рибосом в цитоплазме Сц, приводит к поразительным результатам: размер и ядра, и клетки в целом возрастает в несколько раз.
II. Ну а затем (или одновременно) — кроссинговер: разрезать, перехлестнуть и сшить, разрезать, перехлестнуть и сшить — это ведь происходит в пахитене.
I Сц используют специальный полиферментный агрегат — рекомбиназу. Ориентиром для него служат точки фиксации хромосом к СК. В каждой точке агрегат связывается сразу с двумя отходящими от неё петлями — одной и другой хромосомы.
И. (В скобках замечу, что, вообще говоря, хромосомы в профазе первого деления мейоза состоят из двух хроматид. Это значит, что в точках фиксируются не по две, а по четыре двухцепочечные молекулы ДНК. Но, вероятно, это не слишком существенно для понимания сути дела.)
ш. Механизм кроссинговера, по идее, прост:
- «лезвия» рекомбиназы одновременно перекусывают возле точки фиксации две петли,
- другое устройство меняет одну пару образовавшихся концов местами,
- и в таком переплетенном положении цепей сшивающий аппарат восстанавливает их целостность.
д-е) Суть двух последних стадий мейотической профазы достаточно полно отражается даже в школьных учебниках:
- в диплотене гомологичные хромосомы начинают расходиться, и между ними выявляются хиазмы (перекресты) — естественные проявления кроссинговера;
- на стадии диакинеза расхождение хромосом завершено, и хиазм поэтому уже нет.
По окончании кроссинговера степень конденсации хромосом возрастает до уровня, характерного для мета- и анафазных хромосом.
Ну вот, наконец, и вся профаза.
1.4.6. Сага о Собственно сперматогенезе, или От изолированных сперматогоний — к зрелым сперматозоидам.
Часть четвёртая
I.Последние сутки мейоза. Теперь быстренько обговорим то, что совершается за последние сутки мейоза (из отведённого ему месяца).
а) I. Но вначале уточним названия клеток:
- Сц в состоянии первого деления обозначаются как Сц I,
- а Сц после первого деления — как Сц II (сперматоциты, соответственно, первого и второго порядка).
II. Но, поскольку продолжительность существования Сц II в десятки раз меньше, чем Сц I, то в популяции всех сперматогенных клеток Сц II очень редки.
б) Завершение первого деления мейоза.
Метафаза, анафаза и телофаза проходят так же, как и в митозе, кроме одной особенности: в анафазе по дочерним клеткам (Сц II) расходятся
- не хроматиды каждой из 46 хромосом,
- а по одной бихроматидной хромосоме каждой пары (из 23 пар) гомологичных хромосом.
в) I. Образовавшиеся Сц II, уже приученные непростой историей своих предшественников не «размышлять», а действовать, оперативно вступают во второе деление мейоза.
II. Причём, ему не предшествует репликация (удвоение материала) ДНК и хромосом в целом.
III. Поэтому образующиеся в результате завершенного мейоза клетки (сперматиды, Ст) гаплоидны по содержанию ДНК и хромосом.
IV. Действительно, в анафазе этого деления в Сц II расходятся хроматиды каждой из 23 хромосом. Так что в сперматидах оказывается по 23 монохроматидных хромосомы.
2. Коэффициент продуктивности стволовых клеток
а) I. Итак, в результате двух делений мейоза из одного Сц I образуются 4 сперматиды.
II. А, как мы уже знаем, из одной стволовой клетки (и-Сг) в серии из 9 митотических делений Сг может появиться порядка 500 Сц I.
III. В дальнейшем делений клеток больше не будет.
б) Следовательно, в расчете на одну стволовую клетку (и-Сг), получается (без учета гибели части клеток) около двух тысяч сперматид, а значит, и сперматозоидов.
3. От ранних сперматид — к незрелым сперматозоидам.
а) I. Ранние сперматиды, хотя и гаплоидны по ДНК и хромосомам, имеют вид нормальных клеток: у них — округлая форма и средние размеры.
II. Но на их долю выпала не самая популярная миссия. Им не надо совершать необычных и героических делений; никто не восхитится результатами их деятельности. И потому «морально» им, должно быть, тяжелей всего.
III. Дело в том, что главная и единственная задача каждой сперматиды — превратиться из почти нормальной клетки в маленького хвостатого уродца
— в сперматозоид. Такого самопожертвования никто не оценит.
б) Опытные «составители» программы сперматогенеза отвели на эту перестройку столько же времени, сколько и на знаменитый мейоз, — ровно один месяц.
В самом деле, для этого чудесного (а вернее сказать, чудовищного) преображения надо сделать немало:
I. в ядре хромосомам — заменить свои гистоны на более основные белки
— это резко повысит плотность упаковки хромосом и, следовательно, сильно уменьшит объём ядра;
II. сформировать из микротрубочек аксонему — осевую нить хвоста, а затем, добавив ещё ряд структур, — и хвост в целом;
III. изменить состав плазмолеммы — так, чтобы
- в области головки она приобрела способность к относительно легкому разрыву,
- а в области хвоста — способность к возбуждению;
IV. Ст должна выкинуть из себя почти всю цитоплазму вместе с большей частью органелл, что значительно уменьшит объём клетки;
V. оставить следует
- центриоли,
- митохондрию спиральной формы и
- видоизменённую лизосому — акросому;
VI. и, наконец, необходимо образовать ферментные системы утилизации энергии специфических метаболитов — фруктозы, карнитин-КоА, лактата.
4. Завершение собственно сперматогенеза.
а) Все вышеизложенное, вся эта героическая эпопея сперматогенных клеток разворачивается не в абстрактном пространстве наших представлений, а в очень даже конкретном месте —
в яичках — в стенке семенных извитых канальцев, в составе так называемого сперматогенного «эпителия».
б) I. По мере перехода к следующим стадиям сперматогенеза, клетки постепенно перемещаются в толще стенки к просвету канальца.
II. И когда сперматиды завершают предписанный им комплекс преобразований, клетки, уже приобретшие характерный вид (маленькая голова, хвост), теряют связь со стенкой семенного канатика и, высвобождаясь в его просвет, получают новое и окончательное звание: сперматозоиды.
в) Но не спешите!
I. Стоит подождать ещё пару недель, чтобы свежеобразованные Сз в просвете канальцев яичка и его придатка окончательно «пришли в себя» после 2,5 месяцев напряженных трудов, набрались сил и приобрели 100%-ную готовность отправиться на трудное и чрезвычайно опасное задание.
II. Обычно в это время доводятся до необходимой кондиции плазмолемма (путём изменения ее состава) и энергетические системы Сз.
1.4.7. Продуктивность сперматогенеза
1.Масштабы производства Сз.
а) Как мы недавно выяснили, вступившая в сперматогенез стволовая клетка (и-Сг) обеспечивает образование порядка двух тысяч сперматозоидов.
б) Но в семенных извитых канальцах — не одна стволовая клетка, и не
две.
Общая длина этих канальцев в обоих яичках человека — около 400 метров. Каждый момент во многих их точках стволовые клетки вступают в собственно сперматогенез. И каждый момент множество клонов заканчивает своё превращение в сперматозоиды.
в) В общем, если можно было бы двигаться вдоль условного объединённого семенного канальца, то открылась бы впечатляющая картина.
Как в фильме: «вдоль дороги мертвые с косами стоят!» — так и здесь: сперматозоиды с хвостами лезли бы изо всех стенок! И так — почти полкилометра!
2. Расточительность производства Сз.
а) Знаем мы и то, что уход одной стволовой клетки в сперматогенез в полной мере компенсируется делением соседней и-Сг на две такие же и-Сг.
Поэтому численность стволовых клеток в яичках долгие годы остается почти постоянной. И по той же причине все эти годы происходит гиперпродукция спермиев.
б) I. Если учесть, что лишь в одном эякуляте мужчин — не менее 40-50 млн спермиев, то общее количество Сз, произведенных за весь период половозрелости, должно исчисляться цифрой с непредставимым количеством нулей.
II. Из них по прямому назначению используются лишь считанные единицы.
III. В итоге, сперматогенез просто потрясает своим ничтожным кпд и сверхвызывающей расточительностью.
1.5. КАК ОБРАЗУЮТСЯ ООЦИТЫ II
а) Что думает уважаемый читатель: много ли особенностей у женского гаметогенеза? И достаточно ли они глобальны, чтобы о них стоило говорить?
б) Отвечу за читателя сам. Вряд ли какие-нибудь инопланетяне отличаются от земных мужчин так, как отличаются от этих мужчин земные женщины.
Я имею в виду только один аспект — организацию гаметогенеза.
в) Впрочем, шокирующие особенности женского гаметогенеза проявляются не сразу, а «только» с 3-го—4-го месяца внутриутробной жизни.
1.5.1. Общая часть оо- и сперматогенеза
1. Общая часть начинается с пре-зиготы.
а) В первые месяцы внутриутробной жизни развитие женского и мужского организма происходит практически одинаково - и по существу, и по скорости происходящих событий.
б) I. Так же — практически одинаково — ведут себя вначале и линии половых клеток в организмах обоего пола.
II. Исходной точкой развития и той, и другой линии (впрочем, как и всех прочих клеточных линий организма), очевидно, следует считать зиготу (хотя общая часть двух линий начинается с пре-зиготы).
2. Главное в общей части — перемещения ППК.
а) Напомню некоторые другие события раннего гаметогенеза, общие для его мужского и женского вариантов (см. схему 1 в п. 1.4.1).
- первичные половые клетки (ППК) впервые с достоверностью обнаруживаются в стенке желточного мешка;
- отсюда они мигрируют к первичным почкам и врастают в толщу последних в составе эпителиальных тяжей.
б) И только здесь ППК под влиянием соматических клеток
- в развивающемся мужском организме превращаются в пре-Сг,
- а в развивающемся женском организме — в про-Ог (прооогонии).
3. Несовместимость концепций.
С этого места пути двух клеточных линий резко расходятся. И это не просто какие-то технические детали. Нет, это различия концептуального
характера. Это, если хотите, различия «идеологий».
ООГЕНЕЗ
4
Про-оогонии (про-Ог)
4
Оогонии (Ог) (многочисленные митозы, внутриутробно, 3-й—4-й месяцы)
4
Ооцит I (Оц-!)
(профаза мейоза, не доходящая до завершения,
внутриутробно) 4
Примордиальные фолликулы:
ооцит I и вокруг — слой фолликулярных клеток
(внутриутробно) 4
Покоятся до 40 лет
(без нескольких месяцев) 4
Вступление группы фолликулов
в созревание: 4
Первичные фолликулы 4
Вторичные фолликулы
4
1.5.2. «Шокирующие» особенности женского гаметогенеза. Часть первая
То, что мужчинам, как существам инфантильным, даётся (или «выдаётся») лишь после длительного развития, — женскому организму даруется неправдоподобно рано (см. схему 3).
1. Безумно раннее начало митозов.
а) Про-оогонии, только что образовавшиеся на 3-м месяце внутриутробного развития, быстро становятся оогониями, которые немедленно устраивают вакханалию безудержных митозов.
б) Замечу: оогонии — аналоги сперматогоний (Сг), но последние начинают активно и регулярно функционировать только после наступления половой зрелости.
в) У женской природы — иные «представления» о жизни. Через месяц в яичниках эмбриона уже имеется 5-6 миллионов оогоний, подавляющая часть которых погибает.
г) Оставшиеся оогонии — всё в том же «угаре» — порывают с прошлым: не оставляя за собой никаких стволовых клеток, превращаются в ооциты I (Оц I) — аналоги сперматоцитов I, героев мужского мейоза.
2. Митозов больше не будет! а) Таким образом, уже к пятому-шестому
месяцу той — внутриутробной — жизни, в яичниках женского плода не остаётся ни прооогоний, ни оогоний, ни каких-либо стволовых клеток.
б) То есть линия женских половых клеток полностью исчерпала свой митотический потенциал.
в) И, следовательно, больше ни одна дополнительная клетка не сможет войти в оогенез и пополнить количество женских половых клеток.
3. Безумно раннее начало мейоза.
а) Хотя ооциты I и являются аналогами блистательных сперматоцитов I, это не гарантирует их «благоразумие». —
Едва образовавшись у еще не видевшего белого света женского плода, ооциты I тут же самонадеянно бросаются в профазу мейоза.
б) Надо отдать им должное: их энергии хватает почти на пять стадий профазы (из шести); в том числе они успевают
- организовать конъюгацию своих гомологичных хромосом,
- провести кроссинговер
- и уже начинают разводить друг от друга конъюгированные хромосомы...
4. Повальный сон.
а) И тут происходит что-то невероятное: словно по команде гипнотизёра, все ооциты I вдруг как будто забывают о хромосомах и своих амбициях, теряют ко всему «интерес» — и в них самих всё вообще замирает.
б) Короче, все эти «крутые» клетки впадают в глубокий и, вероятно,
и А и
сладкий сон. А их хромосомы, так и не успевшие разойтись, остаются застывшими свидетельствами удивительных событий.
в) Прямо-таки картина «Последний день Помпеи».
Ещё вчера здесь бурно кипела жизнь, клетки делились, сталкивались, умирали, а сегодня на том же месте — неподвижное сонное царство.
5. Репродуктивный потенциал новорожденной.
а) Чем же представлен репродуктивный потенциал новорожденной девочки? — Исключительно спящими красавицами. А именно — ооцитами I, с середины внутриутробного периода застывшими на предпоследней стадии профазы мейоза.
б) При этом каждый ооцит окружён одним слоем плоских фолликулярных клеток, и такие структуры называются примордиальными фолликулами.
в) По разным оценкам, от 400 тысяч до двух миллионов указанных фолликулов содержится в яичниках новорожденной. Причём, образование новых ооцитов и фолликулов уже никогда не станет возможным.
6. Не то — очень много, а как будто — очень мало.
Указанное количество ооцитов и фолликулов — это много или мало? — Ответ зависит от того, с чем сравнивать.
а) Ну сколько детей может позволить себе иметь какая-нибудь очень чадолюбивая женщина? — Положим, десять.
Для этого требуется ровно десять ооцитов. На фоне этого числа 400 тысяч, не говоря уж о пяти миллионах, — цифра весьма чрезмерная.
б) А теперь вспомним, что только в одном эякуляте спермы — не менее 50 миллионов спермиев. По сравнению с этим мужским пустяком (сколько таких пустяков в жизни мужчины?!) даже 5 миллионов ооцитов I на всю предстоящую жизнь выглядят сиротливо.
1.5.3. Лирическое отступление
1. Жизнь клеток — как жизнь людей.
Читатель, вам не кажется, что перечисленные... скажем так, экстравагантности женского гаметогенеза — будто калька, срисованная с реальных перипетий одного из типичных вариантов женской судьбы?
а) Бурное начало жизни, страстное нетерпение попробовать всё и сразу, разительное опережение в развитии сверстников-мальчиков, безоглядность поступков.
б) И несколько позже — в возрасте, когда мужской организм еще не простился с детством, — девочки уже не девочки, а утомлённые жизнью зрелые дамы, у которых далеко позади почти все самое главное. И это главное может никогда уже больше не повториться.
в) А смирившиеся с этим дамы живут по инерции, живут в полусонном состоянии десять лет, двадцать .пятьдесят. — раз или два им удаётся кого-нибудь родить, а потом — ещё лет десять, двадцать.. .пятьдесят... из которых последних лет тридцать, как уже нет на свете их сверстников-мужчин.
2. Обращаю внимание на то...
а) Обращаю внимание на то, что речь сейчас шла лишь об одном, не самом удачном, варианте женской судьбы.
б) И, вообще, все эти аналогии — всего лишь литературный приём, призванный повысить доступность и наглядность чисто научной информации.
в) Допускаю, что приём этот — спорный. Но думаю, что те, кого он нервирует, уже давно отложили эту книгу далеко в сторону.
г) А мне, увы, как это ни трудно, приходится продолжать в прежнем духе — для всех, кто остался со мной.
1.5.4. «Шокирующие» особенности женского гаметогенеза.
Часть вторая
1. Ровный сон в шаге от финиша.
а) Ну что ж, прелести оогенеза ещё не кончились. Последнее, что мы видели в яичниках женского плода, это множество мелких фолликулов (примордиальных), содержащих по небольшому ооциту I и одному слою вокруг него плоских фолликулярных клеток.
Вся картина была наполнена сном и глубоким покоем. Сон и покой нахлынули мягкой, но неуступчивой волной, когда всё общество трудилось над
и и 1 и тт и
предпоследней стадией профазы мейоза. На этой стадии, следовательно, и пребывали спящие дамы с мужским именем «ооцит I».
б) Но мы-то уже отлично знаем, что оплодотворению подвергается ооцит II, то есть, по аналогии со сперматоцитами II, клетка, завершившая первое деление мейоза.
Значит, для завершения всего оогенеза осталось совсем чуть-чуть — преобразование ооцита I (почти закончившего мейотическую профазу) в ооцит II.
2. Раз в месяц кто-то из них просыпается.
а) Несмотря на всеобщий сон, в этом царстве-государстве существует определённый порядок. Примерно раз в месяц (после достижения девочкой половой зрелости, то есть с 12—14 лет) в одном из яичников просыпается группа примордиальных фолликулов — три-четыре десятка.
б) I. Что и как их будит и почему именно этих, а не других, неясно.
II. Так или иначе, раз они проснулись, им ничего не остаётся, как продолжить то, что давно-давно (еще во внутриутробной жизни) было прервано внезапным сном.
3. Цитоплазма.
а) В цитоплазме ооцитов I начинают накапливаться разные нужные для будущей жизни ингредиенты — гранулы желтка, кортикальные гранулы (помните? Те самые, что с «коктейлями Молотова»), рибосомы и т.д.
б) Поэтому ооциты I, а с ними и фолликулы, значительно увеличиваются в размере. Вот ещё одно характерное сопоставление:
- мужские половые клетки на конечных стадиях созревания очень сильно уменьшаются,
- а женские, как только что было сказано, увеличиваются.
4. Оболочки.
Вокруг ооцита I, в его непосредственном окружении, тоже закипает напряжённая работа.
а) Между ооцитом и покрывающими его фолликулярными клетками воздвигается мощная защитная стена — т.н. блестящая оболочка.
б) Фолликулярная оболочка, благодаря делениям её клеток, становится многослойной и, естественно, толстой. Это тоже вносит вклад в увеличение объёма фолликула в целом.
в) Снаружи от фолликулярной оболочки выстраивается ещё одна — соединительнотканная, которую часто называют текальной (тека — крышка). Но это не очередное «укрепление» для обороны от настырных сперматозоидов, а, можно сказать, производственная мощность, часть совместного предприятия.
г) I. Здесь — в клетках внутренней теки (нижнего, или внутреннего, слоя текальной оболочки) холестерин, поступающий из крови, перерабатывается в тестостерон — широкоизвестный мужской половой гормон.
Да-да: у женщин — мужской половой гормон, в полной красе!
II. Но! Из клеток внутренней теки тестостерон незамедлительно диффундирует в фолликулярные клетки (лежащие под текой) — вторую часть совместного производства. И в этих клетках тестостерон легкими штрихами (где-то одну группку удалить, где-то другую группку добавить) преобразуется в свою функциональную противоположность — в женские половые гормоны, эстрогены.
III. Вот для них - прямая дорога в кровь и лимфу.
1.5.5. «Шокирующие» особенности женского гаметогенеза.
Часть третья
1. «Карьерная лестница» фолликулов.
а) Как видим, с маленькими, еле заметными в микроскоп, примордиальными фолликулами после их пробуждения происходят очень даже серьезные перемены. Но не сразу, не вдруг, а постепенно.
б) I. И, исходя из набора появившихся новых признаков, помимо примордиальных, различают первичные, вторичные и третичные фолликулы.
II. Я бы присвоил фолликулам воинские звания:
- примордиальным — лейтенантов,
- первичным — капитанов,
- вторичным — майоров,
- третичным — полковников.
III. Это позволит читателю совершенно точно представить, как меняются размеры, солидность и очевидное каждому наблюдателю «чувство собственного достоинства» при переходе от предыдущих фолликулов к последующим.
в) Один из третичных фолликулов (только один!) дослужится до «генерала». Это будет тот фолликул, который, превзойдя всех товарищей-конкурентов, сможет вытолкнуть свой ооцит (ставший к тому моменту уже ооцитом II) из яичника к отверстию маточной трубы, или яйцевода.
2. Суть развития фолликулов — гонка на выживание.
а) Итак, ежемесячно несколько десятков примордиальных фолликулов просыпаются и начинают созревать с надеждой оказаться тем самым единственным из них всех, чей ооцит будет участвовать в создании новой жизни.
б) Но отнюдь не все эти «лейтенанты» дослужатся хотя бы до звания капитана. И далеко не все капитаны станут майорами. Из майоров не все получат полковника. А из полковников будущее есть только у одного из них — завтрашнего генерала.
в) Применительно к фолликулам это означает, что из гонки развития то и дело выбывают более слабые и менее удачливые. Остановку развития фолликула и его скорую гибель обозначают термином «атрезия».
г) В конечном счёте, атрезии подвергаются (на той или иной стадии развития) абсолютно все фолликулы из последней группы проснувшихся — за исключением одного — «генерала».
д) Наверно, читатель заметил, что женский организм устраивает гонки на выживание для обеих сторон процесса оплодотворения:
- и для фолликулов с ооцитами,
- и для сперматозоидов.
3. Критерии продвижения фолликулов по «карьерной лестнице».
а) Наиболее заметный признак созревания фолликула и продвижения его по «карьерной лестнице» — это увеличение его размера.
б) Так вот, поначалу (до первичного и отчасти до вторичного фолликула) размер увеличивается благодаря появлению в самом ооците I и в его ближайшем окружении новых структур:
- в цитоплазме ооцита — различных гранул, рибосом и др.,
- вокруг ооцита — блестящей оболочки, большого числа новых фолликулярных клеток, текальной оболочки.
в) Потом же основной причиной увеличения фолликулов становится все большее и большее накопление между фолликулярными клетками продуцируемой ими жидкости.
г) (Просто поразительная корреляция с обычной практикой присвоения воинских званий! — Так,
- лейтенанта повышают до капитана, а капитана — до майора, в основном, за приобретение опыта и мастерства;
- при дальнейшем же продвижении по службе нередко играет роль накопление не столько опыта и мастерства, сколько той субстанции, которая прибавляет веса и авторитета.)
4. Варварский способ овуляции.
а) Какую роль играет накапливающаяся в фолликуле жидкость? — Решающую и определяющую.
б) Побеждает тот фолликул, который с помощью этой жидкости первым создал такое мощное давление на свои стенки, а также на оболочки яичника, что оно
- разрывает обе эти преграды и
- даёт возможность ооциту с блестящей оболочкой и остатками двух следующих оболочек выскочить из яичника.
в) Описанное событие обозначается как овуляция.
г) Рядом с яичником находится отверстие маточной трубы с зазывно колеблющимися фимбриями (бахромчатыми нитями); с их деятельным участием беглец попадает в трубу и начинает медленно перемещаться по направлению к матке и своей судьбе.
д) Ну что сказать? — «Побег из Шоушенка»? Не совсем похоже?
Да, есть различия. Но в любом случае такая овуляция — варварство, сохранившееся с каких-то диких времён, и очередное шокирующее обстоятельство оогенеза.
1.5.6. «Шокирующие» особенности женского гаметогенеза.
Часть четвёртая
1. А что — с ооцитом?
Теперь несколько слов — собственно об ооците, попавшем в яйцевод.
а) I. Мы знаем, что он проснулся в примордиальном фолликуле, находясь на предпоследней стадии профазы мейоза.
II. За то время, в течение которого примордиальный фолликул превращался в первичный, объём ооцита значительно вырос.
III. Далее сведения о нем пропадают (все внимание переключено на фолликулы). Только видно, что, несмотря на продолжающийся рост фолликула, ооцит свои размеры уже не меняет.
б) И вот — важная, хотя и уже знакомая нам информация: к моменту овуляции это уже ооцит II,
Это означает, что незаметно для нас
- ооцит I завершил профазу мейоза, а затем прошёл три оставшиеся фазы (метафазу, анафазу и телофазу) первого деления мейоза.
Это и привело к образованию ооцита II.
2. Всё тот же принцип: выживает только один!
а) И здесь приходится констатировать очередное и, кажется, последнее отличие женского мейоза (и в целом гаметогенеза) от одноименных мужских процессов.
I. Сколько сперматоцитов II образуется при делении сперматоцита I? — Два, как и должно быть при нормальном симметричном делении клетки.
II. Но из одного ооцита I при делении получается только один ооцит II! А где второй?
III. Конечно, это все знают: оба мейотических деления в оогенезе асимметричны, то есть вся цитоплазма делящейся клетки достается лишь одной из двух дочерних клеток.
б) А что со второй клеткой? Да её никто клеткой не называет. Используют отстранённый термин «редукционное тельце». Имея в виду, что оно необходимо для уменьшения (редукции) вдвое наследственного материала клетки.
3. Хромосомы: половину — в мусор!
а) Само расхождение хромосом происходит так же, как в мужском мейозе (и там, и там имеется в виду первое деление). — В каждый из двух наборов попадает по одной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом.
б) Так как на стадии прелептотены ДНК и хромосомы в целом были реплицированы, то в наборах оказывается по 23 бихроматидных хромосом.
в) Но только вызывает недоумение: неужели в случае ооцита формирование двух «пакетов» хромосом: первого - на выполнение исторической миссии - и второго - на сброс в мусор, - производилось без малейшего отбора?
4. Эпилог: судьбы героев.
а) Итак, первое деление мейоза в оогенезе происходит накануне или даже во время овуляции.
б) Редукционное тельце с половиной хромосом просто выталкивается из цитоплазмы.
в) I. А оставшаяся клетка — ооцит II — проявляет то ли гонор, то ли еще какое свойство характера: отказывается делиться еще раз без предварительного оплодотворения сперматозоидом.
II. Ну, эта история нам давно и хорошо знакома. Если помните, там были претензии по части центриолей.
1.5.7. «Шокирующие» особенности женского гаметогенеза.
Часть пятая
Ну и в конце попробуем уточнить временнЫе рамки изложенных событий.
1. Продолжительность сна.
а) Во-первых, как долго ооциты I могут пребывать в состоянии сна? —
О, вполне достаточно, чтобы вывести из себя даже небесных ангелов! Десять, двадцать, тридцать, сорок лет. Да и значительно дольше!
А потом вдруг проснуться и включиться в гонку на выживание.
б) Когда я рассказывал о профазе мужского мейоза, то её продолжительность (29 суток) оценивал как нечто совершенно выдающееся. Особенно в сравнении с профазой митоза (0,5 часа).
в) Как мы теперь видим, для профазы женского мейоза месяц — не срок! Говоря об этой профазе, приходится оперировать временными категориями совсем иного масштаба — годами и десятилетиями.
2. От пробуждения — до овуляции.
а) И второй вопрос: что можно сказать о продолжительности завершающего этапа оогенеза — от пробуждения в одном из яичников группы примордиальных фолликулов до овуляции наиболее удачливого третичного фолликула?
б) Увы, и здесь нет чёткой ясности. Но в любом случае вопрос тесно связан с менструальным циклом женщины (табл. 1).
Табл. 1. Менструальный цикл
Период цикла Фазы эндометрия Фазы яичника Дни цикла
Менструал ьн ый Фаза десквамации Фаза развития фолликулов (Овуляция) 1-4
Постменструал ьн ый Фаза пролиферации 5-14
Предменструал ьн ый Фаза секреции Фаза жёлтого тела 15-28
в) Существуют две версии.
I. По одной, старой, очередная группа примордиальных фолликулов просыпается и начинает развиваться в первые дни менструального цикла (под влиянием определённых гормонов). И через две недели их развитие заканчивается овуляцией. Это наиболее подходящий момент для оплодотворения.
II. Но есть данные о том, что на стадии ранних вторичных фолликулов опять наступает длительный период покоя — продолжительностью от двух до пяти менструальных циклов (1 цикл, в среднем, — 28 суток).
г) Эти представления, из которых трудно выбрать верное, подтверждают сказанное раньше: женский организм и проходящие в нём процессы гораздо загадочней, чем какие-нибудь там инопланетяне.
1.6. ПОЛНЫЕ ЦИКЛЫ ПОЛОВЫХ КЛЕТОК
а) Кому-то из читателей может показаться, что, вместо того, чтобы оперативно покаяться в своей неправоте относительно роли мейоза в обнулении возраста и на том забыть насовсем о половых клетках, я, словно оттягивая момент покаяния, все говорю и говорю об этом бесперспективном предмете.
б) Но сейчас мы все, надеюсь, убедимся, что, независимо от роли мейоза, роль обеих линий половых клеток в разгадке тайны обнуления все равно чрезвычайно велика.
в) Так что приведённые выше подробные сведения об этих линиях вовсе не излишни.
г) С их помощью мы проведём любопытный мысленный эксперимент.
1.6.1. Три постулата
0. Исходные условия.
а) Представим мужчину, допустим, 40 лет, которому в день своего рождения удалось в половом акте с женой зачать наследника.
б) И перенесёмся вперёд: на девять месяцев и еще 40 лет. Тогда сын окажется в том же возрасте, в каком был его отец на момент зачатия.
Это условие обозначим так:
«От КВт (отец) — до КВт (сын)»,
где КВт — календарный возраст, достаточно произвольно выбранный в качестве границ полного цикла линии половых клеток.
в) Различиями в образе жизни того и другого пренебрежём.
г) Также будем считать, что гены матери не оказывают негативного влияния на скорость старения каких-либо клеток и органов сына.
1. Постулат первый.
а) Для указанной ситуации можно утверждать: сперматозоиды сына должны иметь такой же биологический возраст, какой был у сперматозоидов отца в том же календарном возрасте (40 лет).
б) Причём, данное утверждение — не гипотеза, не предположение, а именно постулат, не требующий доказательств.
в) Вообще, то же самое можно сказать о клетках любого иного типа — как из половой линии, так и соматических.
2. Постулат второй.
Но особенность клеток половой линии, в отличие от всех соматических, — в том, что можно составить непрерывную цепочку
- от любых клеток этой линии у отца в возрасте Х
- до таких же клеток этой линии у сына на момент достижения им того же возраста Х.
Это тоже постулат, то есть очевидность, не требующая доказательств.
3. Постулат третий.
В этой цепочке клеток обязательно должен содержаться участок (узкий или протяжённый), ответственный за обнуление возраста в данной линии клеток.
а) В разделе 1.2 я рассказывал, что ещё тогда, когда меня только осенила мысль о половых клетках и мейозе (как потом выяснилось, мысль не моя, а М.М.Виленчика), я рисовал кривые биологического возраста для линии половых клеток, идущие вначале вверх, а потом ныряющие к нулевому уровню, что и должно было отражать обнуление возраста клеток.
б) В чем отличие нынешнего подхода от тогдашнего? Если коротко:
I. в соответствии с условием вида «От КВ1 (отец) — до КВ1 (сын)», сейчас я составлю полные циклы линий половых клеток (отдельно мужских и отдельно женских), в которых обязательно должен содержаться участок обнуления,
II. и я буду одинаково внимателен ко всем возможным вариантам его локализации.
1.6.2. Цикл мужской половой линии «от 40 до 40»
Итак, мы составляем непрерывную цепь клеток
- от сперматозоида 40-летнего отца, которым был зачат сын,
- до сперматозоидов этого сына в том же 40-летнем возрасте.
В этой цепи (или цикле) — четыре части.
1. Часть первая цикла: 3 месяца внутриутробной жизни.
а) Y-Сперматозоид отца, оплодотворив ооцит II матери, стимулировал в образовавшейся пре-зиготе второе мейотическое деление, — и появилась XY-зигота, то есть зигота будущего мужского организма.
б) С пре-зиготы начинается та часть цикла, которая является сходной для мужской и женской линий и продолжается около трёх месяцев внутриутробной жизни мужского (в данном случае) эмбриона в матке женского организма (см. схему 1, приведенную в п. 1.4.1).
в) На некоторое время следы интересующей нас клеточной линии теряются. Так обстоит дело в зиготе и в клетках-продуктах нескольких первых дроблений. Возможно, где-то в дальнем уголке их цитоплазмы находятся какие-либо детерминанты половой линии.
г) Впервые эти детерминанты завладевают собственной клеткой, как считают, во время последних дроблений. Эта клетка — предшественница всех половых клеток развивающегося мужского организма.
д) Далее эстафету несут ППК — первичные половые клетки, которые, совершив во время гаструляция ряд загадочных перемещений, в конце концов «пришвартовываются» к половым валикам на поверхности первичных почек.
е) Здесь они определяются со своим будущим: превращаются в пре-Сг — пре-сперматогонии.
2. Часть вторая цикла: покой до 14-15 лет.
В оставшиеся полгода развития в утробе матери, а также первые 14-15 лет жизни растущего сына в его яичках происходят лишь короткие всплески митотической активности пре-Сг и образующихся из них изолированных сперматогоний (и-Сг) — непосредственных стволовых клеток будущего сперматогенеза.
Потому все эти месяцы и годы без ущерба нашему анализу можно считать сплошным периодом покоя клеток.
3. Часть третья цикла: от 15 до 40 (без трёх месяцев) лет.
а) Следующие 25 лет жизни — это уже активно и непрерывно идущий сперматогенез.
б) Но нас интересуют
- не те стволовые клетки (и-Сг), которые все эти годы уходили в собственно сперматогенез,
- а те и-Сг, которые использовались для поддержания своей общей численности.
в) Потому что лишь среди последних находятся те клетки, которые послужили стволовыми для сперматозоидов, созревших аккурат к 40-летию сына.
А____" и
А вступили в свой «звездный час» эти клетки примерно за три месяца до окончательного созревания Сз.
Но до этого предшественники данных клеток должны были делиться, делиться и делиться.
г) Попробуем примерно оценить количество поддерживающих делений каждой исходной стволовой клетки.
Исходим из того, что
I. одновременно на произвольном участке семенного канальца развиваются четыре генерации сперматогенных клеток, а для этого и-Сг должны вступать в сперматогенез через каждую четвертую часть времени их полного созревания: 75/4 ~ 19 суток;
II. а для поддержания численности стволовых клеток должно происходить столько же «поддерживающих» делений и-Сг, сколько и-Сг уходит в созревание.
д) Делим количество дней в 25 годах на 19 — и получаем почти 500 делений !
4. Часть четвёртая цикла: около 3-х месяцев.
Итак, за три месяца до нужного срока некоторое количество стволовых клеток вступает в собственно сперматогенез. При этом
- 75 суток приходится на митозы сперматогоний, мейоз сперматоцитов и созревание сперматид;
- и еще 15 суток - на окончательную «доводку» сперматозоидов.
Резюме.
а) Таким образом, описанная клеточная линия, действительно, связывает сперматозоиды отца и сына в моменты их сорокалетних юбилеев.
И в этой линии непременно должен находиться участок полного обнуления биологического возраста клеток данного участка.
б) В принципе, такой участок может находиться в любой из четырёх частей нашей линии:
- и где-то на ранних стадиях эмбриогенеза — развития мужского эмбриона в организме матери,
- и во время покоя клеток, если покой сочетается с восстановлением,
- и даже в период интенсивных митотических делений (ведь существует представление об обновляющем эффекте делений),
- и уж, конечно, в мейозе.
1.6.3. К вопросу о цикле женской половой линии
1.Посмотрим теперь, что мы получим для полного цикла женской половой линии. Условия задаём аналогичные:
«От КВ1 (мать) — до КВ1 (дочь)», где КВ1 = 40 лет.
2. Начало цикла — ооцит II женщины 40 лет, который оплодотворяется Х-сперматозоидом её одногодка-мужа.
3. Конец цикла — через 9 месяцев и 40 лет, когда её дочери исполнится 40 лет. Ооцит II присутствует в организме женщины не всегда (в отличие от
сперматозоидов у мужчины), а лишь в течение одних-двух суток после овуляции, происходящей примерно на 14-е—15-е сутки менструального цикла (см. таблицу 1). Проще говоря, два дня в месяц.
Поэтому появление очередного ооцита II в одной из маточных труб может не совпасть с сороковым днём рождения дочери. Но вряд ли месяц (а фактически даже меньше) что-нибудь кардинально меняет.
4. Для женской линии половых клеток полный цикл, по моему мнению, целесообразно разбить не на 4, а на 5 частей.
1.6.4. Цикл женской половой линии «от 40 до 40»
1. Часть первая цикла: три месяца внутриутробной жизни дочери.
Здесь можно повторить все, что было сказано об аналогичной части предыдущего цикла — только с заменой пола с мужского на женский (то есть Y-сперматозоида на Х-сперматозоид). То есть речь идет о развитии женского эмбриона в организме матери.
Главное же отличие — в самом конце женская линия обнаруживает себя образованием про-оогоний (про-Ог).
2. Часть вторая цикла: ещё один-полтора внутриутробных месяца.
Это быстрое превращение про-Ог в оогонии (Ог). И бурные беспорядочные деления оогоний. Деления путём митоза.
3. Часть третья цикла: 5-й—6-й месяцы внутриутробной жизни.
Все митозы затихли; оогонии превратились в ооциты I (Оц I), которые вступили в профазу мейоза.
Из шести стадий этой профазы Оц I успевают пройти четыре и начать предпоследнюю.
4. Часть четвёртая цикла: оставшаяся часть внутриутробной жизни дочери и ещё 40 лет (за вычетом продолжительности развития фолликулов).
Всё это время интересующие нас ооциты I должны пребывать в покоящихся примордиальных фолликулах.
5. Часть пятая цикла: примерно два-три месяца перед сорокалетием дочери.
Группа примордиальных фолликулов (из ещё немалого числа таких фолликулов в яичниках) вступает в созревание.
Первичные, вторичные, третичные фолликулы... До каждого из этих рубежей доходит все меньше развивающихся фолликулов: остальные подвергаются атрезии.
Возможно, на стадии ранних вторичных фолликулов развитие всех клеток на какой-то срок (в несколько менструальных циклов продолжительностью) приостанавливается.
После возобновления развития один из третичных фолликулов овулирует. В маточной трубе сорокалетней дочери оказывается ооцит II, чей
биологический возраст примерно равен возрасту того ооцита II матери, который участвовал в зачатии дочери.
И опять ни одну из описанных частей цикла нельзя исключить из возможных вариантов обнуления возраста. Это, если рассматривать только цикл женских половых клеток.
1.6.5. Объединение результатов
А если сопоставить друг с другом оба цикла — мужской и женский?
1. Варианты того, где может находиться участок обнуления.
а) И там, и там мы имеем по четыре части (хотя и расположенные в разной последовательности), претендующие на наше внимание:
1) начальные стадии эмбриогенеза,
2) периоды интенсивных митотических делений,
3) профаза и прочие фазы мейоза, а также
4) продолжительные периоды клеточного покоя.
В женском цикле присутствует, помимо того, еще
5) период созревания фолликулов.
б) Замечу, наше положение гораздо лучше, чем у великого комбинатора Остапа Бендера в его эпопее со стульями. У него был шанс 1 из 12; у нас же — 1 из 4 и 1 из 5.
И то — это если считать все варианты равновероятными.
в) Но ведь могут быть какие-то соображения, ставящие под сомнение эту равновероятность. Ну вот давайте и поищем такие соображения.
2. Два типа вариантов локализации участка обнуления.
Итак, мы должны определить положение участка обнуления в каждом из двух полных циклов.
а) Возможные варианты можно подразделить на две группы, которые мы обозначим так:
I. N М), где Мф N и II. N N
Здесь N и М — условные номера (от 1 до 5) частей циклов в вышеприведённом перечне.
В группе I первым указываем номер мужского цикла, а вторым — женского.
6) Следовательно, в группе I допускается, что для мужского и для женского организмов возможны разные ответы, то есть ответы под разными номерами приведённого списка.
В принципе, это не такая уж непредставимая ситуация. И чуть ниже я покажу это на простом примере (1, 5)
в) А в группе II допустимы только такие варианты, где обнуление возраста происходит лишь в однородных частях циклов: (1, 1), (2, 2) ,..
3. Пример варианта первой группы.
а) Можно предположить, что
- в линии мужских половых клеток омоложение достигается в начальной стадии эмбриогенеза (1), то есть тогда, когда клетки мужской линии (начиная с Y-сперматозоида) оказываются в женском организме матери;
- а в линии женских половых клеток — в периоде созревания фолликулов
(5).
б) Это можно представить так:
- при созревании фолликула в цитоплазме ооцита I накапливаются некие факторы, которые, воздействуя на ядро ооцита, обнуляют его возраст;
- а когда, после овуляции и завершения первого мейотического деления, в той же, по-существу, цитоплазме ооцита II оказывается ядро сперматозоида, оно тоже подвергается обнулению.
в) Согласитесь, довольно правдоподобно.
4. Пример варианта второй группы.
а) Вариант (3, 3). Он означает то, что я полагал почти бесспорным на протяжении свыше 40 лет. Хотя вслух называл это гипотезой.
б) Разумеется, речь идёт о мейозе. Имеется в виду, что обнуление возраста, или омоложение клеток, и в мужском, и в женском половых циклах приходится на мейоз (точнее, на профазу мейоза).
в) Обсуждение и этого, и других вариантов будет позже. Сейчас я хотел лишь проиллюстрировать смысл введённых мною несложных обозначений.
5. И ещё одно замечание.
а) В нынешних поисках заветного участка обнуления возраста я ничего не говорю о механизме этого обнуления — как и о том, в чем именно проявляется увеличение биологического возраста.
И то, и другое, конечно, очень интересно. И в нужное время я не упущу случая высказаться на этот счёт.
б) Но и то, что уже сказано, и то, что ещё не сказано, никак не может повлиять на следующий факт. Участок обнуления совершенно определенно находится в одной из четырёх частей мужского цикла и в одной из пяти частей женского цикла.
1.7. РАЗБОРКИ С МЕЙОЗОМ
И вот наступает решительный момент (впрочем, он обещает быть достаточно продолжительным, так что уж лучше сказать «решительная минута» или даже «решительный час»), когда мы с мейозом
- внимательно и нежно посмотрим в глаза друг другу,
- вспомним проведённые вместе долгие годы, а особенно те три, в которые я посвящал ему все помыслы и все своё время,
- помолчим и.
И само собой решится, стоит ли нам теперь расстаться или мы с ним — дружбаны навек.
1.7.1. Аргументы мейоза. Часть первая
Аргументы в пользу того, что именно мейоз омолаживает созревающие половые клетки, собраны в «Геронтологии in polémico» на стр. 26.
Надо внимательно вникнуть в эти аргументы, чтобы второпях не сделать ложных заключений. Этим мы сейчас и займёмся.
I. Сходство механизмов репарации и рекомбинации.
а) Если читатель помнит, кроссинговер (основное событие профазы мейоза) осуществляется ферментным комплексом «рекомбиназа».
Не поленюсь, напомню дальше: связавшись с гомологичными участками конъюгированных хромосом, комплекс производит три стандартные операции:
- двухцепочечный разрыв в гомологичных местах молекул ДНК одной и другой хромосомы,
- перехлест концов этих молекул в месте разрыва,
- сшивание друг с другом концов разных молекул.
б) Но практически сходные операции (по крайней мере, разрезы и сшивки цепей ДНК) выполняют и ферменты системы репарации ДНК.
в) Отсюда — представление, что ферменты кроссинговера возникли в половых клетках на основе ферментов репарации, а затем приобрели ещё способность перехлестывать концы ДНК в месте разрыва. Возможно, после этого они взяли на себя выполнение двух задач, объединив их в мейозе:
СУПЕРРЕПАРАЦИИ ДНК и РЕКОМБИНАЦИИ ГЕНОВ.
г) И хотя вторая функция мейоза появилась позже, она заслонила собой первую — не менее важную. Суперрепарация ДНК — это и есть способ омоложения половых клеток, механизм обнуления их возраста.
Комментарий.
Достаточно связно и даже не без изящества.
а) Но ни одно из прозвучавших утверждений не имеет доказательной базы. (Это относится почти ко всем аргументам в пользу мейоза.)
б) I. Кроме того, суперрепарация не может сводиться только к двухцепочечным разрывам и сшивкам молекул ДНК. Системы и механизмы репарации довольно разнообразны; и в большинстве из них требуются не вышеуказанные ферменты, а совсем другие.
II. Тогда, ввиду суперрепарации, в мейоцитах должно быть резко увеличено содержание и этих ферментов.
III. Но никаких сведений на данный счёт не имеется.
в) И, наконец, трудно представить, как на одних и тех же хромосомах происходят одновременно и суперрепарация ДНК (по полной программе, всех видов!), и кроссинговер.
2. Мейоз без рекомбинации генов.
а) Здесь речь идёт о т.н. эндомиксисе — упрощённом варианте мейоза.
I. Он встречается у ряда простых организмов и включает конъюгацию хромосом и кроссинговер.
II. Но редукции числа хромосом и собственно полового процесса (объединения геномов двух особей разного пола) не происходит.
III. Поэтому все последствия рекомбинации генов при кроссинговере остаются внутри одной клетки и фактически не проявляются.
б) Но если кроссинговер, тем не менее, совершается, то для чего?
Этот вопрос был оставлен в «Геронтологии in polemico» без ответа. Подразумевалось, что любой здравомыслящий читатель понимает: кроссинговер нужен для репарации генома клетки.
Комментарий.
Но сейчас я за здравомыслящего читателя не уверен. Как-то не очень убедительно. Из-за того, что мы не можем придумать ничего, кроме репарации, отнюдь не следует, что именно ради репарации и затеян эндомиксис.
1.7.2. Аргументы мейоза. Часть вторая
3. Омоложение культур после мейоза.
Этот аргумент мне знаком с самых юных лет и всегда казался мне очень убедительным. Даже, пожалуй, самым убедительным и бесспорным.
а) Речь идёт об одноклеточных — в частности, об инфузории туфельке. Если культура простейших только делится митотически, то она со временем стареет и погибает.
б) Дальше цитирую свой текст из «Геронтологии in polemico»: «Положение спасает половой процесс между парой таких одноклеточных организмов, в которых всё-таки прошли мейозоподобные события. После этого культура приобретает как бы новую жизнь.»
Комментарий
а) Да, такие сообщения в литературе были.
б) Но в литературе оказалось множество и других сообщений о культурах простейших — самых разных. И там все вовсе не так однозначно. Даже для тех же инфузорий. И не говоря об амебах, для которых ничего подобного вообще никогда не было обнаружено.
в) Но и для тех немногочисленных видов простейших, которые, вроде, соответствуют приведённому описанию, возможна, как выясняется, и иная трактовка подобных описаний:
- в благоприятных условиях митотические деления в культуре продолжаются долго (насколько долго — для всех по-разному),
- если же в культуре появляется половой процесс, то явления старения в культуре обнаруживаются быстрей и выраженней.
г) Во всяком случае, наиболее определенный вывод, который можно встретить в литературе, состоит в том, что все эти разнообразные результаты на многоклеточные организмы лучше не переносить.
4. Особое положение мейоза.
а) И вот — последний аргумент. — Об омолаживающей функции мейоза
«косвенно свидетельствует положение мейоза (или эндомиксиса) в онтогенезе многоклеточных. Линия половых клеток, действительно, выполняет уникальную функцию: именно она обеспечивает относительное бессмертие вида, перенося огонёк жизни от поколения к поколению.
б) И более чем естественно считать, что с этой уникальной функцией связан и уникальный процесс конъюгации хромосом, что именно он, воздействуя на угасающий было огонёк, раздувает его (перед передачей по эстафете поколений или, в редких случаях, сразу после передачи) до должных размеров».
Комментарий.
а) Про огонёк жизни, который переносится из поколения в поколение линией половых клеток, — это хорошо и актуально: весь предыдущий текст находящейся перед вами книги — как раз об этом.
б) А вот то, что в этих линиях содержится мейоз, никак не доказывает (даже косвенно), что очередная яркая вспышка упомянутого огонька приходится именно на мейоз.
Это мы с вами, читатель, уже хорошо знаем. Таким образом, никакого нового аргумента мы здесь вовсе не встречаем.
Отсутствие аргументов — ещё не аргумент!
а) Вот так я сейчас разобрался с тем, что долгое (очень долгое) время считал почти бесспорными доказательствами омолаживающей функции мейоза. Ни один из четырёх аргументов не сохранил звание аргумента.
б) Но отсюда ещё не следует обратное: то, что в мейозе не происходит обнуление биологического возраста сперматоцитов и ооцитов.
в) Ведь аргументов в пользу того, что обнуление совершается не в мейозе, а где-то в другом месте, у нас пока нет. То есть вопрос о мейозе нами с вами, читатель, совершенно ещё не решён.
1.7.3. Рождение замысла
I. Повод к размышлению.
а) I. Вообще говоря, вернейший способ решения биологических проблем — это адекватные и статистически достоверные эксперименты.
II. Какие надо поставить опыты, чтобы определить, обладает ли мейоз омолаживающим эффектом?
б) Именно об этом я задумался осенью 1977 года, когда из Лаборатории, где, будучи аспирантом, делал кандидатскую работу по метилированию ДНК у
животных, перешёл на Кафедру — чтобы заняться «настоящей» геронтологической тематикой.
(Метилирование ДНК, как с горечью говорил я в самом начале этой книги, тогда я подобной тематикой не считал.)
в) Таким образом, сейчас последует продолжение той истории, которую я начал рассказывать в разделе 1.1.2 и которую прервал, чтобы подготовить благодатную почву для ее дальнейшего восприятия.
2. Цель исследования.
Напомню: там же (в 1.2.4) сформулированы три варианта возможного отношения обеих линий половых клеток к старению:
- вариант I*, или «Вейсман» — в линиях половых клеток старения нет;
- вариант II*, или «Виленчик» — в ходе мейоза происходит обнуление возраста линии половых клеток, то есть полное омоложение;
- вариант III*, или «Начальник» — в оплодотворении участвуют те клетки, которые ещё не успели накопить возрастных изменений.
Эксперимент должен был привести к выбору одного из этих трёх вариантов.
Как мы теперь знаем, вариант «Виленчик» не исчерпывает всех возможных вариантов обнуления возраста в онтогенезе. Но все равно даже суженная до такого вида задача исследования чрезвычайно интересна.
3. Объект исследования.
а) Абсолютно во всем надо было определяться самостоятельно: я не знал в
u u /—v u и
своей научной «Ойкумене» ни одного человека, который бы экспериментировал с половыми клетками.
Пришлось хорошо посидеть в библиотеке. Там тоже я не нашел работ, которые хотя бы краешком соприкасались с волнующей меня проблемой.
б) Но зато довольно быстро стали проступать контуры будущей работы.
I. Об изучении биохимическими методами женских половых клеток нечего даже мечтать (в месяц — одна созревшая до конца клетка).
Остаются сперматогенные клетки.
II. Экспериментировать с человеческим, да ещё таким специфическим, материалом весьма хлопотно. Спокойнее взять мышей.
III. Если с их яичек снять капсулу, семенные канальцы вываливаются в виде тонкой белой вермишельки. Затем их нетрудно разъединить на отдельные клетки (в виде суспензии).
4. Ключевой приём — разделение суспензии клеток на фракции.
Просматривая в библиотеке научные журналы, я обнаружил очень интересный метод — фракционирование суспензии клеток.
Принцип метода — чрезвычайно прост. а) Сперматогенные клетки значительно различаются по размерам — причем, не просто так, а в четкой зависимости от своего положения в ряду созревающих клеток. Например:
- самые крупные — пахитенные и диплотенные сперматоциты,
- самые мелкие — поздние сперматиды и сперматозоиды.
б) И в точном соответствии с диаметром клеток находится скорость их оседания в столбе жидкости.
А именно: крупные клетки оседают быстрей, мелкие клетки — медленней. Это позволяет получить несколько относительно однородных клеточных фракций:
II. сперматогоний и ранних сперматоцитов, I. поздних сперматоцитов, III. ранних сперматид, V. поздних сперматид и сперматозоидов. (Фракция IV — существенно неоднородна.)
1.7.4. Принцип решения проблемы
1. Изменение параметра в ходе сперматогенеза.
а) Допустим, что во всех фракциях клеток (полученных от нестарых животных, которых будем маркировать одной галочкой Л) мы определили значение какого-либо параметра — например, активность (АЛ) фермента Е.
б) Расположив фракции по порядку созревания клеток (II, I, III, V), мы увидим, как меняется (или не меняется) АЛ при переходе
- от премейотических клеток (II — сперматогонии)
- к мейотическим (I — пахитена, диплотена) и затем
- к постмейотическим (III, V — ранние и поздние сперматиды).
2. Изменения параметра при старении и обнулении возраста.
а) И ещё допустим, что с возрастом активность А фермента Е в клетках снижается. Определяем активность Е в таких же фракциях, полученных от старых животных (которых будем маркировать двумя галочками).
б) И сравниваем соответствующие пары значений активности:
А(П)л и А(П)лл , А(^л и А® , А(Ш)л и А(Ш)лл , а(У)л и А^)лл .
3. «Канонические» соотношения.
Вот чего следует ожидать для каждого из трёх вариантов:
I*. «Вейсман» — в каждой паре активности одинаковы (клетки половых линий не стареют):
А(П)Л = А(П)ЛЛ , Афл = Афлл , А(Ш)л = А(Ш)ЛЛ , А^)Л = А(У)ЛЛ .
II*. «Виленчик» — в первой паре активности заметно различаются, а в следующих двух парах разница между ними уменьшается и почти исчезает:
А(П)Л > А(П)ЛЛ , Афл = Афлл , А(Ш)л = А(Ш)ЛЛ , А(У)Л ? А(У)ЛЛ .
Именно такую картину я рассчитывал увидеть в планируемых экспериментах: мол, сперматогонии (во фракции II) демонстрируют возрастные различия, а прохождение мейоза поздними сперматоцитами (фракция I) устраняет эти различия, и данный эффект сохраняется в последующих клетках -ранних (фракция III) и поздних (фракция V) сперматидах.
III*. «Начальник» — в каждой паре значения активностей различны, причём разница везде одна и та же:
А(П)Л - А(П)ЛЛ = A(I)A - A(I) = A(III)A - A(III)AA = A(V)A - A(V > 0.
Напомню: здесь предполагается, что
- в целом популяция половых клеток стареет, и это относится к клеткам всех фракций (поэтому в каждой паре активности фермента различны);
- процессы сперматогенеза не влияют на старение участвующих в этих процессах клеток (поэтому во всех парах — одна и та же разность);
- оплодотворение осуществляется одним из тех немногочисленных сперматозоидов, которые ещё не успели накопить возрастных изменений. Но такие спермии ничем особенным не проявляются.
4. Необходимо исследовать много параметров.
а) Конечно, на основании исследования одного параметра (например, активности А фермента Е), какие бы красивые результаты мы ни получили, делать глобальные выводы относительно места и способа обнуления возраста — несерьезно.
б) Надо набрать, по крайней мере, несколько десятков параметров и использовать адекватные статистические методы для обработки результатов.
Название работы.
а) Таким образом, у меня сформировались вполне определённые представления о предстоящей экспериментальной работе.
Сформулировать её тему можно было примерно так:
«Изучение влияния мейоза на возрастные изменения созревающих сперматогенных клеток».
б) Масштабная тема — ничего не скажешь! Ничего подобного я не встречал ни в отечественных журналах, ни в зарубежных. Не встречал ни тогда, когда выполнялась эта работа (1978-1980 гг), ни десятилетия спустя.
в) Для тех, кому это интересно, я расскажу не только о конечном результате, но и — коротко — о пути к нему. Не исключено, что и в этом очерке, отмеченном звёздочками (параграфы 1.7.5-1.7.7 и 1.8.1-1.8.7), любознательный читатель обнаружит что-то полезное для себя.
Прочим ж советую сразу перейти к параграфу 1.9.1.
1.7.5. Сосредоточение сил и средств*
1. Я получаю карт-бланш.
1 ГЛ и 1 и и и
а) Заведующий кафедрой внимательно ознакомился с докладной запиской, где я излагал свои планы.
б) К моему намерению выяснить тайны мейоза и старения отнёсся весьма скептически.
в) Но в проекте предусматривалось также изучение клеток в их развитии и дифференцировке. Этот пункт был принят весьма благосклонно.
Мне была обещана поддержка, и я немедленно начал ее использовать.
2. Кадровый вопрос.
а) Как хорошо известно, кадры решают все. Поэтому самым первым я поднял вопрос о кадрах.
Собственно, речь шла лишь об одной сотруднице — Наталье Петровне Волковой. Тогда это была просто Наташа Волкова, так же, как и я, младший научный сотрудник (мнс) Кафедры, только, в отличие от меня, ещё не сделавшая кандидатской работы.
и и и и / с»
б) Я предложил ей заняться вместе со мной новой темой (в рамках которой будет получен материал для ее диссертации). Она согласилась, Заведующий кафедрой тоже согласился на такой альянс. И должен сказать, это была моя самая большая удача в начинавшейся работе.
в) Мы скоро стали друзьями. И это очень помогало нам в абсолютно новом деле, с которым в одиночку никто бы из нас не справился.
3. Материалы и методы. Введение.
а) Кафедра, хотя и содержала в своём штате семь научных сотрудников, не имела практически ничего для экспериментальной работы — да ещё в такой высокотехнологичной области науки, как биохимия.
б) Положение отчасти спасали расположенные в здании Кафедры две отдельные Лаборатории, числившиеся по совсем другим ведомствам. Со многими их сотрудниками мы были давно и хорошо знакомы.
К ним можно было при необходимости обратиться за нужными реактивами или попроситься на тот или иной прибор.
в) Но наша уникальная для окружающих тематика требовала и того, чего у друзей не было. И в нескольких таких случаях, как это ни покажется удивительным, нас выручила сама Кафедра.
4. Созидательная сила спирта.
а) Для разделения клеток нужен был стеклянный сосуд не очень сложной, но все же нестандартной, конструкции.
б) Кафедра же для научной работы получала лишь один реактив — медицинский 96%-ный спирт, бесценную в то время валюту. По литру в месяц на сотрудника.
в) Поднакопив эту волшебную жидкость, мы заказали сосуд стеклодуву — и вскоре обменяли пять литров своих накоплений на шедевр стеклодувного мастерства.
5. Человеческий белок — для разделения клеток мыши.
а) Оседание клеток в сосуде должно было происходить в градиенте концентрации белка: это повышало вязкость раствора, а также предупреждало перемешивание слоёв и разрушение клеток.
б) Обычно в этих целях используют бычий сывороточный альбумин (БСА). Однако где же мы его возьмём?!
в) Знакомый фармацевт из крупной аптечной базы предложил мне гораздо более ценный продукт — человеческий сывороточный белок «Протеин». Хорошо, но дорого. Очень дорого.
г) Но тут случилось очередное чудо.
I. Несколько наших кафедральных коллег вели работу по так называемому хоздоговору. Заказчик перечислил на счёт Кафедры неслабую сумму — семь тысяч рублей. Тогда на эти деньги можно было купить машину — не самую шикарную, но все же вполне способную выполнять свою основную функцию.
II. Но было условие: всю сумму надлежало выбрать (на закупки оборудованиям и реактивов) до конца 1977-го года.
III. И выяснилось, что наиболее эффектно и эффективно это сделать может только наша группа.
IV. Вскоре мы уже везли на машине из Подмосковья на Кафедру огромное количество флаконов того дорогущего «Протеина».
5. Холодильник.
а) Во время процедуры оседания клеток сосуд с градиентом белка необходимо было держать на холоде.
б) Заведующий Кафедрой, с явным облегчением от незатейливости очередной просьбы, отдал нам холодильник из своего кабинета.
6. Лабораторные животные.
а) Нам были нужны мыши-самцы двух возрастов: условно говоря, взрослые и «пожилые».
б) I. Но беда состояла в том, что ни в вивариях при научных учреждениях, ни в специальных питомниках лабораторных животных никто не собирался держать мышиных самцов до старости.
II. Достигнув половозрелости (в 5-6 месяцев), они совершенно срывались с тормозов и непрерывно устраивали в клетках кровавые драки.
III. В таких условиях дожить хотя бы до года могли лишь считанные единицы.
в) I. Я лично ездил в питомник в очень дальнем Подмосковье, но смог договориться о регулярных поставках мышей-самцов не 6 и 12 месяцев отроду, а 2 и 6 месяцев.
II. Поэтому взрослых (6-месячных) самцов нам пришлось сравнивать не со старыми, а с очень молодыми, не вполне ещё зрелыми, мышами.
1.7.6. Подготовительные исследования: радость вхождения в тему *
1) Общая схема.
Потом началось практическое освоение методов выделения и фракционирования сперматогенных клеток. У нас почти сразу все стало получаться. Общая схема выглядела так
а) I. Для получения суспензии сперматогенных клеток из семенных канальцев обрабатывали последние смесью трёх ферментов — в том числе трипсина.
II. Вдобавок (чтобы было «убедительней») канальцы ещё при этом пипетировали: засасывали в пипетку с узким носиком и выдували обратно. От такого напора канальцы разваливались на отдельные клетки.
б) I. Когда же дело доходило до фракционирования клеточной суспензии, ее осторожно наслаивали на столб жидкости высотой 5 см.
Жидкость представляла собой обычный буферный раствор, содержащий также белок «Протеин» с линейно возрастающей концентраций: от 1% (сверху) до 3% (снизу).
II. В течение 4 часов клетки совершенно самостоятельно оседали в холодильнике — ну, в меру своих способностей, точнее, своих размеров.
III. Затем через отверстие в дне сосуда (в котором происходила процедура) медленно спускали жидкость, собирая ее порциями (фракциями) по 50 мл в 15 стаканчиков.
в) Наконец, чтобы отделить в каждой фракции клетки от раствора, проводили низкоскоростное центрифугирование.
Однако в некоторых фракциях клеток было очень мало. Поэтому впоследствии мы перешли с 15 фракций по 50 мл на 5 крупных фракций по 150 мл.
3. Простые вопросы для сложной работы.
Два простых с виду вопроса больше, чем на год, всецело завладели нашим вниманием.
Во-первых, надо было точно установить, где (в каких фракциях) и что (какие клетки) находится.
Во-вторых, чрезвычайно важно было выяснить, в каком состоянии пребывают все эти клетки и как процедуры (получение и фракционирование клеточной суспензии) повлияли на их состояние.
4. Морфологическая идентификация клеток.
а) Мы все делали основательно — строго по науке. Клеточный состав фракций определяли, не просто взглянув в обычный микроскоп. Да если б
взглянули — все равно без специальной окраски ничего бы не разглядели: сплошные прозрачные кружочки.
б) К идентификации клеток во фракциях мы привлекли морфолога — специалиста по сперматогенным клеткам из Второго мединститута. Несколько раз эта чудесная женщина (морфолог-специалист) приезжала к нам на Кафедру и подолгу консультировала нас.
в) Также мы обратились в Лабораторию электронной микроскопии нашего Института — и нам сделали препараты клеток всех фракций.
А потом я целый день сидел у электронного микроскопа и показывал инженеру-оператору, что хотелось бы снять. И ещё через какое-то время нам передали большущую кипу электронных фотографий наших клеток.
г) Все клетки были прекрасны.
I. Но прекрасней всех — пахитенные и диплотенные сперматоциты I (Сц I). Они были намного крупней всех остальных клеток.
II. Они казались мощными богатырями, героями — уверенно заканчивающими сложное и опасное испытание — профазу мейоза.
III. И хотелось верить, что это они побеждают старение и несут жизнь следующим поколениям.
1.7.7. Подготовительные исследования: тимидиновый тест*
Биохимическая идентификация клеток.
а) Но и нам тоже было чем поразить морфологов.
I. Мы нашли метод, который с удивительной точностью позволял определить, в каких фракциях находится тот или иной вид сперматогенных клеток.
II. Метод может быть применим к таким животным (в частности, к мышам), для которых посуточно известен ход сперматогенеза.
III. Очень важно, что у животных одного вида этот ход практически не варьирует — ни по последовательности этапов, ни по их продолжительности.
б) I. Группе животных внутрибрюшинно in vivo вводят радиоактивный тимидин.
II. Попав затем в кровь, последний захватывается клетками, синтезирующими ДНК.
III. После пары несложных реакций радиоактивный тимидин оказывается в составе новообразованных цепей ДНК.
в) I. В яичках клетками, поглощающими тимидин, являются, в основном, Сг (сперматогонии) и прелептотенные Сц (сперматоциты).
II. Причём, среди Сг наиболее заметный вклад в поглощенную яичками радиоактивность вносят те клетки, которые уже завершают митотические деления (поскольку с каждым циклом число клеток удваивается).
г) I. Уже через час после введения мышам радиоактивный тимидин будет находиться, главным образом, в поздних Сг и прелептотенных Сц.
II. Через сутки клетки, поглотившие накануне меченый тимидин, достигнут в своём развитии лептотенной стадии мейозной профазы.
Табл. 2. Сперматогенные клетки, в ДНК которых оказывается радиоактивный тимидин через определённое время после его однократной инъекции мышам
Время 1 1 4 7 11 15 19 22
после час сутки суток сутки суток суток суток суток
инъекции
Место- Поздние
нахож- Сг и Лепто- Зиго- Ранние Поздние Ранние Сред- Позд-
дение пре- тенные тенные пахи- пахи- Ст ние Ст ние Ст
р.-а. лепто- Сц Сц тенные тенные (сперма-
тимидиа тенные Сц Сц Сц тиды)
д) И так далее (см. табл. 2):
I. по времени, прошедшему с момента введения животным препарата, можно указать основной вид клеток, содержащих сейчас радиоактивность,
II. а по радиоактивности всех фракций, собираемых после разделения клеток в градиенте протеина, — локализацию именно данного вида клеток в этих фракциях.
У нас тимидиновый тест прекрасно получился!
а) Мы основательно готовились к проведению этого масштабного теста.
А в первый день эксперимента рано утром ввели отобранным мышам радиоактивный тимидин.
в) I. Как видно из табл.2, эксперимент продолжался 22 дня. По сути, верхняя строка данной таблицы представляет собой график выполнения эксперимента.
II. Руководствуясь им, за 22 дня мы восемь раз выделяли из яичек очередной небольшой группы экспериментальных мышей сперматогенные клетки и фракционировали их в градиенте белка.
III. После чего в каждой из 15 фракций измеряли радиоактивность клеточного материала.
г) I. Интерпретация результатов была ясной и однозначной.
II. Так, например, если опыт проводился через 11 суток после инъекции тимидина, а максимум радиоактивности оказался в трёх первых фракциях, — это означало, что
- в данных фракциях содержатся поздние пахитенные сперматоциты. д) Наши результаты прекрасно коррелировали с другими оценками сперматогенных клеток — размерами, скоростью оседания, описаниями тимидинового теста в литературе.
Мы ощущали, что находимся на переднем крае научного поиска.
1.8. ПРОДОЛЖЕНИЕ РАЗБОРОК С МЕЙОЗОМ
1.8.1. Подготовительные исследования: погружение в «болото»*
1. Излом.
а) Помните, читатель: у нас были две важные задачи, которые надлежало решить, прежде чем приступить к основному делу? Это
- идентификация преобладающих клеток во фракциях и
- оценка состояния клеток после их выделения и фракционирования.
б) Первая задача с триумфом решена.
в) А вторая — стала наводить все большую тоску и скуку.
2. Два фактора, меняющие клетки.
а) Обработка семенных канальцев трипсином (для разрушения связей между клетками) и
длительное пребывание клеток в растворе белка (того самого, дорогущего). —
Вот два фактора, которые, как выяснилось в ходе длительных безрадостных экспериментов, необратимо меняют свойства клеток и делают невозможным выполнить задуманное.
б) Конечно, это тоже информация, и даже удалось ее опубликовать в виде научной статьи. Чтобы другие тоже знали и учитывали данное прискорбное обстоятельство.
3. Утраченные намерения.
Читателя интересует, в чем его прискорбность (очевидно, не читателя, а обстоятельства)? — А вот в чем.
а) I. Обдумывая, по каким параметрам сравнивать одноименные клетки «молодых» и «взрослых» мышей, я собирался в первую очередь использовать материал ядер — и, в частности, хроматина:
- соотношение —ДНК:РНК:белок, нуклеосомную структуру;
- количество 5-метилцитозина и одноцепочечных разрывов в ДНК;
- активность ряда внутриядерных ферментов — РНК-полимеразы, ДНК-метилазы и др.
II. Я полагал, что именно эти характеристики более других могут «рассчитывать» на вовлечение в процесс старения.
III. К тому же клеточные ядра — хорошо знакомый мне объект, с которым я имел дело и в институтские годы, и в аспирантуре.
б) Но из сперматогенных клеток — и до фракционирования, и после него,— сколько мы ни бились, выделить ядра нам так и не удалось.
Ядерные мембраны разрушались одновременно с плазмолеммой.
4. Избирательное разрушение плазмолеммы.
а) Есть разные способы разрушения плазмолеммы:
- механический — например, с помощью гомогенизатора,
- физико-химический — воздействовать препаратом из группы ПАВ (поверхностно активных веществ), например, тритоном Х-100,
- физические — в том числе замораживание-оттаивание.
б) Как правило, можно подобрать условия, при которых плазмолемма будет разрушаться, а ядерная оболочка — нет.
5. Пример — выделение ядер клеток печени.
Вот, в частности, как получают клеточные ядра печени.
а) Измельчают печень ножницами и образовавшую кашицу (в буферном растворе) подвергают гомогенизации. Зазор между стенкой стакана, в котором находится кашица, и вставленным в него быстро вращающимся тефлоновым пестиком меньше размеров клеток, но больше диаметра ядер.
б) Изменяя глубину погружения пестика в стакан (то в одну, то в другую сторону), заставляют мелкие кусочки ткани несколько раз на бешеной скорости проскакивать через указанную щель (зазор). Клетки, в итоге, разрушаются, а ядра сохраняются.
в) Хотя, наверно, и для ядер данная процедура не проходит бесследно.
1.8.2. Предварительные исследования: болото, из которого надо выбраться*
1. Разрушение ядерной оболочки.
а) I. Вы спросите, откуда я знаю, что при лизисе сперматогенных клеток всегда разрушались и ядра?
II. Это сразу видно: мелкодисперсная суспензия резко меняется — появляется крупный комок полихроматина из агрегирующих хроматинов отдельных клеток.
б) I. Таким образом, общее содержимое всех клеток подразделяется на две
части:
- нерастворимую — этот самый полихроматин — и
- растворимую — все остальное.
II. При центрифугировании они образуют, соответственно, осадок и надосадок, которые нетрудно разделить.
2. А причём тут трипсин и препарат «Протеин»?
а) Обработка канальцев трипсином сильно снижает стабильность высвобождающихся клеток, а последующее их длительное пребывание в растворе белка, напротив, делает клетки чрезвычайно стабильными — так, что хоть молотком их бей — и не разобьёшь.
б) А итог в обоих случаях один и тот же: одновременно с плазмолеммой разрушается и ядерная оболочка.
3. Может быть, так и должно быть.
а) Как бы то ни было, ни этот, ни другие перепробованные мною способы на сперматогенных клетках не сработали.
б) I. Не исключено, что это может быть связано с уникальной особенностью данных клеток. В семенных канальцах потомки одной стволовой клетки (и-Сг) образуют синцитий, то есть соединены между собой цитоплазматическими мостиками. Нигде больше в организме такой ткани нет.
II. Но как из этого вытекают наши проблемы с получением ядер, — спекулировать не берусь.
4. Черно-серая полоса.
в) I. Мне кажется, читатель, вам стало весьма скучновато. Вместо решения глобальной проблемы мы уперлись в какую-то методическую деталь.
II. Вот и мне тогда тоже стало очень скучно.
г) I. А тут от нашего дорогого «Протеина» ещё одна любезность объявилась. Мы нашли, что в хроматине фракционированных и затем разрушенных клеток — подозрительно высокое содержание белка.
II. Откуда же мог взяться этот лишний белок ? Вот загадка!
III. Это я так грустно шучу. Ясно же, что это проделки «Протеина»: он сорбировался на хромосомах — самым бессовестным образом!
5. Принятие нового решения.
а) Ну, не сдаваться же, не прекращать же эксперименты без хоть какого-нибудь результата!
Не получается взять эту «горку» в лоб, — значит, надо обойти!
Это совсем не то, что «умный в гору не пойдёт...» Вопреки этой сентенции, мы же шли «в гору», почти год шли! Но не получилось.
Ищем другую дорогу, ведущую в том же направлении!
б) Мы собирались исследовать параметры хроматина. Но они искажены трипсином и белком.
Что ж, обратимся к параметрам растворимой части интересующих нас клеток. То есть будем разрушать клетки (и ядра) тем же тритоном Х-100, центрифугировать и забирать надосадок.
А уж какие его параметры исследовать, — определим, исходя из возможностей.
1.8.3. Заключительный рывок 1980 года: интенсивный набор результатов*
1. Настрой.
а) К началу 1980 года мы уже были заряжены на длительную решающую серию экспериментов.
I. Позади остался первый год нашей работы, когда у нас все получалось — и разделение клеток, и электронная микроскопия, и тимидиновый тест.
II. Позади остался, наконец, и второй, предыдущий, год — долгий,
и U T-v
унылый, нескончаемый. В течение которого мы почти никуда не продвинулись, а все наши мысли вращались (если вообще вращались) только вокруг трипсина и препарата «Протеин».
III. Теперь же мы были опять сосредоточены, собраны, энергичны.
б) Растворимая часть клеточного материала. — Какие ее параметры мы могли бы определить? Пожалуй, это
- активности всевозможных ферментов,
- а также электрофоретические фракции белков.
в) На этом и было решено остановиться. Ориентировочно вместе — около 25 параметров.
2. Привычное дело.
Не буду живописать нашу героическую работу. Работа была привычная, совсем не героическая.
а) I. Насчёт ферментов — вспоминали, искали знакомых в разных институтах: где какую реакцию можно было бы поставить.
II. Находили, ездили, договаривались.
III. У себя получали клетки, фракционировали, разрушали, отделяли растворимую часть, замораживали.
IV. Пробирки с этим драгоценным материалом тщательно маркировали (возраст мышей, номер фракции), а наутро везли их к нашим благодетелям для постановки реакции.
б) Ставить электрофорез белков в геле — тоже, как говорится, не лаптем щи хлебать.
I. Прежде всего, надо иметь весь набор приборов, инструментов и материалов для такого дела.
II. И хорошо бы уметь со всем этим обращаться.
III. А когда процесс закончен и готовы столбики геля с полосками (как на штрих-коде), то, извините, это ещё не все: картинку каждого столбика надо с помощью сканера перевести в гистограмму.
IV. Именно она позволит оценить (по площади пиков) относительное содержание каждой фракции (из 15) в растворимом материале — и тем самым даст нам в руки ещё целых 15 характеристик клеток.
Но, по большому счету, все это, как я уже говорил, — вполне привычное
дело.
3. Массив данных.
И вот как формировался массив данных, на основании которого надлежало выбрать один из трех вариантов преодоления старения в линии половых клеток.
Рис.1. Пример графиков для одного из выбранных параметров -активности ПДГ.
По оси ординат - фракции. По оси ординат - удельная активность ПДГ.
Сплошная линия - 2-месячные мыши; пунктир - 6-месячные мыши.
а) На рис. 1 показаны результаты для одного из параметров растворимой части клеток.
I. В данном случае речь идёт об активности фермента пируват-дегидрогеназы (ПДГ).
II. Но, в принципе, аналогично выглядят результаты для всех прочих параметров — как активности ферментов, так и относительного содержания белковых фракций.
III. Только ход ломаных прямых линий — везде какой-нибудь свой особенный.
б) I. По горизонтальной оси (абсцисс) указаны номера пяти больших фракций сперматогенных клеток, расположенных в порядке увеличения степени зрелости основных клеток фракции (см. табл. 3):
Таблица 3. Преобладающие клетки фракций
Фракция II Фракция I Фракция III Фракция IV Фракция V
Поздние Сг и ранние Сц I Поздние Сц I Ранние Ст Средние Ст Поздние Ст и Сз
II. По вертикальной оси (ординат) - удельная активность фермента (в мЕд на мг белка).
Для электрофоретических белковых фракций по этой оси —
относительная доля (по массе) данной фракции от их общей массы.
в) Сплошные линии соединяют данные для молодых мышей, пунктирные — для взрослых.
г) Важно заметить: подобные графики строились по результатам не одного, а четырёх-пяти экспериментов.
То есть ордината каждой отмеченной на графике точки есть среднее значение нескольких (4 - 5) оценок этой ординаты.
1.8.4. Замечательный рывок 1980 года: обработка и осмысление результатов*
I. Все лишнее — за борт!_
а) I. Далеко не каждый параметр клетки заметно менялся с возрастом. Поэтому не было смысла брать в расчёт все множество исследованных нами параметров.
II. Однако заранее предсказать нужные параметры было невозможно.
III. Когда же для каждого параметра были построены два графика, все стало гораздо ясней. И большую часть параметров мы исключили из дальнейшего анализа. Чуть ниже я подробней объясню принципы отбора.
б) Но вначале хочу отметить ещё одно решение, принятое нами при первом же взгляде на эти графики. —
Не морочить голову ни себе, ни людям объяснением каждого изгиба каждого графика.
1. Дело в том, что концентрации веществ в клетках (от которых зависят и активности ферментов, и веса белковых фракций) — вовсе не несгибаемые константы: они могут меняться — например, периодически, — и у двух возрастов несинхронно. Так что сейчас может быть такой изгиб в этом месте, а завтра — совершенно другой изгиб.
И это ни о чем не говорит.
II. А кроме того, даже пятикратное повторение эксперимента, как правило, не гарантирует абсолютной надёжности данных — а значит, надежности и всех этих изгибов.
Есть, конечно, и совершенно оправданные, просто необходимые, изгибы. Но мы могли бы указать не больше одного-двух подобных примеров.
2. Так вот, вернёмся к отбору параметров.
а) Напомню (см. рис. 4), что для всех исследованных нами параметров было построено по два графика — для молодых и для взрослых мышей.
Каждый график соединяет значения параметра в созревающих клетках: от поздних Сг и ранних Сц I — до средних и поздних Ст.
б) I. Очевидно, если эти графики идут близко друг к другу и несколько раз пересекаются, то это явно указывает на отсутствие зависимости параметра от возраста.
II. Ничего страшного в этом нет: совершенно не обязательно, чтобы все клеточные характеристики при старении, условно говоря, «усыхали» или, наоборот, «набухали».
III. Как бы то ни было, таких, внешне слабо реагирующих на возраст, параметров в нашем исследовании оказалось большинство,
и, переходя к следующему этапу анализа, мы их уже не использовали.
в) I. Зато мы с пристальным вниманием отнеслись к таким параметрам, у которых графики (для молодых и для взрослых мышей) не пересекались и были ощутимо отдалены друг от друга.
II. Классический пример — тот, который приведён на рис. 1.
III. Всего же мы обнаружили 8 возрастзависимых параметров (из 25).
г) Но это — лишь наше внутреннее ощущение (о влиянии возраста на 8 параметров), тогда как таковое к рассмотрению обычно не принимается.
Понятно, что внутреннее ощущение необходимо поверить статистикой.
Однако в своём первозданном виде эти 8 параметров друг с другом не стыкуются: разные масштабы, разные единицы измерения и что-нибудь ещё разное.
3. Показатель для обработки массива данных.
а) Чтобы привести все параметры к единому и сопоставимому виду, пригодному для оценки влияния возраста, мы ввели показатель, который так и назвали: «коэффициент возрастных различий» (Кв). Он
- рассчитывался отдельно для каждого параметра,
- а для любого параметра — отдельно для каждого типа клеток,
- и представлял собой отношение
= разности значений параметра у взрослых (Пвз) и молодых (Пмол) животных в клетках одного типа = к сумме тех же величин:
Кв = (Пвз - Пмол) / (Пвз + Пмол).
б) При этом Кв мог быть как положительным, так и отрицательным, а по модулю — всегда меньше единицы.
в) I. Для тех параметров, которые мало зависели от возраста, Кв во всех пяти точках был близок к нулю, а в случае перекреста графиков он менял знак: с плюса на минус или наоборот.
II. Значительное же изменение параметра с возрастом проявлялось тем, что Кв во всех пяти фракциях стабильно и надежно отличался от нуля.
1.8.5. Замечательный рывок 1980 года: ГОТОВО ! *
1. Первое важное заключение.
в) «Надежных», как уже упоминалось, было 8 параметров.
I. Для каждого из них совокупность пяти значений Кв исследовалась по методу Стьюдента на достоверность отличия от нуля.
II. И практически для всех этих параметров критерий / соответствовал. 95%-ной достоверности отличия Кв от нуля.
б) I. Это позволило сделать первое важное заключение: МЕЖДУ КЛЕТКАМИ МОЛОДЫХ И ВЗРОСЛЫХ МЫШЕЙ ОБНАРУЖЕНЫ СТАТИСТИЧЕСКИ ЗНАЧИМЫЕ ВОЗРАСТНЫЕ
РАЗЛИЧИЯ.
II. Подчеркну: данное заключение могло быть сделано при наличии лишь одного подобного параметра. У нас же оснований было в восемь раз больше!
2. Ну а что МЕЙОЗ? — Последняя перегруппировка К
а) И вот, наконец, — исторический момент! Мы попытались оценить, как изменяется степень возрастных различий в ходе сперматогенеза. Поскольку именно это (в широком смысле) предусматривалось гипотезой об омолаживающей роли мейоза.
б) I. Все, формально достаточное для этого, у нас уже имелось.
А именно, четыре десятка значений Кв (для 8 параметров — в 5 «точках» сперматогенеза для каждого).
II. Но чтобы проще изложить дальнейшее, введу для Кв более детальную маркировку: Ке Р). Здесь
- Sj — номер фракции (II, I, III, IV, V),
- Р1 — номер параметра, / — от 1 до 8.
в) I. При оценке достоверности возрастных отличий мы использовали группировку множества {Кв ^, Р)} по параметрам: 8 групп по 5 значений в каждой.
II. Теперь же группировали то же множество по типам сперматогенных клеток (или, что эквивалентно, по номерам наших фракций): 5 групп по 8 значений в каждой.
г) Что означает, например, Кв (II, ПДГ)?
I. Это коэффициент возрастных различий пируватдегидрогеназной (ПДГ) активности в поздних Сг и ранних Сц (фракция II).
II. Всего же у нас — еще семь значений Кв, относящихся к тем же клеткам.
Складываем, делим, находим среднее значение — Кв (II) ср.
И так — для всех клеточных фракций: КО^,,.. в общем виде -
Кв(^ср.
III. Приведу все эти средние значения (табл. 4).
Таблица 4
Фракции II I III IV V
Кв(^)ср 0,333 0,300 0,223 0,462 0,228
3.Так что же с МЕЙОЗОМ?! Сколько можно тянуть??!!
Смотрим внимательно на табличку.
а) I. Фракция II содержит непосредственно предмейотические клетки — поздние сперматогонии (Сг), а также ранние сперматоциты I (Сц I), которые условно можно тоже считать предмейотическими.
II. Во фракции же III находятся непосредственно постмейотические клетки — ранние сперматиды (Ст).
б) И мы видим, что выраженность возрастных изменений после мейоза (0,223) оказывается в полтора раза меньше, чем до мейоза (0,333).
в) I. Кажется, можно сделать громадный выдох и заключить, что из трёх вариантов обнуления возраста половых клеток, рассматривавшихся в начале этого исследования, верен тот, который долгое время был моей любимой визитной карточкой, а потом был обозначен как «гипотеза М.М. Виленчика».
II. Иными словами, мейоз в сперматогенезе, вроде бы, оказывает, пусть не абсолютное, но заметное, омолаживающее воздействие на развивающиеся половые клетки.
1.8.6. НО, СКОРЕЙ ВСЕГО, НЕ ТАК! «ВСЕ НЕ ТАК, РЕБЯТА!» *
Да, уважаемый читатель, видимо, придётся признать необоснованность только что сделанного заключения.
1. Вилкоксон против меня и Виленчика.
а) Во-первых, мы же ещё не проверили это заключение на достоверность.
Между прочим, в данном случае оказалось более подходящим
использовать не метод Стьюдента, а метод Вилкоксона.
б) Так вот, разница между средними значениями Кв для фракций II и III не дотянула до того, чтобы считаться достоверной с вероятностью 95%.
То есть не исключено, что обсуждаемая разница — просто игра случая, а не закономерное, всегда наблюдаемое, явление.
в) Следовательно, в отличие от первого заключения, вывод относительно мейоза — это, своего рода, «хромая утка», неполноценное предположение, оказавшееся неспособным подтвердить себя, и жалкое подобие которого реальности утешительно называют тенденцией — в противоположность бесспорному факту.
Ну а тенденция — это тенденция: сегодня она, вроде, есть, а завтра — вроде, ее уж и нет.
2. Вилкоксон за Начальника.
а) Во-вторых, при переходе от клеток фракции III (ранние Ст) к клеткам IV (средние Ст) возрастные различия вдвое увеличиваются. Причём, согласно критерию Вилкоксона, этот факт достоверен.
б) А это говорит (правда, тоже не очень однозначно) в пользу другого варианта (из трёх исходных) — варианта, выдвинутого Заведующим кафедрой и обозначенного как вариант III, «Начальник».
в) По нему, никакого омоложения клеток в ходе сперматогенеза не происходит. С возрастом образующиеся клетки в массе своей становятся хуже и
хуже, но до поры до времени в этой массе находятся клетки, относительно пригодные для участия в оплодотворении.
г) I. Вообще говоря, согласно «каноническому Начальнику» (пункт 1.7.4(3)), возрастные отличия на всех стадиях сперматогенеза ожидаются примерно одинаковыми.
II. Здесь же — значительное увеличение различий на предпоследнем (или даже последнем) этапе созревания.
д) Ну, можно считать это подвариантом «Начальника» — я бы назвал его «Очень сердитым Начальником».
3. Общий итог.
Так к каким выводам приводит нас столь подробно и, не побоюсь сказать, с любовью и гордостью описанная экспериментальная работа?
а) Как это ни удивительно, в конечном счете,
ОНА ДАЛА ОСНОВАНИЕ КАЖДОЙ ИЗ ВОВЛЕЧЁННЫХ В ПРОТИВОСТОЯНИЕ СТОРОН УКРЕПИТЬСЯ В СВОИХ ВОЗЗРЕНИЯХ.
б) I. Так, я ещё долгое время, отметая куда-то в сторону безобразие последнего факта, был уверен, что лишь трудности нашего положения не позволили дотянуться до уровня достоверности той красивой мысли, которая инициировала саму эту работу.
II. Какие трудности? — Отсутствие нормальных условий для работы, использование первых попавшихся реактивов и «неправильных» (в смысле возраста) мышей.
в) А Заведующий кафедрой, оценивая наши результаты, во всем видел подтверждение своего изначального скепсиса.
1.8.7. Эпилог внутри первой главы*
I. В чем смысл, товарищ?
а) I. Таким образом, я поместил сюда рассказ об этом исследовании не ради конечного результата, что либо доказывающего или опровергающего.
II. Хотя, не объявляя результат заранее, я старался, в меру своих сил, поддерживать интригу, столь необходимую для сохранения читательского интереса.
б) Цель же моя была иной — показать исследование в его классической полноте:
- замысел,
- отказ ради него от чего-то более удобного и спокойного,
- преодоление неизбежных трудностей,
- глубокая усталость и, наконец,
- последний решающий рывок — который чаще всего завершается неудачей. Или, как в нашем случае, полнейшей неопределенностью.
в) I. Но даже эти неудачи и эта неопределенность вместе с вполне понятной горечью оставляют в душе «неудачника» ощущение смысла, полноты и уникальности его жизни. —
II. Ведь в неё вместилось такое событие — реальная попытка решить одну из мировых проблем!
III. А на то это и мировые проблемы, чтобы об них ломали рога даже самые матёрые зубры...
Дай бог каждому такие неудачи!
2. «Мы делали нашу работу».
а) В этом своеобразном эпилоге я должен упомянуть также о следующем. Читатель мог заметить, что, рассказывая эту историю, прямо-таки неукоснительно говорил не «я», а «мы», и не «моя» работа, а «наша».
б) Я уже упоминал, что с самого начала работы участвовать в ней согласилась Наталья Волкова. Отсюда и происходит употребляемое мною множественное число.
К сожалению, в этом множестве до самого завершения работы мы так и остались вдвоём.
в) По результатам наших экспериментов Наталья защитила кандидатскую диссертацию. Одно это дало и ей, и мне чувство, что все-таки и в практическом плане те три года были прожиты не зря.
3. Ну вот и все!
Да, все.
а) Если эта маленькая повесть внутри первой главы книги не прошла мимо читательской души — хорошо, даже отлично!
б) I. Если же читатель выбрал более рациональное решение — пропустить эту лирику (как я предлагал в п. 1.7.4), — то тоже хорошо (и тоже отлично!): я с лирикой (временно) закончил и возобновляю рассмотрение вопроса, как получается, что дети моложе своих родителей.
II. А более конкретно — попытаюсь определить момент обнуления возраста клеток в одной и в другой линиях половых клеток.
1.9. ПОЧЕМУ МЕЙОЗ НЕ ПОДХОДИТ НА РОЛЬ «ОБНУЛИТЕЛЯ»
1.9.1. Аргументы против мейоза
1. Введение.
а) Ранее (в пунктах 1.1.7.1-1.1.7.2) я привёл «аргументы мейоза», которые содержались в моей книге «Геронтология in polémico».
Эти аргументы обосновывали омолаживающую роль мейоза. Когда-то они казались мне убедительными.
б) Сейчас же ни в одном из них я не обнаружил ни грамма убедительности. Но с другой стороны, неприятие этих доказательств ещё не означало, что мейоз, в принципе, — не место для обнуления возраста клеток.
в) И вот теперь, наконец, пришло время выдвинуть аргументы против мейоза. Имеется в виду — против приписывания ему функции омоложения сперматоцитов и ооцитов.
2. Аргумент против: очень раннее начало мейоза в оогенезе.
а) Гипотеза об омоложении клеток в мейозе неплохо ложится на сперматогенез, но очень трудно вяжется с оогенезом.
В обоих случаях я имею в виду только профазу мейоза.
б) Ооциты проходят почти всю профазу мейоза ещё во внутриутробном периоде онтогенеза. Омолаживать в этот период женские половые клетки совершенно неразумно: ведь впереди у них — десятилетия сна и потом дозревание в проснувшихся фолликулах. Однажды омолодившись, в течение последующего времени можно раз десять состариться.
З.Чисто теоретические возможности ооцитов.
Но даже при очень раннем начале мейоза для него (мейоза) еще не все потеряно — в отношении заботы о качестве хромосом ооцита. Теоретически рассуждая, эта «забота» могла бы выражаться двумя способами.
а) I. Первый способ связан с тем, что ооцит впадает в очень продолжительный период покоя не когда-нибудь, а за полторы стадии до окончания профазы. К данному моменту спаренные друг с другом гомологичные хромосомы ещё полностью не разошлись.
II. К этому бесспорному факту можно добавить предположение, что в таком (конъюгированном) состоянии хромосомы надежно законсервированы, и длительное ожидание своей очереди на выход не сказывается на их качестве.
б) I. Второй бесспорный факт женского мейоза: и в первом его делении, и во втором половина наследственного материала просто выбрасывается из клетки, и вся цитоплазма достается другой половине этого материала.
II. А к данному факту добавляется предположение о том, что хромосомы (или хроматиды) распределяются по двум половинным наборам не случайным образом, а путем сортировки, условно выражаемой так:
«Эта хромосома — какая-то ущербная; ее — выкинуть.
А эту — гладенькую — оставить... »
4. Еще два аргумента против.
а) Если даже оба эти предположения (о консервации в диплотене и сортировке в мета- и анафазе) верны, то все равно сомнительно, что предусматривающиеся ими механизмы способны полностью выполнить задачу обнуления биологического возраста.
б) А если, паче чаяния, данные механизмы все же достаточно эффективны, то получается, что в линиях половых клеток — два принципиально разных механизма обнуления возраста:
I. один — для сперматоцитов — суперрепарация во время пахитены,
II. второй — для ооцитов —
- суперконсервация на стадии диплотены, или диктиотены, как нередко называют эту стадию в оогенезе, и
- сортировка наследственного материала на стадиях метафазы и анафазы обоих делений мейоза.
Что, хотя и не запрещено, но тоже представляется маловероятным.
1.9.2. Последний аргумент
I. Наглядный пример.
Общий смысл этого аргумента может выразить такой пример.
а) I. Любое дело — ну, например, изготовление миллиона списков Библии по одному и тому же образцу, одинаковыми чернилами, на одинаковой бумаге — можно поручить миллиону исполнителей.
II. И вряд ли при этом можно гарантировать, что в миллионе изготовленных копий не окажется множества опечаток и помарок.
III. А чтобы их обнаружить и исправить, потребуются десятки тысяч корректоров.
б) Зато результат будет неизмеримо лучше, когда
1. за дело примутся лишь несколько писцов экстракласса (или даже один — самый лучший из них),
а продукт их (или его) труда потом будет со скрупулезной точностью размножен печатными машинами.
2. Мораль примера.
Понял ли читатель, что я хотел сказать этим примером?
а) В начале предыдущего параграфа я обмолвился, что гипотеза об омолаживающей роли мейоза неплохо ложится на сперматогенез.
Это так, если не принимать во внимание излагаемого здесь последнего аргумента «против».
б) А если все-таки его принять, то ставится ясно, что такое тонкое, деликатное и ответственное дело, как обнуление возраста, лучше и легче всего выполнить на той стадии жизненного цикла половых (зародышевых) клеток, где их линия представлена немногочисленными клетками — а лучше всего, одной.
в) I. И беглый взгляд на перечень частей циклов половых клеток (п. 1.1.6.5) сразу улавливает, похоже, верную подсказку: начальные стадии эмбриогенеза. Где на самой начальной из всех начальных стадий присутствует лишь одна клетка — ЗИГОТА.
II. А ей предшествует тоже только одна клетка — презигота, образующаяся в результате взаимодействия двух клеток — ооцита и самого резвого сперматозоида.
3. Смена вех.
а) Таким образом, в моем представлении место, наиболее подходящее для обнуления и омоложения, радикальнейшим образом сменило свою локализацию, масштаб, действующих «лиц» и панораму наблюдаемых событий.
б) Очень долго оно пребывало в мейотической профазе и ассоциировалось с массовым подвигом тысяч и миллионов сперматоцитов I, отчаянно бьющихся с биологическим возрастом за его полное обнуление.
в) Ныне же оно эксклюзивно оказалось в том участке клеточного потока, где последний сужается всего лишь до одной клетки, которая, мчась на высокой скорости, оставляет на поверхностях стесняющего ее русла обрывки биологического возраста, а потом, вырываясь на свободу, широко разливается чистой мощной рекой новой жизни.
1.9.3. Второе лирическое отступление
(первое — в п. 1.4.5)
1. Плавный переход.
а) Конечно, неплохо только что было сказано. Приятно, когда научное вдохновение тождественно поэзии!
б) Однако ограничиваться одним вдохновением, целиком на него полагаться — чревато. Сколько раз каждый из нас ошибался в оценке чего-либо — хоть без вдохновения, хоть с ним!
в) Поэтому, насладившись вдоволь поэзией обнуления, обратимся к тем, к счастью, уже имеющимся, экспериментальным фактам, которые сподвигли меня переменить позицию.
г ) Но пока я собираюсь с мыслями, как обо всем этом лучше сказать, вы атакуете меня очередью быстрых вопросов.
2. Ваш вопрос — мой ответ.
а) Вы сразу же спросите: а почему бы в таком случае не стоило начать прямиком с этих фактов — без всех предыдущих умствований?
Отвечаю: потому, что это не учебник, где, действительно, все содержание этой главы я уложил бы в несколько строк.
И даже не научная статья, в которой достаточно было бы странички.
б) А что же это такое? К какому жанру относится эта книга?
В подзаголовке главы сказано: «История одной идеи». Даже у маленькой идеи может быть большая и захватывающая история. А здесь и идея не самая слабая, и история полна драматизма.
Что же касается жанра, то мне кажется, тут можно найти признаки многих жанров. И они друг с другом не конфликтуют. Я им этого не позволяю.
в) Но кто это будет читать? Вы уверены, что кому-нибудь это будет интересно?
Уверен.
1.9.4. Два первых периода моих отношений с клонированием
Клонирование — вот, что наиболее сильно пошатнуло мою почти слепую веру в мейоз. Но не сразу, далеко не сразу.
Вообще, в истории моего отношения к клонированию можно насчитать четыре периода.
1. Первый период — безмятежный — самый продолжительный и самый спокойный.
а) Он примечателен тем, что в течение всех его долгих лет я практически ничего не знал о клонировании, не интересовался им — короче, жил в свое удовольствие.
б) Именно в этот период я увлекся сперматогенезом и мейозом как объектами геронтологического исследования. И никакое клонирование не мешало моему увлечению.
в) Можно сказать, это было время нашего мирного сосуществования.
2. Второй период — период овцы Долли.
а) I. Мир был нарушен в середине девяностых годов прошлого столетия. Какое-то неясное движение, какой-то неясный, беспокоящий шум появились в атмосфере.
II. Вначале, погруженный с головой в свои дела, я не обращал на это внимания. Но потом раздававшиеся все громче и громче крики «Долли, Долли!» достигли, наконец, моего сознания.
III. Я прислушался, постарался вникнуть, ... вник — и мне стало как-то не по себе. Налицо было явное безобразие.
б) I. Оказалось, что где-то в Шотландии некие, так сказать, энтузиасты взяли и заменили в ооците одной овцы его законное ядро на ядро из соматической клетки (а именно клетки молочной железы, или, проще сказать, вымени) другой овцы.
II. Причем, эта другая овца к моменту пересадки ядра уже три года как умерла: но забирали у нее клетки, конечно, еще живой. И потом они хранились при низкой температуре.
Впрочем, почему «конечно, еще живой»?! Ведь теперь пытаются клонировать и вымерших животных. Найденных где-нибудь во льду.
III. Ну да ладно. Химерную клетку (с цитоплазмой ооцита и ядром из вымени) стимулировали к делению и помещали в матку третьей овцы.
IV. Последняя выносила плод и в положенный срок родила овечку, которую назвали Долли (в честь певицы, на которую оказалась немного похожа новорожденная).
в) На самом же деле Долли была генетической копией овцы №2 — той, давно умершей, — можно сказать, своей самой главной матери среди трех овец, обеспечивших это коллективное материнство.
Примерно в такой интерпретации воспринял я это событие, когда стал к нему восприимчивым.
3. Недоумение и его разрешение.
а) I. Здесь что-то не так. Что именно, что именно. ?... — недоумевал я. - Ах, да: где мейоз??!! Без него же нельзя!
II. Вот что было не то: соматическое ядро из вымени никак не могло пройти через благотворное чистилище мейоза!
б) Выходит, можно обойтись без мейоза? — то ли ехидно, то ли сочувственно спросил меня тогда мой хороший знакомый, давно уже знавший эту мою слабость.— И никакого омоложения не требуется?
Ну как может не требоваться?
в) И тут меня осенило! —
I. Да, может, и не требуется! Так, чтобы жестко и бесповоротно.
II. Но качество последующей жизни будет хуже.
III. Это как при прогерии — преждевременном старении: там нарушена именно репарация ДНК. Только там, похоже, речь идет о репарации обычной, повседневной, а здесь — о суперрепарации в мейозе. Мы же не знаем, как там у Долли с этим делом — качеством жизни!
г) И мейоз опять покойно расположился в моей душе.
4. В гармонии.
а) Более того, очень скоро ему стало находиться там все более и более комфортно. Дело в том, что мое озарение, вроде бы, стало подтверждаться:
I. оказалось, что с Долли, действительно, не все в порядке: она больна, она стареет, опережая сверстников,
II. и вот, во избежание страданий, ее создатели помогают ей уйти из этого бренного мира на половине нормального овечьего срока.
б) I. И все начинают говорить, что все ее несчастья — оттого, что созревание половых клеток принципиально отличается от созревания соматических.
II. Ну, в общем, мой голос, практически неслышимый и прежде, когда я пел свою любимую песню почти что соло, теперь совсем растворился в мощном хоре, подхватившем эту песню.
III. Я это воспринимал с христианским смирением. Мне было «достаточно чувства собственной правоты.
1.9.5. Третий период моих отношений с клонированием
А потом наступил третий период. Он начался так же, как и второй — с сообщения об успешном клонировании.
1. ПолиДолли.
а) В этот раз на мировой сцене красовалось уже несколько овец: клональные сестры Долли по ее главной матери, а также дети самой Долли, произведенные на свет архаическим способом (то есть при участии барана).
б) Всем своим видом овцы демонстрировали отменное здоровье и полную удовлетворенность текущим моментом. Они
- задумчиво что-то жевали,
- изредка, скосив добрый глаз на снимающую их камеру, с подкупающей укоризной блеяли («Ах, нам, право, даже неловко!»);
- и не было никакого намека на те недуги, которые сильно попортили и сократили жизнь первопроходице Долли.
в) I. Короче, пасторальная картинка должна была убедить сомневающихся в том, что кейс несчастной Долли — это недоразумение, роковое стечение обстоятельств, никак не связанное с ее исторической ролью..
II. И это означало, что клонирование вошло в нашу жизнь бесповоротно и навсегда, и ни о каком преждевременном старении в связи с клонированием нет оснований даже заикаться.
г) Так что мейоз опять переходил из победителей старения и клонирования в разряд безнадежно проигравших.
2. Обвал.
а) И тут же из разных уголков мира, из прежде никому не известных лабораторий одна за одной стали приходить реляции о новых невероятных достижениях клонирования.
б) «Клонированы те! Клонированы эти!
И двадцать раз подряд клонирован сам клон!
Клонировано все, что только есть на свете, —
И мы в парад-алле выходим на поклон."
в) I. Да, действительно, чем только и кого только ни клонировали! Придумывали самые невероятные комбинации, показывающие полную власть придумщиков над Природой.
II. А та, униженная, молча сносила все эти издевательства над своей священной особой.
3. Поучительная история.
Некоторое время я просто не верил во все эти открытия. Я подозревал явное мошенничество или неумышленную ошибку.
а) I. В качестве примера я приводил опыты Алексиса Карреля, в лаборатории которого в первой половине двадцатого века несколько десятилетий поддерживалась культура непрерывно делящихся куриных фибробластов.
II. Так доказывалось потенциальное бессмертие делящихся клеток. Откуда следовало, что старение — это свойство лишь надклеточных структур.
III. И этому верили, на Карреля ссылались, его цитировали, ему вручили Нобелевскую премию за такое фундаментальное открытие.
б) I. А в 1961 году Леонард Хейфлик установил прямо противоположное: куриные фибробласты в культуре делятся вовсе не бесконечное, а очень даже ограниченное количество раз.
II. Заодно Хейфлик, проанализировав методику Карреля, нашел в ней тот изъян, который и приводил к фальшивому результату.
III. Короче говоря, под видом питательной среды (или вместе с питательной средой) в культуру каждый день вносились свежие куриные фибробласты. Тут, конечно, любая культура станет бессмертной
в) I. Разумеется, очень хотелось бы услышать от самого Карреля, что это было — невинная ошибка или сознательная фальсификация?
II. Но спросить не получится: Каррель умер задолго до появления на сцене Хейфлика. Умер в почете, с имиджем выдающегося ученого и нобелевского лауреата.
1.9.6. Четвертый период моих отношений с клонированием
1. Примирение.
а) Итак, «меня терзали смутные сомненья».
б) Однако списывать огромное количество работ по клонированию на тотальный заговор мошенников и лжеученых, в конце концов, стало уже невозможно.
в) Вот тогда-то я и решил: нет, не безоглядно переметнуться в лагерь победителей, а заново, добросовестно, самостоятельно проанализировать ситуацию с обнулением возраста в линиях зародышевых клеток — с учетом методик и результатов клонирования, — и «без страсти и предпочтения» сделать свой вывод.
г) Читатель уже прекрасно знает, что я выполнил почти всю эту программу, и мне осталось только подверстать данные по клонированию.
А там, наконец, последует и вывод.
2. Цитоплазма ооцита II — животворящая среда.
а) Самое главное, на что указывают результаты клонирования, — это выдающаяся роль цитоплазмы ооцита II.
б) I. В наиболее удачных работах по клонированию ядро соматической клетки вводят в энуклеированную цитоплазму именно ооцита II.
II. Использование в этих целях зиготы (из которой предварительно удаляют оба пронуклеуса) дает несравнимо худшие результаты.
в) Так вот, цитоплазма ооцита II оказывает на попавшее в нее ядро, по меньшей мере, два фундаментальных воздействия: радикально влияет
- на функцию ядра и
- на его биологический возраст.
3. Изменение функции ядра.
а) Да, цитоплазма ооцита II, видимо, переполнена всевозможными факторами, которые страстно мечтают прорваться в какое-нибудь ядро и там вдоволь поруководить.
б) И когда им (факторам) вместо своего родного ядра предлагают другое — чужое и незнакомое, — они этого даже не замечают и, усиленно толкаясь, проникают внутрь.
в) Там они устанавливают все включатели и выключатели в привычное им (да факторам же!) положение.
г) В результате происходит перепрограммирование ядра:
- оно «забывает» прежнюю жизнь и
- начинает преданно исполнять обязанности ядра зиготы.
4. Почему ядро вводят не в зиготу, а в ооцит II.
а) I. Все это надо провернуть до первого митотического деления (дробления), где без ядра никак не обойтись.
II. Но перепрограммирование требует определенного времени.
б) Видимо, поэтому пересадка ядра непосредственно в зиготу (взамен на два ее пронуклеуса) гораздо менее успешна, нежели в ооцит II. —
«Чужеземец» просто не успевает освоиться на новом месте.
5. Факторы Яманаки.
а) Можно заметить, что в свое время Синья Яманаки осуществил аналогичное перепрограммирование:
используя всего четыре транскрипционных фактора (названные позже факторами Яманаки), превратил
- дифференцированные клетки (фибробласты человека)
- в стволовые (индуцированные плюрипотентные клетки — иППК).
б) Очевидно, подобные факторы и содержатся в цитоплазме ооцита II.
6. А что происходит в штатных обстоятельствах?
а) Вообще говоря, цитоплазма ооцита II вовсе не предназначалась для того, чтобы в нее засовывали какие-то чужие ядра.
I. Вначале в ней должно было находиться только свое ядро, прошедшее первое деление мейоза, то есть гаплоидное по числу хромосом и диплоидное по ДНК.
II. Потом здесь могло еще поселиться ядро сперматозоида, гаплоидное по обоим параметрам, то есть, по сути, не ядро, а мужской пронуклеус.
III. И, наконец, в волнах все той же цитоплазмы женское ядро совершало второе деление мейоза, результатом чего было выкидывание из клетки половины наличного количества хроматид и заключение второй половины хроматид в женский пронуклеус.
б) Надо думать, объектами внимания факторов цитоплазмы являлись оба пронуклеуса. Это в них надлежало произвести капитальное перепрограммирование, чтобы наставить их на новый истинный путь. То есть завязать с гаметогенезом и заняться эмбриогенезом.
1.9.7. Четвертый период: цитоплазма и биологический возраст
1. Возраст ядра, введенного в ооцит II, должен быть обнулен.
а) Попытка клонирования оказывается успешной лишь в том случае, когда у ядра, введенного в цитоплазму ооцита II, радикально меняется не только функция, но и, страшно сказать, биологический возраст.
б) Когда этого не происходит (а такое, видимо, случается достаточно часто), — тогда развитие зародыша останавливается на одной из ранних стадий — или вообще не начинается.
в) Да, может, несчастья овечки Долли, и в самом деле, имели в основе такую же причину. А последующие успехи клонирования объясняются совершенствованием методики.
г) Но тот факт, что все-таки удается получать вполне жизнеспособные клоны — и чем дальше, тем чаще, — однозначно свидетельствует о происходящем (в случае удачи) полном обнулении возраста введенного в цитоплазму наследственного материала.
2. Когда происходит обнуление?
а) Насколько оперативно происходит обнуление:
- завершается еще до начала развития зародыша или
- растягивается на более продолжительный срок?
б) I. Существует мнение (Вадим Гладышев), что обнуление биологического возраста половых клеток, с которым они приходят к оплодотворению, занимает существенную часть эмбриогенеза — морулу, бластулу, гаструлу, нейрулу — и заканчивается в т.н. фарингулу, то есть тогда, когда в пищеварительной трубке обособляется глотка (pharynx) с жаберными щелями.
II. Имеется в виду, что на данной стадии биологический возраст достигает нулевого уровня, после чего начинает вновь повышаться.
в) Аргументами в пользу этого служат два обстоятельства:
- на стадии фарингулы различия между эмбрионами разных классов животных минимальны;
- а на предыдущих стадиях останавливается развитие многих клонов.
г) Однако эти аргументы мне непонятны.
I. Какое значение имеет стадия максимального сходства эмбрионов? — Говорят, данную стадию кодируют наиболее древние гены. Разве это достаточное основание: все древние гены заточены на обнуление возраста?
II. А относительно второго аргумента: разве не будут останавливаться в развитии эмбрионы, если обнуление возраста может происходить только до начала дробления, но не во всех случаях оно осуществляется полностью?
3. Так когда происходит обнуление?
По поводу выбора между многоклеточной стадией линии зародышевых клеток и одноклеточным участком той же линии я уже говорил выше (в п. 1.1.9.2).
а) I. Версия, предложенная В. Гладышевым, имеет тот недостаток, что растягивает процесс обнуления на длительное время и, главное, предполагает участие в нем множества клеток — участие независимо друг от друга, в меру своих способностей и умения.
II. А ведь как уже разнообразны клетки развивающегося организма к моменту обособления глотки! Зачем же их всех так напрягать? Ясно, что толку от этого не будет.
б) Поэтому останемся в пределах ооцита II с его волшебной цитоплазмой, в которой оказалось пересаженное ядро (в обмен на прежнее ядро ооцита II).
I. Мы уже договорились с вами, читатель, что в этой цитоплазме — смесь транскрипционных факторов типа факторов Яманаки.
II. Но, как известно, факторы Яманаки чудесным образом сдвигают состояние клеток сразу по двум направлениям: и в функциональном, и в возрастном.
III. Так что можно полагать, что мы получаем «два в одном»: одни и те факторы одновременно вызывают два эффекта — и перепрограммирование ядра на начало эмбриогенеза, и обнуление возраста ядра как необходимое условие выполнения его новой миссии.
Вот к таким соображениям я пришел, благодаря более терпимому отношению к клонированию.
1.7. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ 1.10.1. Только факты
I. Ну что ж, в нашем почти детективном повествовании пришла, наконец, пора подвести итоги.
II. Не буду оттягивать «момент истины»: опишу картину, которая сложилась у меня в голове за те два месяца и одну неделю (с 07.12.20 по 14.02.21), что я работал над этой главой.
1. Утраченная иллюзия.
Увы, претензии профазы мужского мейоза на лидирующую роль в омоложении линии половых клеток (хотя бы только мужских) оказались необоснованными.
Гипотеза, которую я лелеял, как дитя, хотя и заменил со временем в ее названии свое имя на имя М.М. Виленчика, — эта гипотеза лопнула, словно перераздутый воздушный шар. Или даже как мыльный пузырь..
2. Обретенное знание.
а) I. Выяснилось, что основное бремя обнуления лежит на материнском организме. А точнее, на последних клеточных продуктах женского мейоза.
II. Так что мы ушли от одного мейоза (мужского) — и пришли к другому мейозу (женскому).
III. Правда, уже не к профазе, а к обоим делениям мейоза.
б) Мы много говорили о цитоплазме ооцита II — клетки, образующейся в результате первого мейотического деления.
I. Но известно, что эта цитоплазма достается ооциту II в наследство от ооцита I — клетки, готовящейся к первому делению мейоза.
II. Причем, эта подготовка происходит в составе развивающегося фолликула.
III. И, очевидно, именно в это время в цитоплазме ооцита появляются те транскрипционные факторы, которые чуть позже окажут решающее воздействие на мужской и женский пронуклеусы.
3. Формальная сторона.
Значит, как следует обозначить этот вариант обнуления, используя классификацию в п. 1.1.6.5?
а) Линия мужских половых клеток омолаживается, когда ядро Y-сперматозоида оказывается в качестве мужского пронуклеуса в цитоплазме пре-зиготы. Это вариант 1.
б) А линия женских половых клеток начинает подготовку к омолаживанию на фолликулярной стадии своего цикла (когда образуются необходимые для обнуления возраста транскрипционные факторы). Это вариант 5.
в) Следовательно, реализуется смешанный вариант (1,5), который, кстати, рассматривался и в п. 1.6.5.
1.10.2. Интерпретации и предположения
1. Жестокие ошибки интерпретации.
а) I. Итак, ооциты I в развивающихся фолликулах готовятся не только к развитию нового организма (по получении ядра и центриолей сперматозоида), но и к такому ключевому акту, как омоложение собственного наследственного материала и материала мужского пронуклеуса.
II. В связи с этим теперь кажется вполне закономерным чрезвычайная осторожность предшествующего существования ооцитов:
- очень быстрое прохождение обязательных «номеров» программы — митозов и основной части мейоза,
- а также пребывание всего оставшегося (до начала созревания фолликула) времени в состоянии охранительного сна.
б) И какой же поверхностной и вульгарной была наша (моя!) трактовка тех же событий при описании женского гаметогенеза!
в) I. А насмешки над упорством ооцита II, соглашавшегося делиться только после оплодотворения?!
II. А ведь в этом тоже заключен большой смысл. Это — предупреждение спонтанного начала созревания неоплодотворенной яйцеклетки.
г) I. Вы спросите, читатель, почему я не удаляю те насмешливые описания, безусловно обидные для женской природы?
II. Не удаляю — поскольку и в этом неудалении тоже вижу большой смысл.
2. Новая гипотеза.
а) Мы, как кажется, определили место полного обнуления биологического возраста: это цитоплазма ооцита.
б) Но согласитесь, что женский наследственный материал имеет явное преимущество перед мужским, поскольку пребывает в чудодейственной цитоплазме гораздо большее время.
в) Так, может быть, предположить, что это компенсируется пусть частичным, но все-таки важным омолаживающим действием мужского мейоза?
15 февраля, 2021 г
Литература
1. Мушкамбаров Н. Н. Геронтология in polemico. - М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2011. - 464 с.
2. Мушкамбаров Н. Н., Томский Г.В. БЕСЕДЫ О ГЕРОНТОЛОГИИ: О метаболизме, мейозе, генах и проблемах для исследования // CONCORDE, 2019, N 4, p. 14-50.
3. Мушкамбаров Н. Н., Томский Г.В. БЕСЕДЫ О ГЕРОНТОЛОГИИ: О математическом моделировании и методах популяризации // CONCORDE, 2019, N 4, p. 51-73.
4. Мушкамбаров Н. Н. Биология продолжительности жизни и ее темные пятна // Bulletin de l'Académie Inrenationale CONCORDE, 2019, N 2, p. 65-105.
5. Томский Г.В. Приоритетные направления сотрудничества с Международной академией КОНКОРД: Биологические и медицинские науки // CONCORDE, 2018, N 4, р. 21-29.
6. Мушкамбаров Н.Н. Путь вверх к подножию вершин: Автобиографические заметки. - М.: Медицинское информационное агентство, 2012. - 340 с.
7. Мушкамбаров Н. Н. Мои научные изыскания: игра теней и света // CONCORDE, 2018, N 3, p. 42-66.
8. Виленчик М.М. Биологические основы старения и долголетия. - М.: Знание, 1976. - 224 с.
