Основы стереогенетики (стр. 2 )

Согласно КСГ, ядрышко может не доходить до границ безадресной области, но не может выходить за её пределы. Это позволяет по размерам ядра и ядрышка, в соответствии с формулой (3), ориентировочно оценить коэффициент преломления гетероволновой оптической системы, т. е. соотношение скоростей распространения химических и акустических волн. Поскольку скорость акустических волн известна, отсюда может быть найдена приблизительная скорость химических волн.

2.3. Управление активностью генов эукариот

Рассмотрим непонятный для ТДС вопрос – почему прокариоты используют один тип РНК-полимераз, а каждый организм эукариот почему-то не ограничивается одним типом таких ферментов?

Как отвечает на это КСГ? Оказывается, именно различие в прочности связей ДНК с нуклеосомами определило необходимость существования, по крайней мере, двух типов РНК-полимераз. В ядрышке работает РНК-полимераза I [Сингер, Берг, 1998] – её зона действия ограничена теми областями хроматина, где связи ДНК с белками слабы. В периферийной же зоне ядра, где связи ДНК с нуклеосомами значительно прочнее, где для их разрыва применяются сфокусированные акустические колебания, действует РНК-полимераза II. Таким образом, использование эукариотами разных полимераз – отнюдь не случайность, а прямой результат волнового управления транскрипцией.

ТДС не объясняет, ради чего Природа затруднила транспорт веществ, удалив к центру ядра крупные гены рибосом, т. е. самую активную фракцию хроматина, производящую до 80% РНК клетки. Почему Природа максимально отодвинула активные гены рибосом от ядерной оболочки, через которую приходят исходные вещества синтеза и куда уходят РНК? Расположение генов рибосом вблизи ядерной оболочки было бы более экономным решением (кстати, так они расположены в крупных ооцитах амфибий, где ещё не включено структурогенное волновое поле). Разгадка оказалась в том, что гены рибосом расположены не по логике химических процессов, а в соответствии с логикой волнового поля!

* * *

В периферийной зоне ядра присутствуют не только структурные гены, активируемые сфокусированными колебаниями. Здесь находятся и разнообразные гены „домашнего хозяйства” клетки, активность которых нужна независимо от координат клетки в организме. К ним относятся: гены транспортных РНК, гены белков, обслуживающих внутриклеточный транспорт и процесс „созревания” свежесинтезированной РНК, самый короткий ген рибосом 5S-рРНК и др. Активирование данной группы (как правило, довольно коротких) генов волновым полем только затруднило бы ситуацию, сделав их активность зависимой от координат клетки. Потому эти гены сохранили знакомый ещё прокариотам чисто химический способ управления. Но, чтобы преодолеть влияние структурогенного механизма, чтобы сделать активирование генов „домашнего хозяйства” независимым от влияния акустических волн, природе пришлось организовывать для них особую систему управления транскрипцией и создать специфический фермент – РНК-полимеразу III.

Таким образом, структурогенное управление активированием через разрыхление хроматина сфокусированными волнами в полной мере применяется только к генам, транскрибируемым РНК-полимеразой II (т. е. к структурным генам). На гены, транскрибируемые РНК-полимеразой I (крупные гены рибосом), волновое управление активированием распространяется лишь частично, задавая средний уровень активности без учёта координат клетки. А на гены, транскрибируемые РНК-полимеразой III (гены „домашнего хозяйства”), волновое управление активированием вообще не распространяется, здесь действуют чисто химические способы управления.

Итак, связь между РНК-полимеразами и группами транскрибируемых генов имеет следующий характер:

РНК-полимераза I – гены, активируемые расфокусированными волнами;

РНК-полимераза II – гены, активируемые сфокусированными волнами;

РНК-полимераза III – гены, активирование которых не зависит от волнового поля.

* * *

В отличие от молчания по этому вопросу ТДС, оптические расчёты объяснили также специфическое распределение активного хроматина в ядре – резкое, нелинейное возрастание активности в направлении от оболочки ядра к ядрышку. Биологам известно, что непосредственно вокруг ядрышка расположена зона наивысшей концентрации активных генов. Детально объясняя такую ситуацию, оптические расчёты показали, что проекции активных зон химического волнового поля организма крайне неравномерно распределены в пространстве ядра, как это для случая n = 2,7 показано в таблице А.

Таблица A

Отношения объёмов сферических слоёв

пространства организма

к объёмам их проекций в ядро

Вероятность проекции активных зон оказалась очень малой возле ядерной оболочки и возрастающей на несколько порядков вблизи безадресной области.

Эта сторона оптических расчётов ещё раз, и очень наглядно, подтвердила правильность главных положений КСГ, объяснив, в частности, почему в ядре тельце Барра – „лишняя” Х-хромосома женщин – всегда укрывается от ненужного активирования именно возле ядерной оболочки. Здесь вероятность проекции активных зон минимальна. Опять совпадение?

Выше отмечалось, что расположение генов рибосом в центре ядра затруднило транспорт веществ. Теперь обнаружилось, что так же неудачно – с позиций внутриклеточного транспорта – размещено большинство активных структурных генов, отнесённых от оболочки ядра вглубь, к ядрышку. Однако ещё большее затруднение (также непонятное для ТДС) вызвало появление самой ядерной оболочки, отгородившей геном от цитоплазмы. Только КСГ объяснила эту кажущуюся нецелесообразность, раскрыв главенствующую роль ядерной оболочки в системе гетероволновой оптики.

Поскольку именно оптика клеточного ядра оказалась фактором интеграции клеток в многоклеточный организм, то решилась и другая неподъёмная для ТДС проблема, выяснилось, почему многообразие Живого оказалось неспособным создать многоклеточных прокариот. Считать и это очередным совпадением?

* * *

ТДС не была способна объяснить также переход от безразличного пространственного расположения генов прокариот к стабильной (для отдельного типа клеток) пространственной организации геномов эукариот. Если намотку ДНК на нуклеосомы и укладку их в спираль соленоида кое-кто объяснял стремлением Природы повысить компактность генома, то уж никак не подходило такое объяснение к белковому матриксу ядра, лишь увеличивающему занимаемый объём. В действительности, и нуклеосомы, и соленоид, и матрикс, как учит стереогенетика, служат общей цели – обеспечению строгого пространственного расположения генов в ядре конкретной клетки для создания условий правильной оптической проекции активных зон организма на гены.

2.4. Клетки жидкостей внутренней среды

Кариооптика не может проецировать активные зоны организма на гены хаотически движущихся клеток. И оказывается, управление активированием структурных генов во всех клетках жидкостей внутренней среды отсутствует. Например, 99,9% клеток крови человека (все красные клетки крови) вообще не имеют клеточных ядер! Казалось бы – нелепость! Работа генома нужна эритроциту именно во время его пребывания в кровеносном русле! Но в ситуации, когда невозможно волновое управление, геном эукариот становится, по существу, бесполезным, и выходящий в кровеносное русло молодой эритроцит выбрасывает из себя ставшее ненужным ядро. Думать, что клетка идёт на такую жертву ради уменьшения размеров для более лёгкого прохождения по капиллярам – не приходится, потому что одновременно сохраняют ядра более крупные лейкоциты.

У лейкоцитов при выходе в кровеносное русло ядра резко деформируются, но затем, после остановки лейкоцита в его истинной рабочей зоне – в воспалённой ткани, снова обретают нужную для оптики округлую форму. Могла ли природа более наглядно демонстрировать действие гетероволновой оптики, демонстрировать реальность КСГ?! И, снова-таки, с позиций ТДС всё это необъяснимо. Неужели, и это будем считать совпадениями?!

В ходе эволюции, уже у моллюсков и немертин наблюдается нарушение формы ядер эритроцитов, перешнуровка ядер, многоядерные и амитотические фигуры [Иржак, 1983]. Выключены гены в эритроцитах птиц (что часто используется в экспериментах). И всё-таки, нарушения формы ядер стали характерной чертой не столько эритроцитов, сколько лейкоцитов, так что медики именно по деградации, пикнотизации, перешнуровке, по распаду ядер на отдельные фрагменты оценивают зрелость лейкоцитов человека и их готовность к выходу из костного мозга в кровоток.

У красных же клеток крови проявилась более радикальная тенденция к ликвидации ядер. Эритроциты без ядер можно встретить уже в жидкости амбулакральных каналов организмов класса офиур (Oрhiactis virens). Свойство красных клеток крови утрачивать ядро неоднократно наблюдается у низших животных (например, у кольчатого червя Magelona рaрillicornis, у немертин и др.), всё чаще проявляется по ходу эволюции и, наконец, становится признаком класса у млекопитающих [Иржак, 1983].

Активная работа генов принесла бы особую пользу эритроциту в те три месяца, когда он переносит кислород, перемещаясь по кровеносному руслу. Вместо этого, его гены активны, пока молодая клетка неподвижна в костном мозге, и прекращают своё существование при выходе клетки в кровоток. Эритроциты человека „демонстративно” выбрасывают ядра в самый момент прохождения сквозь стенку сосуда при выходе из костного мозга в кровоток, т. е. в момент перехода от „оседлого” существования к беспорядочному движению.

Выброс ядер эритроцитами нельзя объяснить механическими воздействиями на ядро при прохождении клетки через стенку сосуда, так как оно происходит и в культуре клеток, где нет сосудов, а у немертин ядра эритроцитов выбрасываются уже в кровеносном русле.

Наконец, дело не в том, что красные кровяные клетки являются „замыкающими” в своих рядах клеточных поколений, и им ядра, якобы, не нужны. Подобных клеток крайней дифференцировки существует много, например, клетки вкусовых сосочков, имеющие на порядок более короткую жизнь, или клетки эпителия кишечника – на два порядка менее долговечные – но все они сохраняют ядра.

Лейкоциты не могут выбрасывать ядра, подобно эритроцитам, так как свою основную физиологическую функцию агентов иммунной системы они выполняют уже после выхода из кровеносного русла и фиксации в плотных тканях. Поэтому, например, представители немецкой биологической школы полагают, что лейкоциты нельзя относить к клеткам крови; их следует называть клетками, переносимыми кровью. Вполне логично, что перед выходом лейкоцитов в кровоток их ядра не выбрасываются, а лишь выключаются – деградируют, сморщиваются, распадаются на дольки, но после окончания „путешествий” и остановки клеток в плотных тканях, их ядра опять наполняются, приобретают нормальную сферическую форму.

С точки зрения пространственного согласования генома с волновым полем, нарушение и восстановление сферической формы ядер лейкоцитов как бы демонстрирует прекращение согласования генома с волновым полем при выходе клетки в кровеносное русло и возврат к согласованности после остановки её в плотной ткани.

(Отдельные биологи возражают против такого утверждения, считая, что активность генов лимфоцитов проявляется в кровотоке в виде синтеза иммуноглобулинов. Но, во-первых, судить о волновом управлении морфогенезом на основе синтеза иммуноглобулинов вообще некорректно, так как, в отличие от процессов развития, деятельность иммунной системы не требует учёта координат клетки в организме, т. е. не требует использования волнового поля. Во-вторых, лимфоциты становятся Т-лимфоцитами, т. е. приобретают способность синтеза иммуноглобулинов, только после пребывания в вилочковой железе, в „оседлом” состоянии, во время которого вполне возможно точное воздействие волнового поля на геном.)

На примере клеток жидкостей внутренней среды видно соотношение ролей химических и волновых методов управления генами эукариот. В таких клетках химические методы управления могли бы прекрасно действовать. Здесь для их реализации созданы наилучшие условия, так как нет проблемы доставки к клетке веществ-регуляторов. Волновое же управление исключается из-за непрерывного изменения ориентации и местоположения клеток. И оказалось, что без волнового механизма управление генами невозможно. Обнаруживаются многочисленные примеры выключения или даже уничтожения ядер при выходе клеток в жидкие среды организмов. Природа демонстрирует бессилие химических методов управления геномами эукариот при выключении волнового механизма!

Напрашивается общий вывод.

Главным механизмом управления активностью генов эукариот является волновой механизм, а многочисленные химические способы управления играют подчинённую, вспомогательную роль.

2.5. Гены в пространстве ядра

Важным доводом в пользу волнового управления генами эукариот является строгая пространственная организация эукариотических геномов.

У безъядерных клеток (прокариот) замкнутая в кольцо нежёсткая спираль ДНК свободно плавает в протоплазме и либо вовсе ни к чему не прикреплена, либо прикреплена к оболочке клетки в небольшом числе точек (от одной до сотни). Говорить о стабильности или закономерности пространственного расположения генов здесь не приходится. При ядерной же организации генома основная часть ДНК содержится в гетерохроматине, который имеет вид жёстко фиксированной пространственной структуры, во множестве точек прикреплённой к ядерной оболочке и к скелетной конструкции, называемой ядерным матриксом.

Ядерный матрикс состоит из двух компонентов: немембранной части ядерной оболочки (ламины), связанной с поровыми комплексами оболочки, и внутриядерной сетчатой структуры из фибрилл и гранул [Збарский, 1988]. Ядерный матрикс построен из кислых негистоновых белков, содержит несколько процентов РНК, ДНК и липидов. Небольшое количество ДНК, обнаруживаемое в выделенном ядерном матриксе, вероятно, представляет собой прочно прикрепившиеся участки удалённых хромосом.

Кроме компактного гетерохроматина в ядре существует разрыхлённая, активная фракция, называемая эухроматином. В ней строгое пространственное положение занимают только гены, ещё не подвергшиеся активированию. Разрыхление хроматина, переводящее ген в активное состояние, делает его пространственные координаты менее определёнными, превращает этот короткий участок хромосомы в свободно плавающую петлю ДНК. После прекращения акустических колебаний, самосборка хроматина снова возвращает ген в заданную микроскопическую зону пространства ядра, где он будет ожидать нового активирования.

Пример прокариот показывает, что гены способны нормально функционировать и без закрепления в определённых точках пространства. В то же время, в ядрах всех эукариот (около двух миллионов видов) гены зафиксированы, из чего видно, что фиксация жёстко контролируется естественным отбором, стала жизненно необходимым условием существования организмов. Благодаря фиксации реализуются важные закономерности пространственного расположения генов внутри ядер – биологам известен ряд таких закономерностей.

Выяснено, что хромосомы располагаются в ядре в строго определённом порядке. Для этого Природой выработан остроумный механизм, основанный, в частности, на однозначном взаимном расположении хромосом, благодаря определённым длинам их плеч. Если отбросить экзотические варианты геномов, требующие отдельного рассмотрения (например, геномы с мини-хромосомами), то этот механизм, открытый новосибирским биологом [Щапова, 1971], выглядит следующим образом.

При распределении плеч хромосом какого-либо генома (например, пшеницы или человека) по порядку возрастания их длин, этот ряд образует более или менее равномерную лесенку, где не встречается двух плеч одинаковой длины. После клеточного деления, хромосомы дочерних клеток (в ранней стадии профазы) строго определённым образом соединяются концами (теломерами), образуя замкнутую цепочку. Поскольку в районе центромер хромосомы при этом изламываются под острым углом, цепочка приобретает вид замкнутой змейки, как это схематически изображено на рис. 5. Каждый гаплоидный набор хромосом образует самостоятельную замкнутую змейку. Гомологичные хромосомы двух гаплоидных геномов располагаются рядом, бок о бок.

Так как лесенка длин плеч хромосом более или менее равномерна, при соответствующем соединении плеч между собой становится возможным построение такой змейки, у которой все расстояния между центромерами (вершинами змейки) одинаковы. Но при наличии в гаплоидном геноме каждой длины плеча в одном экземпляре, одинаковое расстояние между центромерами оказывается возможным лишь в единственном варианте взаимного расположения хромосом в змейке [Щапова, Баутина, 1975; Щапова, Потапова, 1984]. Позже было установлено, что теломеры хромосом содержат индивидуальные для каждой хромосомы тандемные повторы, которые, вероятно, и образуют так называемые „липкие концы”, быстро и строго избирательно, однозначно соединяющие друг с другом определённые теломеры в процессе формирования змейки.

Рис. 5. Пример задания взаимного расположения хромосом в ядре через не повторяющиеся длины их плеч (кружками обозначены центромеры, цифрами – номера плеч хромосом в порядке увеличения их длин; плечи 5 и 8 соединяются между собой, подобно другим парам плеч).

Объединение чётных и нечётных вершин змейки, соответственно, у одного и у другого полюса формирующегося ядра позволяет расположить пары плеч вдоль меридианов, как показано на рис. 6. Не исключено, что временному соединению центромер в два „узла” у полюсов ядра помогают индивидуальные особенности тандемных повторов центромерных участков хромосом. Весь этот механизм служит для того, чтобы отрезки змейки заняли чёткое меридиональное положение перед последующими операциями разворачивания пространственной структуры генома.

Рис. 6. Схема расположения хромосом в ранней профазе митоза у пшеницы-однозернянки Triticum monococcum [Щапова, 1971]

На дальнейших стадиях формирования ядра (в поздней стадии профазы) происходит ряд перестроек, в том числе разъединяются концы хромосом, все центромеры направляются к одному полюсу ядра, а теломеры – к другому, каждая из хромосом начинает по-своему изгибаться, принимая определённую конфигурацию. Эта конфигурация и фиксируется, в конце концов, прикреплением ДНК к ядерному матриксу [Hancock, Hughes, 1982] и оболочке ядра.

Результатом временного соединения хромосом в замкнутую змейку оказывается одинаковый для всех клеток организма порядок (очерёдность) взаимного расположения хромосом (и их плеч) вдоль экватора ядра.

Кроме закономерного расположения хромосом в ядре, есть данные и о закономерном размещении генов на хромосомах. Лима-де-Фария ввёл представление о центромеро-теломерном поле как о своеобразной шкале отсчёта координат гена на хромосоме (аналогично „географической широте” по отношению к полюсам ядра). Исходя из таких представлений, он классифицировал различные гены как центроны, медоны и телоны, в зависимости от того, расположены ли они около центромеров, в медиальной (средней) части плеч или около теломеров. Например, положение генов 28S и 18S, кодирующих рибосомную РНК (область ядрышкового организатора), проверенное для 100 видов от водорослей до человека, соблюдалось настолько строго, что его можно было предсказывать исходя из простого уравнения. Аналогичные закономерности показаны для групп крупных хромомеров, для генов, чувствительных к холоду, и в других случаях [Лима-де-Фария, 1981].

Закономерное расположение генов на хромосомах и хромосом в ядре дополняется (как уже говорилось) принятием хромосомами определённых конфигураций в пространстве ядра. В каждом типе дифференцированных клеток хромосомы изгибаются внутри ядра строго определённым образом. Эти три закономерности в итоге выливаются в общее закономерное пространственное расположение генов в интерфазных ядрах. Но из-за разных изгибов хромосом внутри ядер клеток разных типов, даже в одном организме, одинаковое расположение генов в ядре бывает только у однотипных клеток. Другими словами, при неизменном положении генов на хромосомах, их пространственное расположение в ядре закономерно изменяется в ходе дифференцировки клеток [Щапова, Баутина, 1975; Steffensen, 1984].

Яркий пример закономерной пространственной организации показывают три наиболее крупных гена рибосомальных РНК (рРНК) – гены 28S, 18S и 5,8S. Ничем не отличаясь у прокариот от других генов, эти гены, попав в ядро, заняли во всех клетках строго определённое пространственное положение в центральной зоне ядра, не допуская сюда никакие другие гены. Упомянутые гены рРНК не покидают центральной зоны ядра и при дифференцировке клеток, когда пространственные конфигурации хромосом кардинально перестраиваются.

Можно ли объяснить строгие закономерности пространственного расположения и фиксацию генов внутри ядер всех эукариот, в сочетании с прекрасным функционированием свободно плавающих нуклеоидов прокариот? Вспомним, что теория диссипативных структур не даёт такого объяснения. Опять объяснять ситуацию случайностью, объяснять просто удивительным совпадением фактов с выводами КСГ и требованиями оптической проекции? До каких же пор?

Известны также закономерности, не относящиеся непосредственно к пространственному расположению генов в ядре, но, тем не менее, указывающие на небезразличное пространственное поведение хромосом, в отличие от ДНК прокариот. Например, у хромосом гибридов Hordeum*Secale на стадии метафазной пластинки замечено разделение по отношению к центру клетки; во всех исследованных случаях хромосомы Hordeum оказывались ближе к центру, чем хромосомы Secale [Беннет, 1986].

Более того, оказалось, что некие закономерности разделения хромосом в метафазной пластинке можно заметить не только у гибридных геномов, но и в диплоидных геномах гомозиготных линий, где гомологичные хромосомы практически одинаковы! В этом случае хромосомы разных гаплоидных наборов стремятся расположиться по разные стороны от воображаемой прямой линии, делящей метафазную пластинку надвое [там же].

Ещё одна закономерность заключается в том, что одинаковые хромосомы двух гаплоидных наборов расходятся дальше друг от друга, чем разные. Это противоречит предположению, что у гибридов гаплоидные наборы хромосом отдаляются друг от друга из-за своего несходства. Здесь проглядывает какая-то более сложная зависимость.

Принципиальная важность вопросов пространственной организации геномов эукариот видна и при изучении эволюции. При переходе от прокариот к эукариотам центр тяжести эволюционных изменений переместился с кодов белков на пространственное расположение генов в ядрах. Обнаружилось, что скорость эволюции крупных таксонов коррелирует со скоростью перестроек структуры ядра [Nei, 1975].

* * *

За последние десятилетия существенно изменились взгляды биологов на возможную скорость изменения геномов. Изменения, весомо меняющие свойства популяции, ранее воспринимались, в основном, как элементы эволюционного процесса, отмеряемого по шкале в тысячи или миллионы лет. Никто не видел в геноме одну из регуляторных систем, сравнительно быстро приспосабливающих популяцию к меняющимся условиям обитания. Тем более, никто не подозревал, что геномы могут с высокой скоростью изменять свойства популяции как в одном, так и в противоположном направлениях. Но именно такие способности генетических систем обнаружились при исследованиях мобильных диспергированных генов – МДГ.

Строго говоря, первооткрывателям не следовало называть эти элементы генами, поскольку МДГ, по-видимому, не содержат кодов для синтеза каких-то молекул. Большинство исследований выявляет в них свойства групп коротких неинформативных повторов.

Основная масса исследований МДГ проводилась на дрозофилах, хотя использовались и другие организмы, например, дрожжи.

Выяснилось, что при навязывании популяции экстремальных условий существования, в её геномах быстро перемещаются некоторые последовательности ДНК, и синхронно происходит общее повышение жизнеспособности популяции. При создании для дрозофил тяжёлых условий существования, усиливших отбор на половую активность и жизнеспособность, в популяции изменилась локализация одного из семейств МДГ. Число сайтов их локализации увеличилось в разных экспериментах от 14–15 до 21–25. В некоторых экспериментах наблюдалось скачкообразное перемещение и увеличение числа сайтов локализации за одно поколение с одновременным скачком жизнеспособности и конкурентоспособности. Характерный для изменённой популяции геном практически полностью стабилизировался за четыре поколения [Беляева и др., 1981].

„Исходные линии чётко различаются по числу и локализации в хромосомах копий МДГ. Они сохраняют высокую стабильность на протяжении десятков и сотен поколений. Частоты перемещений МДГ-элементов близки по грубым оценкам к 1·10–4. Направленный посемейный отбор на повышение приспособительных свойств приводит к выделению отдельных редких семей, которые превосходят остальные семьи по селектируемым признакам … У них, как оказалось, происходит реконструкция генома, выражающаяся в изменении числа и мест локализации МДГ-элементов. Копии МДГ появляются в новых сайтах, их число, как правило, увеличивается. Копии из старых сайтов обычно исчезают … Процесс перестройки генома такого рода захватывает сразу множество генетических элементов. Копии МДГ в новых сайтах часто появляются кооперативно, целыми блоками.” [Кайданов, 1991]

„Центральным моментом исследований стало обнаружение в геноме горячих точек-мишеней, куда с высокой вероятностью перемещаются копии МДГ при селекции на повышение приспособительных свойств… Приобретение … высокого уровня приспособленности сопровождается появлением 5–8 новых сайтов локализации копий … МДГ в горячих точках… Возвратная селекция в минус-направлении по адаптивно важным свойствам сопровождается исчезновением копий МДГ из горячих точек”. [там же]

Воспроизводимость результатов и совпадение перемещений МДГ в родственных экспериментах продемонстрировали их закономерность. С позиций ТДС, подобная связь перестроек генома с изменением свойств организмов непонятна.

Вероятно, в перемещениях МДГ виден не сам процесс ускоренной эволюции дрозофил (невозможно, чтобы эволюция могла протекать с такой высокой скоростью), а быстрое повторение ранее пройденного пути, не раз использованного для выживания популяции в тяжёлых условиях обитания и сохранённого геномом в виде системы „горячих точек”.

Возможно, перемещения МДГ открывают собой более широкий, пока ещё мало изученный класс быстрых генетических регуляций, очень существенных для биологической теории и практики. Если это подтвердится, такой класс процессов следовало бы обозначить специальным термином, например, „быстрая адаптация генома” – БАГ.

В исследованиях МДГ для нас важно, что быстрые изменения свойств новых поколений вызываются пространственными перегруппировками генетического материала, а не появлением на хромосомах генов с новыми свойствами. Важен сам факт, что разному пространственному расположению МДГ соответствуют разные свойства организма. Феномен МДГ „лишний раз” показал, что при переходе от прокариот к клеткам с ядрами пространственная организация генома стала играть исключительно важную роль.

* * *

Связь изменений на уровне организма с перестройками внутри ядра свидетельствует о существовании некоего соответствия между пространственной структурой генома и структурой организма в целом. Это говорит в пользу какого-то осовремененного варианта преформизма, в пользу существования в клетках „плана строения” организма, с которым связан организм в целом. С позиций КСГ, здесь мы видим проявление оптической проекционной связи организма с хроматином ядер.

2.6. Дети растут во сне

Когда биолог осваивается с мыслью, что генами организма управляют волны, он словно переносится из пугающей тёмноты пещеры с призрачными тенями от пламени костра в солнечную степь, где видно ясно и далеко, а фантастическим призракам не остаётся места. Получают объяснение многие свойства организмов и биологических процессов, которые ранее казались совершенно нелогичными. Один из таких случаев рассмотрен ниже.

Принято считать, что зрелые (прошедшие сплайсинг и т. д.) матричные РНК (мРНК) эукариот отличаются от соответствующих мРНК прокариот лишь не принципиальными вариациями, возникшими в ходе молекулярной эволюции. Это неточно. Есть принципиальное отличие, связанное, как можно понять, с главной особенностью генетического аппарата эукариот – с волновым управлением транскрипцией. Речь идёт о длительности „жизни” мРНК в цитоплазме. Если у прокариот период полураспада мРНК измеряется минутами, то у эукариот – часами и даже днями.

Например, клетки кишечной палочки Escherichia coli, первоначально не способные к усвоению лактозы, будучи перенесенными в среду с лактозой, активизируют свои, необходимые в таком случае, гены бета-галактозидазы, пермеазы лактозы и трансацетилазы, так что через считанные минуты начинается интенсивное усвоение непривычного субстрата. При возвращении этих клеток в среду без лактозы способность к её усвоению постепенно угасает и через несколько десятков минут практически исчезает (распадаются соответствующие ферменты и мРНК).

Иное положение с эукариотами, что проявляется уже с ранних стадий развития. В зародыше ядро „использует генетическую информацию импульсами”, обеспечивая довольно длительный период дальнейшего развития за счёт перешедших в цитоплазму мРНК. Например, облучение зародышей вьюна на стадии 22–24 ч. развития, вызывавшее инактивацию ядер, блокирует развитие зачатка нервной системы на 26–28-м часу и сомитов – на 32–35-м часу развития [Збарский, 1988]. В подобных экспериментах час морфогенетической активности ядра обеспечивает дальнейшее развитие в течение более 3,5 часов.

По приводимым в литературе данным, период полураспада мРНК эукариот, как правило, превышает 10 часов, а в отдельных случаях, когда требуется накопление в клетке большого количества однотипного белка (например, экдизона – гормона линьки), составляет несколько суток [Ткачук, 1983]. Однако это правило распространяется только на структурные гены, т. е. на гены, активирование которых связано со специализацией клеток в организме и принципиально отличает клетки одного типа от клеток других типов. Другая группа генов – так называемые гены „домашнего хозяйства”, активируемые, практически, в каждой клетке – характеризуется малым периодом полураспада мРНК, приблизительно таким же, как у прокариот. Например, по данным [Bird et al., 1985], для всех типов гистоновых мРНК мышиных миобластов время полураспада составляет 10–13 мин.

Продлённый, по сравнению с прокариотами, период полураспада мРНК нельзя отнести к эволюционным завоеваниям эукариот, так как это увеличивает задержку в системе регулирования биосинтеза и вызывает серьёзные неудобства. Их иллюстрирует, например, тот факт, что к прокариотам неприменимы такие знакомые нам понятия, как „объелся”, „переел” и т. п. Прокариоты намного быстрее нас согласовывают активность генов с условиями окружающей среды, и потому количество потреблённого субстрата никогда не вступает у них в серьёзные противоречия с остальными процессами.

Иначе говоря, замедленный полураспад мРНК эукариот оказывается одной из потерь, одной из существенных проблем, требующих научного объяснения.

С позиций КСГ, причиной увеличенного периода полураспада мРНК стала цикличность активации эукариотического генома. Цикл, измерявшийся у зародыша вьюна одним-двумя часами, при переходе к наземным и взрослым организмам, приблизился к суткам. Всплеск транскрипции регистрируется во время сна, когда исчезают непредсказуемые телодвижения, и остаются лишь ритмичные сокращения отдельных групп мышц (дыхание, сердцебиение, перистальтика кишечника и т. п.), с паузами которых, возможно, синхронизировано химическое волновое поле организма. Во время сна отмечен интенсивный синтез РНК и белков, а также (вероятно, для его обслуживания) повышены потребление кислорода и тонус сосудов.

Растущий организм спит больше, чем взрослый, сформировавшийся. Не случайно в народе говорят, что „дети растут во сне”. Впрочем, зависимость развития ребёнка от длительности сна зарегистрирована и наукой.

„Механизмы сна более или менее известны, но совершенно непонятно, для чего нужен сон, в чём его функциональная сущность.” [Чайченко, Харченко, 1981]. Физиологическая роль сна остаётся для учёных загадкой по сей день.

Старые представления о сне, как об отдыхе, и раньше не удовлетворяли биологов, например, из-за того, что в это время усиливаются важнейшие процессы жизнедеятельности – синтез РНК и белков, потребление кислорода и т. д. “Зачем нужен сон, ... доподлинно никто не знает. Большинство исследователей ныне сходятся на том, что сон весьма активный, а не пассивный, как некогда считалось, процесс, сущность же его пока непонятна. Скажем проще: сон – это не отдых, а важная работа ...” [Иванов-Муромский, 1985]

Самый безмятежный отдых по результатам принципиально отличается от сна и не способен заменить его. Для стариков характерна бессонница, но вряд ли кто-то скажет, что отдых нужен им менее, чем молодым.

Связь сна с процессами транскрипции и синтеза белков-ферментов привела к тому, что сон оказался главным фактором, определяющим суточные ритмы организма. Если за начало отсчёта принять сон, то, практически, исчезает разница между ритмами дневных и ночных животных [Деряпа и др., 1985].

Анализ физиологии организмов, связанных с водной средой – рыб, амфибий, рептилий – даёт основания думать, что сон нужен, прежде всего, для обеспечения неподвижности тела. У человека, как и у других млекопитающих, неподвижность во время сна обеспечивается отключением скелетной мускулатуры. Но в беспокойной водной среде, чтобы гарантировать неподвижность, недостаточно расслабить мышцы. Волны могут изгибать тело спящего животного. Поэтому у рыб, земноводных, пресмыкающихся эквивалентом нашего сна стала так называемая каталептическая обездвиженность, достигаемая не за счёт расслабления, а за счёт чрезвычайного напряжения мышц [Карманова, 1977]. Затраты мышечной энергии при „одеревенении” тела так велики, что если приложить руку к шее спящей черепахи, то в отличие от периода бодрствования, можно ощутить её теплоту. Какой уж тут отдых!

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5