Кисти, стопы и предки
Примерно на тридцать второй день после зачатия, когда почка конечности у человека уже довольно велика, ее аморфная ткань начинает дифференцироваться. Появляются еще неясные предшественники костей: конгломераты мигрировавших вместе клеток. Научный термин, обозначающий этот процесс, – "конденсация". Он дает представления о способе образования костей: тихом и незаметном, как выпадение росы.
Первыми "конденсируются" кости, ближе расположенные к телу: плечевая кость в руке и бедренная в ноге. Со временем конгломерация медленно движется вдоль почки конечностей. Плечевая кость разделяется на два новых длинных и тонких конденсата, каждый из которых будет отращивать свою структуру: лучевую и локтевую кости. Они, в свою очередь, разделяются и почкуются, образуя клеточную дугу, из которой будут сформированы двадцать семь костей запястья и ладони. На тридцать восьмой день после зачатия концевая часть каждой почки конечностей уплощается и расширяется наподобие весла. На этом "весле" вскоре появляются параллельные желобки – по четыре на каждом кончике, с пятью расположенными между ними конденсатами клеток. Это будущие кости пальцев рук и ног. [115]
Форма конденсатов зависит в конечном итоге от координатной сетки, которая устанавливается сигнальной системой конечностей. Но, как и всегда у зародыша, эта информация должна быть переведена на клеточный уровень. Hox-гены выполняют эту функцию для продольной, от головы до хвоста, оси эмбриона, а также для конечностей. По мере роста почки конечностей начинает проявляться действие некоторых из тридцати девяти Hox-генов, причем в виде сложных, перекрывающих друг друга паттернов. Они, по-видимому, вовлечены в некие комбинаторные манипуляции, аналогичные тем, которые используются при формировании позвонков. Дети, рожденные с единственной дефектной копией гена Hoxa13, имеют короткие большие пальцы ног и изогнутые мизинцы. Другая Hox-мутация у человека вызывает синполидактилию, когда дополнительные пальцы на руках и ногах срастаются вместе. Особенно разрушительная мутация, уничтожающая за один раз не менее девяти Hox-генов, приводит к рождению младенцев с отсутствующими костями предплечья, а также с отсутствующими пальцами на руках и ногах. [116]
Конечности – это далеко не единственные отростки, на которые воздействуют Hox-гены. У детей с мутациями Hox-генов, поражающими конечности, проявляется также тенденция к недоразвитию гениталий. В самых тяжелых случаях у младенцев мужского пола обнаруживаются всего лишь рудименты мошонки и пениса. Многие молекулы, вовлеченные в процесс создания конечностей, задействованы также и при формировании гениталий, поэтому нас не должно удивлять, что при некоторых мутациях страдают и те и другие органы – широко распространенные слухи о положительной корреляции между длиной стопы и пениса, как ни странно, также оказываются верны, по крайней мере отчасти. Однако судить по размеру ноги о мужских достоинствах все же нельзя, так как корреляция хотя и статистически достоверна, но очень незначительна. [117] Кроме того, в тех данных, которые по этому поводу имеются, рассматривается длина "вытянутого", а не эрегированного члена, хотя последний признак в качестве переменной представляет наибольший интерес. И все же, когда французы называют пенис "третьей ногой", "королевской ногой" или "мизинцем", а англичане – "лучшей ногой из трех", "нижней ногой" или "средней ногой", не говоря уж об их знаменитом "ярде", который, как известно, равен трем футам, [118] они оказываются ближе к истине, чем сами о том догадываются.
Hox-гены могут рассказать также о нашем происхождении. Откуда берутся пальцы? Может показаться, что на этот вопрос есть простой ответ. Наши конечности, во многих отношениях такие пластичные, являются аналогами структур, благодаря которым движутся рыбы в морской стихии, т.е. рыбьих плавников. Но у рыб нет пальцев. Можно предположить, что лучи – тонкие костные образования, которые расправляют плавник наподобие веера, – это и есть аналог пальцев у рыб. Однако лучи рыб и пальцы четвероногих сформированы из совершенно различных видов кости – и это, как считают анатомы, достаточное основание, чтобы заключить, что между ними нет ничего общего.
Большинство рыб находятся лишь в очень отдаленном родстве с четвероногими, так что, возможно, отсутствие у них пальцев не должно вызывать удивления. Но и наши ближайшие родственники из числа рыб мало чем могут помочь. Существуют кистеперые рыбы: австралийский рогозуб, который проводит большую часть времени, зарывшись в пересохший ил на отмелях, и целакант, обитающий в глубинах Индийского океана. Сегодня их называют живыми ископаемыми, намекая тем самым на то, что их родичи изобиловали на Земле около 400 миллионов лет назад, а теперь их потомки чрезвычайно редки. Некоторые ископаемые кистеперые рыбы имеют плавники, удивительно напоминающие наши конечности. У них как будто даже есть структуры, родственные плечевой, лучевой и локтевой костям. У них в изобилии имеются также более мелкие кости, которые слегка напоминают пальцы и сформированы из нужного вида кости. Но расположение этих маленьких косточек в корне отличается от того стандартного, которое характерно для набора пальцев всех четвероногих и принадлежит им по праву рождения. Можно выкручивать и переворачивать плавники кистеперых, как кому вздумается, но зачатки наших рук и ног от этого все равно не появятся. Отсюда напрашивается, по-видимому, неизбежный вывод: если у рыб нет пальцев, а у четвероногих они есть, значит, где-то в процессе эволюции, около 370 миллионов лет назад, было создано нечто новое.
Но как? Зачатки плавников у рыб очень сходны с почками конечностей четвероногих. У них имеются апикальные эктодермальные гребни, фибробластные факторы роста, зоны поляризующей активности, соник-хеджхог и полный набор Hox-генов, которые сложным образом включаются и выключаются по мере того, как почка реализует свой рост в пространстве. Это говорит нам (хотя для нас это не новость) о том, что плавники, ноги и крылья, столь различающиеся по форме и функциям, развились из какого-то пра-отростка, который торчал сбоку у давно вымершей пра-рыбы.
Но нас в первую очередь интересуют различия. Одно такое различие относится к деталям работы Hox-генов. На ранних стадиях развития либо плавника, либо конечности Hoxd13 включается в хвостовой половине почки, как раз около зоны поляризующей активности. Но по мере роста плавников и конечностей начинают выявляться различия, у рыб Hoxd13 царствует недолго: зачатки плавников растут, а ген исчезает. У мышей, однако, Hoxd13 остается и проявляет свою активность по дуге, которая проходит по самому наружному краю почки. Похоже, что он занимается чем-то новым, чем-то таким, чего у рыб не происходит и никогда не происходило: Hoxd13 формирует пальцы.
Подобные различия (которые справедливы также в отношении других Hox-генов) придают мутациям Hox-генов более глубокий смысл. Если в своем последнем всплеске деятельности Hoxd13 формирует пальцы, тогда можно было бы ожидать, что мышь с уничтоженным геном Hoxd13 окажется беспалой. Это будет мышь, у которой снят всего только один из многих слоев изменений, накопленных в процессе сотен миллионов лет эволюции. Ее лапки будут воплощенным атавизмом, так как сама она на шаг отошла от четвероногих и приблизилась на это же расстояние к рыбам. Однако, как оказалось, мыши, мутантные по гену Hoxd13, отличаются вовсе не отсутствием пальцев, а их избытком. Правда, пальцы у них маленькие и уродливые, но их не пять, а шесть.
Такой результат, мягко говоря, озадачивает. Он, похоже, означает, что где-то в нашей эволюционной истории было некое существо, у которого не только имелись пальцы на руках и ногах, но и в большем, чем у нас да и почти у всех остальных ныне живущих четвероногих, количестве. [119] Мысль о том, что полидактилия (будь она у мышей, морских свинок, собак, кошек или людей) – это атавизм, не нова. Ее высказал Дарвин в первом издании своей книги "Изменение домашних животных и культурных растений" (1868), где он пытался развить теорию наследования, в которой так нуждалась эволюция путем естественного отбора. "Когда ребенок напоминает своих дедушек и бабушек больше, чем собственных родителей, – писал он, – наше внимание на этом не слишком фиксируется, хотя в действительности факт этот довольно-таки замечателен. Но если ребенок похож на совсем дальних родственников или даже на какого-то далекого сородича по боковой линии, тогда мы приписываем это происхождению всех членов семьи от общего предка и испытываем справедливую степень изумления".