5.5. ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ

Новым направлением в молекулярной биологии стало использование термина генетическая программа вместо слова ген. Термин генетическая программа заимствован из области компьютерных программ. Она приравнивает генетический материал яйца магнитной записи на диске компьютера, где отражается (при выходе из программы) опыт ее использования. То есть она при каждом цикле чуть переписывается, будучи в целом одной и той же. В генетической программе равноправной или, по крайней мере, не менее существенной является информация, содержащаяся в цитоплазме яйцеклетки и центриоле (особая органелла, которая постоянно находится в центре тяжести клетки) сперматозоида. Реализация генетической программы предписана ее наследственностью, подобранной во время формирования вида (290).

Появление возможности использовать полную информацию о геноме привело к возникновению функциональной геномики, вместо структурной геномики. Было предположено, что "гены" (условное название) включаются-выключаются через их взаимодействие во время эмбрионального развития. Точно также весь геном включается и выключается в зависимости от самого развития, что позволяет исправлять ошибки.

Ещё более точен термин "программа развития". Впервые термин "программа развития" ввел М. Аптер (цит. по 248). По его словам, гены — аналоги субпрограмм по синтезу различных белков. "Цитоплазма содержит программу, специфицирующую природу и последовательность операций, комбинирование с множеством специализированных различных форм этих событий, которые проявляются во время самого развития." В число показателей наследования вошли такие характеристики, как время и пространство (295). Для обозначения всех различимых модулей нуклеиновых кислот был предложен специальный нейтральный термин нуон (184).

По сути, понятие "программа развития" похоже на компьютерные программы, которые восстанавливают свою работу даже, если случаются проблемы — такая программа может удалять и исправлять случайные ошибки. Это интерактивная программа, которая отслеживает окружающую обстановку и в зависимости от окружающей ситуации включает ту или иную компенсационную программу. При этом сами гены есть программы, которые реализуются только с участием других программ. Не может одна программа все обеспечить. Наследственная информация реализуется через взаимодействие белков, не через один белок, а через взаимодействие НЕСКОЛЬКИХ (до тысяч) белков. Поэтому прямой связи между геном и признаком не может быть даже теоретически. Любая информация, заложенная в гене, ВСЕГДА опосредуется через весь геном. Если нет полного набора программ, то все встанет. Геном — как бы набор компьютерных программ, которые взаимодействуют друг с другом. Очень важна совместимость генов-программ друг с другом и с цитоплазматическими факторами наследственности. Мутации ведут к ошибкам взаимодействия программ.

Программа развития формируется при слиянии яйцеклетки и сперматозоида и включает проверенную на гибридизационную совместимость нуклеиновых кислот геном, который состоит из материнской и отцовской половины, отцовской центриоли и наследственных факторов, заключенных в цитоплазме яйцеклетки. Там имеются гены митохондрий и запас белков, созданных в организме матери. Уже сама по себе яйцеклетка оказывается асимметричной.

Программа развития или генетическая программа включает в себя комплекс механизмов, по сути, весь организм, где ДНК, РНК и белки функционируют попеременно и как инструкции и как данные (55, 61, 62, 248. С. 144). Набор генов приобретает свойства саморегулирующейся динамической системы, в которой ДНК предоставляет важный и абсолютно незаменимый, но сырой материал, не более (248. С. 71).

В программе развития заложены инженерные принципы:

1. Положительная и отрицательная обратные связи.

2. Программа разделена на множество независимо выполняемых актов: детектирование — действие. Детектирование случайностей.

3. Имеется множество параллельных циклов работ, выполняемых одновременно.

4. Функциональная единица реагирует только на сигналы из своего ближайшего окружения.

5. Точный и множественный контроль исполнения на промежуточных стадиях.

6. Устойчивость к неудачам и ошибкам (248).

После оплодотворения яйцеклетки зигота работает как компьютер с множеством параллельных процессоров, если один вылетел, другие замещают. Случайный поиск других программ зависит от окружения. Зона реализации программ очень узкая. Если в нужный момент компьютер выключить, а потом включить, то будет другой организм. Например, эмбрион дрозофилы развивается нормально при 20 °C. Но если температуру временно повысить до 37 °C во время самой ранней стадии куколки, то взрослая особь не будет иметь части нормального рисунка вен на своих крыльях. Если нагревание провести 24 часа позднее (по отношению к стадийности развития), то рисунок на крыльях не будет нарушен (248).

Без цитоплазмы яйцеклетки соматическая клетка может дать только другую соматическую клетку. В процессе дифференцировки ядро животных клеток теряет способность давать целое животное, а даёт клетки только той же самой ткани. Для возвращения соматической клетке способности стать источником информации для развития целого организма она должна быть помещена в белковое окружение, характерное для яйцеклетки. Почему? Да потому, что в ней не вся программа развития. В цитоплазме яйцеклетки содержится огромное количество белков. По-видимому, все возможные белки, которые имеет в геноме данный вид. Скорее всего, происходит как бы тестирование гибридизационной совместимости.

Развитие — это нечто более сложное, чем набор инструкций, записанных на алфавите нуклеотидов (248). Индивидуальное развитие включает три этапа: 1) формирование/развитие, 2) поддержание развитого организма, 3) старение. Но это один процесс из 3 разных частей, заканчивающийся программированной гибелью. Если сделать программу жесткой, как в компьютере, то не будет целого организма.

Огромная роль принадлежит взаимодействию генотипа со средой. Любой единичный акт поведения (физиологии или морфологии) каждого единичного организма жившего на Земле определяется взаимодействием генетической информации, сохраняемой в развивающемся организме, с окружающей средой, ее свойствами. Однако проявление некоторых признаков слабо зависит от окружающей среды, например, люди почти всегда имеют 5 пальцев на каждой руке практически при любой окружающей среде. Другие признаки более чувствительны к воздействию окружающей среды. Программа развития постоянно реагирует на основе обратной связи на то, как идет развитие.

Для программы развития важно постоянное ремоделирование и реструктурирование хроматина. Программа развития содержит часть программы предыдущего организма в виде цитоплазмы яйцеклетки. Вот, например, ряд инструкций развития, которые реализуются на уровне дробящегося зародыша: 1) разделись тангенциально с одновременным ростом; 2) разделись поперек с одновременным ростом; 3) расти без деления; 4) проведи тест на величину и число клеток… Генов, персонально ответственных за эти команды, не существует.

В генетической программе равноправной и существенной является генетическая информация, содержащаяся в цитоплазме яйцеклетки и в центриоле сперматозоида, то есть женских и мужских половых клеток. В яйцеклетке, по сути, остается белковая наследственность от предыдущего животного, хотя при этом информация, записанная в ДНК, имеет определяющую роль. Без нее развитие не может быть реализовано. О том, что концепция программы развития точнее отражает механизмы наследования, чем концепция гена, говорит и судьба овечки Долли и других клонов (см. выше).

Итак, развитие организма — это сумма последовательной реализации и взаимодействий многих различных генов в пространстве и времени, а шум развития — это малые вариации в признаках. В процессе развития функционирует как бы генетически переключаемая сеть, в которой, чем более общая команда подается, тем больше генов включено. И ученых ещё только предстоит узнать, как все эти инструкции реализуются и адаптируются. Наследуется именно Программа развития.