Глава 10
Двумя руками «за»

Итак, мы несем и, вероятно, впредь будем нести на себе наследие из океана, однако вскоре станет понятнее, что в утробе вашей матери зародился именно человек, а не рыба или головастик. К началу шестой недели вы уже почти сантиметр в длину. Складки вокруг шеи начинают формировать лицо, а глаза теперь отчетливо видны в виде двух маленьких черных пятнышек. Ваша голова прижата к груди, в которой бьется сердце. Хвост все еще на месте, однако он перестал расти и скоро вовсе исчезнет. Нервная трубка и кровеносные сосуды отчетливо различимы под тонким слоем прозрачной кожи, а по бокам туловища сверху и снизу появились по два небольших отростка – ваши будущие руки и ноги. Точно так же образуются крылья у курицы или огромные ноги у бегемота – в самом начале они ничем не отличаются от наших конечностей. Даже у эмбриона кита формируются похожие отростки, хотя из них потом не вырастают ни руки, ни ноги, ни крылья.

Киты на самом деле произошли от первых млекопитающих, которые ходили по земле на четырех лапах, а потом вернулись в море. Среди современных животных их ближайшие родственники как раз бегемоты. Но по итогам внутриутробного развития у китов от эмбриональных отростков остается несколько коротких костлявых обрубков, а ноги, как у бегемота, не вырастают. Ваш хвост ожидает та же участь. Он будет постепенно сжиматься, пока от него не останется только копчик. В отличие от кита, однако, вы определенно нуждаетесь в паре рук и ног, поэтому вскоре отростки по бокам вашего туловища начнут вытягиваться и станут похожи на крошечные ласты.

«На начальном этапе у человека и животных конечности формируются одинаково».

Именно с этими ластами клетки и начнут работать над первыми эскизами вашего будущего скелета. Изготовлен он пока из хрящевой ткани – сплошного материала, состоящего из белкового волокна и амортизирующей желеобразной субстанции. Сначала эти клетки формируют структуру, из которой впоследствии образуется, например, ваше плечо. По мере роста плечевой кости клетки переключатся на предплечье, а затем наконец создадут кисть и пальцы. Ноги появляются точно так же – от бедра к ступне. Чтобы клетки могли сформировать нужные кости в нужном месте, им необходимо точно знать, где именно те находятся, и эту информацию они получают в виде порций из разных комбинаций химических сигналов.

Одно из передаваемых им веществ – белок Sonic Hedgehog («звуковой еж»). Этот термин может показаться вам знакомым (есть компьютерная игра с таким же названием), и если вам любопытно, почему белок назвали в честь какого-то ежа, то разгадка снова кроется в плодовых мушках. Чтобы понять, что именно делает тот или иной ген, ученые изучают изменения, которые происходят, когда этот ген перестает работать. А поскольку исследуют они это на разных подопытных животных, то называть то или иное явление или открытие именем того животного, с которым приключилось что-то необычное или на которого похоже то, что они видят, стало привычным делом. Изучая плодовых мушек в начале 1980-х, генетики обнаружили, что при уничтожении определенного гена их эмбрионы покрываются небольшими заостренными наростами. Такие эмбрионы напомнили им маленьких ежат, вот этот ген и получил название Hedgehog («еж»). Обнаружив три его вариации у людей, ученые решили назвать две из них в честь двух видов ежей – Indian Hedgehog (индийский еж) и Desert Hedgehog (эфиопский еж), а третью в честь персонажа популярной компьютерной игры – Sonic Hedgehog.

Гены Hedgehog определенно не единственные, кому достались забавные названия. Возьмем, к примеру, ген «Кен и Барби». У плодовых мушек с мутацией в нем отсутствуют наружные половые органы – прямо как у кукол, из-за которых ген и получил свое название. Еще один яркий пример – «Швейцарский сыр». Если у плодовой мушки в этом гене, к несчастью, обнаружится повреждение, то мозг насекомого будет дырявым, словно этот самый сыр.

Формируя ваш организм, клетки во многих местах пользуются геном Sonic Hedgehog: в кишечнике, легких, мозге, руках и так далее. Причина, по которой одни и те же команды применяются повторно в разных участках организма, в том, что клетки интерпретируют их по-разному. Реакция клеток на послания зависит от их предыдущего опыта, полученной дозы, а также от момента ее получения. По сути, принцип тот же самый, что и в общении между людьми. В зависимости от ситуации мы можем придать одному и тому же предложению совершенно иной смысл. Если мой коллега подойдет ко мне с утра в лаборатории и предложит немного вместе поэкспериментировать, то я с радостью соглашусь. Если же с подобным предложением ко мне обратится какой-нибудь странный тип в баре, то я буду настроена куда более скептически. А если кто-то постоянно будет, не переставая, кричать мне: «ДАВАЙ ВМЕСТЕ НЕМНОГО ПОЭКСПЕРИМЕНТИРУЕМ!» – это будет уже явным перебором даже в пределах лаборатории.

А как же клетки ваших маленьких ласт реагируют на ген Sonic Hedgehog? Белковое послание формируется на том месте, где позже должны появиться пальцы, потом оно распространяется на окружающие клетки, расползаясь подобно молоку в чашке кофе. Рядом с источником послания, где белков этого гена целое скопление, клетки понимают, что им нужно сделать мизинец. Дальше, где белка поменьше, они формируют безымянный, средний и указательный пальцы. Клетки, почти не получившие белкового послания, образуют большой палец. Таким образом, одно и то же послание несет в себе различную судьбу для множества клеток.

Поначалу ваши пальцы соединены перепонками, но на восьмой неделе они разделяются. Подобное преобразование происходит посредством хорошо скоординированного массового клеточного суицида. Все начинается, когда клетки ваших будущих пальцев дают команду к гибели. Как только соседние клетки получают этот сигнал, они начинают разрушать белки. Цепочки ДНК, которые клетки обычно защищают изо всех сил, разрезаются белками-ножницами.

Разрушению подлежит все вокруг. В результате от перепонок ничего не остается, кроме мятых мешочков с останками внутри. Приходят макрофаги, специализирующиеся на уничтожении мертвых клеток, и забирают этот мусор, чтобы расчистить пространство между пальцами. Так, от одной погибшей клетки к другой ласты постепенно превращаются в кисти рук.

Ближе к концу седьмой недели начинают формироваться пальцы и на ногах. От длинного хвоста уже почти ничего не осталось, а морщинки на вашем лице потихоньку разглаживаются. У вас появляются коротенький сплюснутый нос, два маленьких уха, а также острые локти и колени, которые вызывающе торчат из ваших коротких ручек и ножек. Ваш скелет все еще состоит из хрящевого прототипа. Клетки начнут замещать хрящевую ткань нормальной костной не раньше третьего месяца, и процесс будет не быстрым. К моменту рождения кости будут по-прежнему достаточно мягкими, чтобы вам было легче протискиваться через родовые пути. Коленные чашечки все еще будут сухожилиями, пока вам не исполнится три года, а скелет продолжит развиваться, пока вам не перевалит за 20.

Когда хрящевая ткань начинает превращаться в костную, клетки, находящиеся в центре ваших будущих костей, раздуваются и становятся просто огромными. Вскоре после этого они погибают и оставляют после себя полость, которая станет костным мозгом. Печень и селезенка, временно занимающиеся производством крови, вскоре смогут с облегчением вздохнуть: костный мозг возьмет на себя эту обязанность и будет выполнять ее всю вашу жизнь. Работа эта тоже не из простых. Случись кровотечение, стволовые клетки костного мозга превратятся в тромбоциты и закроют собой рану, образуя тромбиновый сгусток. Если вы заболеете, ваш костный мозг снарядит и отправит отряды белых кровяных телец – лейкоцитов, которые будут поглощать токсины и бактерии.

В случае нехватки в организме кислорода в дело вступят новые красные кровяные тельца – эритроциты, которые опять же вышлет костный мозг. Кроме того, он проводит замену вышедшим из строя клеткам крови. Каждую секунду порядка двух миллионов ваших красных кровяных телец прощаются с вами навсегда, и на их место немедленно должно поступить столько же новобранцев.

После формирования костномозговой полости находящиеся рядом клетки начинают превращаться в клетки костной ткани. Они преобразуют окружающую их желеобразную субстанцию в твердую минеральную массу. Кальций и кристаллы фосфатов прикрепляются к белковым волокнам, создавая одновременно крепкий и эластичный материал, идеальный для того, чтобы поглощать ударную нагрузку и не ломаться при этом. Наступает момент, когда питательным веществам больше негде плавать. Но природа предусмотрела на этот случай наличие тоненьких отростков, которые тянутся от клеток мозга по крошечным канальцам, соединяющим их с кровеносными сосудами. Это позволяет клеткам и дальше получать питательные вещества и кислород, несмотря на окружающие их со всех сторон безжизненные минералы. Пока вы живете, живут и ваши кости. Клетки костей каждый день меняются и заменяются, и приблизительно каждые десять лет ваш скелет полностью обновляется. Одни клетки формируют новую костную ткань – остеобласты, другие специализируются на утилизации (поедании) старых клеток – остеокласты. Переварив свой обед, они выделяют кальций в кровоток. Как правило, пожирающие и создающие кости клетки работают в одинаковом темпе, чтобы вы не теряли костную массу. Порой, однако, в этой четко отлаженной системе возникают сбои. И, например, в НАСА об этой проблеме знают все до одного.

Всего после нескольких дней на орбите космонавты начинают терять костную массу. При этом уровень кальция в крови возрастает, а вместе с ним растет и риск образования камней в почках. Скорее всего эти изменения связаны с тем, что кости адаптируются к новым условиям. Из-за невесомости космонавты не испытывают практически никакой нагрузки, поэтому их организм и замедляет производство клеток, формирующих кости, – остеоцитов. Костная ткань начинает приспосабливаться к новой жизни (откуда же ей знать, что космонавт не планирует плавать тут до конца жизни?). Аппетит пожирающих кости клеток между тем не угасает, и в результате в костях образуются поры, делающие их все более хрупкими. Ученые замечали похожие процессы у людей, на протяжении долгого времени прикованных к кровати. К счастью, физические упражнения способны нейтрализовать такой негативный эффект: увеличение нагрузки на кости делает их более прочными.

Кальций участвует в ряде процессов в организме человека, а кости выступают в роли хранилища этого минерала. Если сердце или нервы требуют кальций, то кости охотно приносят себя в жертву. Таким образом, у человека с дефицитом кальция будут наблюдаться те же симптомы, что и у космонавтов. В конце концов уж лучше слегка пористые кости, чем остановившееся сердце! Итак, пожирающие кости клетки делают свое дело и отправляют высвобожденный кальций в кровь, по которой он поступает туда, где в нем нуждаются.

Какое-то время, будучи эмбрионом, вы прекрасно обходитесь хрящевым скелетом. Вы плаваете в матке за прозрачными плодными оболочками, словно космонавт на орбите. На восьмой неделе ваши ручки и ножки начинают совершать небольшие рефлекторные движения. Появляются пальцы на ногах и ногти, а в вашем тоненьком тельце заметно выделяются ребра. Сквозь тонкую прозрачную кожу отчетливо видны скелет и кровеносные сосуды. По завершении этой недели вы перестанете быть эмбрионом и получите гордое звание плода. У вас теперь сформировались зачатки всех ваших органов, однако до появления на свет вам предстоит еще немало работы.