Эмбриогенез (продолжение)

Близнецы

Близнецы

Нам еще нужно оценить удельный вес генотипа и среды в формировании организма. В этом нам опять поможет близнецовый метод – основанный на сопоставлении однояйцевых близнецов. Придется использовать данные исследований человека, но пусть вас это не пугает. Полиэмбриония – развития более одного зародыша из одной зиготы, наблюдается и у животных, а не только у человека. И вообще, различия на генетическом и клеточном уровне между человеком, собакой или излюбленным материалом для генетических исследований – лабораторными мышами, настолько ничтожна и непринципиальна, что можно смело проводить аналогии и, поверьте, я их провожу только в тех случаях, где это допустимо.

Принято говорить, что близнецы похожи, как две капли воды, однако это не совсем так. Во внешности близнецов есть некоторые отличия, благодаря чему близкие люди их могут различать.

Известны также случаи, когда однояйцевые близнецы рознятся весьма существенно. Например, зарегистрирован случай в одной из африканских семей, когда один из монозиготных близнецов родился темнокожим, а второй оказался альбиносом. Или еще такой пример: два однояцевых близнеца до 5-летнего возраста развивались одинаково, но потом один из братьев стал отставать в росте и к 15 годам брат близнец обогнал его почти на голову.

И все же, не смотря на некоторые исключения, пример близнецов однозначно подтверждает, что фенотип процентов на 99 зависит от генотипа. Притом в геноме многоклеточного организма нет чертежей, генеральных планов строительства или трехмерного оптического изображения будущего взрослого организма (вам смешно, а есть, между прочим, и такая «научная» теория), а есть только программа развития отдельной клетки. Благодаря тому, что каждая клетка строго следует своей программе поведения, а между отдельными клетками существуют коммуникативное согласование всех действий, в итоге получается животное определенного вида и типа.

Уникальность каждого фенотипа получается благодаря тому, что у каждого индивида уникальное сочетание генов в ДНК и соответственно уникальное сочетание активной действующей силы — белков. А одинаковые взаимодействия порождают одинаковые формы.

Давайте вспомним главный принцип при сворачивании белка в пространственную структуру – занять самый выгодный энергетический уровень. То же самое происходит и при «самосборке» клеток в пространственную структуру – организм. На каждой стадии эмбриогенеза, образуются структуры с минимальной потенциальной энергией. Обыкновенная физика и никаких чудес.

На физиологическом и гистологическом уровне у близнецов будет гораздо больше отличий, чем в фенотипе, начиная от несущественных отклонений в строении органов и тканей и заканчивая серьезными врожденными патологиями лишь у одного из близнецов. Получается, что интерьер менее зависим от генотипа, чем экстерьер. Происходит это потому, что за внешний облик любого биологического вида отвечает некое семейство так называемых гомеозисных генов — hox-генов. У млекопитающих это семейство представлено 38 генами, сгруппированными в 4 комплекса, у более примитивных видов hox-генов и того меньше. Достаточно всего лишь 38 генов для того, чтобы собака выглядела как собака, а не как дождевой червь, птица или слон. Hox-гены еще называют регуляторными и архитектурными, поскольку они определяют организацию общего плана тела.

Даже незначительная мутация регуляторного гена может привести к полной реорганизации внешнего вида, к отсутствию, трансформации или переносу в другое место сразу целого органа.

Это семейство высококонсервативных генов, практически сходных у всех современных эукариотов. Один и тот же ген отвечает за формирование щетинок у мухи дрозофилы и стрекательных клеток у гидры. У дрозофилы и мыши один и тот же ген запускает развитие глаза.

Ученые перенесли ген, контролирующий развитие глаза у мыши в геном дрозофилы и у мухи сформировались глаза, притом это были не глаза млекопитающего, а обычные фасеточные мушиные глазки.

Как же получается, что разные биологические виды, имея одинаковые hox-гены, ухитряются быть такими несхожими? А просто — включая и выключая hox-гены в нужное время и в нужном месте. Как на двух одинаковых клавишных инструментах можно сыграть совершенно разные мелодии, так и на базе ограниченного числа одних и тех же hox-генов можно построить хоть моль, хоть динозавра. Например, ген hох-8 контролирует развитее грудной клетки у всех позвоночных. У удава hох-8 включается во всех клетках эмбриональной хорды, благодаря чему ребра образуются вдоль всего позвоночника от головы до хвоста. У курицы hох-8 включается только в задней части хорды и поэтому ребра у нее расположены ближе к хвосту. У собаки — в передней части и ребра образуются ближе к голове. Кстати, у собак иногда вместо положенных 13 пар ребер, бывает 12 или 14 пар, так что если у какой-то собаки аномально короткая длина грудной клетки, то не помешает пересчитать ей ребра и позвонки, а еще лучше сделать рентген, чтобы не пропустить в разведение особь с достаточно вредной для вида мутацией.

По совокупности изложенных сведений, можно сказать, что семейство hох-генов отвечает за общую архитектуру организма, каркас, остов, а все остальные гены лишь вносят некоторыекоррективы. Вклад генов, контролирующих общие размеры, пропорции тела, форму черепа довольно весом и мутации в них приводят к появлению новых пород. Остальная, большая часть генов, вносит незначительные индивидуальные штрихи, по которым мы идентифицируем отдельных собак внутри своего вида и породы.

Фенотип так же консервативен, как и каркас, на который его напялили. Щенок заметно меняется внешне лишь в первые месяцы жизни. Но где-то к году-полутора динамика трансформаций становится ничтожно малой и так до конца жизни. А на строение и работу внутренних органов hох-гены влияют незначительно, они лишь отвечают за то, чтобы эти органы были в нужном количестве и в нужном месте. К тому же, нас волнует не сколько внешний вид органов, столько их работа. А это сложный динамический процесс, зависящий от синтеза белков в клетках органов, а мы уже знаем, что производство и взаимодействие белков не является стопроцентно генетически зависимым процессом.

В чем еще обязательно будет отличие между близнецами, так это в характере и в интеллекте.

Эти различия вовсе не связаны с воспитанием, даже новорожденные близнецы демонстрируют каждый свою неповторимую индивидуальность. Интеллект предопределяется геномом где-то на 80%. Уточняю, это не от родителей наследуется 80% их интеллектуальных способностей, речь идет о прямой зависимости интеллекта особи от собственного генома, от уникального сочетания генов, которым одарила природа. Безусловно, высокий уровень IQ у родителей считается большим плюсом и дает более обнадеживающие перспективы, но это всего лишь перспективы и только от Его Величества Случая зависит, насколько удачная комбинация сложится из родительских генов.

Характер у близнецов порой бывает достаточно схож, но не такая уж редкость, когда близнецы настоящие антиподы. Из чего можно сделать вывод, что эта составляющая высшей психической функции организма слабо связана с генотипом. Таким образом, один из любимейших вопросов всех кинологов о том, как наследуются поведенческие реакции у собак, рабочие качества и интеллект, не имеет однозначного ответа. И не следует в этом месте иронично усмехаться и поминать стандартную фразу, оскорбляющую целомудрие генетики, ибо генетика тут совершенно ни при чем. Что касается высшей нервной деятельности и сознания – это все процессы зависящие от степени развития отдельных участков головного мозга, от конфигурации сети нейронов и динамики процессов происходящих в них. Нейронов в коре головного мозга десятки миллиардов, каждый нейрон разрастается как коралловая ветвь, выпуская десятки тысяч отростков, с помощью которых соединяется с другими нейронами и прочими клетками, образуя сотни миллиардов и даже триллионы связей. Зашифровать строение такой сложнейшей сети с помощью четверичного кода нуклеотидов невозможно. Геном не имеет ресурсов даже для того, чтобы выделить хотя бы по одному гену на каждый нейрон.

Мозг и вся нервная система формируются в эмбриональном периоде под контролем сравнительно небольшой группы генов как бы единым массивом и в количестве значительно превышающем потребности организма. Как в поле, засеянном пшеницей, каждое зернышко предоставлено самому себе, и должно бороться за свое место под солнцем, так и в организме «засеянном» стволовыми клетками с «нейронной программой» начинается настоящая борьба за выживание. Почти 70% из них погибнут ещё до рождения щенка. У новорожденного все еще остается избыток нейронов и в жесткой конкуренции победит тот нейрон, который образует нейросвязь в наиболее короткий период времени.

Маленький щенок пытается впервые встать на лапы и сделать свой первый шаг. Его качает, непослушные лапки разъезжаются в стороны, движения некоординированы и неуклюжи. Мы с улыбкой умиления наблюдаем за малышом и даже не догадываемся, что в этот момент во всех группах нейронов, обеспечивающих механическое движение, происходят соревнования за право стать главным проводником сигнала. Победитель в каждой группе один, все лишние связи отомрут за ненадобностью. Погибнет и часть нейронов-лузеров, а часть останется на тот случай, если главный нейрон пострадает и нужно будет его подменить.

Любое воздействие на органы чувств щенка в первые месяцы его жизни, запускает каскад сложнейших нейрофизиологических реакций, которые влияют на постройку и наладку нейронной сети. Мы не можем руководить этим процессом, но мы можем создать наиболее благоприятные условия для полноценного формирования щенячьей личности: максимум положительных ощущений и развивающей информации. В первые недели жизни важны правильные условия содержания: чистая сухая подстилка, комфортный температурный режим, достаточное количество пищи, развитый материнский инстинкт у суки, выражающийся в надлежащем уходе за щенками и желании проводить с ними достаточное количество времени, когда щенки открывают глаза и начинают ходить, им необходим простор для движений и игр.

Не помешает и дополнительная информационная нагрузка: вы берете щенка на руки, говорите ему что-то ласковым голосом, целуете в нос, казалось бы, это такая мелочь, а на самом деле в этот момент миллионы сенсорных и моторных нейронов буквально расцветают в организме. Любая полезная интеллектуальная и физическая нагрузка на организм действует на нервную систему как благодатный дождичек на посевы – нейроны разрастаются, ветвятся, образуют разнообразные богатые связи. Негативные воздействия, напротив, как засуха или ураган уничтожают и корежат данное щенку от рождения.

Об этом следует помнить не только когда щенок мал, но и всю жизнь. Мозг собаки нужно

нагружать и развивать, собака не должна вести скучную, ограниченную жизнь, у нее должно быть либо какое-то дело, либо какие-то интересные приключения и свежие впечатления. Если формирование мозга и нейронной сети процесс в основном творческий, не зависящий от генов, то откуда же берутся в родственных линиях одинаковые привычки, наклонности, черты характера?

Схожесть обеспечивается «начинкой» нейронов, то есть белками, работающими в нервных клетках. А уж структура белков, как мы знаем, зашифрована в геноме и эта информация передается по наследству от родителей к детям и так далее. Таким образом, природа обеспечила и некоторую преемственность, и возможность реализации нового и неповторимого индивидуума.

Наверное, заводчики рабочих служебных и охотничьих пород немного огорчатся тому, что нет никаких рецептов и научных методик, по которым можно точно спрогнозировать будущий характер и рабочие качества потомства. Ну, так личный опыт и множество противоречивых примеров и так давно должны были подсказать, что наследование высших материй носит мало предсказуемый характер. Даже если опыт в кинологии у вас невелик, то ведь есть богатейший исследовательский материал в виде окружающего человечества. Народный фольклор давно уже подметил и про яблочко от яблони и про семью не без урода. А как часто мы сами, сегодня говорим с умилением: «Копия мамы (папы, дедушки, троюродной тети Мани из Бердичева)», а завтра недоумеваем: «И в кого же ты такой уродился!?». И что самое забавное, в обоих случаях правы.

Есть поучительные примеры и из истории некоторых пород. Как известно, у пастушьих собак Средней Азии и Кавказа, а также у северных лаек столетиями шел очень жесткий отбор по рабочим качествам. Все особи, не соответствовавшие строгим требованиям пастухов и охотников, просто уничтожались, дабы не засорять генофонд. И, тем не менее, за столько веков, так и не удалось добиться абсолютной стабильности и однородности. Всегда находились те, кого не следовало оставлять в живых. Так было, так есть и так будет. Если не можешь управлять каким-то процессом, то хотя бы не мучайся понапрасну и не взваливай на себя бессмысленную и бесполезную работу. Есть простой метод селекции – вязать лучшее с лучшим (по нужным критериям), а затем — выбраковывать всех неудачных потомков. Притом, желательно все это делать спокойно, профессионально, без истерик и душевных экзерсисов, тем более, что сейчас вовсе не нужно уничтожать всех неудачных представителей породы, достаточно лишь исключать их из программы разведения.

Есть в этой непредсказуемости и положительные моменты — природа подарила и нам, и собакам определенную степень свободы от нашего генотипа и нужно только радоваться тому, что наши чувства, мысли, эмоции зависят не только от биохимии нашего организма, что мы все же не совсем биороботы.