В начале развития организм состоит из универсальных клеток, которые теоретически могут стать любой тканью. Постепенно они получают сигналы о том, где именно в теле находятся и какую функцию им предстоит выполнять — стать частью мозга, печени, кости или кожи.
Главную роль играют специальные молекулы-ориентиры — морфогены. Они образуют градиенты: ближе к источнику их больше, дальше — меньше. ДНК клеток «запрограммирована» считывать, сколько таких молекул вокруг и с какой стороны их больше, а в ответ включать нужные гены. Так запускается превращение в определённый тип клетки. Чтобы сигналы оставались достаточно чёткими, морфогены постоянно не только вырабатываются, но и разрушаются, в том числе самими клетками, которые как бы перепроверяют направление.
Одних химических подсказок мало, поэтому клетки дополнительно обмениваются информацией друг с другом и реагируют сразу на несколько разных морфогенов, особенно в сложных органах вроде мозга. Известны, например, ретиноевая кислота, задающая ось «голова–хвост» и включающаяHox-гены; белок, организующий нервную систему и конечности; семейство костных морфогенетических белков, управляющих формированием костей и хрящей.
Дополнительно используются электрические и механические сигналы, которые тоже могут менять активность генов.
Даже при такой многоуровневой системе случаются сбои: клетки иногда ошибаются с ролью и превращаются не в ту ткань. Это проявляется, например, в тератомах — опухолях, у которых могут появляться волосы, зубы или зачатки органов в неправильном месте. Такие случаи показывают, насколько точной и одновременно хрупкой должна быть навигация клеток, чтобы из небольшой группы исходных клеток вырастал полноценный функционирующий организм.
Подпишитесь на «Гисметео» в «Телеграме», чтобы не пропустить самое интересное о погоде и природе.