Реферат: Ксг и развитие организма

А. Барбараш

E-mail: barbarash@farlep.net





3


Одесса, 2004


Оглавление


Оглавление 1

КСГ И РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА 3

3.1. Одноклеточные одногеномные эукариоты 3

3.2. Ядерная оболочка и гетерозис 6

3.3. Старение по Хейфлику 8

3.4. Изменение масштаба проекции у рода Plethodon 10

3.5. Потери и приобретения эукариот 13

3.6. Проблема роста организма 16

МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ КОНЦЕПЦИИ 20

4.1. Трисомии 20

4.2. Канцерогенез с позиций КСГ 20

4.3. О мутационном действии канцерогенов 23

4.4. Общие свойства канцерогенеза 24

4.5. Болезнь, вызываемая зеркалом 25

4.6. Прогерия детей и конформации Д-генов 27



Титульная страница
^ КСГ И РАЗВИТИЕ ОРГАНИЗМА


3.1. Одноклеточные одногеномные эукариоты
В предыдущем изложении обрисовались принципы организации генетического аппарата многоклеточных организмов. Одновременно стала понятной и согласованность функционирования ядер, расположенных в крупных многоядерных клетках – здесь каждое ядро, под управлением волнового поля, обслуживает свою зону (энергиду) большой клетки, активируя у себя именно те гены, продукты которых нужны в данном месте. Но есть группа эукариот с особой организацией транскрипции, заслуживающая отдельного рассмотрения. Речь идёт о транскрибировании генов в единственном ядре небольших одноклеточных организмов (например, эвглен или диатомей), обычно называемых протистами – „простейшими”.


Часто протисты имеют в клетке два ядра – микронуклеус и макронуклеус, но транскрипция происходит только в более крупном ядре – в макронуклеусе. Другое ядро – микронуклеус – лишь хранит наследственную информацию в неактивном состоянии.


Если выгоды от ядерной организации генома в одноклеточном организме вполне ясны (создание резерва неактивных генов, дифференцировка клеток, обеспечение полноценного полового процесса и т.д.), то, на первый взгляд, совсем неясно, как химическое волновое поле единственной клетки способно управлять в такой клетке генами. Ведь в многоклеточном организме активированием генов управляет проекция на них сложного волнового поля организма, т.е. генами данной клетки управляют другие клетки.

Более глубокий анализ проясняет ситуацию.

Оптическая проекция цитоплазмы (т.е. пространства, где возникает структурогенное химическое волновое поле) внутрь ядра имеет место у всех эукариот, в том числе у протистов. Но если в многоядерном организме нужно управлять биосинтезом (и, значит, активностью генов), как в пространстве, так и во времени, то при единственном (на весь организм) ядре говорить об управлении пространственным распределением биосинтеза не приходится. В этом случае волновое поле способно управлять лишь временем активирования тех или иных генов. Синтезированные затем молекулы белка должны сами распределяться в пространстве, т.е. находить своё место в единственной клетке. Впрочем, то же самое, в пределах каждой клетки, происходит и в многоклеточном организме.

Иначе говоря, геному протиста, в отличие от геномов многоклеточных организмов, не нужно учитывать своё расположение относительно иных клеток. Нужно учитывать лишь тип собственной клетки, например, в случае диатомей – является ли она обычной клеткой в ряду вегетативных поколений или же оказывается яйцеклеткой, антеридиальной клеткой, сперматозоидом или ауксоспорой. Другими словами, различные типы дифференцированных клеток в данном случае распределены только во времени, тогда как в многоклеточном организме они распределены и во времени, и в пространстве.

Такая ситуация кардинально меняет условия работы генетического аппарата одноклеточного организма по сравнению с многоклеточным. Предположим, что у протиста активные зоны структурогенного химического волнового поля возникают периодически, с одинаковой вероятностью, в любом месте цитоплазмы. Если посчитать клетку шарообразной, а ядро – расположенным в центре, то внутри ядра область проекций активных зон цитоплазмы собственной клетки примет вид сферического слоя, ограниченного некими минимальным и максимальным радиусами.

Гены, попавшие в этот слой, будут активироваться, а остальные гены войдут в неактивный гетерохроматин. Задача пространственных перестроек генома в ходе дифференцировки клеток в данном случае будет сводиться к перемещению одних генов в активный сферический слой хроматина, а других – за его пределы. Гены ядрышка, расположенного в „безадресной” области, окажутся в такой же ситуации, как и в многоклеточном организме (см. гл. 2.2.).

Реальную клетку нельзя считать шарообразной, ядро – расположенным в центре, а волновое поле протоплазмы – вполне изотропным и неизменным во времени. Это значит, что перемещение генов в активный слой хроматина описывает управление транскрипцией лишь в первом приближении. Здесь окажут влияние и вариации плотности акустической энергии внутри ядра, и её изменения на разных стадиях жизненного цикла клетки, что Природа, безусловно, использует для более тонких нюансов регулирования.

Упрощение пространственного волнового управления у протистов имеет два важных следствия. Во-первых, процессы формообразования контролируются у них геномом слабее, чем у многоклеточных организмов. Во-вторых, – кроме генетической передачи информации от поколения к поколению, у протистов очень существенную роль играет негенетическая передача информации о строении клетки.


„Адаптация к конкретным условиям, которая у многоклеточных происходит на основе различных генотипов, наследственно неоднородных групп в пределах вида, у простейших часто осуществляется на уровне адаптивных модификаций. Одной из основных причин этого служат особенности самой природы простейших. У них почти во всех группах преобладает агамное размножение путём деления, множественного деления и т.п. При этом следующим агамным поколениям передаётся не только материал наследственной информации, но и плазма со всеми её компонентами, в том числе митохондриями, мембранными образованиями, аппаратом Гольджи и т.п. У многоклеточных при половом размножении … сома предыдущего поколения отпадает, у простейших же в ряду агамных поколений сохраняется всё, что было у предыдущих. Соотношение между сомой и генеративными элементами у простейших носит совсем иной характер, чем у многоклеточных. Здесь мы встречаемся с … рядом широких адаптивных явлений на чисто модификационном уровне. Изменчивость эта в равной мере носит как функциональный, так и морфологический характер.” [Полянский, 1991]

Такие соображения явились выводом из большого числа исследованных фактов. Отметим некоторые из них.

„Организация наружных слоёв цитоплазмы у инфузорий очень сложна. Она образует кортекс, состоящий из мембран пелликулы, трёх типов фибриллярных структур, базального аппарата ресничек. При агамном размножении репродукция кортекса у возникающих дочерних особей осуществляется без непосредственного участия ядерных генов. Соннеборн показал это весьма изящным экспериментом [Sonneborn, 1975a]. Ему удалось у Paramecium особым техническим приёмом перевернуть небольшой участок кортекса на 180 и поставить его на прежнее место. На этом участке последовательность компонентов кортекса оказалась изменённой. При дальнейшем агамном размножении оперированной особи вновь возникшее расположение частей кортекса сохранялось в неограниченно большом числе агамных поколений. Кортекс сам себя воспроизводит, хотя, разумеется, входящие в его состав белки синтезируются обычным путём механизма транскрипции – трансляции с матриц ДНК ядра (макронуклеуса).” [Полянский, 1991]

„У инфузорий Tetrahymena можно с помощью микрохирургического вмешательства развернуть отдельные ресничные ряды в кортексе (изменить их полярность). Все последующие поколения обнаруживают затем эти инвертированные кинеты, несмотря на то, что данные организмы обладают такими же генами, что и нормальные особи. Если область, в которой ... возникает ротовой зачаток, пересадить на другое место тела, зачаток может формироваться (в последующих поколениях; А.Б.) на новом месте ...” [Хаусман; 1988]


^ Вытекающее из положений КСГ ослабление контроля генетического аппарата протистов над процессами формообразования подтверждается и другими фактами. В упомянутой работе Хаусмана отмечается также воспроизведение дефектов клеточной организации Oxytrichia fallax после выхода клетки из цисты, если нарушения введены перед инцистированием. Здесь дефекты клетки воспроизводятся вопреки её полной дедифференцировке при инцистировании. Данные свойства протистов резко отличаются от характера наследования анатомии многоклеточных организмов, например, человека. Никогда не наблюдалось, чтобы у инвалида, утратившего руку или ногу, рождались дети с такими же дефектами.

* * *

Применительно к протистам, КСГ объясняет также широкий круг явлений, объединённых общим названием „эпигеномные изменения”. Эти явления обнаруживаются в устойчивом наследовании разных структурных и функциональных особенностей клеток при их агамном размножении и полном исчезновении этих особенностей в поколениях, следующих за половым процессом. Ю.И. Полянский определяет их как „наследуемые в течение неограниченно долгого числа агамных поколений изменения, не связанные с молекулярной перестройкой генома.” [Полянский, 1991]


Например, Соннеборн обнаружил в пределах хорошо известного вида Paramecium aurelia 14 видов-близнецов, почти неразличимых морфологически, но репродуктивно изолированных, не скрещивающихся между собой [Sonneborn, 1975b]. Объединение двух особей в конъюгирующую пару происходит между клетками, относящимися к комплементарным типам спаривания (mating-type). Оказалось, что у инфузорий Paramecium aurelia наследование типов спаривания носит эпигеномный характер. Подобное явление позже было описано и у других видов рода Paramecium, а также у Tetrahymena, Euplotes.

А.Л. Юдин описал эпигеномные изменения на примере амёб [Юдин, 1982].


„Речь идёт, по-видимому, о репрессии отдельных генов, об изменении экспрессии генов, т.е. изменениях в работе генома… Биологическая сущность этого явления остаётся, как нам представляется, неясной.” [Полянский, 1991]

Выше, говоря об отсутствии перестроек генома, Ю.И. Полянский имел в виду перестройки в химическом смысле, например, изменение последовательности расположения нуклеотидов, и с такой трактовкой можно полностью согласиться. Но КСГ указывает также на важность пространственных перестроек генома, вызываемых переходом Д-генов из линейной конформации в крестообразную. Следствия таких перестроек, не меняющих расположения нуклеотидов на хромосомах, но перемещающих гены в пространстве ядра, точно согласуются с картиной эпигеномной изменчивости протистов.

Детерминацию типов спаривания у Paramecium aurelia Полянский называет дифференцировкой клеток. Хотя это явление не похоже на обычную дифференцировку, мысль очень верная! Если рассматривать эпигеномную изменчивость протистов как разновидность дифференцировки клеток, становится понятно, почему такие изменения исчезают в поколениях клеток, следующих за половым процессом. С этим процессом должно быть связано расплетение „крестов” Д-генов, аналогичное переходу Д-генов многоклеточных эукариот, на стадии оплодотворённой яйцеклетки, в линейную конформацию (см. главу 2.8.).

* * *

Пространство, окружающее клетку многоклеточного организма, как правило, заполнено „дружественными” клетками этого же организма. Совсем иная ситуация у протистов, особенно, если они, как это обычно бывает, живут в водной среде. Рядом могут оказаться (и оказываются) хищники, стремящиеся поживиться данной клеткой. Биология отмечает, что способы нападения могут быть самыми различными. В том числе, возможны и волновые способы нападения – один из них использует электрический скат. КСГ указывает на принципиальную возможность ещё одного, неизвестного ранее способа нападения – волнового воздействия хищного протиста на геном жертвы (например, путём активирования у жертвы генов лизиса – разрушения белков).

Больше того, протозоологии известна особенность пространственной организации геномов некоторых протистов, явившаяся, по всей видимости, отголоском давних „волновых сражений”. Похоже, что жертвы „волновых нападений” через какое-то время нашли столь эффективный способ защиты от противника, что дальнейшее использование „волнового оружия” стало бессмысленным. Речь вот о чём.

Расчёты показывают, что в кариооптике протистов случаю оптимальной проекции особи (т.е. данной клетки) на хроматин соответствует примерно на 30% более высокий коэффициент преломления, чем в многоклеточных организмах. (Напомним, что в кариооптике коэффициентом преломления называется отношение скорости распространения химических волн к скорости акустических.)

При таких условиях всё окружающее клетку пространство, где может находиться потенциальный враг, проецируется кариооптикой в тонкий сферический слой, непосредственно окружающий ядрышко. Если существует какая-то возможность враждебного волнового воздействия извне – то только на гены, расположенные в этом слое.

Исследователи протистов часто замечают на срезах свободную от хроматина кольцевую область („дворик” – на их жаргоне) непосредственно вокруг ядрышка. Это значит, что у потенциальной жертвы, в случае „волновой агрессии”, враждебные волны из „чужого” пространства сфокусировались бы „в пустоту”, где нет генов, и не оказали бы никакого воздействия. Здесь щитом, средством защиты оказалась … пустота. Нет пределов изобретательности Природы!


^ 3.2. Ядерная оболочка и гетерозис
Концепция структурогенеза затрагивает каждую науку, касающуюся эукариот как биологических объектов. Пройти по всему ряду таких дисциплин в данной работе невозможно. Автор надеется, что этот большой труд будет выполнен им или его последователями в дальнейшем. Здесь же делается лишь попытка фрагментарного освещения отдельных биологических проблем с позиций КСГ. Во многих случаях такое освещение, вследствие недостатка информации, имеет характер гипотез.

Одна из гипотез касается природы гетерозиса – исключительно важного для человечества феномена повышения жизненной силы гибридов. Благодаря использованию гетерозиса сегодня удаётся прокормить дополнительно около миллиарда человек, а в будущем относительный вклад гетерозиса в пищевой рацион, надо думать, увеличится.

Но прежде, чем перейти к объяснению вероятной природы гетерозиса, нужно остановиться на свойствах ядерной мембраны, так как именно на ней, с позиций КСГ, возникает эффект, который внешне проявляется как гетерозис.

Мембраны играют в клетке очень большую роль и предстают в разных ипостасях. На их основе организованы оболочки самой клетки, митохондрий, пластид, ядра, они составляют цистерны аппарата Гольджи, эндоплазматический ретикулум и т.д.. Мембраны в клетке заслуживают отдельного разговора, им посвящена обширная литература. Отметим лишь интересный и важный для нас факт, что в разгар исследований мембран в научном мире возникла скандальная ситуация в связи с публикацией сведений об их механических свойствах. Разные эксперименты давали отличающиеся в тысячи раз величины модуля упругости одних и тех же мембран, при чём перепроверка результатов не сближала их.

Что ещё более удивительно, в конце концов, выяснилось, что справедливы и одни, и другие противоречащие друг другу данные. Разгадка заключалась в том, что биологические мембраны ведут себя при растяжении принципиально не так, как известные технические материалы. Если при растяжении любого технического материала – стали, стекла, резины, дерева, углепластика и т.д. – перед разрывом образца происходит сокращение его размеров в двух взаимно перпендикулярных и перпендикулярных растягивающей силе направлениях, то при таких же испытаниях липопротеидной мембраны (если бы это было возможно) обнаружилось бы, что образец сокращается только в одном направлении – вдоль поверхности мембраны. Второй размер – толщина мембраны – остаётся неизменным.

Это удивительное свойство мембран привело к тому, что их назвали „двумерной резиной”, т.е. веществом, способным деформироваться только в двух из трёх возможных направлений. Толщина мембраны, определяемая длиной одной молекулы липида, для рассматриваемого типа мембран (т.е. для данного типа молекул липида) всегда постоянна.

Молекулы липида очень легко, при минимальных усилиях, перемещаются внутри молекулярной структуры вдоль поверхности мембраны. В то же время, неизменность толщины плёнки обусловливает жёсткое сопротивление мембраны деформациям, связанным с увеличением её площади.

Если перевести эти свойства на язык инженерной науки – сопротивления материалов, то окажется, что в отличие от технических материалов, имеющих близкие значения модулей упругости при растяжении и при сдвиге, липопротеидная мембрана имеет при растяжении с увеличением площади примерно в 10˙000 раз более высокий модуль упругости, чем при сдвиге [Ивенс, Скейлак, 1982]. Иначе говоря, при растяжении липопротеидная мембрана оказывается в 10˙000 раз более жёсткой, чем при сдвиге. Это и создало непонятную ситуацию с данными о механических свойствах мембран при разных методах испытаний.

Характерно, что как раз эти, вызвавшие скандал механические свойства липопротеидной „двумерной резины” наиболее удачно приспособили оболочку ядра к выполнению ею своей роли в механизме волнового управления генами.

Действительно, низкий модуль упругости при сдвиге позволил веществу оболочки легко перетекать с места на место, позволил мембране под действием ничтожных усилий менять пространственную конфигурацию, когда это не требует изменения общей площади мембраны. Поэтому ядерная оболочка, под влиянием небольшого избыточного внутриядерного давления, принимает нужную для кариооптики сферическую форму, обеспечивающую наибольший объём при заданной площади поверхности. Основанные на электронно-микроскопических фотографиях представления о неровностях, бугристости ядерной оболочки, не позволяющих ей быть высококачественным элементом кариооптики, скорее всего, объясняются артефактами.

Низкое сопротивление мембраны сдвигу, вероятно, необходимо также для работы неизвестного механизма, регулирующего овальность ядра и управляющего его ориентацией (что, должно быть, важно для точной наводки К-оптики). Возможно, овальность ядра регулируется какими-то электрическими полями; тогда лёгкость деформации оболочки снижает требования к напряжённости поля. Значение же механизма точной наводки можно оценить по тому, что нарушение его работы, или иначе, нарушения „реакции формы” и „реакции ориентации” ядра, коррелируют с канцерогенезом [Самойлов и др., 1978].

С другой стороны, очень высокий модуль упругости при растяжении повышает эффективность ядерной оболочки как излучателя акустических волн, позволяет тончайшей мембране в ходе преобразования энергии химических волн в акустические развивать высокое мгновенное давление на кариоплазму. Это ценно уже потому, что соответствующее повышение жёсткости нельзя было бы достигнуть за счёт увеличения толщины оболочки. Величина электрострикционного сжатия пропорциональна квадрату напряжённости электрического поля, поэтому увеличение толщины оболочки (и, соответственно, уменьшение напряжённости поля), например, вдвое уменьшило бы амплитуду генерируемых акустических волн вчетверо, а их мощность – в шестнадцать раз! Трудно представить себе параметры, которые могли бы компенсировать уменьшение жёсткости мембраны в 10'000 раз.

Заметим ещё, что фантастически малая толщина мембраны (длина одной молекулы липида) не могла бы быть так эффективно использована механизмом структурогенеза, если бы вместе с уникальной жёсткостью материал не обладал исключительно высокой электрической прочностью. Двухслойные липопротеидные мембраны выдерживают разность потенциалов порядка 150–200 мВ и более [Скулачёв, 1972; Пучкова и др., 1981]. При средней толщине каждого из слоёв 7 нм это соответствует напряжённости поля порядка 150 кВ/см, что близко к напряжённости пробоя лучших электротехнических изоляторов.

К тому же, в отличие от технических изоляторов, липопротеидные мембраны устойчиво работают на пределе электрической прочности, так как при небольших пробоях их изоляционные свойства немедленно восстанавливаются (отверстие, пробитое в молекулярной структуре, мгновенно смыкается) [Смирнов и др., 1981].

Ещё оказалось, что потенциал пробоя липопротеидных мембран увеличивается по мере сокращения длительности прикладываемых импульсов [Пучкова и др., 1981], а длительность активной части структурогенной волны, по расчётам, на много порядков короче, чем длительность импульсов, использованных при исследованиях мембран. Поэтому можно ожидать, что оболочки ядер реально выдерживают более высокие амплитуды электрической составляющей химических волн, чем указано выше.

Квадратичный характер электрострикционного эффекта делает его зависящим от постоянного электрического потенциала на оболочке ядра. Например, если солитон создал на оболочке ядра перепад потенциала от нуля до 70 мВ, то такую же деформацию мембраны вызовет перепад всего 22 мВ, если одновременно к ней приложена постоянная разность потенциалов в 100 мВ. Чем выше постоянный электрический „пьедестал” на мембране, тем эффективнее выполняется электрострикционное преобразование энергии химических волн в акустические.

Обнаружено, что гибриды, проявляющие гетерозисные свойства, обладают по сравнению с инбридными растениями более высоким постоянным электрическим потенциалом на оболочках ядер [Шахбазов, 1966; 1989]. Причины этого явления пока неясны. Однако сам факт достаточен, чтобы увидеть в нём объяснение загадочного механизма гетерозиса.

Распространено представление, что сила гибридов объясняется более широким набором ферментов по сравнению с чистыми линиями. Но этим трудно объяснить практически одинаковое по характеру проявлений общее, неизбирательное повышение интенсивности биологических процессов во всех случаях гетерозиса. Расширением набора ферментов нельзя объяснить и случаи гетерозиса, которые нередко наблюдаются при введении в геном явно летального рецессивного гена.

С позиций КСГ, гетерозис оказывается результатом более эффективного преобразования химических волн в акустические, а отсюда – и общего усиления процессов транскрипции, из-за повышения постоянного электрического потенциала на оболочках ядер, характерного для гибридных организмов. Например, при одинаковой амплитуде электрического сигнала солитона в 70 мВ, изменение постоянной разности потенциалов на оболочке ядра от нуля до 70 мВ увеличивает амплитуду генерируемой акустической волны в 4 раза.

Поэтому целесообразно искать вещества, повышающие электрический потенциал оболочек ядер без трудоёмкого процесса гибридизации. Это помогло бы вызывать гетерозис искусственно, повышать продуктивность сельского хозяйства и уменьшать трудозатраты.


^ 3.3. Старение по Хейфлику
Механизм структурогенеза определяет основу существования многоклеточных организмов, поэтому естественно, что он касается всех сторон их биологии и, в том числе, природы старения.

С некоторыми оговорками, можно сказать, что старение и смерть не являются для многоклеточного организма неизбежными. Об этом свидетельствуют неопределённо долго культивируемые клетки злокачественных опухолей, а также нормальные, вегетативно размножаемые растения. Например, длительно высаживая один и тот же сорт картофеля, мы, с точки зрения генома, имеем дело с одним и тем же организмом. Но этого нельзя сказать, по крайней мере, о высших животных – они стареют, они смертны и законы их старения в высшей степени интересуют человека.

Ограниченность века высших животных принципиально важна для темпов их эволюции, а на более высоком уровне – для темпов развития цивилизации. Если бы люди жили вечно, это стало бы тормозом развития общества (представьте, что никогда не умер бы Сталин) и, в частности, тормозом развития науки. Возможно, и концепция структурогенеза войдёт в арсенал науки только после смерти нынешних корифеев биологии, воспитанных в ином научном мировоззрении и психологически не способных принять её, а молодое поколение примет концепцию как очевидность.


Больше того, если бы организмы были бессмертны, жили вечно, то не было бы и эволюции. Бессмертные организмы заняли бы всю биосферу и не дали бы возможности появиться новым поколениям. Поэтому преодоление смерти автоматически ведёт к прекращению рождений.


Но ограничен ли век высших животных случайными обстоятельствами или ограничение заложено в их природу как фундаментальное свойство? Теория старения долго колебалась между этими точками зрения, более склоняясь к случайностям. Обычно старение рассматривалось как результат каких-то неуправляемых событий, обязательной для всех болезни. Такими были гипотезы о „катастрофе ошибок” при транскрипции и трансляции (Orgel), о снижении эффективности исправления ошибок (репараций) ДНК (Hart, Setlow), о накоплении нарушений в многократно резервированных ферментных системах [Кольтовер, 1982], о накоплении соматических мутаций и т.п.

Концепция структурогенеза считает старение закономерным [Барбараш, 1983; 1985а]. Наследственная программа развития определяется закономерными (хотя и вероятностными) переходами Д-генов в крестообразное состояние. Ими задаётся дифференцировка дочерних клеток в виде чётких дискретных изменений конфигурации хроматина. Все этапы онтогенеза, включая старение, генетически запрограммированы в виде генеалогического древа клеточных типов. Количество клеточных делений в каждой ветви древа подвержено вероятностным колебаниям, но общие ограничения достаточно устойчивы. Окончания клеточных линий (ветвей древа), соответствующие старческому возрасту, вероятно, характеризуются постепенным выведением М-генов из активных зон, выключением процессов биосинтеза.

Первая публикация (депонирование) [Барбараш, 1983] концепции совпала с появлением в книжных магазинах работы [Хейфлик, 1982], подводившей итог длительному периоду экспериментального изучения процессов старения. Выводы этой работы оказались отлично коррелирующими с положениями КСГ. Вот что писал Хейфлик:

– старение выражается не в старении отдельных клеток, а в старении клеточных линий;

– старение клеточной линии представляет собой внутренне присущее свойство нормальных клеток;

– культивирование при пониженной температуре или путём трансплантации меченых клеток животным, когда сроки культивирования резко возрастают, наконец, даже многолетнее замораживание – не изменяют суммарного числа делений, словно в клетках есть отсчитывающее устройство;

– механизм, контролирующий число клеточных делений, находится в ядре.

Положения КСГ, в унисон с выводами Хейфлика, говорят, что старением управляют дискретные пространственные преобразования генома, закономерно происходящие при делении клеток после перехода определённых палиндромов ДНК в крестообразное состояние. Именно поэтому число клеточных делений контролируется ядром, и стареют не отдельные клетки, а клеточные линии. Нарастание различных сбоев, снижение эффективности репараций и других корректирующих процессов, вероятно, является биохимическим выражением постепенного удаления некоторых М-генов из активных зон волнового поля.


^ 3.4. Изменение масштаба проекции у рода Plethodon
В главе 1.3. на примере галтеров дрозофилы было показано, что симметричные органы кодируются разными генами, но заданное генами различие в симметрии обычно не обнаруживается на уровнях молекул, клеток и даже тканей. Как бы в обход этих уровней организации, различие в симметрии сразу проявляется в органах животного. Этот удивительный феномен стал понятным и естественным, когда выяснилась проекционная связь волнового поля организма с геномом. Теперь мы подошли к другому, не менее наглядному проявлению свойств К-оптики. Ниже описан случай, когда известные факты приходится интерпретировать как изменение масштаба проекции организма на геном.

Речь идёт о саламандрах рода Plethodon. Этот род существует примерно 80 млн. лет и за это время образовалось 26 чётких нескрещивающихся видов. Все они обитают на Североамериканском континенте. „Самое удивительное то, что за очень продолжительное время эволюции и видообразования форма тела у видов рода Рlethodon совершенно не изменилась... Это морфологически однообразный род. С точки зрения анатомии и остеологии все виды одинаковы; при этом некоторые наиболее далеко отстоящие друг от друга виды, образовавшиеся не менее 40 млн. лет назад, почти неразличимы для нетренированного взгляда.” [Макгрегор, 1986]

Однако, вопреки морфологическому единообразию, видообразование сопровождалось резким увеличением количества ДНК на геном. Род может быть чётко разделён на группы видов по размеру гаплоидного генома, который колеблется от 20 до 70 пикограмм. При таких различиях в массе генома логично было бы ожидать и наличия значительных анатомических отличий у их хозяев, чего, однако, не возникло.

Исследования показали, что прирост количества ДНК происходил за счёт примерно 250 типов умеренных повторов длиной 100-200 нуклеотидов каждый. По мнению исследователей, такие участки слишком коротки, чтобы рассматривать их как матрицы веществ, имеющих какое бы то ни было биохимическое значение.

Наиболее удивительной стороной подобного роста геномов оказалось следующее.

„Кариотипы всех видов идентичны по относительным длинам, центромерным индексам и соотношениям плеч соответствующих хромосом ... В ходе эволюции ... геном в роде Рlethodon увеличивался сбалансированно и единообразно; новые последовательности ДНК накапливались в каждой хромосоме пропорционально существующему в данный момент количеству ДНК, и ни одна часть любой хромосомы не выходила из общего ряда и не увеличивалась непропорционально.” [Макгрегор, 1986]

Естественно, что исследователь, столкнувшийся с такими особенностями рода Рlethodon, не мог не задуматься, не мог не связать между собой феномен анатомического единообразия видов, разных по размерам генома, и не менее удивительный факт пропорционального насыщения генома неинформативными повторами. Эти два явления объединились в его сознании; второй факт стал неуловимым объяснением первого.

Исследователь вполне логично заключил, что „кариотип – это ... продукт отбора на расположение генов” [Макгрегор, 1986], и вспомнил другие примеры, доказывающие значение кариотипа. Кроме этой сбалансированности при росте хромосом, он вспомнил ортоселекцию, сохраняющую внутри таксономических групп и число хромосом, и формы их плеч, и типы модификаций.

Припомнилась и так называемая чувствительность генома, в которой отразилась уязвимость человека даже к самым малым неортодоксальным изменениям относительного положения частей хромосомного набора. При более высоком разрешении, легко достижимом при исследованиях гигантских хромосом слюнных желез дрозофилы, чувствительность проявляется также в эффекте положения гена, т.е. обнаруживается уязвимость организма к изменениям расположения уже не участков хромосом, а отдельных генов.

Вопреки установленной чувствительности организмов к расположению генов, случай саламандр Рlethodon показал, что нормальная работа генома сохраняется даже при серьёзных изменениях в хромосомах, но только если выдерживаются пропорции пространственной структуры генома. Этот неожиданный в пределах старых парадигм вывод заставил Макгрегора задать себе и читателю сакраментальный вопрос: „почему так важно иметь в нужных местах нужные гены?”

В вопросе Макгрегора есть некий подтекст: почему „нужные места” – это не обязательно „те самые” места (т.е. не обязательно одни и те же координаты внутри одного и того же ядра)? Ими могут быть и другие места, в ядре другого размера, но обязательно жёстко связанные с исходной картиной расположения генов неким геометрическим подобием. Иначе говоря, расположение генов саламандр Рlethodon оказалось неизменным в топологическом смысле. Точнее – оно оказалось инвариантным к пропорциональным изменениям размеров генома. В чём природа такой инвариантности?

КСГ отвечает на этот интересный вопрос. Но чтобы понять суть явления, нужны некоторые расчёты. Исследователями замечено, что у амфибий увеличение массы генома коррелирует с увеличением размеров клеточных ядер и самих клеток [Макгрегор, 1986], что отражено в приводимой табл. С.

Таблица ^ C

Соотношение массы генома с объёмами клеток

и их ядер у земноводных



Виды

Масса гаплоидн.

генома

(пикограммы)

Объём

гепатоцита

(куб. микроны)

Объём

эритроцита

(куб. микроны)

Объём ядра

эритроцита

(куб. микроны)

Xenoрus laevis

6

5 000

1 400

300

Plethodon cinereus

20

14 000

5 800

1 000

Plethodon vehiculum

37

27 800

11 500

1 400

Boletoglossa subрalmata

58

41 000

19 000

1 700


Нам не известно, почему у саламандр рода Рlethodon геном насыщается неинформативными повторами, и главное, почему это насыщение происходит строго равномерно по всему геному. Остаётся принять эти данные без объяснения, просто как реальные факты. Но если исходить из таких фактов, и учитывать пропорциональность между массой генома и объёмом ядра, то КСГ объясняет, почему, вопреки существенным изменениям внутри генома при таком насыщении, наблюдается высокое анатомическое сходство разных видов саламандр рода Рlethodon.

Действительно, рассмотрим точку организма, удалённую от поверхности ядра некоторой клетки на 50 мм. Воспользуемся приведенной в главе 1.7 формулой (1):

y = nRx / {(n – 1)x – R}. (1)

Примем n = 2,7. За отправную точку отсчёта примем радиус ядра эритроцита саламандры Рlethodon cinereus, у которой масса генома составляет минимальную для этого рода величину 20 пикограмм. При объёме ядра 1000 кубических микрон радиус ядра составит 6,2034 мкм.

Таблица^  D

Влияние изменения массы генома на совмещение гена

с ядерной проекцией активной зоны организма


1.

Масса генома (пг)

20

70

2.

Расчётный радиус ядра R (мкм)

6,2034

9,418^ МЕДИЦИНСКИЕ АСПЕКТЫ КОНЦЕПЦИИ


4.1. Трисомии
Концепция структурогенеза, открывшая науке проекцию химического автоволнового поля организма на геном каждой клетки, показала особую важность пространственного совпадения генома с проекцией волнового поля. Это подняло вопрос о создании новой медицинской дисциплины – медицины рассогласования генома с волновым полем. Сегодня ещё нельзя предложить способов лечения таких патологий, но понимание их сущности, несомненно, станет шагом на пути к их преодолению.

Есть основания полагать, что организмы защищены от последствий непродолжительного рассогласования геномов клеток с волновым полем. Поэтому ниже остановимся только на длительных, устойчивых нарушениях такой согласованности.

Один пример дают трисомии – патологии, при которых вместо двух одинаковых хромосом некоторого типа клетка имеет три такие хромосомы. О тяжести патологий говорит уже то, что для человека смертельны трисомии по 19-ти типам хромосом из 22-х. Тяжёлые заболевания (болезнь Дауна и др.) неизбежны при остальных видах трисомий.

Сюда же примыкает случай, касающийся только женщин. У них одна из двух Х-хромосом клетки должна быть неактивна, должна находиться в конденсированном состоянии, в виде тельца Барра. Невыполнение этого условия также ведёт к смерти. Иначе говоря, даже при нормальном составе генома, активность лишней хромосомы смертельна.

Такие факты нельзя объяснить тем, что трисомия даёт полуторакратное увеличение „дозы” соответствующих генов. У всех многоклеточных организмов неодновременно