Если у вас будут поведенческие правила для одного скворца, то тысяча компьютерных скворцов, каждый из которых — точка на экране, будут вести себя как реальные скворцы, собирающиеся в стаи зимой. Если стайное поведение не вполне правильно, Вы можете вернуться и поправить поведение отдельного скворца, возможно, в свете дальнейших исследований поведения реальных скворцов. Теперь клонируйте новый вариант тысячу раз вместо той тысячи, которая работала не безупречно. Продолжайте переделывать Вашу программу одного клонированного скворца, пока стайное поведение тысяч их на экране не будет убедительной, реалистичной заставкой. Крейг Рейнольдс написал программу по типу этой (не конкретно для скворцов) в 1986 году, назвав ее «Boids».
Ключевым моментом является то, что нет никакого хореографа и никакого лидера. Порядок, организация, структура — все это появляется как побочный продукт правил, соблюдаемых локально и много раз, не глобально. И именно так работает эмбриология Все делается по локальным правилам на различных уровнях, но особенно на уровне отдельной клетки. Нет хореографа. Нет дирижера у этого оркестра. Нет централизованного планирования. Нет архитектора. В области биологии развития или в производстве эквивалентом этого вида программирования является самосборка.
Тело человека, орла, крота, дельфина, гепарда, лягушки леопарда, ласточки: все они так красиво собраны, кажется, невозможно поверить, что гены, программирующие их развитие, функционируют не как чертеж, проект, генеральный план. Но нет: как и с компьютерными скворцами, все это делается отдельными клетками, подчиняющимися локальным правилам. Красиво «спроектированное» тело появляется как следствие правил, локально выполняемых отдельными клетками, без обращения к чему-либо, что можно было бы назвать всеобщим глобальным планом. Клетки развивающегося эмбриона поворачиваются и танцуют друг вокруг друга, как скворцы в гигантских стаях. Есть отличия, и они важны. В отличие от скворцов, клетки физически соединены друг с другом в пласты и блоки: их «стаи» называют «тканями». Когда они вертятся и танцуют как миниатюрные скворцы, следствием является то, что формируются трехмерные формы, поскольку ткани впячиваются в ответ на движения клеток; или раздуваются или сморщиваются из-за локальных особенностей роста и смерти клеток. Мне нравится аналогия этого в виде искусства оригами, предложенная выдающимся эмбриологом Льюисом Уолпертом в его книге «Триумф эмбриона»; но прежде чем перейти к ней, я должен убрать с пути некоторые альтернативные аналогии, которые могли бы прийти на ум — аналогии из числа человеческих ремесел и производственных процессов.
АНАЛОГИИ ДЛЯ РАЗВИТИЯ
Удивительно трудно найти хорошую аналогию для развития живой ткани, но Вы можете найти частичные сходства с определенными аспектами процесса. Рецепт отражает часть истины, и это — аналогия, которую я иногда использую, чтобы объяснить, почему «чертёж» неуместен. В отличие от чертежа, рецепт необратим. Если Вы будете следовать рецепту пирога шаг за шагом, то Вы получите пирог. Но Вы не можете взять пирог и восстановить рецепт — определенно, не точные слова рецепта — хотя, как мы видели, Вы можете взять дом и восстановить что-то близкое к оригинальному чертежу. Причина в соответствии один-к-одному между частями дома и частями чертежа. С очевидными исключениями, такими как вишенка сверху, нет никакого соответствия один-к-одному между частями пирога и словами, скажем, или предложениями из его рецепта.
Какие могут быть другие аналогии с человеческим производством? Скульптура — в основном полностью мимо цели. Скульптор начинает с куска камня или дерева и придает ему форму удалением, откалывая до тех пор, пока все, что осталось, не будет требуемой формой. Существует, признаю, довольно точное подобие одному особому процессу в эмбриологии, называемому апоптоз. Апоптоз — запрограммированная клеточная смерть, и он задействован, например, в развитии пальцев рук и ног. В человеческом эмбрионе все пальцы рук и ног объединены. В матке Вы и я имели перепончатые ноги и руки. Перепонки исчезли (у большинства людей: есть редкие исключения) из-за запрограммированной смерти клеток. Это немного напоминает способ, которым скульптор вырезает форму, но он не столь распространен или достаточно важен, чтобы отражать то, как обычно работает эмбриология. Эмбриологи могут ненадолго вспомнить о «ваянии скульптора», но они не позволят этой мысли надолго задерживаться.
Некоторые скульпторы работают не удаляя высеканием, а взяв ком глины или мягкий воск, и вылепливая в форму (которая может впоследствии быть отлита, в бронзе например). Это опять-таки не удачная аналогия для эмбриологии. Также неудачной является искусство покроя или пошива одежды. Уже существующие ткани разрезаются, формируя расположение по заранее спланированному шаблону, затем сшиваются с другими вырезанными формами. Они часто потом выворачиваются наизнанку, чтобы скрыть швы — и это неточная но, по крайней мере, хорошая аналогия с определенными частями эмбриологии. Но в целом, эмбриология не более похожа на пошив, чем на ваяние скульптуры. Вязание может быть лучше в том смысле, что все формы свитеров, скажем, строятся из многочисленных отдельных стежков, как отдельных клеток. Но есть лучшие аналогии, как мы увидим.
Как насчет сборки автомобиля, или другой сложной машины на заводском конвейере: это — хорошая аналогия? Как ваяние и пошив, монтаж готовых деталей — эффективный способ сделать что-нибудь. На автомобильном заводе части имеются уже изготовленными предварительно, часто путем отливки в формы в литейном цехе (и есть, я думаю, нечто отдаленно напоминающее литье в эмбриологии). Затем готовые части соединяются на конвейере и привинчиваются, приковываются, свариваются или склеиваются, шаг за шагом, согласно точно начерченному чертежу. Еще раз, у эмбриологии нет ничего напоминающего ранее начерченный чертёж. Но есть сходство с упорядоченным склеиванием предварительно собранных частей, как в сборочном цехе автомобильного завода ранее произведенные карбюраторы, и распределительные головки, и ремни вентилятора, и головки цилиндра сводятся воедино и соединяются в правильном положении.
Ниже приведены три вида вируса. Слева — вирус табачной мозаики (ВТМ), которая паразитирует на растениях табака и других представителях семейства пасленовых, таких, как помидоры. В середине аденовирус, который поражает дыхательную систему многих животных, включая нас. Справа бактериофаг T4, который паразитирует на бактерии. Он похож на лунный посадочный модуль, и он ведет себя довольно схоже, «приземляясь» на поверхность бактерии (которая намного больше), потом становясь на свои «паучьи ноги», затем проталкивая зонд в середине сквозь клеточную стенку бактерии и впрыскивая внутрь свою ДНК. Вирусная ДНК затем захватывает оборудование бактерии, производящее белки, которое перенастраивается для создания новых вирусов. Другие два вируса на картинке делают что-то подобное, хотя они не выглядят или не ведут себя как лунные аппараты. Во всех случаях их генетический материал захватывает производящий белки аппарат клетки-хозяина и переключает ее молекулярную производственную линию для изготовления в большом количестве вирусов вместо ее нормальных продуктов.
Три вида вирусов
Большая часть того, что вы видите на картинках, является белковым контейнером для генетического материала, а в случае Т4 («лунного посадочного модуля») — оборудованием для заражения хозяина. Интересен способ, которым этот белковый аппарат собирается. Он действительно самосборный. Каждый вирус собирается из нескольких ранее произведенных молекул белка. Каждая молекула белка, способом, который мы увидим, ранее самособралась в характерную «третичную структуру» в соответствии с законами химии, с учетом его конкретной последовательности аминокислот. И затем в вирусе молекулы белка соединяются друг с другом, чтобы сформировать так называемую «четвертичную структуру», снова следуя локальным правилам. Не существует никакого глобального плана, никакого чертежа.
