Бесконечное число самых прекрасных форм. Новая наука эво-дево и эволюция царства животных

Параллели эмбриона не соответствуют повторяющимся модулям, но некоторые из них очерчивают границы будущих зародышевых листков эмбриона. Например, все клетки, экспрессирующие ген, показанный на вкладке 4e, в процессе гаструляции окажутся внутри эмбриона и сформируют средний зародышевый листок, или мезодерму, из которой позднее разовьются мышцы и другие ткани. Клетки, расположенные к северу от них в области экватора, переместятся к югу и сформируют эпидермис брюшной стороны животного и нервный тяж.

Миры в мире: гены развития намечают расположение будущих органов и конечностей

Когда параллели и меридианы нанесены, а интервалы между ними уточнены, появляется информация, позволяющая определять положение на теле эмбриона с учетом обеих осей. Теперь можно размещать органы и другие структуры, и тут берутся за дело ключевые гены развития, ответственные за построение органов. В зависимости от количества будущих структур каждого типа, задается одна или несколько пар координат, маркирующих положение "строительных площадок".

Например, в грудном отделе дрозофилы располагаются три пары ног — по одной паре на каждый сегмент. В развивающемся эмбрионе ответственный за построение конечностей мастер-ген Distal-less (вспомните третью главу) включается в нескольких местах — ближе к южному окончанию трех сегментов, расположенных в западной части эмбриона (вкладка 4f, внизу). Обратите внимание, что в восточных сегментах Dll не активируется. Причина заключается в том, что Hox-белки строго контролируют ситуацию в каждом сегменте и не позволяют гену Dll включиться восточнее области груди (здесь формируются брюшные сегменты, не имеющие ног).

У дрозофилы две пары крыльев, и можно увидеть, как мастер-ген, вовлеченный в формирование крыла, получает сигнал включиться только в клетках, расположенных к северу от того места, где ген Dll помечает место создания будущих ног во втором и третьем грудных сегментах, но не восточнее (вкладка 4f, вверху). Относительное расположение зачатков крыльев и ног соответствует относительному расположению этих конечностей на теле взрослой дрозофилы (крылья на спине, ноги на брюхе).

Будущие ноги и крылья на этом этапе еще совсем крошечные: в одной конечности едва наберется 15-20 клеток. Но за несколько дней они вырастают в тысячу раз и становятся больше, чем был весь эмбрион в тот момент, когда они начали формироваться. В дальнейшем эти структуры станут отдельными частями тела. Их организация зависит от новой системы координат теперь уже в самом крыле, ноге или каком-либо органе. Эта внутренняя система координат устанавливается, когда часть тела еще только намечается. Клетка получает информацию о том, в какой части сегмента она находится, и по мере роста структуры эта информация уточняется. Например, небольшой кластер из 20 клеток крыла разрастется до 50 000 клеток, ограниченных зонами экспрессии генов развития с запада (перед), востока (зад), севера (спина) и юга (брюхо) (вкладка 4g). Линии широты и долготы внутри этих структур служат как для обозначения физических границ (например, для маркировки края крыла), так и для нанесения разметки, по которой пройдет дальнейшая детализация структуры.

Система координат в растущей конечности достаточно подробная, чтобы установить расположение и функцию рядов, кластеров и даже отдельных клеток. Например, крыло дрозофилы имеет две характерные особенности — сеть жилок, которые придают крылу жесткость при быстрых движениях в полете, а также ряды сенсорных щетинок на переднем крае крыла. Положение жилок и расстояние между ними задаются генами развития задолго до того, как эти жилки начинают формироваться, примерно за неделю до того, как муха впервые полетит. Ряды щетинок на передней части крыла располагаются особым образом относительно обеих осей крыла: они формируются по обе стороны от экватора, но не на восточной половине крыла. Гены, которые помогают построить щетинки, активируются в этих координатах задолго до того, как щетинки становятся заметны (вкладка 4h).

4е Координаты широты в раннем эмбрионе определяются генами развития. экспрессирующимися в южной (вверху) экваториальной (в центре) и в северной (внизу) зонах эмбриона. Фотография предоставлена Майком Левайном, Калифорнийский университет в Беркли.