Электричество в зародыше

Кроме нескольких разрозненных попыток воспроизвести эти данные в 1930-е и 1940-е годы, никто больше не повторял опыты Бёрра с измерением напряжения при овуляции. И поэтому мы не можем со всей определенностью сказать, какой именно сигнал он регистрировал. Зато благодаря другим экспериментам, выполненным за прошедшие с тех пор почти сто лет, мы знаем, что яйцеклетки и сперматозоиды действительно являются электрогенными клетками – клетками, обладающими электрической активностью. И еще какой!

Как подтвердили бы и Бёрр, и Лайонел Джефф, изучать человеческие яйцеклетки в их естественной среде намного труднее, чем яйцеклетки морских водорослей или лягушек, которые проходят все стадии созревания вне матки. Вот почему развитие животных так часто изучали на лягушках и так редко – на людях.

Пока молодые яйцеклетки (ооциты) и сперматозоиды (сперматиды) все еще находятся соответственно в фолликулах или семенниках, они не испускают сильных электрических сигналов. Но по мере созревания электрическая активность яйцеклеток всех видов животных усиливается[315]. Перед тем как покинуть “материнский корабль”, яйцеклетка начинает энергично передавать сигналы, как будто кто-то щелкнул переключателем (сила этого сигнала является критерием для отбора лучших клеток при проведении искусственного оплодотворения[316]). Биолог с Биостанции Антона Дорна в Неаполе Элизабетта Тости обнаружила, что “включение” такого сигнала осуществляется за счет изменения типа и количества ионов, проходящих через мембрану яйцеклетки, в результате чего клетка становится сверхполяризованной.

У сперматозоидов тоже есть аналогичный электрический переключатель, который готовит их к встрече с яйцеклеткой. Исследования сперматозоидов морских ежей, проведенные в 1980-е годы, показали, что у них имеется множество калиевых и хлорных каналов, а также других стандартных “подозреваемых”, которые обычно встречаются в нейронах, и, как и в нейронах, блокировка этих каналов не позволяет сперматозоидам добраться до цели. Например, один из важнейших источников тока в человеческих сперматозоидах – это ионы кальция, которые придают сперматозоидам ускорение, как закись азота – машине, помогая им прорваться через негостеприимное пространство репродуктивных путей[317]. Перекройте кальциевые каналы – и сперматозоид будет бессмысленно ерзать на месте и никуда не продвинется (этот механизм рассматривали в качестве возможного метода контрацепции для мужчин).

Наверное, вы думаете, что у добравшегося до яйцеклетки сперматозоида лишь одна очевидная функция, но на самом деле их две. Всем нам рассказывали в школе, что сперматозоид доставляет в яйцеклетку геном мужской особи. Но чтобы это событие произошло хоть с какой-то вероятностью, сперматозоид должен сперва включить еще один электрический переключатель на мембране яйцеклетки. Этот “активатор” важен для всего дальнейшего процесса и никак не связан с геномом. Его включение отличается от включения переключателя созревания в такой же степени, как включение ночника у кровати отличается от зажигания двигателей первой ступени космического корабля. Первый контакт сперматозоида с яйцеклеткой вызывает гигантскую волну перемещения ионов кальция по всей яйцеклетке. И теперь никакой другой сперматозоид не может в нее войти, что значительно усложняет пересечение финишной прямой сперматозоиду, претендующему на “серебряную медаль”.

Процесс этот настолько последовательный, что яйцеклетка возбуждается и начинает превращаться в эмбрион, даже если исследователи вызывают ток кальция в отсутствие сперматозоида. Вот вам и непорочное зачатие!

Искусственная имитация волны кальция, которую в норме индуцирует сперматозоид, стимулирует деление яйцеклетки без сперматозоида и его генома[318]. Из этических соображений мы не можем проверить и узнать, как далеко продвигается процесс развития такого эмбриона у человека, однако у кроликов он проходит примерно треть всего пути эмбрионального развития. (Интересный факт: первое клонированное млекопитающее, овечка Долли, было получено не путем партеногенеза, но с помощью электрической активации[319].)

Вывод такой: на всех стадиях зачатия от яйцеклетки до ее оплодотворения ионные каналы и создаваемые ими токи играют фундаментальную роль в высекании искры жизни. Однако все это несопоставимо с их важнейшей ролью в определении окончательной формы нашего тела.

Инструкции по сборке одного (1) человека

В набор лего всегда вкладывают подробную поэтапную инструкцию по сборке, так что не возникает сомнений, какую деталь следует присоединять на каждой следующей стадии. Это также позволяет понять, каким образом каждая конкретная деталь встроена в общую схему модели, которую вы собираете.

Образование эмбриона во многом похоже на построение замка из кубиков лего: в замке должны быть башенки, горгульи и крепостной ров, а у нас – две ноги, два глаза и сердце. Однако, в отличие от игрушечного замка Камелот, мы не приходим в мир в коробке с изображением нашей окончательной формы, не говоря уже об инструкциях по сборке – да мы и не занимаемся сборкой сами. Вместо этого мы спокойно сидим и ждем, пока наши кубики лего организуются самостоятельно. Наши маленькие кубики лего – наши клетки – собирают себя сами. Еще удивительнее то, что, когда все идет правильно, все клетки делают все правильно примерно одним и тем же образом: все мы приобретаем форму и пропорции, характерные для нашего вида (а нарушение “ГОСТа” наглядно отражается в аномальных формах кур, лягушек, мышей и людей).

Но откуда наши самые первые клетки знают, как правильно организоваться – сформировать глаза, ноги, пальцы и все остальное в правильных местах и в правильном порядке? Кто дает им шаблон, по которому можно проверить, что все эти пальцы, плавники или клювы не слишком огромные, не слишком маленькие и имеют правильную длину? Что еще важнее – откуда они знают, когда пора остановиться?

Возможно, вы думаете, что все это записано в ДНК. Ответ неправильный. Вы можете обыскать все A, T, C и G в своем геноме, перевернуть их вверх тормашками и вытряхнуть всю мелочь из их карманов, но вы не найдете там анатомических инструкций. Вы найдете массу других инструкций: шифр для цвета волос вашего ребенка, его кожи, его глаз. Но вы не найдете никаких инструкций о количестве глаз. Нет такого гена, который отвечает за создание двух глаз. Нет генов, которые указывают: “глаза должны быть расположены в лицевой части головы”. Нет генов для правила: “две руки и две ноги, с двух сторон тела”. Невозможно определить форму тела какого-то организма только путем считывания его генома.

Но если не гены, то что же определяет форму нашего тела?

В голове Майкла Левина этот вопрос возник еще в детстве, когда он заинтересовался тем, как из яйцеклетки может получиться целый человек. Позднее, основываясь на предыдущих исследованиях Лайонела Джеффа и Гарольда Сакстона Бёрра, он начал подозревать, что те самые ионные каналы, которые Джефф обнаружил в морских водорослях, и поля, которые, как выяснил Бёрр, исходят абсолютно из всего, могут играть важную роль в