формировании анатомических структур на самых первых этапах. Но с чего начать исследование такого глобального вопроса?

Так вышло, что Левину нужно было выбрать тему для диссертации на медицинском факультете Гарварда, а тогда, в начале 1990-х годов, один аспект формирования человеческого организма в матке оставался еще совершенно непонятным: как эмбрион различает левую и правую стороны? Гипотезы были, но никаких убедительных теорий. Для аспиранта это был очень заманчивый и доступный плод. И Левин принялся изучать то, каким образом клетки, не имея мозга, способны отличать левую сторону от правой. И поверьте, это вовсе не мелочь: их способность различать левую и правую стороны в процессе эмбрионального развития играет ключевую роль в нашем выживании. При взгляде на тело снаружи возникает иллюзия симметрии: два глаза, два уха, две руки и две ноги – с одинаковым расположением с двух сторон тела. Однако внутри все иначе. Вероятно, вы знаете, что сердце и желудок у нас сдвинуты влево, а с правой стороны располагаются печень, аппендикс и поджелудочная железа. Примерно у одного человека из двадцати тысяч все обстоит наоборот[320]. И в этом нет ничего страшного! Обычно у них нет никаких проблем со здоровьем (за исключением того, что к ним постоянно пристают назойливые ученые, пытаясь лучше изучить их состояние, называемое situs inversus)[321]. А вот если с “неправильной” стороны оказываются только какие-то отдельные элементы, возникают проблемы. Искажения точной внутренней асимметрии тела, особенно если дело касается тонкой сердечной проводимости, является причиной многих врожденных пороков сердца и других угрожающих жизни осложнений.

Формирование всех этих вариантов строения – нормального, перевернутого или частично измененного – долгое время оставалось интересной и нерешенной загадкой. Почему сердце формируется слева, а не справа? И откуда тело знает, что нужно развиваться именно таким образом? Никто не мог указать на какой-то конкретный молекулярный элемент, и поэтому не было обнаружено никаких генетических причин. Так или иначе, гены не могут отвечать за все. В конце концов, генетическая информация вообще не имеет пространственной составляющей. В геноме не определено различие между левой и правой стороной. Изучая старые статьи об ионных токах, Левин пришел к заключению, что в полярности клетки какую-то важную роль играет электричество. Но какую именно?

Джефф был далеко не единственным ученым, интересовавшимся этими вопросами[322]. За десятилетия исследований были обнаружены все ионы, входящие в клетки и выходящие из клеток развивающегося эмбриона каждого вида. Были идентифицированы ионные каналы, которые пропускают их через зиготу, и бластомеры, образующиеся при ее дроблении по мере ее превращения в развивающийся эмбрион. В ходе этого превращения с ионами и ионными каналами происходят удивительные вещи: все изменяется загадочным образом. Одни возникают, другие исчезают, а потом появляются вновь, и с их появлением и исчезновением появляются и исчезают электрические токи.

О важной функциональной роли этих таинственных электрических превращений свидетельствуют события, происходящие при прерывании этих токов. Остановка даже самых слабых токов ионов натрия приводит к образованию “розетки” – аномального эмбриона, “потерявшего пространственную ориентацию”, как выразилась итальянский биолог Элизабетта Тости. Она пришла к выводу, что ионные токи в процессе оплодотворения и после него играют ключевую роль в развитии эмбриона[323]. Нарушение токов калия тоже приводит к дефектам развития – и это еще одно подтверждение важнейшей роли ионов в развитии эмбриона. Однако никому не удавалось сложить все эти разрозненные фрагменты пазла в цельную картину.

С наступлением XXI века Левин уже смог заняться этой тематикой в собственной лаборатории в Институте Форсита в Гарварде[324]. Как электричество регулирует полярность клеток? Они с Кеном Робинсоном обнаружили протонный насос – еще одного “вышибалу” из тех, которых мы упоминали в третьей главе. Протоны – это ионы водорода. Эти “вышибалы” специализируются на поддержании строгого равновесия между ионами водорода и калия. В неоплодотворенной икринке лягушки протонные насосы равномерно распределены по всей поверхности клетки.

Но, проанализировав состояние этих насосов после оплодотворения, Левин и Робинсон обнаружили нечто странное: все каналы начали переползать на одну сторону клетки, где сливались в единую, плотно сбитую группу. Раньше никто ничего подобного не наблюдал. Если ионные насосы собираются на одной стороне яйцеклетки, это означает, что ионы водорода могут входить в клетку и выходить из нее только на этой стороне. В результате создается напряжение, и происходит это вскоре после оплодотворения, когда эмбрион лягушки состоит всего из четырех клеток. Может быть, это и было ответом на их вопрос?

Когда ученые подозревают, что обнаружили причинное явление такого рода, на следующем этапе они должны организовать эксперимент, который мог бы опровергнуть их гипотезу. Левин и Робинсон решили посмотреть, что будет, если не позволять протонным насосам перемещаться после оплодотворения и нарушать идеальную симметрию. С этой целью они подсаживали развивающемуся эмбриону лишние протонные насосы или калиевые каналы, чтобы нивелировать изменения их расположения, имитируя равномерное распределение в неоплодотворенной яйцеклетке. Если они были правы, это равномерное распределение должно было нарушить способность эмбриона различать левую и правую стороны. Так и вышло. В эмбрионах с дополнительными протонными насосами происходила полная путаница, и их сердце могло сформироваться как слева, так и справа. Очевидно, протонные насосы играли важнейшую роль в определении левой и правой сторон тела.

Но одновременно также происходило изменение мембранного потенциала. И это было странно. В третьей главе мы обсуждали, что передача потенциала действия по нервам осуществляется за счет изменения мембранного потенциала. Но почему изменяется мембранный потенциал в только что образовавшемся эмбрионе? Какой в этом смысл, если в эмбрионе еще нет нервов? Левин предположил, что потенциал является частью механизма, с помощью которого эмбрион разъясняет своим клеткам, в какие ткани они должны превращаться. Эту идею озвучила биолог Мина Бисселл: если во всех клетках содержатся одинаковые гены, почему одни из них делают что-то одно, а другие – что-то другое? Почему одни становятся клетками кости, а другие – клетками кожи или нервами?

Призрак лягушки

В 2003 году беспокойная Дэни Спенсер Адамс работала в должности ассистент-профессора биологии и ожидала назначения на постоянную позицию в Смит-колледже в Массачусетсе. Ее специальностью была биомеханика в биологии развития, но работа начинала ей надоедать. После нескольких бессонных ночей она решила не дожидаться назначения, а попытать силы в чем-то более интересном.

Она увидела вакансию для недавно защитившихся исследователей, желающих заниматься изучением лево-правой асимметрии. Это был нестандартный путь в научной карьере, но Адамс так заинтересовалась, что отправилась в Бостон. Через час Левин предложил ей работу, и она уже знала, что согласится.

Адамс начала с изучения протонных насосов, открытых Левиным и Робинсоном. На первом