Все началось с опытов над губками. Уже в начале нашего века было показано, что если живую морскую губку осторожно продавить сквозь сито, то таким способом ее можно разделить практически на отдельные клетки. Но стоит только снова слить все эти клетки в один сосуд, как они начнут объединяться. Да не просто объединяться, а «вспоминая» тот же порядок, в котором они находились в губке до того, как их разделили. Значит, на поверхности клеток губки есть, какие-то структуры, благодаря которым каждая клетка, как зубчиками, входит одна в другую. Некоторые исследователи называют эти структуры комплементарными, и считают, что они подходят друг к другу, как ключ к замку.
Оказалось, что клетки каждого живого организма связаны друг с другом через такие комплементарные мостики. У вполне развившихся, взрослых организмов эта связь очень прочна, и разорвать ее трудно. На ранних же стадиях развития, когда клетки Крупные, и округлые, разорвать такие связи значительно проще, достаточно только среду, в которую помещен зародыш, лишить ионов кальция, которые здесь выступают в роли своеобразного биологического клея.
Если зародыши морских ежей поместить в морскую воду, лишенную кальция, то после легкого встряхивания зародыши распадутся на отдельные клетки. Но стоит добавить в воду недостающий кальций, опять встряхнуть, и все клетки зародышей, как по мановению волшебной палочки, снова займут свои места. Каким же образом одинаковые атомы кальция склеивают клетки зародыша в строго определенном порядке, в соответствии с генетической программой?
Ответ на вопрос был получен недавно. В 1967 году английские ученые Вейс и Мейхю обнаружили, что кальций связывается с периферическими участками рибонуклеиновых кислот. Раньше считалось, что РНК ответственна за синтез белка, потом нашли, что РНК, и ДНК отвечают, и за клеточную память, и память всего организма. И вот теперь выясняется еще одно назначение РНК молекулы памяти, расположенные непосредственно на периферии клеток, программируют их стыковку. Иначе говоря, они хранят память о том, как клетки должны контактировать друг с другом.
Стремясь проверить это утверждение, мы провели в нашей лаборатории серию опытов. Но прежде, чем приступить к ним, нам предстояло выбрать объект эксперимента. Из колоссального многообразия клеток (а клетки всех живых организмов имеют один, и тот же механизм контакта, поскольку природа на молекулярном уровне, как правило, работает однотипно) надо было выбрать именно те, с помощью которых было бы легче проследить процесс объединения, подсмотреть за молекулами РНК на поверхности клеток, да еще найти на этих молекулах участки, к которым «приклеивается» кальций.
Сделать выбор помог наук. Он пробежал по забору на своих длинных ногах, контактируя с забором только в восьми точках. А что, если, и клетки взять такие, которые, как паучки, контактируют только своими отростками? Ведь тогда только на отростках, и следует искать стыкующие механизмы? Это уже не вся поверхность клетки, а только точки на ее поверхности, их проще искать, и легче исследовать.
Природа создала такое множество, и разнообразие клеток, что найти среди них отросчатые можно без труда. Однако надо брать лишь очень подвижные, и часто стыкующиеся своими ножками клетки, у которых контактирующий механизм работает на полную мощь. Лучше всего для этой цели подойдут клетки эмбриона, например, лягушки, ибо рана, нанесенная зародышу на ранней стадии развития, затягивается, и исчезает буквально на глазах, и через минуту уже ни за, что не обнаружишь, где она была. Вот где самый активный контакт клеток, да к тому же весь эмбрион начинен отросчатыми клетками-паучками, называемыми мезенхимными клетками. Мезенхимным клеткам приходится перестраиваться, строиться в ряды, поворачиваться из них образуется большинство внутренних органов.
Современные методы науки позволяют выявить, и даже количественно измерить большинство веществ, содержащихся в клетке. Вот, и в этом случае, проведя сначала реакцию на РНК в мезенхимной клетке, удалось установить, что количество нуклеиновой кислоты на концах ее отростков повышено. Делаем вторую реакцию - на кальций. Она показывает, что он скапливается (связывается), как раз в тех местах, где больше РНК, и образует даже небольшие наросты на оболочке клетки. Как проверить, что кальций на поверхности клетки связан именно с РНК? Это подтверждает реакция, когда с помощью фермента рибонуклеазы разрушается РНК. После воздействия рибонуклеазы на концах отростков мезенхимных клеток не остается, и кальция окраска на кальций не получается.
Теперь попытаемся представить весь механизм контакта клеток, сделав, правда, некоторые допущения ради связи еще разрозненных данных в единую стройную систему.
Складываясь в ткань, «строя» орган, клетки организма контактируют друг с другом с помощью петель РНК, как бы выпущенных через оболочку, и эти петли несут, как раз те участки нуклеиновых кислот, которые обладают сродством к кальцию. Причем кальций образует мостики от одной клетки к другой только тогда, когда на этой второй клетке будет точно такой же рисунок из РНК, что, и на первой, с теми же участками, обладающими сродством к кальцию. Поверхности всех клеток, как бы покрыты рисунками из РНК, и стыковка клеток может произойти в том случае, если поверхностные рисунки совпадают, и соединяются через кальциевые мостики. Такое совпадение возможно лишь при одинаковых наследственных программах, полученных непосредственно от ядра клетки.
Так выявляется еще одна функция РНК - функция структурной памяти, или памяти пространства.
Следует отметить, что связь через кальциевые мостики - это первичная, и непрочная связь. Но в молодом, развивающемся организме клетки, испытывающие частые перестройки, соединяются именно этой первичной связью. Затем клетки строят, видимо, более прочные связывающие их структуры. В развившемся организме происходит, как бы «закручивание гаек», клетки начинают занимать определенное положение, и цементируются в определенных местах контакта. Для придания большей прочности к таким сцементированным участкам от каждой клетки идут специальные волокна - они называются десмосомами.
А может ли так случиться, что клетки одного органа перестанут узнавать друг друга? Как показывают последние исследования, именно это происходит при злокачественных образованиях. Раковые клетки отличаются от нормальных еще, и тем, что теряют пространственную память, и чувство контакта с другими клетками. Видимо, под слиянием, каких-то канцерогенных факторов в клетке происходят такие генетические изменения, которые нарушают рисунки РНК на поверхности клеток. После этого ломаются кальциевые мостики. Контакт выходит из строя, десмосомы разрываются, и каждая клетка приобретает ненужную организму самостоятельность. Клетки отрываются друг от друга, округляются, делятся, как хотят.
До сих пор рассматривался близкий контакт клеток. Однако в живом организме можно найти контакты, осуществляемые между клетками, отстоящими относительно далеко друг от друга, иногда даже на десятки сантиметров.
Самый сложный агрегат, где собрано неисчислимое количество контактирующих элементов, и который можно считать прообразом будущих приборов, и машин, - это мозг, пусть даже самого примитивного животного. Все его нейроны (а в мозгу человека их около 14 миллиардов) связаны с соседними, к тому же каждый отросток приходит в точно намеченное место соседней клетки, так же ведут себя, и нервные волокна, отходящие от спинного мозга. Каким же образом нервное волокно, отросток нейрона, находит место, к которому ему нужно присоединиться?
Ряд сложно поставленных опытов показывает, что нервное волокно, как бы притягивается к месту контакта. При этом путаницы почти никогда не бывает. Это можно проследить на развивающихся системах-эмбрионах. Гели зачаток конечности эмбриона тритона пересадить из его обычного места несколько дальше, к хвосту, он быстро прирастет на новом месте, и в точно намеченное время в него начнут врастать нервы так же, как они врастали бы в нормальный зачаток конечности. В пересаженный зачаток будут врастать именно те нервы, которые для него предназначены. Они изменят свой обычный путь н, отойдя от спинальных нервных узлов, отклонятся ровно настолько, насколько был перенесен назад зачаток конечности.
О силах, которые на расстоянии притягивают нервное волокно к развивающемуся отростку, пока можно только догадываться, и строить различные предположения. Одни исследователи, например, считают, что здесь оказывает влияние электрическое поле, другие отдают первенство магнитному полю, третьи видят причину в химическом взаимодействии контактирующих на расстоянии клеток.
Так или иначе, вопрос остается пока открытым. Но уже ясно одно раскрыв механизмы биоконтакта, человек получит совершенно новые возможности применения его принципа, и в технике. Можно только представить, сколь широкими, и саморегулирующими системами будет обладать контакт, построенный по подобию биологического контактирования. В микросистемах, где возможны сдвиги деталей, соединяемых друг с другом, все равно соединения произойдут правильно, за счет саморегуляции, совершаемой, как на близком, так, и на дальнем контактировании. Все это позволит приблизить миниатюризацию элецтронных приборов к объемам биологических систем, работающих на электронном уровне, например, мозга, в котором гораздо больше «проводов», и их сложных соединений, чем самих соединяемых элементов.
