Как эмбрион отличает лево от право
Частичная асимметрия у эмбриона возникает потому, что одни клетки создают внутри него поток жидкости, а другие этот поток чувствуют на себе.
Хотя мы и называемся двустороннесимметричными, или билатеральными, животными, наша двусторонняя симметрия неполна. Если заглянуть к нам внутрь, то окажется, что, например, лёгких и почек у нас действительно по право-левой паре, а вот сердце одно и слева, и печень тоже одна — справа, и ещё есть кое-какие органы, нарушающие идеальную билатеральность (а про кишечник лучше и не вспоминать). Всё это общеизвестные факты, билатеральных животных на свете абсолютное большинство, и у всех у них симметрия так же несовершенна, как и у нас.
Эмбрион изначально выглядит как полностью симметричный комок клеток. Но в нём полость с жидкостью, и в эту полость смотрят клетки с ресничками. У некоторых клеток реснички подвижны, у других — нет. Клетки с подвижными ресничками перемежаются с клетками неподвижными. Подвижные реснички движутся так, что жидкость вокруг них течёт в определённом направлении. Этот направленный поток чувствуют неподвижные реснички, от чего и происходит частичная асимметрия: непарные органы у эмбриона будут закладываться с той или с другой стороны.
Механизм с ресничками и различением правой и левой сторон был известен и раньше. Однако было непонятно, что именно чувствуют клетки с неподвижными ресничками. По одной гипотезе, всё дело в каких-то химических сигналах, плывущих в потоке, по другой гипотезе, всё дело в самом потоке, то есть в механических силах, которые с одной стороны давят сильнее, чем с другой.
Сотрудники японского Института физико-химических исследований (RIKEN) пишут в Science, что верна вторая, механическая, гипотеза. Они экспериментировали с эмбрионами мыши, попросту надавливая на неподвижные реснички. Исследователи использовали оптический пинцет, когда сфокусированный лазерный луч удерживает какую-то микрочастицу, и этой микрочастицей можно управлять — например, надавить ею на клеточную ресничку. Никаких изменений в окружающей «химии» не происходило, тем не менее, от давления в клетке включалась цепочка молекулярных сигналов, которая давала начало право-левым отличиям в строении. Причём достаточно только одной реснички, на которую подействует механическая сила, чтобы запустить формирование право-левой асимметрии.
Ресничные клетки в эмбрионе расположены так, что некоторые из них чувствуют поток жидкости слева, а некоторые справа. Оказалось, что асимметрию задают только те реснички, которые сидят на левой стороне изначально симметричного эмбриона. Связано это с тем, что асимметрия есть в строении самих ресничек, молекулярная структура у них с разных сторон разная, поэтому и потоки жидкости они воспринимают по-разному — точнее, реснички на правой стороне эмбриона их никак не воспринимают.
Похожие результаты были получены другими исследователями с зародышами рыб. Можно предположить, что у всех двустороннесимметричных животных частичная асимметрия возникает благодаря гидродинамическому давлению на некоторые зародышевые клетки. Происходит это на очень ранних стадиях эмбрионального развития, и, возможно, некоторые врождённые аномалии возникают из-за того, что клетки с ресничками как-то не так воспринимали окружающие их потоки жидкости.
