Данные в пользу термодинамической модели полученные in vivo

До недавнего времени не удавалось поставить эксперимент по проверке термодинамической моде-

Рис. 15. 12. Коммутационная иерархия рассортировки у ранних куриных зародышей. Клетки, обладающие способностью к слипанию в наибольшей степени, занимают в смешанном агрегате центральное положение А. Пигментированные клетки сетчатки отсортировываются от клеток печени к центру, но в случае смешивания с клетками хряща занимают периферическое положение (Б). В. Если смешаны клетки всех трех типов, то клетки сетчатки образуют слой между центрально расположенными хрящевыми клетками и периферическими клетками печени. Г. Относительное положение, занимаемое в агрегатах клетками пяти различных типов. (Из Steinberg. 1964.)

Гилберт с. Биология развития: в 3-х т. Т. 3: Пер. С англ. – м.: Мир, 1995. – 352с.

__________________ ПРОСТРАНСТВЕННАЯ УПОРЯДОЧЕННОСТЬ КЛЕТОК 1Б

Рис. 15.13. Рассортировка процесс, стремящийся к максимальной термодинамической устойчивости. А. Рассортировка происходит в том случае, когда средняя сила адгезии между клетками разных типов (wab) меньше среднего значения гомотипических (а–а или b–b) адгезивных сил (waa, wbb). Клетки, обладающие большей адгезивной способностью, занимают центральное положение. Б. Если сила адгезии a–b больше или равна среднему гомотипических адгезий, то рассортировки не будет, так как система уже достигла термодинамического равновесия, и смесь клеток будет носить случайный характер. В. Если связи a–b намного слабее, чем среднее гомотипических адгезий, то произойдет полное разделение клеток разных типов. (Это наблюдается, например, в случае смешивания масла и воды.) (По Steinberg, 1982.)

ли клеточной миграции in vivo, однако теперь данные в поддержку этой гипотезы удалось получить в опытах по изучению регенерации конечностей у бесхвостых амфибий. Регенерация конечностей этих животных (подробно этот процесс будет описан в гл. 17) характеризуется рядом примечательных особенностей. Если переднюю конечность ампутировать на уровне плеча, то на конце оставшейся культи формируется масса недифференцированных клеток (регенерационная бластема), которые делятся, дифференцируются и формируют новую конечность. Дифференцировка новых тканей начинается в месте ампутации, образуя в этом случае недостающую часть от уровня плеча в дистальном направлении. Если передняя конечность удалена на уровне запястья, то формируется аналогичная регенерационная бластема. Однако она не образует тканей плеча и предплечья – скорее, она «знает» свое место и регенерирует только запястье и пальцы.

Каким образом хранится эта «позиционная память?» Нарди и Стокум (Nardi, Stocum, 1983) показали, что если совместить две бластемы конечностей хвостатой амфибии с одного уровня ампутации, то они сольются, но ни одна из тканей не будет окружать другую (рис. 15.14). Однако если бластемы взяты с разных уровней, то более проксимальная (та, что ближе к телу) бластема окружит более дистальную. Эти факты свидетельствуют о том, что адгезивные свойства клеток образуют градиент вдоль проксимодистальной оси, будучи в большей степени представлены в запястье и в меньшей – в области плеча.

Исследователям (Crawford, Stocum, 1988) удалось связать эти процессы рассортировки клеток, наблюдаемые вне организма, с процессами в живой регенерирующей конечности. Бластемы из области запястья, предплечья или плеча пересаживали на границу бластема – культя задней конечности, ампутированной на уровне середины бедра. Бластемы передней конечности мигрировали дистально на соответствующий уровень задней конечности хозяина и затем регенерировали новые структуры (рис. 15.15). Бластема плеча регенерировала полную переднюю конечность непосредственно от уровня середины бедра. Бластема предплечья перемещалась на уровень голени и здесь образовывала недостающую часть передней конечности в дистальном направлении; бластема запястья смещалась к концу регенерирующей задней конечности, где рядом с предплюсной формировала запястье. Эти данные позволяют считать, что иерархия клеточной рассортировки, наблюдаемая вне организма, отражает существующие в организме различия, которые позволяют ему создавать новые органы.