Селектогенез и номогенез – перспективы синтеза

Савостьянов Г.А.

Институт эволюционной физиологии и биохимии РАН, Санкт-Петербург 194223, Россия e-mail:savost@iephb.ru

Спор селекто- и номогенеза длительное время идет по кругу с практически повторяющимся набором аргументов. Недостаточная результативность этой дискуссии может объясняться тем, что она ведется в содержательных терминах и понятиях, носящих качественный и, нередко, интуитивный характер. Выходом из этой ситуации и основой для синтеза обоих направлений может послужить переход к формализованному описанию процессов развития в фило- и онтогенезе.

Одним из направлений такой формализации является использование теории самоорганизации и фрактальной геометрии для описания морфогенеза (см., например, Исаева и др. 2004). Другое направление состоит в формализации процессов специализации и интеграции (т. е. разделения труда), лежащих в основе становления и развития различных сообществ и многоклеточных организмов (Савостьянов 2005).

В докладе приводятся элементы формализованного языка для описания этих процессов на примере разделения функций в идеализированном Metazoa. Вводятся и определяются основные понятия: набор функций и элементарные акты их разделения, а также понятие элементарной единицы многоклеточности, названной гистионом. Формулируются алгоритм возникновения гистионов и регламентирующие их структуру постулаты. Описывается возникающее в итоге семейство гистионов и строится их естественная классификация в виде периодической таблицы. Такая таблица наглядно отражает все основные закономерности филэмбриогенеза, а ее параметры имеют биологический смысл и пригодны для измерения прогрессивного развития. Положение гистиона в ней однозначно характеризует все его свойства.

Рассмотрение тканей как полимеризованных гистионов показало, что тканевая структура апроксимируется семействами одно-, двух- и трехмерных моделей в виде периодических клеточных решеток, подобных кристаллическим. Дается набор постулатов, регламентирующих структуру таких решеток и позволяющих вычислять множество их вариантов в топологической и геометрической форме. Для такого вычисления и визуализации трехмерного строения моделей разработана специальная компьютерная программа Гистоарх. Экспериментальная проверка моделей показала, что они полностью соответствуют строению реальных клеточных пластов. Полученное семейство моделей позволяет предсказывать и затем экспериментально обнаруживать неизвестные ранее варианты гистоархитектуры. Это семейство позволило также выявить ряд новых свойств эпителиальных пластов, среди которых важнейшими являются трансляционная симметрия и слайсовое строение (где слайсы – это элементарные блоки гистоархитектуры). Получен также комплекс новых информативных признаков для характеристики гистоархитектуры.

В целом полученные результаты составляют новое научное направление – структурную филэмбриологию и гистологию. Она способна компактно описывать всё теоретически возможное многообразие вариантов многоклеточности и строения клеточных пластов. Кроме того, она способна прогнозировать их развитие, а также направления их изменений в патологии. Роль отбора при этом заключается в определении того, какие именно варианты из теоретически возможных будут реализовываться в различных конкретных условиях. При таком подходе становится возможным уточнение общей природы факторов, осуществляющих отбор и создание шкалы для измерения их величины. Полученные результаты справедливы для развития всех сообществ, основанных на разделении труда.

Таким образом, формализованный подход к изучению специализации и интеграции позволяет устанавливать номогенетический характер филэмбриогенеза и определять при этом роль и место отбора.