ДНК метильные группы и препятствовать ее чтению и что рецепторы к некоторым гормонам напрямую действуют как транскрипционные факторы: проникают в ядро, находят нужный участок ДНК и заставляют его работать.

2. Контролировать активность белков (любых, в том числе и транскрипционных факторов). К ним можно, например, присоединять остатки фосфорной кислоты, от чего белки меняют свою пространственную структуру; на практике это обычно приводит к их обратимому включению и выключению. Запустить фосфорилирование, в свою очередь, можно множеством способов. Допустим, повысить в цитоплазме уровень ионов кальция (заблаговременно припасенных в мембранной цистерне), чтобы их уловил белок-сенсор, связался бы после этого с ферментом, а тот бы уже фосфорилировал кого надо. И все это за минуту.

3. Реагировать на сигналы из внешней среды (то есть управлять своими генами и белками в соответствии с полученной информацией). Мембрана каждой клетки густо усеяна рецепторами, способными уловить слабое воздействие (молекулярное, электрическое, температурное…) и многократно его усилить, запустив внутри производство молекул-посредников. Существенно, что от набора рецепторов (заблаговременно построенных и правильно размещенных) зависит, кто на что будет реагировать, а кто нет, то есть это всегда диалог внутренней и внешней среды.

Это делают любые клетки в своей обыденной повседневной жизни. Если же мы говорим о построении новых структур, то существенно, что благодаря этим базовым процессам клетки оказываются способны:

• Плодиться и размножаться. Причем делать это с разной интенсивностью, а также определенным образом ориентируя новообразованные дочерние клетки в пространстве (допустим, относительно слоя межклеточного вещества, на котором это происходит, или по градиенту какой-нибудь сигнальной молекулы).

• Изменять свою форму. Клетка может обладать развитым цитоскелетом, позволяющим ей изгибаться, сплющиваться и вытягиваться прямо в процессе жизнедеятельности, или по крайней мере новые клетки могут расти более или менее вытянутыми или сплющенными в разных направлениях, в зависимости опять же от молекулярных инструкций, которые они получили.

• Увеличиваться или уменьшаться в размерах. Этого можно достичь, пропуская различные вещества через мембрану, отшнуровывая от себя кусочки, или же за счет асимметричных делений, когда одна дочерняя клетка становится большой, а вторая маленькой.

• Мигрировать. Клетки эмбриона чаще всего двигаются по рельсам внеклеточного матрикса, подготовленным для них заботливыми соседями, и делают это с помощью ламеллоподий: небольших выростов, которые они выпячивают, цепляются за субстрат, потом подтягивают остальное тело, потом повторяют цикл. Часто миграция бывает коллективной, когда путешественники держатся еще и друг за друга. Кстати, и для неподвижных клеток бывает важно держаться с помощью молекул адгезии за кого надо, а кого не надо, того отпускать. (Да и для людей, чего уж там.)

• Дифференцироваться. Пока эмбрион состоит из четырех клеток, каждая из них может стать абсолютно чем угодно (в том числе и отдельным близнецом). Когда он прошел гаструляцию, клетка мезодермы может дать начало костям, мышцам или крови, но утратила возможность стать нейроном или сперматозоидом. Гемопоэтическая стволовая клетка может стать любой клеткой крови, но в мышечную ей никак не превратиться. Эритроцит уже не может стать ничем другим, да и макрофаг тоже. Но зато он оптимизирован для того, чтобы быть идеальным макрофагом.

• Влиять на соседей. Выделять в окружающую среду (или просто размещать на собственной мембране) разнообразные молекулы, которые будут подсказывать другим клеткам, что они должны делать.

• Умирать. Многие разновидности клеток снабжены рецепторами смерти, активация которых запускает работу каспаз – ферментов, заживо переваривающих клетку изнутри. Часто это требуется для блага всего организма.

Этих клеточных свойств достаточно, чтобы построить в четырехмерном пространстве (три измерения и время) все что угодно [1]. Клетки размножаются, оставаясь связанными друг с другом, и формируют слои. Они меняют форму, и эти слои изгибаются, втягиваются внутрь, сворачиваются в трубки. Клетки выделяют в окружающую среду поощряющие и запретительные сигналы, а другие клетки руководствуются ими, чтобы куда-то мигрировать. Чем больше делений прошли клетки, образующие скелет, тем длиннее будут лапы или морда. Чем сильнее были сигналы о необходимости умереть, поступающие в перепонку между пальцами, тем глубже будет она вырезана. Между прочим, размышления об эмбриогенезе помогают намного лучше понять эволюцию. Если задуматься, становится очевидным, что эволюционируют не взрослые формы, а именно что эмбрионы; небольшое генетическое изменение может привести к драматическим последствиям как раз в формирующемся теле.

Существенно, что в живой природе, как и в неживой, далеко не везде требуется микроменеджмент. Некоторые важные процессы могут происходить случайно, а многие – самопроизвольно. На стадии восьми клеток в человеческом эмбрионе еще сохраняется равенство возможностей, но когда клеток 16, то какие-то из них уже оказались снаружи, а какие-то внутри (так уж прошла плоскость деления), и с этого момента на них начинают по-разному влиять и соседи по эмбриону, и клетки яйцевода. На этой стадии уже намечается первая развилка в судьбе: внутренняя клеточная масса превратится в тело человека (и некоторые вспомогательные структуры), внешние клетки станут трофобластом и дадут начало плаценте. Еще через два клеточных деления этот выбор станет уже абсолютно необратимым, закрепленным на уровне фундаментальных различий и в экспрессии генов, и в физиологии клеток. К этому моменту внутри эмбриона образуется пузырек (просто потому, что сигналы, полученные клетками внешней оболочки, побудили их выделять жидкость и закачивать в эту жидкость ионы натрия, от чего количество жидкости быстро увеличивается благодаря просачиванию из окружающей среды). Вторая развилка в судьбе внутренней клеточной массы – кому превращаться в желточный мешок, а кому в тело эмбриона – будет зависеть от того, кто оказался ближе к пузырьку с жидкостью. И даже на разметку передне-задней оси тела у млекопитающих влияет ориентация эмбриона относительно стенки матки – явление, вероятно, случайное.

Если перемотать еще на несколько делений вперед, когда уже присутствуют клетки разных типов, то суровые экспериментаторы делают вот какие опыты: помещают эмбриональные ткани в щелочной раствор, чтобы они диссоциировали на отдельные клетки, перемешивают их, оставляют в покое и наблюдают. И обнаруживается, что клетки находят своих. И самопроизвольно собираются в трехмерную структуру, организованную довольно логично. Если перемешать, например, нервные и эпидермальные клетки, то первые группируются в кучку, а вторые окружают их однослойным покрывалом; если добавить туда же и клетки мезодермы, то они расположатся посерединке, трехслойный зародыш соберется сам собой. Так происходит не потому, что клетки (не очень-то уже живые после проведенных манипуляций) каким-то образом знают, где им положено находиться; просто таковы физические свойства белков адгезии у них на поверхности [2].

Алгоритмы живого

Большинство событий в эмбриогенезе контролируются по принципу “если – то”. Допустим, “если белка A в клетке мало, а белка B много, то мы начинаем считывать ген C” (и синтезировать соответствующий белок, который, в