История биологии с начала XX века до наших дней - [278]

Таким образом, установлено, что после образования иРНК на специфических генах синтез белка (трансляция) также регулируется в ходе дифференцировки по особой программе. Недавно был найден один из элементов механизма такой регуляции. Молекулы иРНК после синтеза, вероятно еще в ядре, образуют комплекс с особым белком и далее длительное время могут находиться в таком связанном состоянии, прежде чем войдут в состав полирибосом (или полисом, как их принято теперь именовать), на которых синтезируется белок. В цитоплазме эти комплексы были названы А.С. Спириным (1966) информосомами (см. также главу 23). О характере их функции пока ничего не известно; очевидно, однако, что их постепенное включение в процесс синтеза белка должно регулироваться особым образом. Совершенно неясными остаются также механизмы, определяющие последовательность синтеза разных белков, так как для этого необходимо, чтобы разные информосомы как-то отличались друг от друга и вовлекались в_; процесс трансляции в определенном порядке.

Синтез специфических белков еще не означает завершения процесса дифференцировки. Появление соответствующих белков-ферментов определяет лишь метаболические свойства клеток. Но дифференцированные клетки характеризуются также рядом морфологических свойств — формой, размерами, характером внутриклеточных структур, взаимодействием с окружающими клетками. Образование ряда внутриклеточных структур, таких, как миофибриллы, коллагеновые волокна и т. д., может быть сведено к синтезу соответствующих белков, хотя и в этих случаях образование надмолекулярной организации этих структур требует специального объяснения.

Сложнее образование таких клеточных органелл, как рибосомы и клеточные мембраны (см. также главы 10 и 23). В некоторых случаях известно, например, что формирование этих надмолекулярных структур происходит путем самосборки. Такие процессы описаны для рибосом (А.С. Спирин, Л.П. Гаврилова, 1968), некоторых элементов митохондриальных структур и клеточных мембран. Это означает, что белки, входящие в состав этих субклеточных структур, обладают не только способностью нести свою функциональную нагрузку, но и способностью к самосборке. Однако у некоторых органелл, например, митохондрий, самосборка не обнаружена. Наоборот, известно, что эти структуры делятся и растут. Эта способность митохондрий хорошо увязывается с их частичной автономностью — способностью к синтезу ДНК, РНК и белка. Однако механизм их удвоения и способы увеличения размеров до сих пор являются нерешенной проблемой.

Особенно существенным для понимания морфогенеза представляются межклеточные взаимодействия, определяющие взаимное расположение клеток и их закономерные перемещения в ходе развития. Поведение этих клеток может быть объяснено через свойства их клеточных мембран. Изменение состава белков, входящих в состав этих мембран, может рассматриваться как путь генетического контроля над морфогенезом. Имеются довольно убедительные данные о том, что именно свойства клеточных мембран определяют межклеточные взаимоотношения. Что же касается того, как белки модифицируют клеточную мембрану и каковы механизмы межклеточных контактов, то эти вопросы остаются еще совершенно открытыми.

* * *

Обозревая будущее современной биологии развития, следует указать основные направления исследований на ближайшие годы. Первым направлением явится, безусловно, изучение механизмов регуляции функции генов (природа факторов дифференцировки, активирующих гены; механизмы непосредственного действия на хроматин; структура межгенных связей в ядре; природа генетической компетенции; системы, поддерживающие стабильность дифференцировки в ряду поколений клеток). Именно от этого направления можно ожидать наибольших результатов, так как в его русле работают сейчас десятки лабораторий во многих странах мира.

Вторым актуальным направлением является исследование механизмов клеточной дифференцировки на посттрансляционном уровне, т. е. процессов, посредством которых вновь синтезированные белки определяют форму, функцию и поведение клеток. Можно думать, что то внимание, которое уделяется таким образованиям, как микротрубочки и мембраны, обеспечит успех и этого направления.

Третьей и, вероятно, наиболее трудной проблемой биологии развития является проблема становления формы отдельных органов и всего организма. Достижения здесь пока еще очень невелики и недостаточно ясны те пути, на которых можно ожидать решения этой проблемы.

Глава 27 Изучение биосферы и вопросы воспроизводства и охраны животного и растительного мира

Современная научно-техническая революция внесла в развитие живой природы принципиально новые элементы. Создание атомной и водородной бомб, прогрессирующее загрязнение окружающей среды отходами промышленности, расширение площадей, занятых культурными биоценозами, делают все более очевидным, что масштабы человеческой деятельности быстро приближаются к масштабам природных процессов, изменяя, их в неблагоприятную для человека сторону. Крайнюю остроту и актуальность проблема взаимных отношений человеческого общества и среды его жизни — биосферы — приобрела за последние 25–30 лет, прошедшие после окончания второй мировой войны. Этот период отмечается интенсивной разработкой представлений о структуре и эволюции биосферы как высшего уровня организации жизни на Земле.