— Сегодня наша лекция посвящена морфогенезу — возникновению у животных различных органов и окраса. Вот перед вами птица, рыба и млекопитающее. Каждое из этих животных начало развитие из одной-единственной клетки, которая превратилась в две идентичные клетки, потом — в четыре и так далее. В процессе деления первых клеток получаются клетки, идентичные по генетическому набору, но что удивительно: из скопления первоначально одинаковых клеток вырастают впоследствии различные органы, например… — профессор постучала по клетке голдфинча, — у птицы возникают голова, крылья, лапы, хвост.
Каждый орган несёт свою нагрузку и снова дифференцируется: клетки птичьей головы изобретательно выстраиваются в сложно организованный мозг, глаза, органы чувств… Рыба создаёт плавники, жабры, мышцы из клеток с одинаковым набором генетической информации. Как же идентичные клетки становятся хвостом или головой? Как набор клеток догадывается, что его конечная цель — создание уха или сверхсложного глаза? Как клетки кошачьей шерсти узнают, что им надо образовать полосатый узор? Кто срежиссировал или сдирижировал коллективную окраску клеток кожи, шерсти и чешуи, чтобы возникла такая цветовая симфония? Эту тему биологи называют морфогенез — образование форм.
Профессор насыпала сухой корм в аквариум с рыбками и сказала:
— Биологический организм — весьма реагенная среда. Разная концентрация белков-гормонов в многоклеточной среде диктует клеткам, кому стать головой, кому — ногами. Известны классические опыты на примитивных животных — гидрах, у которых отрезали голову, но градиент гормона продолжал дирижировать оставшейся клеточной массой и заставлял гидру вырастить новую голову. Была ли она умнее предыдущей, пока установить не удалось… — пошутила профессор. — Регенерация целых органов у более сложных организмов редка, но, например, тритон может вырастить новый глаз взамен потерянного.
Профессор погладила Мисс Гонагал по выгнутой спине, а кошка в знак одобрения подняла столбиком своё морфогенетическое образование с волнообразным распределением пигмента, или, попросту, беззаботный полосатый хвост.
— Очень интересен механизм окраски животных. Окраска млекопитающих вызвана всего двумя пигментами-меланинами: эумеланин имеет чёрный или коричневый цвет, феомеланин — жёлтый или красновато-оранжевый. Именно эти два пигмента отвечают за различия в цвете волос, глаз и кожи у людей. Загорая на солнце, мы меняем количество меланина в коже.
— Так, значит, я рыжая из-за этого самого… феямеланина? — спросила весёлая Нинон-Олень, с которой Никки познакомилась в день приезда в Колледж.
— Совершенно верно, — согласилась профессор.
— А почему у Никки волосы прозрачные? — крикнул кто-то.
— Я не думаю, что мы можем обсуждать друг друга на лекции, даже если речь идёт всего лишь о цвете волос, — нахмурилась профессор Франклин.
Модницы Колледжа недоуменно подняли брови: «Всего лишь?!»
— Валяйте, профессор, — свободно сказала Никки.
Модницы Колледжа недоуменно подняли брови: «Всего лишь?!»
— Валяйте, профессор, — свободно сказала Никки. — Мне самой интересно узнать…
— Ну, если мисс Гринвич даёт разрешение… — вздохнула профессор. — Полное отсутствие меланина даёт седые волосы. Но белизна седины определяется рыхлой поверхностью волоса, хорошо рассеивающей свет. А если волосок без меланина имеет плотную и гладкую поверхность, то он будет прозрачным.
— А можно такого добиться… искусственно? — высказал тот же голос заветную мечту многих.
Профессор пожала плечами: «Мне бы ваши заботы!» — и вернулась к лекции:
— Меланины порождают жёлтый цвет шкуры оленя, чёрно-жёлтый окрас леопарда и все остальные цветовые решения внешности млекопитающих. В основе полосатости шкур лежит диффузионная неустойчивость Тьюринга, вызывающая в шкуре животных волны разной концентрации гормонов — катализаторов производства меланинов. Аналогом этой неустойчивости в химии является реакция Белоусова-Жаботинского, о которой вам уже рассказывал профессор Цитцер.
Далее профессор Франклин продемонстрировала впечатляющие математические решения уравнений меланогенеза. На экране появилась модель шкуры животного, и Вольдемар на ходу принялся решать уравнения с различными параметрами. Каждое математическое решение давало новый узор на шкуре.
Простейшее решение соответствовало животному с чёрной передней частью тела и белой задней. Рядом с математической моделью Вольдемар показал реальное фото лохматой собаки бобтейл, имеющей такую же шкуру.
Параметры уравнений менялись, и математическая шкура покрывалась то чёрными крупными узорами, то узкими полосками или мелкими пятнами. И какая бы окраска ни получалась из уравнений, всегда находилось реальное животное, имеющее шкуру, окрашенную именно таким образом: лошадь, зебра, жираф или леопард, чья знакомая физиономия была восторженно встречена школьниками.
— Взаимодействие физической диффузии и химических реакций объясняет целый класс важных феноменов морфогенеза, — подытожила профессор Франклин, — а нестабильность распределения подкожных белков-гормонов рисует узоры на шкуре животных — как на Мисс Гонагал или на тигре, которого я не решилась привести в класс… — улыбнулась профессор. — Тем же закономерностям следует развитие внутренних органов биосуществ и даже малозаметных прозрачных узоров на стрекозином крылышке… Вот так теория нелинейных уравнений сумела объяснить целый пласт биологических проблем, за что ей огромное спасибо… — так закончила лекцию профессор Франклин и отпустила школьников пообедать или, точнее, ввести немного органических молекулярных реагентов в свои изголодавшиеся организмы, то бишь — в многоклеточные открытые системы.