Исследование механизмов морфогенеза клеток
Нам сейчас не очень важно, действует ли акустическое поле, возникающее при конформационных колебаниях макромолекул, в результате гидродинамических эффектов или непосредственно. В любом случае кажется вероятным, что такое поле может определять пространственные взаимоотношения клеток (и самих макромолекул), быть существенной частью механизма биологического морфогенеза.
Взаимодействие клеток может обусловить сложные пространственные эффекты в результате интерференции генерируемых ими акустических сигналов. Так, две одинаковые, одинаково звучащие клетки, расположенные на близком расстоянии друг от друга, создадут в результате интерференции «тихую плоскость»— в этой плоскости спокойно, без толчков смогут находиться другие клетки. Четыре клетки-генератора акустических полей могут образовать «тихий луч» и т. д. Различие частот, генерируемых разными клетками, изменение этих частот по.мере морфогенеза способны обеспечить весьма сложную и совершенную пространственную ориентацию клеток (дополняемую еще и специфическими контактами).
Попробуем оценить теперь, в какой мере реальные для биохимических систем клетки частоты возможных звуковых полей могут обеспечить геометрические задачи морфогенеза. Ясно, что речь может идти лишь о волнах, длины которых сравнимы с размерами клеток, т. е. о звуковых волнах длиной порядка 1 — 100 мк; при нормальной скорости звука их частоты порядка 107—109 гц. Однако в желеобразных протоплазматических структурах распространяются преимущественно лишь поперечные сдвиговые волны. Их скорость, как показал А. П. Сарвазян с сотрудниками порядка 1 м/сек. Соответственно, необходимые длины волн могут быть получены при частотах — порядка 10*4-10*е гц. Этот диапазон частот вполне биохимически реален — на таких частотах работают основные ферменты. Подробнее мы рассмотрим эти вопросы в 9-й гл. Сейчас же достаточно отметить, что числа оборотов большинства ферментов соответствуют слышимому диапазону частот (см. табл. 2 в гл. 4). Это наводит на приятные размышления о природе слуха, происхождении музыкального восприятия и о многом другом, что принадлежит уже области биохимической эстетики, а не биохимии морфогенеза.
И все же, вероятно, наиболее трудной задачей является объяснение механизмов морфогенеза не многоклеточных организмов, в сложно построенных одноклеточных. Поэтому наиболее актуальным представляется здесь исследование механизмов морфогенеза клеток.
Может показаться, что морфологический прогресс в процессе эволюции вовсе не обязательно связан с ростом кинетического совершенства. Действительно, образование опорного скелета обусловлено приспособлением к существованию в условиях земного притяжения, сложнейшие морфофизиологические корреляции цветков и насекомых — совершенствованием в ходе сопряженного естественного отбора процессов опыления цветков и питания насекомых. Все это верно, однако, конечным результатом всех этих приспособлений, конечным решающим критерием естественного отбора во всех случаях служит итоговая интенсивность преобразования веществ в вещества данного вида, т. е. биологическое (кинетическое) совершенство.
Цветковые растения — пример морфологического прогресса. По-видимому, предела увеличения кинетического совершенства на пути «чистого» морфологического прогресса достигли на Земле покрытосеменные (цветковые) растения. Поэтому (следуя принятой манере изложения) после анализа общих возможных механизмов морфогенеза рассмотрим некоторые существенные в эволюции особенности цветковых растений.