Уже в самой основе жизни, какой она проявляется на ранних стадиях развития зародышей, заложено то единство порядка и свободы, которое составляет самую сущность жизни и достигает своего наивысшего развития в творческой деятельности человека. Развивающийся организм и его формирующиеся части способны отражать наличие нарушений своей целостности и восполнять их посредством генерирования их мобилизационными структурами новых клеточных образований.
Способность к отражению и восполнению недостатков развития обусловлена раздражимостью клеток и распространением сигнальных веществ. В самом начале органогенеза вокруг закладок органов формируются так называемые морфогенетические (формообразующие) поля, или поля органов. Они представляют собой клеточные сообщества, расположенные вблизи почек органов и способные восстанавливать (регенерировать) повреждённые или утраченные части этих почек.
При этом, конечно, воспоминание утраченной части возможно до её окончательной дифференцировки и специализации её клеток. Дать обратный ход этой специализации невозможно. Почки конечностей, глаз, ушей, сердца и других органов вместе с окружающей их территорией составляют морфогенетические поля, способные к образованию и воссозданию соответствующих органов.
Границы морфогенетических полей определялись в многочисленных экспериментах по удалению, пересадке и меченью различными способами клеточного материала, в результате которых были составлены карты полей формирующихся органов у различных видов животных. Любая часть формообразовательного поля способна воспроизводить всё поле в целом, но по мере удаления от закладки органа воспроизводительные способности клеток снижаются. Соответственно отношения, складывающиеся между почкой органа и формообразовательным полем за её пределами можно охарактеризовать как отношения мобилизационного ядра и мобилизационной периферии.
Американский исследователь Р.Г. Гаррисон удалял от половины до трёх четвертей материала почек конечностей у зародышей различных животных. И несмотря на это из оставшихся частей всегда развивались нормальные конечности. Такова мощь регуляции и регенерации в процессах органогенеза.
Передние конечности позвоночных унаследованы от общих предков и поэтому развиваются и выстраиваются по общему плану, хотя они сильно отличаются по выполняемой биологической работе и выступают в таких резко отличающихся формах, как плавники, ласты, крылья, лапы или руки. Столь же сходные планы строения и различные формы имеют мозги, сердца, органы пищеварения, выделительные и половые органы, позвоночники, задние конечности и другие органы позвоночных животных. В зародышах любых животных закладки органов компактно упакованы, растут и развиваются крайне неравномерно.
Чем более универсально приспособлена та или иная группа видов к освоению различных сред обитания, тем большие различия в размерах тел и органов могут развиваться из миниатюрных зародышей. Так, развитие млекопитающих, различные виды которых приспособились к обитанию в любых климатических зонах и на суше, и в воде из самой маленькой в животном мире яйцеклетки размером до 100 мк развиваются и землеройки с массой тела 3–5 г, и киты весом 100–150 т. Рост клеточной массы и увеличение размеров клеток происходят за счёт действия стимуляторов роста, которые открыты наукой и приводят к закономерному разрастанию костей, мышц, эпидермиса, нервов и других тканей, из которых формируются жизненно важные органы.
Но в период органогенеза и связанного с ним гистогенеза поля органов по своим размерам очень малы, даже микроскопичны. Их диаметр, как правило, не превышает одного миллиметра и чаще всего составляет всего лишь несколько сотен микрон. Дальше миллиметра, т. е. расстояния, охватывающего около 100 клеточных диаметров, сигналы межклеточных взаимодействий, образующие целостность морфогенетических полей, не распространяются. Им не хватает мощности.
Биологическая работа по формированию органов может совершаться только при очень малых размерах зародышей и малых размерах формирующихся органов. По мере развития нервной системы она берёт на себя обеспечение целостности организма и его мобилизаций на биологическую работу, в том числе и по дальнейшему развитию органов. Но нервная система также является органом, который должен сформироваться, прежде чем принять на себя мобилизационные, организационные и управленческие функции.
У человека активный органогенез начинается в предплодный период – с 4-й по 8-ю недели эмбриогенеза. Одновременно с закладкой нервной системы образуется туловищная складка, которая обособляет зародыш от материнских органов. Затем путём разделения среднего зародышевого листка на множество сегментов образуются сомиты – зачатки позвоночника. Скрученный зародыш в этот период с чешуёй не похож на человека. Он скорее напоминает какое-то экзотическое морское животное. Его длина всего лишь от 2 до 3,5 миллиметров.
На пятую неделю быстро растёт голова, происходит рост мозга, закладывается то, что делает человека человеком. Лицевая часть головы а этот момент контактирует с сердечным выступом. Одновременно завершается образование сомитов в количестве 42–44 пар, происходит развитие прямой кишки, мочевого пузыря, половых валиков, бронхов и долей лёгкого.
На 8-й неделе отмирает закладка хвоста. Зародыш становится похож на человека, тогда как ранее скорее напоминал «неведому зверюшку». Это человекоподобное существо, гомункулюс, обладает огромной головой, длина которой составляет почти половину длины всего тела зародыша.
На 9-й неделе по завершении предплодного периода развития происходит резкое ускорение роста зародыша, которое знаменует его переход в состояние плода. Самым крупным органом является печень. В конце 12-й недели разрастаются руки, достигая уже приблизительно тех пропорций по отношению к длине тела, как и во взрослом организме. Ноги в развитии явно отстают и остаются пока ещё маленькими и очень короткими. Лишь на 16-й неделе они начинают быстро расти, а на 20-й достигают, как и руки, нормальных пропорций.
В это же время тело плода становится сплошь волосатым. Оно покрывается волосками лануго, которые, свидетельствуя о волосатости предков, помогают удерживать на поверхности кожи жировую смазку.
На 26– неделе у плода открываются глаза, на 35-й возникает хватательный рефлекс. Плод по прежнему плавает в околоплодной жидкости, воспроизводя водный образ жизни своих далёких предков. Жидкость полностью обновляется за 3 часа, 99 % её состава образует вода.
По мере завершения внутриутробного развития плод обретает всё более выраженную автономность и меньшую зависимость от материнского организма. В конечном счёте созревший плод перестаёт удовлетворяться услугами материнского организма и они взаимно отторгают друг друга. Начинаются роды – наиболее сложный критический период в развитии плода.
Теория критических периодов была сформулирована российским эмбриологом П.Г. Светловым в 1960 г. К критическим можно отнести фактически любой период в эмбриональном развитии: и вызревание половых клеток, и оплодотворение, и имплантацию, и плацентацию, и закладку органов, и формирование нервной системы. Под критическими периодами в данном случае понимаются периоды максимальной восприимчивости к воздействиям, способным нарушить нормальное развитие организма.
Особенно острые кризисы организм испытывает в период родов и в постанатальный период – период новорожденности. После испытанных в период родов неимоверных страданий, разделяемых с материнским организмом, новорожденный организм попадает в совершенно иную среду, лишается защиты и поддержки, обеспечиваемой внутриутробным существованием.
Он выброшен в этот мир беспомощным и вынужден теперь самостоятельно дышать, питаться, реагировать на разнообразные раздражения, испытывать всевозможные страдания, начиная с неудобного положения тела и кончая инфекциями, способными поражать и кожные покровы, и носоглотку, и другие органы. В этой «юдоли страданий» каждый пришелец из благодатного материнского лона вынужден с максимальной нагрузкой задействовать свои органы, вовлекать их в беспрестанную биологическую работу для выживания и оптимизации жизнедеятельности, тем самым способствуя их дальнейшему развитию.
Критические состояния возникают и в последующие периоды жизни человека. Среди них – кризис овладения двуногим передвижением, кризис овладения речью, кризис полового созревания, кризис половых взаимоотношений, кризис среднего возраста, кризис пожилого возраста и т. д.
Подобные же критические состояния много раз возникали и на протяжении всей истории земной жизни. Они сопровождались массовыми вымираниями живых организмов, исчезновением множества ранее процветавших видов, появлением разнообразных эволюционных инноваций.
Эволюционный смысл эмбриогенеза становится возможным более глубоко исследовать благодаря возникновению в конце XX века новой синтетической научной дисциплины – биологии развития, интегрирующей на междисциплинарной основе достижения экспериментальной эмбриологии и молекулярной биологии. В биологии развития новое дыхание получает биогенетический закон, разработанный в классической эволюционной биологии и поставленный под сомнение сторонниками геноцентризма.
Автор фундаментального учебно-справочного пособия по биологии развития Скотт Гилберт характеризует эту науку как самую широкую из всех биологических дисциплин. «Исследователь, работающий в этой области, – отмечает он, – не ограничен каким-либо иерархическим уровнем организации: транскрипция глобиновых генов или возникновение жабер у аксолотля могут в равной степени привлекать его внимание. В своих исследованиях он не ограничен какой-либо конкретной группой организмов или системой органов в организме. Можно сказать, что биология развития включает и интегрирует их все» (Гилберт С. Биология развития. В 3-х тт., т. 1 – М.: Мир, 1993 – 228 с., с. 7).
Наряду с интеграционной ролью биологии развития, Гилберт подчёркивает её роль и возможности в эволюционной биологии. «Единственный путь возникновения всего, – пишет он, – лежит через развитие, и биология развития – не что иное, как изучение каждой молекулы в клетке, клетки, ткани, органа и организма как функций времени. Теперь даже эволюцию рассматривают как функцию развития. Эволюция осуществляется путём наследственных изменений, происходящих в зародыше, и изменения, которые создали современную лошадь из её пятипалого предка – это изменения, происходившие в зародыше» (Там же).