Пример с Гринвичем – полезная аналогия для ряда аспектов биологии правой и левой сторон тела, потому что в системе правил есть определенные слабости. Старая Королевская Обсерватория взята как пример, потому что меридиан отмечен в ней прямой линией из меди, на которой туристы часто фотографируются, стоя одной ногой в Восточном, а другой в Западном полушарии. Но проделайте то же самое в нескольких сотнях метров оттуда, в Гринвичском парке. Там нет никакой прямой линии на земле. Вообразите также, что этих двух человек просят сделать не пару шагов, а пятьдесят. При повороте в сторону меридиана или от него у них нет никакой очевидной точки отсчета, никакой видимой линии. И направление на север или на юг они определяют, ориентируясь по солнцу. Наконец, поверхность земли менее ровная, и все это вместе увеличивает вероятность ошибки. Есть даже риск, что один или другой случайно окажется не со своей стороны меридиана. Задача легко выполнима в обсерватории именно потому, что линия на земле четко видна, позволяя обоим участникам перемещаться без ошибок. Медная отметка меридиана работает как срединная линия, разделяя мир на две половины. Эмбрионам также необходимо знать точное положение срединной линии. Она не так важна, если органы развиваются далеко от нее, так как мало что из важных процессов может пойти не так. Но близ срединной линии, где происходят точно скоординированные процессы, точное знание границы между правым и левым становится жизненно важным для правильного развития эмбриона. Это нечто вроде границы между Западной и Восточной Германией во времена холодной войны – отклониться на несколько сот метров не слишком важно, если ты в глубине страны, но та же ошибка на границе могла быть опасной и, возможно, даже фатальной.
Лишь в последние несколько лет контролирующая роль срединной линии в ходе развития организма стала изучаться на молекулярном уровне. Давно высказывались предположения, что срединная линия должна быть каким-то образом задана, потому что случайные, редкие, ужасающие пороки развития поражали или расположенные прямо на ней органы, такие как нос, или находящиеся близко к ней парные органы, например глаза. Циклопия, серьезнейший дефект, названный по имени одноглазого великана из гомеровской «Одиссеи», ведет к тому, что в середине головы формируется единственный глаз, иногда на стебле или хоботке. Часто это связано с другими угрожающими жизни аномалиями. Менее серьезный дефект – цебоцефалия, при которой в носу формируется лишь одна небольшая округлая ноздря, тогда как голопрозэнцефальное развитие лица и мозга столь катастрофично, что удается распознать лишь отдельные нормальные черты. Понимание этих пороков развития существенно продвинулось в 1996 году, когда выяснилось, что белок, получивший в науке странное название Sonic Hedgehog («Сверхзвуковой ежик», по имени персонажа одноименной игры), играет ключевую роль в определении срединной линии. У мышей с «выбитым» геном, кодирующим «Ежика», возникает много проблем, а деформированные эмбрионы погибают еще в период вынашивания плода. Самые ранние отклонения проявляются в переднем мозге, в котором два полушария сливаются в единый орган, так же как и глаза, которые образуют в центре лба зачаток единственного глаза. Хотя изучение того, как именно взаимодействуют Sonic Hedgehog с другими веществами, только в начале пути, ключевой принцип уже понятен: левое и правое должны определяться относительно чего-то даже в случае парных органов, и это «что-то» – срединная линия, которая должна быть ясно отмечена, чтобы клетки точно знали, где они должны, а где не должны находиться и что именно им следует делать. Не знать, где кончается левое и начинается правое, – настоящая катастрофа для развивающегося организма[142].
Четко определенная срединная линия нужна для формирования самого асимметричного из органов, сердца. Вначале сердце выглядит как одна прямолинейная трубочка, проходящая посередине эмбриона, затем трубочка загибается вбок и формирует асимметричное сердце. Клетки, составляющие эту единственную срединную трубочку, возникают по левую и правую стороны от срединной линии и поэтому должны сначала отыскать друг друга, чтобы соединиться в один срединный орган. Сделать это позволяет белок, получивший название miles apart («за много миль»), изученный на примере любимого биологами-эмбриологами морского организма данио-рерио, поскольку он почти прозрачен, что позволяет наглядно видеть этапы его развития. Если белок miles apart не работает, тогда вместо одной проходящей посередине сердечной трубочки у рыбы формируются два отдельных сердца, патология, известная как cardia bifida, неизбежно ведущая к гибели организма[143].
Симметрия хороша для того, чему предназначено быть парным и симметричным, но разрушительна для того, что должно быть асимметричным. Проблемы с излишней симметрией проявляются в такой патологии, как «изомерический дефект». При нормальном строении тела сердце, селезенка и желудок смещены влево, а печень и желчный пузырь – вправо. У некоторых людей, подобных Джону Риду или Сьюзан Райт, о которых мы знаем по описаниям сэра Томаса Уотсона (см. главу 1), все устроено противоположным образом – сердце, селезенка и желудок смещены вправо, а печень и желчный пузырь – влево, и такое строение тела называется situs inversus. В большинстве случаев люди с подобным строением тела не испытывают проблем – как раз потому, что в таких случаях в теле буквально все находится на противоположном месте, и организм остается асимметричным и функционирует нормально. Куда реже встречаются люди с изомерическими дефектами (рис. 5.9). Они намного симметричнее обычного, и это может привести к серьезным проблемам с сердцем и легкими. Вместо ярко выраженных правой и левой сторон тела у людей с изомеризмом присутствуют как бы две правых или две левых стороны. При правом изомеризме и правое, и левое легкое трехдольны (как нормальное правое легкое), у предсердия два правых ушка, нет селезенки, которая обычно расположена слева, печень находится на срединной линии, а у мужчин тестикулы расположены на одной высоте (а не так, как обычно, когда правая несколько выше). Левый изомеризм представляет собой противоположность правому: легкие двудольны (как нормальное левое легкое), у предсердия два левых ушка, печень расположена в центре, но, в отличие от правого изомеризма, селезенок может быть несколько. У людей и с правым, и с левым изомеризмом могут возникать серьезные проблемы с работой сердца. Можно привести такую аналогию: нет особых проблем в конструировании автомобиля с левым или правым управлением, но вообразите автомобиль, состоящий из двух правых половинок леворульной машины: нет ни руля, ни педалей, ни приборной панели. Не лучше был бы и противоположный вариант – тогда руль, педали и приборы были бы с двух сторон[144].
Рис. 5.9. Нормальное расположение сердца, легких и органов брюшной полости (situs solitus), полностью обратное расположение (situs inversus), левый изомеризм и правый изомеризм
Давайте вернемся в Гринвичский парк и еще раз задумаемся, почему попытка нарисовать буквы b и d могла оказаться неудачной. Представьте, что эти огромные буквы, нарисованные на земле, сфотографированы с вертолета, затем фото сканируют, вырезают из скана букву b, переворачивают ее и переносят слева направо и накладывают сверху на букву d. Совпадут ли они? Наверняка нет или, по крайней мере, совмещение не будет точным. Хотя в правилах может быть заложено, что b и d должны быть полностью зеркальны (и они были бы такими, если бы все происходило на экране компьютера с помощью соответствующей программы), реальный мир функционирует не как формула или алгоритм. Держат мешки с мукой люди из плоти и крови, ноги у них немного разной длины, шаги тоже, время реакции отличается, мешки с мукой они открывают не синхронно и так далее. Вот почему b и d будут лишь приблизительно зеркальны. Есть способы, с помощью которых можно добиться максимального сходства между буквами, например за счет участия близнецов, у которых одинаковы и рост и походка и которых можно научить открывать свои мешки строго одновременно. Противоположность им – два человека разного роста, невнимательных и торопливых, один из которых слушает плеер, а чтобы уж совсем усугубить положение, добавьте порывы ветра, развевающие муку как придется, так, что она почти не попадает на нужное место. Буквы в этом случае будут мало походить друг на друга. Правила останутся прежними, но, как заметил Роберт Бернс в стихотворении «К полевой мыши», «неверен здесь ничей расчет»[145].
Наши зубы, глаза, руки и ноги – да почти все парные части тела, расположенные с левой или правой его сторон – несколько отличаются, они не зеркальны. Посмотрите в зеркало на два своих верхних резца, два крупных зуба в самом центре рта. Одинаковой ли они ширины? На первый взгляд они могут показаться одинаковыми, но измерьте их или, лучше, их оттиск кронциркулем – и окажется, что один немного больше другого. У кого-то правый резец может оказаться на миллиметр шире левого, у кого-то другого – наоборот. Если взять несколько сот человек и отобразить разницу размеров на графике, то обнаружатся два обстоятельства. Во-первых, колоколовидное распределение, часто встречающееся в биологии: в большинстве случаев отличия почти незаметны, иногда различия заметнее, и совсем редко встречаются значительные отличия. Самое важное здесь то, что в большой популяции примерно у половины населения чуть больше окажется правый зуб, а у другой половины – левый. Правый и левый резцы развиваются по одному и тому же плану, у них одна и та же ДНК – так почему же они не зеркальны?[146]