Микроскопические структуры на молекулярной основе
Страница 2

Статьи » Формирование биологических организмов » Микроскопические структуры на молекулярной основе

Рис. 9. В одинаковых, но не связанных между собой клетках образуется одинаковая концентрация химического вещества

Теперь представим себе, что сначала клетки равномерно производят и активатор, и ингибитор, так что оба вещества могут свободно диффундировать внутри группы клеток, а также вступать в реакцию друг с другом. При возникновении в результате химической реакции определенного критического количества некоторого вещества (например, активатора) наблюдается образование некоторой упорядоченной структуры. Это может произойти при возникновении даже минимальной разницы в концентрации, как показано на схеме (Рис. 11). Согласно сегодняшним научным представлениям, высокая концентрация активатора способна «включать» гены отдельных принадлежащих данной группе клеток; гены же, в свою очередь, способствуют такой дифференциации клеток, в результате которой образуется новое ротовое отверстие. Протекающие при этом процессы полностью соответствуют общей схеме, известной в синергетике. Образующаяся в итоге структура представляет собой параметр порядка, который, с одной стороны сам возникает в ходе взаимодействия химических веществ, а с другой стороны — он же и управляет течением каждой отдельной реакции, в результате чего и возникает та или иная специфическая структура.

Поведение параметра порядка в этом примере можно проиллюстрировать двумя способами, как и во всех предыдущих случаях. Во-первых, соответствующей пространственной или временной моделью; во-вторых, используя точные расчеты. Как только мы опишем фундаментальные процессы в форме уже упоминавшихся ранее уравнений диффузии, синергетические методы позволят нам получить результирующее распределение концентраций. Как мы вскоре увидим, одинаковые пространственные структуры могут возникать даже в результате совершенно различных процессов (Рис. 12).

Рис. 11. Распределение концентрации биомолекул. Слева — незначительная концентрация; справа — высокая концентрация

Гипотетическое поначалу существование веществ, названных нами активаторами и ингибиторами, получило тем временем экспериментальное подтверждение. В случае с гидрой были обнаружены активаторы и ингибиторы для ротового отверстия и для подошвы. По всей видимости, подобные вещества широко распространены в природе. Так, например, было доказано их наличие у морских анемон; более того, активаторы и ингибиторы играют важную роль и в формировании нервной системы млекопитающих. Уже некоторое время назад было обнаружено вещество, влияющее на рост нервных волокон; оно вырабатывается клетками и диффундирует затем сквозь клеточную оболочку, «привлекая» к себе нервные волокна, выходящие из других групп клеток, побуждая их к росту и управляя ими таким образом, что нервные волокна растут в направлении к расположенным снаружи областям тела.

Рис. 12. Изменение концентрации активатора в холе реакции: математическая трехмерная модель, с помощью которой исследовалась взаимосвязь между повышением концентрации активатора и возникновением пространственной структуры

Страницы: 1 2 3


Прочие статьи:

В удивительном мире бесхвостых амфибий
Если бы животным присуждались премии, лягушки вполне могли бы претендовать на первый приз за странность. Причем достойным кандидатом могла бы быть не только крохотная кубинская лягушка, величиной с ноготь мизинца, и не камерунская лягушк ...

Откуда ядовитые лягушки берут яд?
Ядовитые лягушки Центральной и Южной Америки не только красивы, но и смертельно ядовиты благодаря алкалоидами, которые они выделяют через кожу. Яд одной единственной золотистой лягушки может убить десять человек. Во время недавно проведен ...

После человека
Изучая периодическое кратковременное уменьшение яркости некоторых близких звёзд нашей галактики, астрономы сделали вывод о том, что вокруг этих звёзд вращаются крупные планеты, размеры которых много больше самой крупной планеты солнечной ...

Разделы