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:

Вредные внешние воздействия на эмбрион
Врожденные пороки могут быть следствием разнообразных причин, таких, как болезнь, генетические отклонения и многочисленные вредные вещества, влияющие на плод и организм матери. Дети с врожденными пороками могут на всю жизнь остаться инвал ...

Старение и продолжительность жизни
К числу наиболее значимых явлений в индивидуальном развитии современного человечества относится также удлинение во многих развитых странах средней продолжительности жизни и связанное с ним перераспределение возрастного состава популяций. ...

Безусловное торможение
Начнем с фактов. Сотрудник выработал у собаки прочный условный рефлекс на свет и хочет показать его на лекции. Опыт не удается - рефлекса нет. Шум многолюдной аудитории, новые сигналы полностью выключают условнорефлекторную деятельность, ...

Разделы