Страница 63 из 316
Точки, полосы, разводы – высший уровень полосатости
Разница между светлыми и темными полосами вдоль тела
Раньше считалось, что светлые и темные полосы на теле кошки определяет белок Агути. Якобы в светлых полосах Агути синтезируется больше, чем в темных. Однако потом выяснилось, что пара “Агути – Экстеншн” работает одинаково по всему телу. Меланоциты как в светлой, так и в темной полосе производят одинаковое количество феомеланина. Тогда почему мы видим рисунок у кошек?
Дело в том, что в дополнение к Агути и Экстеншну в меланоцитах работает еще одна пара белков-маляров: лиганд EDN3 (эндотелин 3) и его рецептор EDNRB (эндотелиновый рецептор типа B). Удобоваримых названий для этих белков пока не придумали, поэтому нам придется оставить эти.
Рис. 3–3.
Клетки, расположенные в светлых и темных полосах на теле кошки, различаются количеством производимого белка EDN3 и, следовательно, соотношением эу– и феомеланина.
EDN3 – это гормон, который вырабатывается у эмбриона в клетках, расположенных у основания стержня волоса. Связывание EDN3 с EDNRB запускает синтез эумеланина (рис. 3–3). Это происходит, как и почти все в клетке, опосредованно: через белки-почтальоны. Чем больше белка EDN3 в клетке, тем активнее он связывается с EDNRB, тем интенсивнее идет наработка эумеланина и тем темнее полоса.
В светлых полосах белка EDN3 очень мало, поэтому эумеланина образуется совсем немного. Параллельно в тех же самых клетках белок Агути связывается с Экстеншном, и запускается синтез феомеланина. В результате количество желтого пигмента превышает количество черного, и растущие в этих областях волосы получаются светлыми.
В темных полосах белка EDN3 очень много, синтез эумеланина идет интенсивно. Белок Агути все так же связывается с Экстеншном, но количество эумеланина во много раз перекрывает количество феомеланина: растут темные волосы.
Так формируется разница в цвете между светлыми и темными полосами. Возникает логичный вопрос: а как клетки знают, в какой полосе они находятся и сколько им нужно синтезировать EDN3? Тут нам с вами понадобится модель Тьюринга.
Общая модель Тьюринга
Алан Тьюринг был последним энциклопедистом. Его работы оставили неизгладимый след в математике, логике, философии науки, информатике, криптологии и теоретической биологии. Широкой публике он известен как расшифровщик немецких секретных кодов во время Второй мировой войны и творец машины Тьюринга, которую можно считать предтечей современных компьютеров. Тьюринг стоял у колыбели искусственного интеллекта. Он нашел строго формализованный ответ на вопрос “Может ли машина мыслить?”, предложив знаменитый тест Тьюринга: может, если в диалоге ее невозможно отличить от человека. На эту тему было написано множество научно-фантастических теорий. Печально, но сейчас великий тест выродился в проверку того, может ли уже человек мыслить и доказать, что он – человек, а не робот, правильно определив картинки с трамваями и светофорами.
Но нам Тьюринг особенно дорог тем, что на кончике пера нашел ответ на вопрос о том, как леопард получил свои пятна, зебра – свои полосы, а коты – все это и вдобавок еще букву “М” на лоб и мимические полоски на щеки.
Алан Тьюринг придумал простую модель образования пятен и полос (паттернов) на теле животных. Пусть есть молекулы-морфогены – активатор и ингибитор. Активатор запускает синтез пигмента, а ингибитор этот синтез подавляет. Морфогены диффундируют через ткани животного и взаимодействуют друг с другом. Если морфогены диффундируют с разной скоростью, то неизбежно возникают островки с различными их концентрациями. Районы с высокой концентрацией активатора становятся темными. Те же, в которых много ингибитора, остаются светлыми.
Давайте для наглядности представим, что молекулы активатора – это зайцы, а молекулы ингибитора – волки (рис. 3–4). Зайцы быстро размножаются, но предпочитают жить там, где родились, и неохотно заселяют новые территории. Волки размножаются медленнее, но совершают большие миграции в поисках пищи.
Если в каком-то участке леса появляются зайцы, они начинают быстро размножаться. Плотность зайцев в этом месте резко увеличивается. Когда вся трава съедена, они начинают постепенно перебираться жить в близлежащие участки леса. Где есть зайцы, там появляются и волки. Волки быстро съедают всех зайцев, а те, кому зайцев не досталось, убегают подальше в лес искать других зайцев. Те участки леса (клетки кожи), где была съедена трава, становятся темным пятном. А те участки леса, куда прибежали голодные волки и не дали расплодиться зайцам и где поэтому трава осталась нетронутой, остаются светлой областью.
Рис. 3–4.
Образование полос и пятен у кошек по теории Тьюринга.
Если система “заяц – волк” функционирует на узкой площади (например, хвост), то вместо пятен получаются полоски. Если заяц бегает немного быстрее, то одна группа зайцев может успеть забежать за границы своего изначального места обитания и слиться с другой группой зайцев до того, как их всех съедят волки, и значит, темные пятна будут большими.
Модель, конечно, красивая, но слишком простая. Если бы все было так просто, то вместо стройных и симметричных тигровых полос мы бы получали на теле кошки месиво из хаотично разбросанных клякс. По-видимому, зайцы и волки не могут разбегаться, куда им вздумается, и существуют определенные коридоры, по которым они могут бежать.
Модель Тьюринга на кошках
У кошек гены-зайцы и гены-волки работают во внутриутробном развитии – на 7–8-й неделе беременности. После того, как полосы на теле сформированы, их форма больше никогда не изменится. Несмотря на то, что Тьюринг предложил свою модель “заяц – волк” еще в 1952 году, найти те самые гены оказалось не так-то просто. Генетика формирования рисунка кошки была частично выведена из тумана только в 2021 году
52
,
когда наконец были сброшены маски с зайцев и волков и мы узнали о реальных генах, которые за этими масками скрывались.
Наиболее интересный среди них – это ген-волк
DKK
4, или
Ticked (Тикинг)
. Его нормальный аллель
ti