В истории биологии был период, когда половые и соматические клетки противопоставляли друг другу, наделяя только гаметы всей полнотой свойств жизни, проносимых ими через поколения.
В конце XIX века А. Вейсман сформулировал идею, которую можно рассматривать как первую попытку объяснить природу генетического механизма клеточной дифференцировки. Согласно этой идее, клеточные деления бывают двух типов — равнонаследственные и неравнонаследственные. Неравнонаследственно делятся соматические клетки. В результате таких делений дочерние клетки в сравнении с материнской теряют некоторую часть хромосомного материала (де-минуция хромосом), причем клетки разных направлений дифферен-цировки теряют разные фрагменты хромосомного материала. В своих воззрениях А. Вейсман исходил из данных наблюдений за поведением хромосомного материала делящихся клеток круглого червя лошадиной аскариды. Наследственный материал в неизменном объеме сохраняют гаметы. Поэтому, по мнению А. Вейсмана, именно половые клетки, и только они, способны обеспечить развитие нового полноценного организма.
Более поздние исследования показали, что неравнонаследственные клеточные деления, связанные с потерей части хромосомного материала, имеют ограниченное распространение и не представляют собой генетический механизм клеточной дифференцировки. Так, у другого круглого червя, популярного в настоящее время объекта генетических исследований Caenorhabditis elegans, клеточные деления не сопровождаются деминуцией хромосом. Даже у лошадиной аскариды хромосомный материал в связи с делениями теряется не во всех клеточных линиях, т.е.
не при всех направлениях клеточной дифференцировки. В настоящее время гипотеза А. Вейсмана имеет только историческое значение.
Определяющее значение имеют результаты современных экспериментальных исследований, доказавших возможность развития полноценного организма на основе наследственного материала (генетической, биологической информации) ядра соматической дифференцированной клетки, например кишечного эпителия (рис. 6.2). Особое место в этом плане принадлежит работам, выполненным в Великобритании группой Дж. Гердона на бесхвостых амфибиях (лягушка). Принципиально опыт заключался в следующем. Уничтожалось ядро яйцеклетки, после чего в нее вводилось ядро дифференцированной соматической клетки и обеспечивались условия для развития. Такие яйцеклетки в 1-2\% экспериментов в процессе развития давали взрослых лягушек. Приведенный результат доказывал, что наследственный мате-
Рис. 6.2. Успешное клонирование лягушки, доказывающее полноценность наследственного материала соматической дифференцированной клетки: 1 — яйцеклетка с разрушенным УФ-лучами ядром — источник цитоплазмы; 2 — эпителиальные клетки кишечника головастика — источник ядерного наследственного материала; 3 — ядро; 4 — имплантация ядра соматической клетки в лишенную собственного ядра яйцеклетку; 5 — клонированный головастик; 6 — клонированная лягушка
риал (ДНК) дифференцированных соматических клеток позвоночных в количественном и качественном (информационно-содержательном) отношении является биологически полноценным. Вместе с тем уже тогда возникли подозрения, что клонированные животные чаще в сравнении с лягушками, появляющимися на свет обычным путем, имели дефекты развития.
В последующие годы были развернуты работы по клонированию высших животных, в частности млекопитающих. Знаковым событием, хотя единственный позитивный результат пришелся на 236 попыток, стало клонирование шотландскими учеными овцы Долли. Для получения Долли использовали энуклеированную (лишенную ядра) яйцеклетку овцы породы шотландская черномордая, в которую ввели диплоидное ядро клетки молочной железы беременной овцы породы финский дорсет. Описанную клеточную конструкцию активировали к дроблению посредством электрического разряда. По достижении развивавшимся ex vivo зародышем определенной стадии его имплантировали в матку приемной (суррогатной) матери-овцы. Есть сообщения об успешном клонировании млекопитающих других видов животных — коровы, мыши, лошади, собаки и др. (2-2,8\% успеха).
Результативное клонирование млекопитающих разных видов породило амбициозную идею клонирования человека. Здесь, однако, сразу же последовали указания на наличие, наряду с техническими и биологическими проблемами, также проблем этического и правового порядка. В Нью-Йорке в ООН работает Комитет по клонированию человека, соответствующие комитеты национального уровня существуют во многих странах мира, в том числе в РФ. В настоящее время принято различать два вида клонирования человека: репродуктивное (задача — получить нового человека, генетически и, как предполагают некоторые люди, фенотипически близкого или даже идентичного человеку-донору соматического ядра) и терапевтическое (задача — вырастить зародыш в условиях ex vivo до стадии бластоцисты с целью получения из внутренней клеточной массы эмбриональных стволовых клеток, которые затем будут использованы в интересах регенеративной медицины — см. п. 3.2). Протесты против любых форм клонирования людей носят массовый, международный и многоконфессионный характер. Государственной думой РФ принято и подтверждено решение (Федеральный закон о временном запрете …) о моратории на работы в области репродуктивного клонирования.
При обсуждении проблемы клонирования высших животных нередко обходят стороной известные и сейчас уже не единичные факты. Эти факты указывают на то, что клонированные особи в своей массе характеризуются сниженным здоровьем и жизнеспособностью. Так, овца Долли умерла, прожив лишь половину среднего для овец срока жизни. Мыши, полученные путем клонирования, причем в разных лабораториях, отличаясь пониженной жизнеспособностью, проживают в целом не более половины срока, соответствующего средней продолжительности жизни их линии. Способность к обучению у клонированных мышей снижена.
Настораживают данные о низком проценте успешного клонирования в сравнении с числом предпринимаемых попыток. Так, согласно мировой статистике, на начало 2002 г. из общего числа попыток получить новый организм путем клонирования успехом (рождением животного) завершилась лишь небольшая часть: овцы — создано 3156 эмбрионов, получено 50 ягнят; коровы — 8600 эмбрионов, 111 телят; мыши — 7613 эмбрионов, 54 мышонка; обезьяны — 78 эмбрионов, 2 родившиеся обезьянки. Смертность плодов и новорожденных среди клонируемых животных достигает 85\%. Более 1/3 из числа родившихся и выживших клонированных животных имеют серьезные нарушения здоровья, в том числе угрожающие жизни.
Одно время немало можно было слышать о репродуктивном клонировании как инструменте получения гениев и/или возвращении в настоящую жизнь выдающихся личностей прошлого. На сегодняшний день есть основания говорить о несомненном успехе современной биологии, решившей технические вопросы клонирования даже высших животных. Открытым, однако, остается вопрос о том, насколько точно клонированные животные могут копировать свой прототип. Особенно остро названный вопрос стоит в отношении клонирования людей. Во всяком случае нельзя забывать о том, что стартовая генетическая программа индивидуального развития особи (индивидуума) проявляет себя во вполне определенных, достаточно вариабельных условиях среды — I-го порядка (генотипической), IIа, IIб и III-го порядка (см. п. 4.3.1.1). Следует также иметь в виду, что принципиальное место в формировании человека как личности принадлежит культурной (социальной) программе индивидуального развития.
Гаметогенез — процесс образования гамет или половых клеток: яйцеклеток (овогенез или оогенез) и сперматозоидов (сперматогенез).
В нем выделяют ряд стадий (рис. 6.3).
Между процессами ово(оо)генеза и сперматогенеза имеются различия. Так, стадия формирования выделяется фактически только в сперматогенезе. Стадия размножения сперматогенеза осуществляется в половой железе — в семеннике, начиная с момента достижения мужскими особями состояния половой зрелости. Размножение ово(оо)го-ний происходит в яичнике, главным образом в эмбриогенезе. Наиболее интенсивно у людей этот процесс протекает между 3-м и 7-м месяцами внутриутробного развития, а завершается на 3-м году жизни. Стадия роста ово(оо)генеза более сложна, отчасти в связи с накоплением в цитоплазме яйцеклетки питательного материала желтка, а также в связи с явлением ово(оо)плазматической сегрегации, а стадия созревания женских половых клеток растянута во времени и завершается в том случае, если происходит оплодотворение.
Рис. 6.3. Гаметогенез (схема): I — сперматогенез; II — ово(оо)генез; n — число хромосом в гаплоидном наборе; с — количество ДНК в гаплоидном наборе хромосом n; РТ — редукционные тельца
Образование функционально зрелых сперматозоидов в семенниках происходит на протяжении всей взрослой жизни мужчины. Интенсивность процесса может снижаться по достижении мужчиной 50-летнего возраста. Продукция зрелых половых клеток прекращается с достижением женским организмом климактерического периода онтогенеза.
На стадии размножения клетки-предшественницы гамет называются ово(оо)гониями и сперматогониями. Эти клетки осуществляют серию последовательных митотических делений, что приводит к существенному росту их количества. Так как клетки-предшественницы женских и мужских гамет размножаются обычным митозом, то ово(оо) гонии и сперматогонии вне митотического цикла так же, как все соматические клетки, характеризуются диплоидностью, и в отношении числа хромосом, и в отношении количества ДНК — 2n2c, где n — число хромосом в гаплоидном наборе, с — количество ДНК в гаплоидном наборе хромосом. В процессе митотического цикла (после завершения митоза и до синтетического периода интерфазы) хромосомы названных клеток представлены парами гомологичных аутосом и парой половых гетерохромосом, каждая из которых содержит по одной биспирали ДНК — 2n2с. По завершении синтетического периода (на протяжении постсинтетического периода интерфазы) число хромосом остается прежним, однако каждая из них содержит две биспирали ДНК — 2n4c. В метафазе митоза хромосомы представлены каждая двумя дочерними хроматидами, соединенными только в области центромеры, фактически хромосомами будущих дочерних клеток — 4n4с. По завершении митоза в части числа хромосомных наборов и количества ДНК диплоидные дочерние клетки приобретают обычный вид — 2n2с.
Среди сперматогоний выделяют клетки двух типов: светлые (А) и темные (Б). Темные клетки — неделящиеся или покоящиеся — рассматривают как стволовые. Светлые сперматогонии активно размножаются, поставляя клеточный материал для образования зрелых сперматозоидов.
На стадии роста наблюдается увеличение размеров клеток-предшественниц половых клеток, которые уже называются ово(оо)цитами и сперматоцитами I порядка (первичные овоциты и сперматоциты). При этом ово(оо)циты I порядка крупнее сперматоцитов I порядка. Увеличение клеточных размеров на названной стадии объясняют накоплением веществ, необходимых для предстоящего деления. Больший вклад в рост размеров ово(оо)цитов I порядка вносит накопление в их цитоплазме питательного материала — желтка. Так, растущие ово(оо)циты плодовых мух за три дня увеличивают объем в 90 000 раз, лягушек —
в 64 000 раз, мыши — более чем в 40 раз. Наиболее распространенный способ, обеспечивающий рост ово(оо)цитов I порядка и наблюдаемый, в частности, у млекопитающих, связан с наличием и трофической (питающей) активностью особых фолликулярных (питающих) клеток. Стадию роста делят на два периода — превителлогенеза (до образования и накопления желтка) и вителлогенеза (образование и накопление желтка). Превителлогенез (он же период малого или цитоплазматическо-го роста яйцеклетки) характеризуется относительно незначительным и пропорциональным увеличением объемов ядра и цитоплазмы без изменения значений ядерно-цитоплазматического отношения. Многие эмбриологи считают, что на стадию роста приходится предмейотическая репликация ДНК, тогда как другие эмбриологи относят это событие к профазе редукционного деления стадии созревания. Вителлогенез (он же период большого или трофоплазматического роста) характеризуется объемным увеличением цитоплазмы в связи с появлением в ней питательного материала — желтка, который представляет собой сложное вещество белково-липидно-углеводной природы. Следствием периода большого роста является выраженное снижение значений ядерно-цитоплазматического отношения.
Стадия роста ово(оо)цитов I порядка у некоторых видов животных укладывается в достаточно короткое время, тогда как у других занимает продолжительный отрезок времени. Так, у человека длительность стадии роста яйцеклеток может составлять около 30 лет.