Онтогенез и развитие первого ассортимента

Одно из главных допущений предлагаемой теории состоит в том, что развитию сознательного восприятия предшествует (и для него необходимо) образование вырожден-

Не

Дж. Эделмен

ного первичного ассортимента распознающих групп клеток. Поэтому следует задаться вопросом, как может развиться такой первый ассортимент в онтогенезе и как возникают его специфические свойства в процессе эволюции. Здесь я коротко рассмотрю проблему онтогенеза, а ниже сделаю несколько сравнительных замечаний о филогенезе селективных систем распознавания.

Проблема эмбриогенеза, в особенности гистотипических взаимодействий, в настоящее время далека от своего решения на молекулярном уровне. Во всей сложности она поставлена развитием нервных систем высшего уровня — например, в развитии такой системы, как ретинотекталь-ная проекция, проблема «схемы соединений» представляется грандиозной (Barondes, 1976). Один из способов решения этой проблемы очень прост — это постулирование для каждой пары клеток набора специфических дополнительных распознающих молекул, появление которых на соответствующем этапе развития запрограммировано генетически (Moscona, 1974). Однако все большее число данных говорит о том, что такого предварительного ассортимента фиксированных продуктов генетического процесса недостаточно. Как эмбриологические исследования (Hamburger, 1970), так и опыты по регенерации (Weiss, 1970) показывают, например, что нервно-мышечные взаимодействия не предетерминированы, а формируются с течением времени.

Полученные данные показывают, что после начального множественного образования синапсов происходит их конкурентное исключение, в результате которого отношение между аксонами и мышечными концевыми пластинками обычно становится равным 1:1. Кроме того, имеются данные, что при образовании некоторых нервных сплетений конечностей ветвление происходит до возникновения нервно-мышечного взаимодействия (Landmesser, Pilar, 1970, 1972). После частичного удаления tectum opticum в нем сохраняется возможность образования соответствующих крупных проекций (Yoon, 1975), что свидетельствует об отсутствии заранее фиксированного кода взаимодействия между отдельными клетками и нервными волокнами. Наконец, химические анализы областей адгезии клеток сетчатки (Brackenbury et al., 1977; Thiery et al., 1977) свиде-

Селекция групп и фазная повторная сигнализация 117

тельствуют о наличии одной или нескольких поверхностных белковых молекул, а не об обширном ретиноспецифи-ческом или нейронпоспецифическом ассортименте молекул.

Поэтому остается "в силе вопрос: как формируется первичный ассортимент? Я предлагаю здесь элементы предварительной гипотезы о развитии первичного ассортимента, свойства которого согласуются с последующей вырожденной селекцией групп для формирования вторичного ассортимента.

1. На ранних этапах онтогенеза группы клеток, или поликлоны, детерминированы генетически.

2. В эту систему встраивается высокая степень вырожденности — число клеточных групп значительно больше, чем в конечном счете используется для образования проекций и связей. Многие «неиспользуемые» клетки погибают (Prestige, 1970; Cowan, 1973).

3. Создается иерархия взаимодействий, причем на раннем этапе решения (например, ветвление нейронов в сплетениях конечностей) принимаются сравнительно редко и обусловливаются генетической программой.

4. Взаимодействия между группами клеток последовательные, избирательные и определяемые взаимным влиянием. Так, иннервация конечности тем или иным сегментом спинного мозга происходит при нервно-мышечных взаимодействиях и образовании синапсов, которое зависит

-от антероградных и ретроградных сигналов. Из нескольких первоначально сформированных синапсов обычно выживает только один. Это избирательное выживание согласуется с высказываниями Вайса (Weiss, 1970), а также Шанже и Денчина (Changeux, Danchin, 1976). Конечным результатом такого избирательного взаимодействия являются утрата синаптических связей и гибель многих нейронов ЦНС в процессе развития. Однако после такой селективной стабилизации (Changeux, Danchin, 1976) сохраняется высокая степень избыточности и вырожденности специфических изофункциональных клеточных групп.

5. Поэтому главное формирование окончательных связей на уровне синапсов рассматривается как избирательное взаимодействие, основанное на некоторых функциональных аспектах. После того как эти связи сформирова-

Дж. Эделмен

лись, они в общем не меняются. Но, несмотря на ее селективную природу, многое в этой системе все же генетически предопределено — положение ядер, путь их диффе-ренцировки и общая локализация. Так, колонки доминирования правого или левого глаза в общем предетермини-рованы, но могут быть приведены в действие в критическом периоде (Blakemore, Van Sluyters, 1974), а конкуренция правого и левого глаз заканчивается на уровне формирования синапсов с отдельными нейронами стриарной коры.

Согласно предлагаемой гипотезе, первый ассортимент, как и второй, селективно формируется на уровне своей тонкой структуры. Но даже если это и правильно, то сначала многое должно быть детерминировано генетической программой, и последовательные этапы развития являются особо важными, критическими (Bodian, 1970). Отличительный элемент гипотезы состоит в том, что вырожденность и селекция в значительной степени присущи системе уже на ранней стадии, даже еще до того, как завершено формирование первичного ассортимента. Дальнейшее развитие, особенно в критические периоды, может уменьшить эту вырожденность селективной синаптической стабилизацией (Changeux, Danchin, 1976). По мере восхождения по нервной оси можно ждать все более поздних эффектов критической селекции и все больше и больше свидетельств вырожденности. В некоторых субсистемах вырожденность не столь уж необходима и эволюционный отбор, а также формирование во время критических периодов могут устранить ее почти полностью. Но в связи с необходимостью развития второго ассортимента для высших функций мозга требуется сохранность большей части вырожденности в корковых и лимбико-ретикуляр-ных областях. С этой точки зрения для префронтальной, лобной и височной областей критический период длится непрерывно, а у некоторых счастливых индивидуумов — до самой смерти.