Почему сердце находится слева, а стрелки часов движутся вправо. Тайны асимметричности мира - Крис Макманус

среднем возрасте, как в случае с 48-летним лондонцем, который на протяжении четырех месяцев выкашливал значительное количество зеленой мокроты. За два дня до поступления в больницу он испытывал боль в левой стороне груди из-за острой пневмонии. В течение долгих лет у него ежедневно с кашлем выходило до полной чашки мокроты, чему, безусловно, способствовали и два десятка сигарет, которые он ежедневно выкуривал. Так что это было уже не первое его серьезное легочное заболевание, кроме того, он страдал от тяжелых приступов синусита. При обследовании и в ходе рентгеноскопии стало ясно, что у пациента не только сердце расположено в правой стороне груди, но и все органы размещены зеркально – как раз случай situs inversus. Помимо проведения анализов, обычных для пациентов с легочными заболеваниями, врачи также обратились к нему с просьбой, которая могла показаться очень странной – провести анализ спермы. На самом деле это был тонкий диагностический ход, так как под микроскопом стало очевидно, что сперматозоиды неподвижны. У пациента был классический случай синдрома Картагенера, в котором сочетается необычная триада симптомов: бронхоэктазия (производство большого количества инфицированной мокроты), синусита и situs inversus. Мужчины с таким синдромом бесплодны, в отличие от женщин[158].

В любом синдроме, сочетающем на первый взгляд странную комбинацию симптомов, должна существовать какая-то объединяющая их скрытая причина. Афзелиус предположил, что бронхоэктазия и синусит связаны с какой-то проблемой с ресничками респираторного эпителия. Этими ресничками покрыт эпителий и бронхов, и синусов носа – эти крошечные ворсинки регулярно колышутся, выгоняя вверх и наружу всевозможные загрязнения, попадающие в дыхательные пути и способные вызвать инфекцию. Проблемы возникают, если реснички не работают. Афзелиус изучал работу ресничек пациентов с синдромом Картагенера с помощью электронного микроскопа. У нормальной реснички очень характерный вид, известный как «строение 9+2» – две крохотные микротрубочки, спрятанные в центральной оболочке, и девять микротубул вокруг нее (рис. 5.16). С одной стороны каждой из девяти микротрубочек находится так называемая динеиновая ручка; динеин – это содержащийся в клетках белок, вызывающий их движение. Афзелиус выяснил, что у пациентов с синдромом Картагенера реснички дефектны, у них нет динеиновых ручек. Так как ресничка не в состоянии двигаться, легкие и синусы не очищаются от всяческих загрязнений, и в результате возникает инфекция. Мужчины, страдающие этим синдромом, бесплодны, поскольку динеиновых ручек нет и в хвостах их сперматозоидов, а неподвижные сперматозоиды не могут оплодотворить яйцеклетку[159].

Дефекты ресничек изящно объясняют большинство компонентов синдрома Картагенера, но как в эту картину вписывается situs inversus? Что общего между ресничками и положением сердца? Ключ в том, что среди братьев и сестер людей с выраженным синдромом Картагенера есть те, кто также страдает бронхоэктазисом, синуситами, а если это мужчины, то и бесплодием – но сердце у них слева, а не справа. Похоже, на каждого пациента с выраженным синдромом приходится один пациент без situs inversus. Другими словами, похоже, что реальный синдром заключается в сочетании бронхоэктазии, синусита, бесплодия и случайного расположения сердца, при этом у половины пациентов сердце окажется справа, а у половины – слева. И снова появляются эти 50 %. Возможно, нормальная работа ресничек каким-то образом подтверждает, что сердце – слева, а если реснички не движутся, то сердце оказывается или слева, или справа. Именно это и предположил Афзелиус в своей первоначальной работе. Однако эта теория столкнулась с проблемами, не в последнюю очередь связанными с тем, что никто не мог представить себе механизм, посредством которого реснички могли бы определять положение сердца. Еще больше вопросов возникало из-за того, что пациенты с похожим расстройством, известным как полинезийский бронхоэктаз, страдали бронхоэктазом, синуситом, дефектами ресничек, но не situs inversus. Более того, iv-мыши Лейтона демонстрировали прямо противоположное, поскольку никаких проблем с ресничками у них не было, да и у людей с situs inversus часто не было никаких других составляющих синдрома Картагенера. На этом этапе теория ресничек зашла в тупик и была практически забыта, и лишь некоторые работавшие в этой области специалисты упоминали о ней, как о еще одном курьезе латерализации, которых уже набралось немало[160].

Рис. 5.16. Сечение нормальной человеческой реснички (A) и реснички пациента с синдромом неподвижных ресничек, сходным с синдромом Картагенера (B). С – схема организации 9+2. Стрелка в А и C указывает на одну из динеиновых ручек, а стрелка в B указывает на место, где динеиновая ручка должна была быть – у пациента их нет, и поэтому реснички не могут двигаться. Вид реснички дан снизу вверх по ее длине, а динеиновые ручки размещены по часовой стрелке

В 1980-х годах вопрос о причине, из-за которой сердце расположено слева, снова стал интересовать биологов, хотя проведению экспериментов мешало отсутствие убедительной биологической модели. Положение изменилось в конце 1980-х с появлением двух совместных работ Найджела Брауна и Льюиса Уолперта. Первая открывалась подтверждением старого, но странного открытия: высокие дозы ацетозоламида вызывают дефекты конечностей у эмбрионов мыши, и при этом поражается практически вся правая сторона тела. При этом интересно, что, как далее показали Браун и Уолперт, у iv-мышей с situs inversus лекарство вызывало дефекты левой стороны. Каким-то образом это простое вещество различало, с какой стороны тела расположено сердце – факт, предполагающий, что на это указывает какой-то очень простой знак или индикатор. Но что бы это могло быть? В 1990 году Браун и Уолперт предложили теоретическую модель того, как развивающийся эмбрион мог бы различать левое и правое. На философском уровне модель предлагала все то же, о чем говорил Кант на двести лет раньше – что левое и правое можно различить, только если есть некая общая точка отсчета. Однако Браун и Уолперт сформулировали эту идею на практическом уровне, так, чтобы биологи ее поняли и захотели идти дальше. В частности, они предположили существование так называемой F-молекулы, которая могла бы ориентироваться относительно антериально-постериальной и дорсально-вентральной осей организма; при этом асимметричная молекула заодно указывала бы левое и правое. Одновременно с этим Браун предложил в феврале 1991 года провести в Лондоне в Фонде Ciba встречу небольшой, тщательно подобранной группы ученых самых разных специальностей, чтобы обсудить проблемы, – встречу, на которой Уолперт был председателем и которая продолжалась три дня. Хотя она называлась «Биологическая асимметрия и предпочтение рук», лучше было бы назвать ее «Двадцать девять ученых в поисках F-молекулы». При взгляде назад не возникает сомнений, что именно в этот момент лево-правая асимметрия стала солидной, обсуждаемой и, что примечательно, глубокой проблемой, которую предстояло решить биологии. Итак, в 1990-х годах, после полувекового слабого прогресса, биологи неожиданно снова продвинулись вперед благодаря появлению новых мощных