Николай Горькавый - Астровитянка. Книга II. Уравнение будущего

Голографическое трёхмерное изображение какого-нибудь удивительного клопа с зубчатым гребнем на спине профессор Франклин увеличивала до размеров слона и с энтузиазмом восхищалась этим существом. Некоторые студенты разделяли эмоции профессора, но большинство старалось поменьше всматриваться в голограмму, надеясь, что эта прелестная букашка не приснится им ночью.

Каждое животное являлось для профессора чудом природы, требующим как научного изучения, так и дружеской заботы.

Сегодня она принесла на аудиторный стол целый набор своих биодрузей: серую с тёмными полосками кошку Мисс Гонагал, которая сразу стала обнюхивать стол; почти невидимую клетку с красивым голдфинчем – золотым зябликом с чёрными пятнами на крыльях; и аквариум, где плавали тропические рыбки-гуппи с разноцветными узорными боками.

– Сегодняшняя лекция посвящена морфогенезу – возникновению у животных различных органов и окраса. Вот перед вами птица, рыба и млекопитающее. Каждое из этих животных начало развитие из одной-единственной клетки, которая превратилась в две идентичные клетки, потом – в четыре и так далее. В процессе деления первых клеток получаются клетки, идентичные по генетическому набору, но, что удивительно: из скопления первоначально одинаковых клеток вырастают впоследствии различные органы, например… – профессор постучала по клетке голдфинча, – у птицы возникают голова, крылья, лапы, хвост.

Каждый орган несёт свою нагрузку и снова дифференцируется: клетки птичьей головы изобретательно выстраиваются в сложно организованный мозг, глаза, органы чувств… Рыба создаёт плавники, жабры, мышцы из клеток с одинаковым набором генетической информации.

Как же идентичные клетки становятся хвостом или головой?

Как набор клеток догадывается, что его конечная цель – создание уха или сверхсложного глаза?

Как клетки кошачьей шерсти узнают, что им надо образовать полосатый узор?

Кто срежиссировал или сдирижировал коллективную окраску клеток кожи, шерсти и чешуи, чтобы возникла такая цветовая симфония?

Эту тему биологи называют морфогенез – образование форм.

Профессор насыпала сухой корм в аквариум с рыбками и сказала:

– Биологический организм – весьма реагенная среда. Разная концентрация белков-гормонов в многоклеточной среде диктует клеткам, кому стать головой, кому – ногами.

Известны классические опыты на примитивных животных – гидрах, у которых отрезали «голову», но градиент гормона продолжал дирижировать оставшейся клеточной массой и заставлял гидру вырастить новую «голову». Была ли она умнее предыдущей, пока установить не удалось… – пошутила профессор. – Регенерация целых органов у более сложных организмов редка, но, например, тритон может вырастить новый глаз взамен потерянного.

Профессор погладила Мисс Гонагал по выгнутой спине, а кошка в знак одобрения подняла столбиком своё морфогенетическое образование с волнообразным распределением пигмента, или, попросту, беззаботный полосатый хвост.

– Очень интересен механизм окраски животных. Окраска млекопитающих вызвана всего двумя пигментами-меланинами: эумеланин имеет чёрный или коричневый цвет, феомеланин – жёлтый или красновато-оранжевый. Именно эти два пигмента отвечают за различия в цвете волос, глаз и кожи у людей. Загорая на солнце, мы меняем количество меланина в коже.

– Так, значит, я рыжая из-за этого самого… феямеланина? – спросила весёлая Нинон-Олень, с которой Никки познакомилась в день приезда в Колледж.

– Совершенно верно, – согласилась профессор.

– А почему у Никки волосы прозрачные? – крикнул кто-то.

– Я не думаю, что мы можем обсуждать друг друга на лекции, даже если речь идёт всего лишь о цвете волос, – нахмурилась профессор Франклин.

Модницы Колледжа недоумённо подняли брови: «Всего лишь?!»

– Валяйте, профессор, – свободно сказала Никки. – Мне самой интересно узнать…

– Ну, если мисс Гринвич даёт разрешение… – вздохнула профессор. – Полное отсутствие меланина даёт седые волосы. Но белизна седины определяется рыхлой поверхностью волоса, хорошо рассеивающей свет. А если волосок без меланина имеет плотную и гладкую поверхность, то он будет прозрачным.

– А можно такого добиться… искусственно? – высказал тот же голос заветную мечту многих.

Профессор пожала плечами: «Мне бы ваши заботы!» – и вернулась к лекции:

– Меланины порождают жёлтый цвет шкуры оленя, чёрно-жёлтый окрас леопарда и все остальные цветовые решения внешности млекопитающих. В основе полосатости шкур лежит диффузионная неустойчивость Тьюринга, вызывающая в шкуре животных волны разной концентрации гормонов – катализаторов производства меланинов. Аналогом этой неустойчивости в химии является реакция Белоусова-Жаботинского, о которой вам уже рассказывал профессор Цитцер.

Далее профессор Франклин продемонстрировала впечатляющие математические решения уравнений меланогенеза. На экране появилась модель шкуры животного, и Вольдемар на ходу принялся решать уравнения с различными параметрами. Каждое математическое решение давало новый узор на шкуре.

Простейшее решение соответствовало животному с чёрной передней частью тела и белой задней. Рядом с математической моделью Вольдемар показал реальное фото лохматой собаки бобтейл, имеющей такую же шкуру.

Параметры уравнений менялись, и математическая шкура покрывалась то чёрными крупными узорами, то узкими полосками или мелкими пятнами. И какая бы окраска ни получалась из уравнений, всегда находилось реальное животное, имеющее шкуру, окрашенную именно таким образом: лошадь, зебра, жираф или леопард, чья знакомая физиономия была восторженно встречена школьниками.

– Взаимодействие физической диффузии и химических реакций объясняет целый класс важных феноменов морфогенеза, – подытожила профессор Франклин, – а нестабильность распределения подкожных белков-гормонов рисует узоры на шкуре животных – как на Мисс Гонагал или на тигре, которого я не решилась привести в класс… – улыбнулась профессор. – Тем же закономерностям следует развитие внутренних органов биосуществ и даже малозаметных прозрачных узоров на стрекозином крылышке…

Вот так теория нелинейных уравнений сумела объяснить целый пласт биологических проблем, за что ей огромное спасибо… – закончила лекцию профессор Франклин и отпустила школьников пообедать или, точнее, ввести немного органических молекулярных реагентов в свои изголодавшиеся организмы, то бишь – в многоклеточные открытые системы.

После обеда началась пара по планетологии. Среди преподавателей Лунного колледжа единственным неприятным для Никки оказался профессор Дермюррей, физик и планетолог. Заносчивый, самодовольный и нетерпимый, профессор не вызывал у неё – да и у большинства остальных учеников – каких-либо симпатий.