Świeże spojrzenie na embriologię

W czasie gdy astronomowie odkrywali fascynujące geometrie galaktyk pod koniec XIX wieku, równie ważnych odkryć dokonywano na poziomie mikrokosmosu, które prezentowały nowe spojrzenia na mechanizmy definiujące wzrost żywej materii. Embriologia była stosunkowo nową dziedziną, kiedy w Europie zaczęły się ścierać dwie przeciwstawne szkoły. Jedna z nich znana jako witalizm miała swojego pioniera w postaci wielkiego epigenetyka Hansa Driescha (1867–1941), z kolei drugiej nazwanej szkołą mechanistyczną/preformistyczną przewodził Wilhelm Roux (1850–1924).

Obie szkoły były zafascynowane oczywistą kierunkowością i celowością manifestującymi się w rozwoju organizmu od zapłodnionej pojedynczej komórki aż do jego w pełni wykształconej formy.

W odróżnieniu od innych dziedzin nauki w embriologii było oczywiste, że losowość, chaos i przypadek nie odgrywają żadnej roli w skomplikowanym i harmonijnym procesie wzrostu, zwielokrotniania i wyodrębniania się komórek w trakcie życia zarodka. Jakie mechanizmy określały, jak części będą się rozwijały wraz ze wzrostem embrionu?

Podstawowe pytanie w owym czasie brzmiało: czy to części definiują całość, czy może jest na odwrót? Skąd możemy wiedzieć, w jakim momencie los niewyodrębnionej komórki staje się przesądzony?

Mechanistyczna szkoła Roux zakładała, że można się dowiedzieć, co się stanie z komórką, tylko na „chwilę” przed lub po jej zaobserwowaniu – poza tym momentem uważano ogólnie ścieżkę za niepoznawalną. Witalistyczna szkoła Driescha twierdziła z kolei, że można poznać jedynie „końcową fazę” zarodka, ale żadnej z jego indywidualnych zmian.

Aby udowodnić swoje stanowisko, Roux zaczął od spalenia jednej z dwóch komórek tworzących zygotę żaby, co poskutkowało ostatecznie powstaniem półżaby. Ten niezwykły eksperyment sugerował oczywiście, że wszelkie informacje determinujące los wszystkich kolejnych faz ewolucji embrionalnej były zawarte w każdej z dwóch pierwotnych komórek. Jeśli Driesch miał rację, to pojedyncza komórka powinna się rozrosnąć do pełnej żaby. Chociaż z początku wyglądało to na „zwycięstwo” szkoły mechanistycznej, nie cieszono się nim zbyt długo, gdyż Driesch opracował nowy eksperyment, w którym zamiast zabijać jedną z dwóch komórek zygoty żaby wykorzystał czterokomórkowy embrion jeżowca przecięty na pół za pomocą drobnego dziecięcego włosa, czego efektem były teraz nie dwa półorganizmy, jak spodziewał się Roux i inni mechaniści, ale dwa w pełni uformowane jeżowce!

Chociaż te eksperymenty udzieliły odpowiedzi na pewne fundamentalne pytania dotyczące mechanizmu twórczego wzrostu, wiele innych pytań pozostało bez odpowiedzi i trzeba było czekać kilka dekad, aż nowe pokolenie naukowców zmierzy się z tym problemem patrząc nań z innej perspektywy. Jednym z najwybitniejszych z nich był genialny ukraiński przyrodnik Aleksander Gurwicz.

 

 

Hans Driesch (po lewej) przewodził szkole witalistów, zaś Wilhelm Roux (po prawej) szkole mechanistów/preformistów.

 

 

Gurwicz wkracza na scenę

Zamiast po prostu poprzeć witalistów albo mechanistów Gurwicz wziął to co najlepsze z obu szkół i dodał coś od siebie, zadając pytanie: „jak komórki komunikują się ze sobą i harmonizują swoje zachowanie w jednym ujednoliconym układzie?”.

Biorąc pod uwagę, że przeciętne dziecko składa się z blisko 10 bilionów komórek, z których 10 milionów umiera i rodzi się w każdej sekundzie i że w każdej komórce zachodzi ponad milion aktywności molekularnych na sekundę, wręcz zakrawa na cud, iż te biliony komórek potrafią komunikować się i harmonizować ze sobą, a tym bardziej „decydować”, kiedy niewyodrębniona komórka powinna realizować funkcję definiującą jej „przeznaczenie”, tak jak komórka wątroby, mózgu, serca itp.

Gurwicz zdał sobie sprawę z tego, że rozległej komunikacji międzykomórkowej nie można przypisywać samej aktywności molekularnej ani ruchowi enzymów z jednego miejsca na drugie w ciele. Musiało dziać się coś więcej. Ale co?

W okresie obfitego twórczego rozwoju w latach 1920. Gurwicz stworzył swój słynny „eksperyment z korzeniem cebuli”, który polegał na prostym ułożeniu dwóch korzeni cebuli prostopadle względem siebie. Gdy korzeń jednej cebuli rósł w dół, drugi został pobudzony do wzrostu w jego kierunku (patrz rycina 8). Kiedy korzenie zbliżyły się do siebie, doszło do przyśpieszenia tempa wzrostu o 30 procent w pierwszej cebuli, co nasunęło oczywisty wniosek, że wysokiemu wskaźnikowi mitozy młodych komórek zachodzącej na czubku korzenia towarzyszyła jakaś forma emisji niewidzialnej energii powodującej zwiększenie tempa wzrostu, ale nie wiedziano, jaka była tego natura? Jakiego rodzaju energia przechodziła z jednego korzenia na drugi?

Aby odpowiedzieć na to pytanie, Gurwicz testował różne rodzaje kwarcu blokujące wszystko oprócz ultrafioletowej części widma elektromagnetycznego i odkrył, że zwiększony wzrost komórek zachodził tylko wtedy, gdy światło ultrafioletowe mogło się rozchodzić. Chociaż przez następne 30 lat nie wynaleziono żadnych wystarczająco czułych przyrządów pozwalających zliczać te ultrasłabe emisje ultrafioletowych fotonów, elegancki eksperyment Gurwicza wykazał, jakiego rodzaju właściwości elektromagnetyczne powodują harmonizację żywych komórek!

 

 

Ryc. 8. Aleksander Gurwicz i jego oryginalny eksperyment z korzeniami cebuli. Dwie cebule (Z1 i Z2) rosną ustawione prostopadle względem siebie, gdzie punkt W przedstawia miejsce przecięcia młodszego korzenia wyrastającego z cebuli Z1 oraz starszego wyrastającego z cebuli Z2 oddzielonych soczewką kwarcową blokującą emisje promieniowania ultrafioletowego z Z1 do Z2.