Топологическое строение морфологических полей - Исаева В.В.
ISBN 5-02-005337-6
Скачать (прямая ссылка):
I аким образом, во время делений дробления зароды ша бластомеры поляризуются так (локальный порядок . что возникает интегральный порядок: двусторонний клеточный пласт, замкнутый в сферу. Назовем тогда область живого организма, находящуюся с внутренней сторот»! граничного клеточного пласта, полостью тела (например, полость бластулы). Однако когда клеточный пласт отилгу-ровывается в полость тела, он заключает в себе часть внешней среды. При атом внутренняя сторона пласта обращена всегда к внутренней стороне дочернего пласта.
Итак, топологическая динамика образования дефинитивной внешней формы животного, как правило, начинается следующей последовательностью форм:
перестройка связности
шар (яйцеклетка) j- шар (сперматозоид)------------------—*
сф грнческая порее гроик i
->шар (зигота)—>сфера (бластула)---------------------*
—'тор (зародыш с<» сквозным кишечником).
При том одним из существенных моментов здесь, еще раз подчеркиваем, будет образование и поляризация клеточного пласта п. значит, появление у клеточной поверхности на стадии бластулы двух сторон, никогда в развитии но смешивающихся.
В неживой природе также можно наолюдать оорал ионии полостей. Пто. однако, характерно для неупорядоченного морфогенеза (например, при вскипании жпды ети). (’ пашен точки зрения, типичным элементарным актом в морфогенетических процессах неживой природы оудрт иная топологическая динамика перестроек (сеича^ уже сферических для внешней поверхности формы шар -> сплошной тор -> шар -*¦ ... Действительно, про
а
Ф
1 1 I I I
I*IK'. jj:>. Морфогсисл капли
a — параллелизм форм жипого и нонииогп; слипа — капли, падающая и жидкости той же плотности, справа — медуза и ил утеус морского ока (Thompson, Пи cl al., i086); 0 — циклы морфогенеза и репродукции капли
дом следующий опыт. С небольшой высоты в спокойную виду капнем каплю чернил if посмотрим, как будет меняться ее форма. При падении капли в воде ее обтекает водя и в капле возникают неоднородности циркуляции чгриил в ней (см. гл. J1). Эти неоднородности приводят
к тому, ЧТО капля Прекращается в вихревое кольцо (сплошной тор).
Через некоторое время на тороидальной капле, в которой заметны внутренние токи жидкости, понв-ляются перетяжки, п она распадается на О ка пол ь; те опять превращаются в вихревые кольца и т. д. (рпс. 12.4) (по: Thompson.
1942; . Тавроитьев, Шабат. 1977:
Шабанов, Шубин, 1981; Волынский, 1980: см. также: Восс. 1985. где описан аналогичный процесс, приводящий к образованию звезд).
Паше описание механизма образования вихревых колец таково.
Картина течения жидкости внутри капли, приведенная на рнс. 18, яв-ляется структурно неустойчивой.
Поэтому центральная особая точка дол ж* на бифурцировать в окружность. Т. е. в силу вязкого трения падающей капли о слон внешней жидкости в капле возникают сначала поверхностные, а затем и внутренние токи жидкости от нижней оконечности капли к верхней. Линии тока, естественно, замыкаются через вертикальную ось капли. Однако система замкнутых меридиональных линий тока жидкости внутри капли также не является структурно-устойчивой. Эти замкнутые линии перезамыкаются в спираль, намотанную на ту самую особую окружность (цикл), на которую они поначалу н были нанизаны. Т. е. происходит как бы скручивание капли или поворот ее относительно вертикальной оси. Другими словами, капля будто ввинчивается в воду. В результате такого ввинчивания в капле и возникают спиральные структурно-устои-чнвые токи жидкости вдоль вихревой осп. Последнее при водит к образованию в верхней и нижней оконечностях капли воронок, которые формирует вихревое кольцо (тор; происходит топологическая (сферическая) ие]^строика.
шар превращается в сплошной тор (рис. 12^). атог расширяется, поскольку при его дальнейшем нлденни в * пикает разница давлений между перифериен и цен
I
РИС. 124. Предполагаемые перестройки ноля течения жидкости при морфогенезе
кап/! и
кольца. Dm связано г тем, что движение чернил направлено па внешней стороне кольца снизу вверх. а на виу г-реииеп — сверх\ nini.t. т. е. навстречу потоку йоды, ir таким образом создается область повышенного давлении в песком части тора, которое и вызывает его симметричное расширение.
Наконец, распад вихревого кольца на капли мы можем, отказавшись от концепции неоднородности или среды, или капли, описать только феноменологически с применением термодинамических соображении. Л именно, исходную кинетическую энергию капля переводит в кинетическую энергию вихревого кольца, которая впоследствии дисснпи-руется. Диссипация происходит квантованным образом в момент топологической перестройки при фрагментации вихревого кольца на отдельные капли.
Превращение же яйца, как и любом другой клетки, в тор, по-видимому, невозможно (что связано, вероятно, с расположением в центральной части эндоплазмы ядра и окружающих* его элементов, цитоскелета . Однако при сопоставлении картин линий тока жидкости внутри капли, преобразующейся в тор. и силовых линий электрических полей, генерируемых яйцеклетками животных и растений (Xuccitelli. 1083. 1984). выявляется сходный осесимметричный тороидальным рисунок силовых лними. Паттерн этих электрических полей далеко не случаен и определяется клеточной и субклеточной архитектоникой. Рассмотрим силовые линии электрического поля яйца как аналоги поля течения жидкости в капле при ее превращении в тор (см. рис. 123). В ходе дробления зигогы после делений возникает сквозной капал, распола-
