Как Центральная догма и теория эгоистичных генов ввели в заблуждение эволюционные и медицинские науки в понимании многофакторных заболеваний [1].

Аннотация [1]. В этой обобщающей статье анализируются неверные интерпретации Центральной догмы молекулярной биологии в популярных представлениях о теории эгоистичного гена в эволюционной биологии и геномике. Понятие «эгоистичный» в этой теории неверно, независимо от того, интерпретируется ли оно буквально или метафорически. Эта глубокая неверная интерпретация биологии XX века, подчеркивающая первенство генов в функциональности, подтолкнула к поиску генетических истоков основных многофакторных заболеваний, даже несмотря на продолжающуюся неспособность геномики предложить путь к прогнозированию или лечению этих распространенных смертельных заболеваний. Опора на проект «Геном человека» в поисках таких методов лечения привела медицинскую науку к дорогостоящему тупику. Пришло время похоронить научные догмы XX века. В науке нет места догмам любого рода. Нам нужны функциональные методы лечения, основанные на понимании функциональных сетей, контролирующих гены и их эволюцию. Мы представляем новый диаграммный способ представления причинно-следственных взаимодействий между функциональными физиологическими сетями и химическими процессами, представленными Центральной догмой. Таким образом, становится очевидным, что существует множество способов изменения активности и нуклеотидного состава ДНК.

многоразовые регуляторные механизмы контролируют фенотипическую изменчивость [1].

Пост DIA00046 «Эволюционные жуки» содержало такое предсказание: «данные об эволюции и отображении наследованной информации в фенотип всегда будут пополняться». Развитие этой мысли в DIA00125 и в DIA00187 теперь обсуждается на языке ИИ-моделей.

Аннотация [1]. Вопрос о том, как фенотипические преобразования реализуются посредством изменений в лежащей в основе регуляторной динамике, остается центральным в биологии развития. Вдохновленные работой Д'Арси Томпсона 1917 года «О росте и форме», мы задаемся вопросом, можно ли закодировать согласованные крупномасштабные преобразования морфологии в виде низкоразмерных модуляций самоорганизующейся системы развития. Мы используем нейронные клеточные автоматы (NCA) в качестве биоинспирированных моделей распределенного развития, в которых общая локальная регуляторная сеть выращивает целевые морфологии из одной клетки. Мы применяем адаптацию низкого ранга (LoRA) к предварительно обученным NCA, представляя каждую адаптированную программу развития как модуляцию низкого ранга фиксированного регуляторного каркаса. Горизонтальное и вертикальное масштабирование полностью сформировавшегося 2D-фенотипа эмодзи может быть реализовано с помощью адаптаций первого ранга. Их линейные комбинации параметрически контролируют размер фенотипа, обобщаются за пределы обучающего распределения и комбинируются с адаптерами, специфичными для цели. Примечательно, что адаптации, изученные для одного фенотипа, переносятся без предварительного обучения на структурно и семантически разнообразные фенотипы, использующие одну и ту же эталонную структуру, при этом в значительной степени сохраняя внутренние особенности. Это предполагает возможность повторного использования гипернаправлений масштабирования на системном уровне, а не морфологических преобразований. На основе приблизительно 25 000 независимо обученных фенотип-специфических адаптеров NCA с общей структурой мы дополнительно выявляем скрытые низкоразмерные направления, которые функционально контролируют фенотипическую изменчивость, включая масштабирование, стиль и симметричное деление. В совокупности наши результаты представляют собой вычислительную реализацию замечательных преобразований сетки Д'Арси Томпсона в 2D NCA — минимальной кибернетической ткани, в которой вариации полностью сформировавшихся фенотипов эмодзи могут быть закодированы, объединены и контролированы с помощью низкоразмерных направлений в пространстве регуляторных весов.

Ключевые слова [1]: эволюционная биология развития, морфогенез, фенотипическая изменчивость, кибернетическая ткань, нейронные клеточные автоматы, низкоранговая адаптация, регуляторные сети, морфопространство, Д'Арси Томпсон

Краткое название [1]: LoRA-NCA: низкоранговый регуляторный контроль фенотипической изменчивости

Основные моменты [1]:

• LoRA эффективно используется для точной настройки сложных динамических систем, таких как NCA.
• LoRA позволяет сопоставлять фенотипические вариации с регуляторной модуляцией в кибернетических системах.
• Соответствующее пространство регулятивных весов имеет семантическую геометрию с функциональными гипернаправлениями.
• Мы обучаем модели и эмпирически находим универсальные гипернаправления в регуляторном пространстве, которые обобщаются на различные фенотипы с общей регуляторной логикой.
• Разложение LoRA предоставляет принципиальный способ выявления таких низкоранговых регуляторных механизмов для нисходящего контроля кибернетических тканей, что имеет серьезные последствия для эволюционной изменчивости и биологической пластичности в целом.
• Преобразования сетки, предложенные Д'Арси Томпсоном (1917), можно контролировать с помощью таких скрытых регуляторных механизмов, предсказанных Говардом Патти (1973).

Модуляции самоорганизующегося морфогенеза направляют фенотипические преобразования и формируют семантическое весовое пространство регуляторного механизма. (A) Декартовы преобразования сетки Д'Арси Томпсона связывают фенотипические формы, здесь на примере превращения рыбы-ежа в рыбу-солнце.(B) Схематическое изображение того, как модуляции на регуляторном уровне самоорганизующегося морфогенеза направляют фенотипические преобразования. Многоклеточный морфогенез может быть смоделирован с помощью нейронных клеточных автоматов (NCA), которые включают клеточных агентов, числовые состояния которых обновляются общей искусственной нейронной сетью (ANN), управляющей клеточным восприятием и обновлением клеточных состояний в локальном контексте многоклеточной сетки. В то время как клеточные состояния в НКА напоминают физиологические состояния биологических клеток, их ИНС операционализируют генно-регуляторные сети (GRNs), ответственные за локальное межклеточное принятие решений для достижения коллективных результатов на системном уровне. Низкоразмерные модуляции регуляторных параметров — в нашем случае параметров ANN — вызывают адаптированное клеточное поведение на микроуровне, которое может быть направлено на эффективные преобразования на системном уровне. (C) Обучение NCA на различных целевых объектах эмодзи выявляет семантически структурированное и управляемое пространство весов. В этой работе мы провели тонкую настройку ≈ 25 000 NCA с общим каркасом, созданные с помощью адаптации низкого ранга (LoRA). Веса LoRA организуются в семантическое пространство весов, что визуализируется на диаграмме рассеяния уменьшения размерности UMAP, раскрашенной по группам эмодзи. Доминирующие главные компоненты в пространстве весов LoRA контролируют глобальные целевые признаки, такие как размер фенотипа; линейное перемещение параметров базовой NCA в нейронной сети вдоль этих главных направлений приводит к прогрессивным высокоуровневым преобразованиям формы с сохранением специфических для фенотипа признаков [1].

1. Hartl, Benedikt, Milton L. Montero, Marcello Barylli, Sebastian Risi, and Michael Levin. On Growth and Form, and Function. Reusable Regulatory Handles Control Phenotypic Variation // Preprint arXiv_2609.29755 (v1 24 Sep 2026). doi 10.48550/arXiv.2609.29755.

Два параллельных предшественника нейрональной эктодермы участвуют в развитии мозга [1].

На протяжении десятилетий многие ученые считали, что один тип исходной клетки дает начало всему мозгу [2]. См. также PIT00689.

Но эксперименты теперь ставят под сомнение эту фундаментальную картину, предоставляя доказательства того, что для создания этого сложного органа требуется не один, а два типа клеток-предшественников [1].

Исследование показывает, что один тип клеток-предшественников формирует сегмент, называемый задним мозгом, который имеет решающее значение для основных функций, таких как сердцебиение и дыхание. Второй тип клеток-предшественников, в свою очередь, генерирует две структуры: передний мозг, играющий центральную роль в функциях более высокого порядка, таких как рассуждение и планирование, и средний мозг. Работа была опубликована 18/9/2026 в журнале Nature Neuroscience [1].

«Мозг — это один орган, — говорит соавтор исследования Кайл Ло, биолог-исследователь развития из Стэнфордского университета в Калифорнии. — Но он состоит из двух разных частей, которые соединены и работают вместе» [2].

Не все согласны с выводом исследования о том, что мозг произошел от двух популяций клеток, которые не смешивались. Однако работа получила широкое признание за один аспект: авторы нашли эффективный способ стимулировать рост стволовых клеток до клеток двигательных нейронов заднего мозга, которые помогают контролировать такие движения, как глотание. Это может помочь в исследованиях заболеваний, поражающих эти клетки, включая изнурительные нейродегенеративные состояния, такие как болезнь двигательных нейронов, также известная как боковой амиотрофический склероз (БАС) [2].

Исследования стволовых клеток направлены на создание различных типов клеток головного мозга человека. Учитывая многочисленные успехи в преобразовании плюрипотентных стволовых клеток человека (hPS-клеток) в клетки переднего и среднего мозга, здесь мы сосредоточимся на генерации клеток заднего мозга человека — жизненно важной области мозга [3, 4, 5]. В то время как передний мозг выполняет когнитивные процессы более высокого уровня, задний мозг составляет большую часть ствола мозга и координирует жизненно важные процессы, такие как дыхание, питание, сон и бодрствование [3, 4, 5]. Следовательно, повреждение заднего мозга и диффузная интрапонтинная глиома (детский рак заднего мозга) являются смертельными, поскольку они нарушают сознание, ощущения, рефлексы и дыхание. Кроме того, двигательные нейроны заднего мозга проецируются через черепные нервы, иннервируя мышцы лица и шеи, а дегенерация двигательных нейронов заднего мозга, вероятно, нарушает прием пищи и глотание при таких заболеваниях, как спинальная мышечная атрофия и боковой амиотрофический склероз, что приводит к удушью, аспирации, пневмонии и, в некоторых случаях, к смерти. Однако дифференцировка клеток hPS в специфические клетки головного мозга, соответствующие различным областям мозга — таким как передний, средний и задний мозг — основана на схеме развития, определяющей, когда и как происходит диверсификация предшественников клеток головного мозга друг от друга [1].

Одно из возможных толкований карт судьбы заключается в том, что клетки нейронной эктодермы обладают потенциалом для формирования всех областей мозга, но из-за своего положения на более поздних стадиях развития им суждено столкнуться с сигналами, индуцирующими переднюю или заднюю локализацию, которые раскрывают лишь часть их полного потенциала развития. Открытым остается вопрос, являются ли отдельные клетки нейронной эктодермы уже дифференцированными: то есть, могут ли они, подвергаясь воздействию эктопических внеклеточных сигналов, формировать области мозга, которые они обычно не образуют? Чтобы оценить дифференцировку, мы подвергаем клетки нейронной эктодермы воздействию различных сигналов в культуре. Мы до конца не понимаем самые ранние предшественники заднего мозга и внеклеточные сигналы, которые их индуцируют [1].

С этой целью мы заново изучили идентичность, разнообразие и судьбу ранних клеток нейроэктодермы в эмбрионе мыши. В качестве дополнительного подхода мы также смоделировали дифференцировку нейроэктодермы из клеток hPS, с оговоркой, что модели in vitro могут не воспроизводить всю сложность развития in vivo. Мы обнаружили, что во время гаструляции возникают два типа нейроэктодермы — передняя и задняя нейроэктодерма (aNE и pNE соответственно), которым суждено приобрести идентичность переднего/среднего мозга и заднего мозга соответственно. Обнаружение этого разветвления линий развития позволило разработать план дифференцировки клеток hPS в pNE, а затем и в определенные типы нейронов заднего мозга in vitro, что открывает возможности для дальнейших исследований биологии и заболеваний заднего мозга человека [1].

Наши данные свидетельствуют о том, что aNE и pNE уже предназначены для формирования разных областей мозга in vitro. При воздействии сигналов, индуцирующих задний мозг, in vitro, полученные из клеток hPS клетки aNE не могут трансдифференцироваться в задний мозг. В свою очередь, pNE, полученная из клеток hPS, не может трансдифференцироваться в клетки переднего/среднего мозга. С механистической точки зрения, aNE и pNE, полученные из клеток hPS, обладают различными доступными хроматиновыми ландшафтами, что предвещает их различный потенциал развития и, кроме того, препятствует воздействию нежелательных сигналов, индуцирующих развитие клеток [1].

В более широком смысле, наша работа связана с давним вопросом в биологии развития о том, как и когда различные области центральной нервной системы диверсифицируются друг от друга. Важные исследования поставили под сомнение предположение о существовании общего предшественника центральной нервной системы и вместо этого обнаружили отдельные предшественники головного мозга и спинного мозга (последний называется «нейромезодермой»). Таким образом, существуют отдельные передние (специфичные для головного мозга) и задние (специфичные для спинного мозга) предшественники, которые формируют центральную нервную систему [1, 6].

1. Jokhai, Rayyan T., Carolyn E. Dundes, Hadia S. Ahsan, Rachel S. Kang, Rachel EA Salomon-Shulman, Arjun Rajan, Yoon Seok Kim et al. Two parallel neural ectoderm progenitors contribute to the developing brain // Nature Neuroscience (2026): 1-14. doi 10.1038/s41593-026-02433-7. Джохай, Райян Т., Кэролин Э. Дандес, Хадия С. Ахсан, Рейчел С. Канг, Рейчел Э. А. Саломон-Шульман, Арджун Раджан, Юн Сок Ким и др. «Два параллельных предшественника нейрональной эктодермы участвуют в развитии мозга». Аннотация. Когда и как происходит диверсификация различных областей мозга, остается невыясненным. Является ли общий предшественник нейрональной эктодермы источником всего мозга? Или существует множество предшественников нейрональной эктодермы, каждый из которых ограничен формированием определенных областей мозга? Наши исследования прослеживания родословной эмбрионов мышей подтверждают последнюю модель. В ходе гаструляции одновременно возникают два параллельных предшественника мозга: передняя нейрональная эктодерма (предшественник переднего/среднего мозга) и задняя нейрональная эктодерма (предшественник заднего мозга). Дифференцировка человеческих плюрипотентных стволовых клеток в клетки, подобные передней или задней нейрональной эктодерме, показала, что эти линии клеток были предназначены для формирования переднего/среднего мозга и заднего мозга соответственно. Они обладали расходящимися хроматиновыми ландшафтами, предвещающими будущую идентичность переднего/среднего мозга и заднего мозга. Мы также дифференцировали плюрипотентные стволовые клетки человека в двигательные нейроны, специфичные для ромбомеров 5/6 заднего мозга, которые до сих пор было трудно получить in vitro. Таким образом, мы предполагаем, что мозг является составным органом, происходящим из двух ограниченных по дифференцировке предшественников; эти двойные предшественники могут быть эволюционно сохранены на протяжении 550 миллионов лет от полухордовых до млекопитающих.

2. Lynne Peeples. How to make a brain: new experiments challenge existing picture // Nature | News | 18 Sept 2026 doi 10.1038/d41586-026-02943-1. Линн Пиплз. «Как создать мозг: новые эксперименты бросают вызов существующей картине».

3. Moens, Cecilia B., and Victoria E. Prince. Constructing the hindbrain: insights from the zebrafish // Developmental dynamics: an official publication of the American Association of Anatomists 224 (1), 1-17 (2002). doi 10.1002/dvdy.10086. Cited by 266. Моэнс, Сесилия Б., и Виктория Э. Принс. Формирование заднего мозга: выводы, полученные на примере рыбки данио.

4. Krumlauf, Robb, and David G. Wilkinson. Segmentation and patterning of the vertebrate hindbrain // Development 148 (15), dev186460 (2021). doi 10.1242/dev.186460. Cited by 79. Крумлауф, Робб и Дэвид Г. Уилкинсон. Сегментация и формирование структуры заднего мозга позвоночных.

5. Philippidou, Polyxeni, and Jeremy S. Dasen. Hox genes: choreographers in neural development, architects of circuit organization // Neuron 80 (1), 12-34 (2013). doi 10.1016/j.neuron.2013.09.020. Cited by 504. Филиппиду, Поликсени и Джереми С. Дасен. Гены Hox: хореографы в развитии нейронов, архитекторы организации нейронных цепей.

6. Wymeersch, Filip J., Valerie Wilson, and Anestis Tsakiridis. Understanding axial progenitor biology in vivo and in vitro // Development 148 (4), dev180612 (2021). doi 10.1242/dev.180612. Cited by 133. Ваймерш, Филип Дж., Валери Уилсон и Анестис Цакиридис. Понимание биологии осевых клеток-предшественников in vivo и in vitro.

показывает, как стволовые клетки превращаются в нейроны.

Сборник исследований, описывающих рост и дифференциацию клеток головного мозга млекопитающих, является «очень ценным» инструментом для нейробиологов.

Развивающаяся ткань головного мозга человека, содержащая розеточные структуры (розовые и синие), окруженные нейронами (зеленые). [Nano et al./Nature Neurosci.; Jose Soto/Bhaduri Lab/UCLA]

Ученые создали самые подробные на сегодняшний день карты того, как наш мозг дифференцируется из стволовых клеток во время эмбрионального развития и на ранних этапах жизни. В сборнике статей, опубликованном в Nature на странице коллекции BICAN [1], исследователи отследили сотни тысяч ранних клеток мозга в коре головного мозга человека и мышей и с беспрецедентной точностью зафиксировали молекулярные события, которые приводят к образованию смеси нейронов и вспомогательных клеток.

BICAN - Перепись клеток развивающегося человеческого мозга для включения атласов типов клеток развивающегося мозга человека, мыши и нечеловеческих приматов с использованием мультимодальной геномики. BICAN = the BRAIN Initiative Cell Atlas Network.

1. Collection BICAN: A cell census of the developing human brain. Building on their landmark efforts to create cell-type atlases of adult brains using single-cell and spatial genomics technologies, researchers in the BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) have unveiled their next endeavour, to create comprehensive and multimodal cell-type atlases of the developing human, mouse and non-human primate brains. // Страница коллекции BICAN. 5/11/2025.

Переход от гаструляции к раннему органогенезу представляет собой ключевой этап эмбриогенеза, однако остается малоизученным из-за ограниченного доступа к моделям человеческого организма [1].

Графическая аннотация [1]. Это видно «вживую» на *.mp4! Выдающаяся работа!

1. Wang, Bin, Hanwen Yu, Ruiyang Li, Junhua Chen, Wenjin Ye, Xiaoyu Wang, Dairui Li et al. Signaling center-guided human gastruloids progress toward early organogenesis // LangTaoSha Preprint Server. Posted 2026-08-26 (2026). doi 10.65215/LTSpreprints.2026.08.25.000317. Ван, Бинь, Ханьвэнь Ю, Жуйян Ли, Цзюньхуа Чен, Вэньцзинь Е, Сяоюй Ван, Дайруй Ли и др. Управляемые сигнальными центрами гаструлоиды человека прогрессируют в сторону раннего органогенеза. (2026).