Полная программа биохимических возможностей будущего организма заложена в его геноме. Спецификация разнообразных клеточных типов и образование их сочетаний в органогенезе результат межклеточных взаимодействий, регулирующих дифференциальную экспрессию генов. Первая пространственная "разметка" расположения будущих эмбриональных зачатков осуществляется при оплодотворении, еще до начала делений яйца. Факторы, локализованные в цитоплазме оплодотворенного яйца, задают также ритм этих делений и, по-видимому, время вступления отдельных зачатков зародыша в дифференцировку и ход морфогенеза во время гаструляции, когда выделяются первичные клеточные типы (зародышевые листки). Таким образом, в цитоплазме оплодотворенного яйца в какой-то форме заложена пространственно-временная программа ("паттерн") раннего развития, которая затем реализуется последовательным включением генов в разных зачатках зародыша. Для вступления в дифференцировку важна также энергетическая и структурная готовность эмбриональных клеток, сопровождающаяся повышением чувствительности к слабым информационным сигналам от соседних зачатков (компетенция).

Ранее нами были получены карты распределения относительных концентраций свободных радикалов (СР) методами радикальной сополимеризации и гистоавторадиографии. Обнаружено, что уже после оплодотворения в яйце выделяются области, резко различающиеся по концентрации СР. Впоследствии в области наиболее высокой скорости радикалообразования начинается удлинение клеточных циклов первый признак латентной дифференцировки эмбриональных клеток. При дальнейшем исследовании эмбриогенеза амфибий этим методом оказалось, что фазы компетенции и инициации дифференцировки (детерминации) в каждом отдельном зачатке эмбриона характеризуются высокой скоростью радикалообразования в его клетках. Исследована субклеточная локализация СР-реакций. Показано, что субстратом СР-реакций в яйцеклетке после оплодотворения являются желточные гранулы, промотором активно метаболизирующие митохондрии спермия. В более поздние сроки значительная часть возникающих в эмбриональных клетках СР связана с метаболизмом фосфоинозитидов мембранных вторичных мессенджеров.

Рассмотрение всей последовательной картины СР-реакции в раннем развитии амфибий позволило нам предположить, что как запас "метаболического времени", отведенного на эмбриогенез, так и пространственное распределение возникающих "очагов дифференцировки" в зародыше, задаются исходным соотношением субстратов, промоторов и ингибиторов СР-реакций.

Первым приложением пространственно-временного "паттерна" раннего развития является неоднородное изменение скорости пролиферации в разных регионах зародыша, что должно сказываться на различной плотности клеток. Исходя из этих предположений и полученных данных нами предпринята попытка построения компьютерной модели структурообразования в эмбриогенезе (В.В. Котин, О.П. Мелехова).