Мирра Евсеевна Аспиз Увиденное невидимое.
Издательство "Детская литература".
М. Аспиз Увиденное невидимое.Художник А. Панин Москва, "Детская литература", 1977.
Научно-популярная литература.
Клетки организма выполняют разные обязанности. Одни из них участвуют в движении, другие - в пищеварении, третьи - в защите от заразных заболеваний... Да разве можно перечислить все профессии клеток!
Но клетка живёт не сама по себе. Жизнь отдельной клетки связана со всем организмом. Поэтому, рассказывая о клетках, нельзя не сказать об организме.
О клетках известно очень много. Написаны тысячи научных книг, посвящённых не только клеткам, но и отдельным их частям. Но чем больше узнают о клетке, тем больше остается невыясненных вопросов. Это значит, что в науке о клетке - цитологии, как и в любой другой науке, всегда есть возможность новых открытий.
Может быть, прочитав эту книгу, кто-нибудь заинтересуется жизнью клеток. Для каждого, кто решит заняться исследованием клеток, дел хватит на всю жизнь.
Доктор биологических наук М. Е. Аспиз
Издательство "Детская литература", 1977 г.
Оглавление.
Глава первая.
Мир малых величин.Микроскопические заводы.Расшифровка кода.Дочки-матери.
Глава вторая.
Разные секреты.Живая палитра.Светит, но не греет.Ловко устроились.
Глава третья.
Шипы с куста розы.Чистота и порядок.Охотники за микробами.
Глава четвёртая.
Внутренние часы.Были и небылицы.Тайны отрастания."Белые пятна".
Глава первая.
Мир малых величин.
Рыба, лягушка, ящерица, воробей, слон... Все они дышат, едят, двигаются, растут, производят потомство. Имеют глаза, сердце, почки, печень и другие органы. Органы состоят из тканей. Каждая ткань образована клетками. Клетка - это как бы единица жизни.
Невидимая простым глазом клетка настолько мала, что даже трудно вообразить ее размеры. Измерять клетку миллиметрами все равно что рост человека выражать в километрах. А ведь миллиметр составляет всего 1/1000 часть метра! Клетку приходится измерять тысячными долями миллиметра - микронами. Обычно клетки бывают величиной от 0.2 до 10 микрон. В одном кубическом миллиметре поместится целый миллиард кубических микрон!
Несмотря на такие крошечные размеры, клетка необычайно сложно устроена. В каждой клетке постоянно идут тысячи разных химических реакций. Недаром клетку сравнивают с химическим заводом. У клеток есть разные специальности: одни клетки участвуют в пищеварении, другие в движении, третьи воспринимают раздражения, четвертые защищают от заразных болезней, пятые... Всего не перечислить. Клетки разных профессий тесно связаны между собой и зависят друг от друга.
В организме несметное число клеток. Только в мозгу человека около 20 миллиардов нервных клеток. А всего в теле человека... словами и не скажешь, какое это число - 1015. Напишите 10 и приставьте 15 нолей - это и будет количество клеток в теле человека.
Под микроскопом ткани и составляющие их клетки рассматривают на препаратах. Все, наверно, видели в поликлинике препараты крови - окрашенные стеклышки, на которых тонким слоем размазана взятая из пальца капля крови. На таких же стеклышках готовят препараты "твердых" тканей. Сначала маленькие кусочки ткани обрабатывают жидкостями, которые убивают клетки, но сохраняют неизмененными их части. Но как бы ни был мал взятый кусочек, он все же слишком толстый, в нем клетки расположены в несколько слоев. На специальном приборе - микротоме - кусочки тканей режут на ломтики толщиной в 5-10 микрон и приклеивают на стеклышки. Потом их красят. Имеются краски, окрашивающие клетки разных тканей в различные цвета. Есть краски, которые красят только определенные части клетки.
Какие только цвета не увидишь под микроскопом: красный, синий, зеленый, оранжевый, черный! На окрашенные срезы приклеивают маленькое стеклышко - и препарат готов. Он может храниться десятки лет. В любой момент его можно достать и рассматривать под микроскопом, увеличивающим изображение каждой клетки в 1500 раз.
А электронные микроскопы увеличивают в 100000 раз! В нём видны отдельные молекулы. Для электронного микроскопа нужны срезы толщиной в сотые доли микрона. Прибор, который так тонко режет клетку, установлен обычно в подвале, где меньше всяких помех. Когда он работает, вешают табличку: "Не входить. Включен ультратом". Стук двери, шаги могут мешать его точной работе.
На препаратах определяют, какие вещества имеются в клетке и как они в ней распределены. Можно даже вычислить количество этих веществ.
Конечно, наиболее точное представление о строении и работе клеток дает изучение живых клеток. Теперь есть много способов искусственного выращивания - культивирования - кусочков тканей и отдельных клеток вне организма. Для этого их помещают в особые сосуды с питательной средой. При культивировании клетки сохраняют присущие им свойства. Меняя питательную среду, пересаживая клетки и ткани, некоторые культуры удается сохранять десятки лет. Под микроскопом наблюдают живые культивируемые клетки. Их даже снимают на кинопленку. Уже создано много фильмов о жизни клеток. На экране видно, как клетки двигаются, соединяются друг с другом, как происходит их деление...
Ученые научились оперировать живые клетки. Они пересаживают части от одной клетки в другую, удаляют из клетки отдельные ее части, вводят в нее разные вещества и смотрят, как они влияют на клетку.
Разве расскажешь обо всех способах, которыми пользуются исследователи, чтобы узнать строение и жизнь клетки!
Микроскопические заводы.
Шаровидные и овальные, похожие на кубики и цилиндры, на звезды и диски... Клетки бывают различной, часто необыкновенно причудливой формы. Но даже самые непохожие друг на друга клетки поразительно сходны по своему устройству.
При первом взгляде на клетку может показаться, что она состоит только из ядра и того, что окружает ядро, - цитоплазмы. Но оказалось, что эти главные компоненты клетки, в свою очередь, состоят из многих очень важных и сложных частей.
Ограничена клетка оболочкой, кожицей. Кожица - по-латыни "мембрана". В науке многие слова взяты из латинского и греческого языков. Это потому, что в древности и в средние века почти все научные книги писали на этих языках. И сейчас новые слова в науке часто продолжают образовывать от латинских и греческих. Очень удобно, когда говорящие на разных языках ученые пользуются одинаковыми словами.
Окружающая клетку мембрана настолько тонкая, что её невозможно увидеть в обычном микроскопе. Но в электронном микроскопе в ней различили три слоя: два темных и между ними светлый. Даже определили, что темные слои состоят из молекул белков, а светлый - из молекул жиров. Такого же строения оказались и все мембраны вокруг различных внутриклеточных частей.
Сама клетка - это микроскопический завод. Он работает без выходных, без перерывов. Сырье, полученное организмом с пищей, перерабатывается в клетке в готовую продукцию. Она идет на построение растущих частей клетки, на ремонт и замену изношенных или поврежденных ее структур и на нужды всего организма.
Как и бывает на заводе, в клетке есть своя силовая станция, различные согласованно работающие цеха.
В цитоплазме находится цех, снабжающий энергией все клеточные процессы. Впрочем, это не один цех. В клетке печени, например, 2500 таких цехов. Их называют митохондрии. Длина каждой митохондрии обычно не больше десятых долей микрона. В этих цехах образуется вещество, при распаде которого освобождается энергия. Это аденозинтрифосфорная кислота. Сокращенно - АТФ. В научном языке часто пользуются сокращениями. В молекулах АТФ накапливается и хранится энергия до тех пор, пока она не понадобится. Вот почему митохондрии называют силовыми, или энергетическими, станциями клетки.
Под электронным микроскопом в цитоплазме видна сложная сеть каналов и полостей. Это так называемая эндоплазматическая сеть. На некоторых ее участках мембраны гладкие. Здесь образуются жиры и углеводы. А в некоторых местах сети на мембранах сидят округлые тельца - рибосомы. Это сборочные цеха клетки. На них происходит сборка белковых молекул из аминокислот. Одна аминокислота, вторая, третья... Целая цепочка из них составляет молекулу белка.
Вся продукция клеточного завода не только накапливается в эндоплазматической сети, но и передвигается по ней в следующий клеточный цех. Клеточный конвейер! В последнем, упаковочном, цехе из поступающих продуктов удаляется лишняя вода, они прессуются.
Все признаки и особенности клетки определяются главным образом ее белками. А белки различаются количеством составляющих их аминокислот и той последовательностью, в которой они соединены в цепочки. Белков в организме человека сотни тысяч, а аминокислот всего двадцать. Если каждую аминокислоту обозначить буквой, то получится двадцатибуквенный алфавит. Из него можно составить фразы из разного количества букв - 50, 100, 300... Каждая фраза соответствует какому-нибудь белку. Мы знаем, что перестановка букв меняет слово: "краб", "брак"... Вот так же перестановка аминокислот меняет белок. Записанные одними и теми же буквами, белки отличаются друг от друга по их расположению.
Сведения о том, какие аминокислоты и в каком порядке должны соединяться в молекулы белка, записаны в клетке. Записи хранятся в ядрах. Там находятся специальные сейфы для хранения зашифрованных рецептов образования белков - хромосомы.
Расшифровка кода.
Ещё в прошлом веке под обыкновенным микроскопом в клетке увидели прямые и изогнутые палочки. Они ярко окрашивались некоторыми красками и поэтому получили название "хромосомы". По-гречески это значит "красящиеся тельца". Ученые обратили внимание, что в любой клетке организма имеется одинаковое количество таких окрашенных палочек. Причём количество их было одинаковым не только во всех клетках одного организма, но и во всех клетках у всех организмов данного вида. Не только у какой-то одной мушки дрозофилы 8 хромосом, а у всех таких мушек именно 8. У комаров - 6, у лягушек - 24, у собак - 22, у кошек - 60, у горилл - 48. А у человека 46 хромосом.
Построены хромосомы главным образом не из белков, как все остальные части клетки, а из ДНК. Так сокращенно называют дезоксирибонуклеиновую кислоту. Кислота с таким громоздким названием состоит из четырех типов нуклеотидов. Запомните, пожалуйста, это! Вы дальше увидите, как это важно, как много зависит от этих химических соединений.
В каждой клетке человека около 800000 молекул ДНК. Каждая из них построена из 40000 нуклеотидов.
Молекула ДНК - это молекула-гигант. Молекулы ДНК из хромосом только одной клетки составят нить длиной почти в два метра. А из всех клеток одного человека - в 1800000000000 километров. В 469 тысяч раз больше расстояния до Луны. Такой нитью можно было бы обмотать по экватору нашу планету 45 миллионов раз. Но эта нить настолько тонкая, что ее никто бы и не заметил.
Отдельные участки молекулы - гены - заведуют наследственными свойствами организма. Цвет волос и глаз, форма носа, группа крови, особенности всех белков организма определяются генами. На них и записаны рецепты белков: число и порядок аминокислот. В каждой молекуле ДНК сотни тысяч генов. Но не все они работают. В одной клетке работают одни гены, в другой - другие. Этим и объясняется разнообразие белков, клеток, организмов.
Из наблюдений стало ясно, что повреждения ДНК ведут к нарушению образования в клетке белков. Изменяется ДНК - изменяются и наследственные свойства организмов. Ученые переделывали одни бактерии в другие, меняя у них ДНК. Бактерии приобретали форму и химические особенности тех бактерий, от которых они получали ДНК.
Если разнообразие белков зависит от сочетаний 20 аминокислот, то разнообразие ДНК, все разнообразие живых существ зависит от расположения всего четырех нуклеотидов. Это кажется невероятным! Сочетание фраз при помощи 20 букв - куда ни шло. А вот как сделать запись всего четырьмя буквами? Но ведь по телеграфу можно передать текст любой длины и сложности, пользуясь даже не четырьмя, а только двумя знаками - точкой и тире. Надо только уметь его передать, принять и расшифровать. Телеграфный код расшифровывают телеграфисты. Код - это условные знаки. Зашифровать какой угодно текст можно и буквами, и цифрами, и разными символами.
Как же записан рецепт белков в ДНК? Каким кодом пользуется клетка? Каков ее генетический код?
Над расшифровкой генетического кода работали ученые разных специальностей: биологи, физики, химики, математики. Они ставили опыты, проводили расчеты, делали модели...
Если в состав белков входит 20 аминокислот, то код для них должен иметь по крайней мере 20 разных значений. Значит, буквой кода никак не может быть один нуклеотид. Вы запомнили, что их всего 4 типа. Выходит, что буквой кода может быть только сочетание нескольких нуклеотидов, расположенных вдоль молекулы ДНК. Предположим 2. Нет, двух мало. Ведь из двух нуклеотидов получается только 16 разных сочетаний: 42=16. Этого мало для всех аминокислот. А если кодирующим числом предположить З? 43=64. Такое количество сочетаний даже больше, чем надо. Расчеты, проведенные учеными, подтвердились и опытами. Три нуклеотида определяют, какая именно аминокислота присоединится в строящуюся молекулу белка.
Генетический код был расшифрован! Было разгадано и как передается запись из ядра в цитоплазму, каким образом состав нуклеотидов становится известным рибосомам, занятым сборкой белков.
Запись рецепта белка передается в два приема. Сначала он переписывается с молекулы ДНК на другую кислоту - рибонуклииновую, также состоящую из нуклеотидов. Ее тоже сокращают - РНК. При переписке сохраняется последовательность нуклеотидов. Потом РНК выходит из ядра и идет к местам образования белков - на рибосомы. Эта кислота является посредником между ДНК и рибосомами, она несет им сведения, информацию о порядке нуклеотидов. Ее так и называют: РНК-посредник, или информационная РНК.
Каждая аминокислота подходит только к определенному сочетанию трех нуклеотидов. Точнее, не она сама подходит, а ее приводит другая РНК - транспортная...
Перевод с языка генов на язык белков - очень сложный процесс. Его изучают многие исследователи. Они стараются научиться изменять гены, заставлять работать одни и подавлять работу других, чтобы менять наследственные свойства организмов. Даже делаются попытки замены генов, появляется новая наука - генная инженерия.
Дочки-матери.
Клетки одинаковой величины и у человека высокого роста и у совсем низкого. Нет никакой разницы и в размерах клеток ребёнка и взрослого. Просто у высоких людей клеток больше, чем у низкорослых, а у взрослых количество клеток больше, чем у детей. Организм растет, и число клеток в нём всё время увеличивается. Рост - это и есть прибавление клеток. Новые клетки возникают и на смену погибшим. Ведь срок жизни большинства клеток значительно меньше, чем всего организма. Как же увеличивается количество клеток? Оказывается, умножение клеток происходит путем деления. Клетки делятся: из одной получается две. Причем новые две ничем не отличаются друг от друга и очень похожи на ту клетку, из которой они получились. Только поменьше. Обе новые клетки - дочери, или сёстры. Их и в науке называют дочерними, или сёстринскими, клетками. Они немного подрастут и сами станут материнскими клетками. Каждая из них опять даст две одинаковые дочерние клетки. С тем же количеством хромосом. До деления 8 и после деления 8, до деления 46 и после деления 46...
Каким же образом количество хромосом остается постоянным? Казалось бы, если клетка разделяется на две половинки, то каждая из дочерних клеток должна получить при этом лишь половину хромосом: вместо 8 - 4, вместо 46 - 23. Но ведь хромосомы заключают в себе наследственные свойства. Их надо сохранить и передать. И в природе выработалась такая способность: молекулы ДНК, составляющие хромосомы, обладают удивительным свойством самоудвоения. Ученые говорят: свойство самовоспроизведения.
Ещё до деления клетки каждая молекула ДНК удваивается. Поэтому и хромосомы оказываются удвоенными. Около каждой хромосомы возникает ее копия. Сначала старая и новая хромосомы находятся в паре. Они тесно прилегают друг к другу. Все это происходит в ядре.
Но вот начинается деление клетки. Ядерная оболочка разрушается. Между парами хромосом намечается трещина. Но они еще держатся парами. Парами и движутся на середину клетки. Делящуюся клетку сравнивают с глобусом: говорят об ее экваторе и полюсах. Так вот парные хромосомы собираются к экватору. В это время в клетке образуется "тянущий" аппарат. Его нити соединяют между собой полюса клетки и каждую хромосому с одним из полюсов. Назначение этого аппарата - тянуть хромосомы в разные стороны. Одна из парных хромосом оттягивается к одному полюсу, другая - к противоположному. На обоих полюсах вокруг хромосом образуется ядерная оболочка - ядра готовы. А посередине клетки, по ее экватору, возникает перегородка.
Так и получаются вместо одной две новые клетки с тем же количеством хромосом.
Ученые установили, что деление клетки продолжается всего полчаса-час. Гораздо дольше клетка готовится к нему. В перерыве между делениями ей надо не только удвоить свои хромосомы, но и подрасти, накопить энергию для будущего деления. Кроме того, в этот перерыв клетка работает по своей специальности, например выделяет желудочный сок. Подготовка к делению занимает, как правило, не меньше 10 часов. Иногда даже больше суток. Правда, в клетках, еще не имеющих никакой специальности, для которых главное - быстрее делиться, подготовка занимает минуты. Так бывает в клетках зародышей.
Не всегда деление клетки проходит гладко. То подготовка к нему оказывается неправильной, то само разделение клетки не удается. Случается, что не удваиваются какие-то хромосомы. Иногда парные хромосомы не разделяются и вместе отходят к одному из полюсов. Тогда в одной дочерней клетке будет больше хромосом, чем в другой. К неправильному расхождению хромосом приводит и повреждение нитей тянущего аппарата. Эти неполадки бывают редко, но могут привести к заболеваниям всего организма.
Может быть, из клеток с ненормальным количеством хромосом возникают опухоли? Ученые изучают этот вопрос. Вполне вероятно, что это именно так.
Глава вторая
Разные секреты.
Секреты клеток - это то, что они выделяют из себя: слюна, пот, желудочный сок... Секреты образуются в клетках и выделяются из них. В науке эти клетки называют секреторными, или железистыми. Они располагаются в разных местах тела: то по одиночке, то целыми скоплениями, а иногда составляют самостоятельный орган - железу.
Секреты всегда приносят пользу организму. Они делают свое полезное дело не только внутри организма, но и вне его. Секрет клеток желудка или слюнных желез помогает перевариванию пищи внутри организма. А вот у паука секрет его паутинной железы - паутина - служит животному вне его тела.
Каких только желез не бывает! Потовые и сальные, слюнные и слезные. По их названиям можно судить об их секретах. Так же сразу понятно, что в клетках молочной железы образуется молоко, которым вскармливают детенышей.
А вот поди догадайся, что за секрет в чернильной железе! В этой железе вырабатывается чернильная жидкость. Она погуще чернил и скорее похожа на пасту для шариковых ручек.
Обладателями чернильной железы являются морские "десятирукие" моллюски-каракатицы. Секрет этой железы хранится у них в специальном складе, соединенном с кишкой.
Пока животному опасность не угрожает - секрет не выделяется. Но как только возникает опасность, каракатица резким сокращением мышц сдавливает чернильную железу, и из склада выбрасывается через кишку струя чернил, которая расплывается по воде темным облаком. Такая черная завеса легко скрывает каракатицу от врага. Не беда, если на складе накопилось мало секрета: он такой густой, что достаточно и нескольких капель, чтобы вода стала мутной.
А некоторые моллюски поступают ещё хитрее. Они выпускают секрет, который в воде не растворяется, а повисает в виде темной сосульки, очень похожей на самого моллюска. Этим моллюск сбивает с толку своего преследователя и сам благополучно уплывает.
Из секрета чернильной железы пользу извлекают не только моллюски, но и люди. Краску сепию, которой рисуют художники, готовят из высушенного секрета чернильной железы.
Невозможно представить, сколько времени сохраняются красящие вещества этого секрета! Если послюнявить пальцы и потрогать остатки ископаемых каракатиц, живших несколько десятков миллионов лет назад, то пальцы окрасятся.
"Как с гуся вода". Так говорят о человеке, которому всё нипочём. Но отчего его сравнивают с гусем? Потому что гуси выходят сухими из воды. Оказывается, у гуся клетки надхвостовой железы вырабатывают секрет в виде жирной смазки. Птица клювом выдавливает его и смазывает им перья. Не только гуси, но и утки, и все птицы, плавающие в воде, имеют такие железы. Иначе бы они быстро промокли и не смогли плавать.
А вот у птиц, чья жизнь проходит на земле - у голубей, кур, - надхвостовая железа развита значительно слабее. Никому и в голову не придет сказать "как с курицы вода". Наоборот, с мокрой курицей обычно сравнивают испуганных, растерянных людей.
У живущих в степях дроф надхвостовая железа совсем отсутствует. Плохо приходится этим птицам весной и осенью, когда после оттепелей и дождей наступают морозы. Перья дроф тогда промерзают, и птицы не могут летать.
Строение секреторных клеток связано с их работой. С одной стороны, им нужен постоянный приток "строительных материалов", необходимых для образования секрета. С другой - надо, чтобы секрет без труда выходил из клетки и попадал куда следует. Иначе и толку от него никакого не будет.
В самом деле, зачем секреторным клеткам желудка выделять свой секрет, если он не попадет в желудок, где его ожидает необработанная пища? И действительно, нижняя и верхняя половинки секреторной клетки неодинаковы. В нижней половинке оболочка извилистая. Это увеличивает её поверхность и позволяет большему количеству веществ войти в клетку. Здесь находятся и те части клетки, которые вырабатывают секрет: тут располагается эндоплазматическая сеть с рибосомами. А в верхней половинке клетки из секрета выжимается лишняя вода и происходит его "упаковка".
Разными путями выходит секрет из клетки. В одних секреторных клетках мелкие комочки секрета проходят через отверстия клеточной оболочки. В других - вся верхняя половинка клетки отрывается вместе с находящимся в ней секретом.
Есть клетки, которые целиком заполняются своим секретом - все их содержимое превращается в секрет. Такие клетки, можно сказать, жертвуют собой на пользу всему организму.
Передышку в работе секреторные клетки используют, чтобы восстановить свои истраченные части и накопить силы для производства новой порции секрета, необходимого организму.
Живая палитра.
Про человека, который ради своей выгоды меняет мнение, презрительно говорят: хамелеон! И все из-за того, что эта безобидная ящерица меняет свою окраску, приспосабливая ее к цвету того места, где она находится.
В траве хамелеон зеленый, на песке он становится желтым, а на стволе дерева коричневым. Такая маскировка очень полезна хамелеону: врагу трудно его обнаружить, а сам он может оставаться незамеченным для облюбованной им добычи.
Хамелеон вовсе не единственное животное, обладающее таким удобным свойством. Маскироваться, меняя свою окраску, умеют и рыбы, и раки, и насекомые. Но способность изменять свой цвет люди заметили раньше всего именно у этой небольшой ящерицы. Заметили-то давно, еще в древности, но прошло много веков, пока поняли, как это происходит. Разгадать, почему хамелеон меняет свой цвет, помог микроскоп, когда научились рассматривать в нем клетки, из которых состоят все организмы.
Мы уже знаем, что клетки бывают самые разные. Есть и такие, которые заведуют окраской. Цвет перьев, кожи и отдельных частей тела зависит от этих клеток. В них находятся зерна красящих веществ, или, на научном языке, зерна пигментов. Поэтому и клетки эти называются "пигментными".
Они имеют еще и второе название - хроматофоры, что в переводе с греческого языка означает "краску несущие".
У разных животных хроматофоры неодинаковы. Они различаются своей формой, размерами, цветом и свойствами пигментов. Но все хроматофоры сильно разветвлены, имеют множество отростков. Каким образом эти клетки управляют цветом?
В одних хроматофорах много пигмента, в других - мало. Ясно, когда его больше, то окраска более яркая. Но дело не только в количестве пигмента. Важно еще, как он расположен в клетке.
Пигмент может быть разбросан по всему хроматофору, находиться во всех его разветвлениях, а может быть собран в одну кучку в середине клетки.
Пигментные зерна не прикреплены к постоянному месту, они могут перемещаться по хроматофору.
Мало того, и сами хроматофоры могут то опускаться в глубь кожи - и тогда кожа бледнеет, то приближаться к ее поверхности - и кожа становится более яркой.
Но ведь у хамелеона меняется не только яркость окраски кожи, но цвет её. Это происходит из-за того, что в хроматофорах хамелеона имеются разного цвета пигментные зерна. Сидит хамелеон в зеленой траве - хроматофоры с зеленым пигментом поднимаются на поверхность кожи, а с пигментами других цветов лежат в глубине. Влез хамелеон на ствол - и клетки с зеленым пигментом начинают спускаться в глубину кожи, а к поверхности устремляются хроматофоры с коричневым красящим веществом.
Изменять окраску могут, как мы уже говорили, не только хамелеоны. Просто хамелеон больше всех других этим прославился.
А вот о насекомом, которого зовут палочник, мало кто знает, что он меняет цвет при изменении температуры. При температуре воздуха плюс 15o - палочник черного цвета, с повышением температуры он светлеет и при 25o становится зеленым.
Какая польза палочнику становиться более светлым, когда теплеет? Да такая же, как нам от светлой одежды в жару: в ней не так жарко - она меньше поглощает солнечной энергии, чем темная.
Изменения окраски бывают очень сложными. Некоторые раки приспосабливаются не только к разным цветам, но даже к их оттенкам. Есть крабы, которые могут приобретать четыре разных цвета: на черном фоне они черные, на белом - белые, на красном - красные, на желтом - желтые.
Окраску под цвет фона выгодно принимать малоподвижным животным: они не могут быстро убежать от опасности или быстро погнаться за добычей.
Рыба камбала, которая лежит на дне моря, может менять свою окраску на красном, зеленом, желтом и синем фоне. Более того, камбала подражает не только цвету, но даже сложному рисунку.
На песчаном дне она одноцветная, на галечном становится "рябой" и неотличимой от гальки.
Камбалу можно заставить приобрести совсем необычный для нее рисунок. Для этого рыбу надо поместить... на шахматную доску. Тогда на ее коже возникают такие же чередующиеся светлые и темные участки, как и квадраты на доске.
Камбала явно перещеголяла хамелеона!
Особое влияние на хроматофоры у разных животных оказывает свет. Ученые установили, что обычно свет сначала действует на глаза животного.
Если хамелеону или камбале залепить глаза воском, то они перестают изменять свой цвет при изменении цвета фона, на котором они находятся.
Способность изменять цвет теряется у животного и при повреждении у него зрительного нерва. Значит, свет через глаза действует на нервную систему и только через нее уже на хроматофоры. От мозга к хроматофорам идут нервы. По ним поступают сигналы: "Изменить форму и расположение хроматофор".
После такой команды на коже камбалы появляется рисунок, который она увидела.
Выходит, мы зря обижаем хамелеона, используя его имя для обозначения безнравственных людей, приспособленчески меняющих свои убеждения.
Светит, но не греет.
Когда приходится идти в темноте, то фонарик всегда кстати. С ним и тропинку найдешь, и встречного разглядишь.
Фонарики имеются и у животных. Название жуков - "светляки" - говорит само за себя. Искорки, вспыхивающие летними вечерами в темноте и мелькающие в воздухе, - это свет от фонариков светляков. Чтобы увидеть эти фонарики, не обязательно поймать испускающего свет жука. Они видны и у несветящегося светляка. Их можно рассмотреть даже у мертвого, высушенного жука, который наколот на булавку в коллекции. На нижней стороне брюшка выделяется прозрачное место. Вот здесь-то под тонкой пленкой и находится фонарик светляка. Конечно, светится он только у живых насекомых.
Как всякий орган, фонарик состоит из отдельных клеток. Клетки эти особенные, не похожие ни на какие другие. Дело в том, что в клетках светящегося органа имеются два вещества - люциферин и люцифераза. Названия их происходят от слова "люцифер", что по-латыни значит "носитель света". Когда эти вещества соединяются, возникает свечение. Для этого в клетках должен быть кислород. Вот почему к светящимся органам подходит так много дыхательных трубочек с находящимся в них воздухом. Они густо оплетают клетки светящегося органа и отдают им кислород.
На солнечном свету свечение фонарика светляка совсем не видно. Но если светляка днем поместить в темное помещение, то он светит. Как же узнать, светит ли фонарик непрерывно и просто на ярком свету его свечение незаметно или же он засветился, когда попал в темноту? Попробовали в темном помещении освещать только голову жука. Тогда фонарик, светившийся в темноте, пока и вокруг головы было темно, угасал.
Когда, наоборот, освещали туловище жука, а голова его оставалась в темноте, фонарик включался. Значит, включение и выключение фонарика у светляка связано со зрением. Через глаза свет влияет на нервную систему светляка, а через нее на клетки светящегося органа. Сигнал от нервной системы к включению приходит только в темноте.
Среди сухопутных животных мало светящихся, в основном это жуки. А вот среди обитателей морей и океанов свечение очень распространено. Светящиеся животные чаще живут на большой глубине, куда не доходит солнечный свет. Там светятся черви, моллюски, но особенно много светящихся рыб. У некоторых рыб светящиеся органы расположены по всему телу - как будто целая гирлянда электрических лампочек украшает их.
У многих животных светящиеся органы состоят не только из светящихся клеток, но и из таких, которые поглощают и отражают свет или же преломляют его. Такие сложно устроенные органы свечения скорее похожи не на фонарики, а на прожекторы.
Но светиться можно и не имея своих собственных светящихся органов - за чужой счет. Это бывает у многих животных, на теле которых живут светящиеся микроорганизмы. С ними животное светится непрерывно: оно ведь не может заставить микроорганизмы светиться по своему желанию. Бывают и исключения.
Рыба фонареглаз свои светящиеся органы с бактериями может прикрывать специальной кожной шторкой - вроде века. Надо включить свет - шторка открывается. А у рыбы-удильщика один-единственный ее фонарик находится не на теле, а на конце своеобразной удочки. Этот фонарик со светящимися бактериями фонареглаз может зажигать и гасить по своему усмотрению - расширяя или сжимая подходящие к нему кровеносные сосуды. Свет фонарика этой рыбы привлекает других рыб и рачков; как только они приближаются к светящейся приманке, рыба-удильщик заглатывает добычу.
Свечение глубоководные животные используют, вероятно, по-разному. Можно думать, что при помощи своих фонариков они различают в темноте, что происходит вокруг. Фонарики используются, наверно, и для привлечения добычи, как это делает рыба-удильщик. Свечение может служить и сигналом предостережения: "Внимание! Опасность близка!"
Мы пишем "вероятно... можно думать... наверно...", потому что пока это еще только предположения ученых о пользе свечения глубоководных животных. В будущих подводных лабораториях проведут специальные наблюдения, поставят опыты на светящихся животных. Но это в будущем. А пока с достоверностью известно только о значении фонариков светляков. Это и понятно. Ведь исследования намного проще проводить на сухопутных животных.
Оказалось, что свет необходим светлякам, чтобы находить друг друга. Вспышки света у жуков разных видов различаются по частоте, длительности, цвету. Жуки знают и помнят свои вспышки. В брачный период самка отвечает только на сигнал самца своего вида.
Светляки испускают холодный свет: при свечении клеток их светящихся органов почти вся энергия превращается в световую. Значит, фонарик светляка гораздо экономичнее, чем электрическая лампочка, большая часть энергии которой идет совсем не по назначению - превращается в тепловую.
Проводя одним светляком по строчкам книги, можно читать в темноте!
Ловко устроились.
Каких только приспособлений нет у животных для защиты и нападения на добычу! Острые когти и мощные зубы, сильные лапы и отвратительные запахи, устрашающие позы и маскировочные окраски...
Но обязанности защиты и нападения могут выполнять не только органы, состоящие из тысяч клеток, а и отдельные клетки.
Трудно себе представить, как микроскопические клетки успешно действуют в одиночку. Такие клетки имеются в теле гидры. Впрочем, "тело" - громко сказано: гидра длиной всего около одного сантиметра. Живя в озерах и прудах, она не плавает, а ведет сидячий образ жизни. То есть просто-напросто прикрепляется к водяным растениям. Трудно ей приходится: как защитить себя и как поймать добычу? Ведь гидра не может ни уплыть от преследователя, ни погнаться за добычей.
Вот тут-то и приходят на помощь особые клетки, не похожие ни на какие другие. Внутри этих клеток содержатся стрекательные капсулы с ядовитым секретом и со свернутой в спираль нитью. А на поверхности клеток имеется вырост - волосок. Прикосновение к нему вызывает "взрыв": нить выворачивается из стрекательной капсулы и распрямляется, как стрела. Это "стрекательные" клетки. Их уколы настолько ядовиты, что вызывают у мелких животных паралич.
Особенно много стрекательных клеток на щупальцах гидры, где они образуют целые стрекательные батареи. Это и понятно - ведь именно щупальцами захватывает гидра свою добычу.
Некоторые медузы тоже обладают стрекательными клетками и могут причинять ими неприятности купающимся. Но особенно бояться медуз не следует.
В морях нашей страны живут медузы, которые вызывают ожоги, похожие на ожог крапивы. Вот почему у стрекательных клеток есть еще и другое название - "крапивные".
Такие-же стрекательные клетки, как у гидр и медуз, есть и у живущих в воде ресничных червей.
Гидра и медуза довольно близкие родственники, а вот черви им совсем не родня. И странно, что такие необычайные клетки имеются у столь различных животных. Еще более удивительно, что у червей не бывает молодых стрекательных клеток. У гидры и медузы всегда можно найти стрекательные клетки на разных стадиях развития. Но у червей при самых тщательных поисках находили только полностью готовые стрекательные клетки. Как же они образуются?
Тайна происхождения этих клеток у червей была раскрыта. Выяснилось, что черви присваивают себе чужие клетки! Кого и как обкрадывают черви? Ученые расследовали эту детективную историю. Законными владельцами стрекательных клеток оказались гидры, которых едят черви. Мы знаем, что любая пища переваривается; кроме отбросов, от нее ничего не остается. Значит, и гидра, попадая в кишечник червя, должна в нем перевариться. Так и есть: вся гидра переваривается, за исключением стрекательных клеток. Они-то остаются целы и невредимы. Мало того, они проделывают фантастический путь по телу червя.
Сначала стрекательные клетки гидры попадают в клетки кишечника червя. Они благополучно проходят через них и входят в другие клетки, которые не только сами путешествуют по телу червя, но и переносят в себе стрекательные клетки гидры.
Клетки-переносчики доставляют стрекательные клетки на поверхность тела червя, где они устанавливаются, как у гидры, волоском наружу. И здесь стрекательные клетки приступают к выполнению своих обязанностей. Роль защитников и нападающих они выполняют одинаково и у гидры, и у червя. Им безразлично, где действовать.
Что же будет, если черви перестанут питаться гидрами? Чтобы ответить на этот вопрос, ученые поставили опыты. Они содержали несколько поколений червей на "безгидровой" диете. Не получая с пищей гидр, черви и не имели стрекательных клеток.
Интересно, что когда червям давали вдоволь гидр, то они сначала ели охотно.
Но когда в теле червя накапливалось достаточно стрекательных клеток, черви отказывались питаться гидрами: сыты, мол, по горло!
Выходит, что за чужой счет можно не только светиться (о чем говорилось в предыдущем рассказе), но и становиться обладателями клеток, выполняющих роль защиты и нападения! Однако не следует думать, что лишь ресничные черви присваивают себе чужие клетки. Оказывается, что и некоторые моллюски способны это проделывать. Поэтому стрекательные клетки таких животных называют "клептокнидиями": по-гречески "клепто" - "ворую", "книде" - "крапива". Ловко устроились!
Глава третья.
Шипы с куста розы.
Существует множество легенд о внезапных открытиях. Стоило будто бы Ньютону увидеть падение яблока, как появился закон всемирного тяготения. Достаточно было однажды попасть в комнату Флемминга плесени, из-за которой погибли растущие у него в специальных чашках микробы, и человечество получило целебный пенициллин... Таких случаев можно привести немало. Но так ли открытия действительно неожиданны и случайны? Ведь нет человека, который бы не видел падающего с дерева яблока. А плесень, наверно, много раз портила опыты ученых. Но почему-то на этот раз те же события привели к выдающимся открытиям.
На самом деле каждое открытие готовится многолетними работами ученого. Оно подготавливается сотнями опытов, чтением многих книг, бессонными ночами... Требуется сопоставить разные явления природы, обдумать все, что уже сделано другими исследователями. Иногда кажется, что не хватает самой малости. Но без этой "малости" не появляется открытия. А потом оно возникает "вдруг". Вроде бы совершенно случайно.
Об одном таком, казалось бы случайном, открытии мы здесь расскажем. Сделал его замечательный русский ученый Илья Ильич Мечников еще в прошлом веке - в 1883 году.
Как это произошло, мы знаем из воспоминаний самого Мечникова.
Однажды вся семья Ильи Ильича отправилась в цирк смотреть дрессированных обезьян. А он остался дома один и, по своему обыкновению, смотрел в микроскоп. На этот раз он наблюдал за личинками морских звезд. Они прозрачны, как вода, и поэтому хорошо видно, что в них происходит. У этих личинок нет крови, а значит, и нет сосудов, по которым она движется. Но зато у них есть подвижные клетки. Они блуждают по всему телу личинки. И вот тут-то Мечникову вдруг пришла мысль, что эти двигающиеся клетки должны выполнять в организме особую роль. Мечников заподозрил, что в движении этих клеток кроется нечто особенно интересное. Он предположил, что клетки двигаются, чтобы противостоять вредным воздействиям. Эти соображения очень взволновали ученого. Он не находил себе места. Если его предположение правильно, то заноза, вставленная в тело личинки морской звезды, должна быть за короткое время окружена подошедшими к ней блуждающими клетками.
Это надо было немедленно проверить! Но что использовать в качестве занозы, чтобы не повредить нежную личинку? Мечников ходил по саду, думая о проверке своего предположения. Его взгляд остановился на кусте розы. Он сорвал с него несколько шипов и вставил их в личинку.
Всю ночь Мечников не спал, с нетерпением ожидая результата, а на следующий день, рано утром, Мечников увидел, что шипы действительно окружены подвижными клетками. Его предположение оправдалось!
Этот опыт положил начало учению Мечникова о клетках, которые защищают организм: очищают его от попавших в него разных посторонних частичек.
Изучению таких клеток Мечников посвятил последующие двадцать пять лет своей жизни.
Чистота и порядок.
Не только в школе, дома и на улице требуется уборка. Чистота и порядок необходимы везде. Они должны соблюдаться и в организме.
На первый взгляд может показаться странным, о какой уборке в организме может идти речь. Какие посторонние частички попадают в организм и что за беспорядки могут быть у клеток? Но, подумав немного, можно ответить на эти вопросы. Пыль и даже кусочки угля заносятся вместе с вдыхаемым воздухом. А сколько заноз было у каждого из нас - и не сосчитать! Что касается беспорядка среди клеток... он возникает при ушибе, царапине.
В организме чистоту и порядок соблюдают специальные клетки. Они готовы в любой момент приступить к своим обязанностям. Что не так - они тут как тут. Но блюстителем порядка может стать не любая клетка, а лишь лейкоциты - белые кровяные клетки и еще некоторые клетки соединительной ткани. Эти клетки становятся уборщиками, только если в организме что-то не в порядке. Они бросаются наводить порядок, ловить и выкидывать из организма все ненужное. Но как же они делают это? Прежде всего, как они передвигаются? Ножками, но непостоянными. То в одном месте клетки выступает ножка, и клетка как бы переливается за ней. Потом возникает другая ножка, и опять клетка продвигается. Это так называемые ложноножки. Пусть и ложные, но с их помощью можно двигаться в определенном направлении. Ложноножками передвигались и клетки за которыми наблюдал Мечников, когда они двигались к шипам розы. Точно так двигаются и амебы - микроскопические организмы, состоящие всего-навсего из одной клетки. Поэтому такое движение и стали называть амебоидным, а клетки с амебоидным движением - амебоцитами. У личинок морских звезд амебоциты блуждали по всему телу. А у высших животных и у человека они циркулируют по сосудам, являясь частью крови. Лейкоциты, как амебы и амебоциты, образуют ложноножки и с их помощью двигаются к посторонним частичкам. Они не всегда ограничиваются окружением: подойдя совсем близко к посторонней частичке, они могут втащить её в себя. Мечников назвал их "фагоцитами", что на греческом языке и означает "клетки-пожиратели". Эти клетки прямо-таки пожирают - фагоцитируют - ненужные частички. Происходит фагоцитоз - захват фагоцитами твердых частиц. Клетки-пожиратели поглощают не только посторонние мелкие частички, которые случайно попали в организм. Благодаря фагоцитам из организма удаляются и погибшие клетки.
Кроме того, фагоциты следят, чтобы клетки находились там, где им положено. Вот красным кровяным клеткам - эритроцитам - надо двигаться по сосудам. Но если сосуд лопается и эритроциты из него выпадают - это уже не порядок. Вне сосудов они чужие. Их необходимо убрать, очистить от них этот участок. И фагоциты без промедления приступают к своим обязанностям. Те, что оказались вблизи, первыми достигают эритроцитов. За ними следуют более отдаленные. Заработали ложноножки. Скорей, скорей! Лейкоциты, которые раньше мирно текли по сосудам с эритроцитами, теперь выходят из неповрежденных сосудов и поглощают своих бывших соседей. Обычные лейкоциты превратились в фагоцитов, в пожирателей.
Вплотную подходят фагоциты к тому, что им надо убрать. Но как попасть внутрь фагоцита кусочку угля или мертвой клетке? Ведь сквозь его оболочку не пройти. Она, правда, не сплошная, в ней, как и в оболочках всех клеток, имеются кое-где отверстия, но они в тысячи раз мельче поглощаемых частичек. Их можно увидеть только в электронном микроскопе. Через них не смогут пролезть даже совсем маленькие частички. Вход в клетку надежно закрыт. Как же в фагоците оказываются целые клетки или довольно крупные по сравнению с ним обломки клетки и разные посторонние частички? Каким образом они оказались внутри его? Как только поглощаемая частичка коснется фагоцита, ее сразу окружают ложноножки. Они будто ковшом захватывают ее. Постепенно ложноножки удлиняются и полностью смыкаются над нею. Все. Теперь никуда не денется! В фагоцит можно попасть и другим путем. Постороннее тело в него иногда просто как бы вдавливается. Но и в этом случае над ним все равно сомкнутся свободные края фагоцита. Вот так и оказывается внутри фагоцита частичка почти с него величиной.
Клетки многоклеточных организмов не переваривают пищу внутри себя, как это происходит у клетки-организма амебы. Она переваривается у них в пищеварительном канале. Клетки всасывают уже готовые питательные растворы. Фагоциты - исключительные клетки: в них самих может происходить переваривание. Но оно нужно им не для питания, как у амебы, а только для защиты организма. Ну, а если в фагоцит попадает что-нибудь несъедобное, например частичка угля, то он, разумеется, не может ее переварить. Но и в этом случае фагоцит защищает организм, изолируя частичку от остальных клеток. Фагоциты, заполненные непереваренными частичками, путешествуют по организму и в конце концов удаляются из него.
Благодаря фагоцитозу в организме поддерживается чистота и порядок!
Охотники за микробами.
Было время, когда не только не знали, как бороться с микробами, но даже не подозревали об их существовании. Самым первым охотником за микробами был голландец Антоний ван Левенгук. Он достиг небывалого совершенства в искусстве шлифования оптических стекол. Это было его увлечением, его страстью. Левенгук, не окончивший даже школы, делал линзы лучше самых прославленных мастеров этого ремесла. Изо дня в день. Из года в год. Два десятилетия он изготовлял линзы и наводил их на все, что попадалось под руку. Жало пчелы, чешуйки собственной кожи, глаза быка, волосы овцы и многое другое рассматривал Левенгук сквозь увеличительные стекла. Он научился изготовлять линзы, которые давали увеличение в 300 раз. Это превосходило увеличение существующих тогда микроскопов в 20-60 раз.
Такие линзы дали возможность Левенгуку обнаружить новый мир живых существ. В воздухе, в капле лужи, в пище, в организме животных и человека - повсюду Левенгук находил мельчайшие живые существа, которые невозможно увидеть простым глазом. Более трехсот лет тому назад - в 1674 году - в письмах в Лондонское королевское общество Левенгук сообщал об открывшемся перед ним мире: "Зрелище это я наблюдал с жадностью и ненасытностью". Настойчивость и труд обеспечили успех наблюдений Левенгука. Описания, которые он делал, отличались безукоризненной точностью.
Сам Левенгук ни разу не высказал мнения о возможной вредности открытых им существ, хотя он видел их и в питьевой воде, и во рту, и в кишечнике лошади... Но открытия Левенгука помогли другим исследователям установить, что тысячи видов микроорганизмов-микробы - являются возбудителями разных болезней. Попадая в организм животного или человека, они заражают его.
Микробы гораздо опасней таких посторонних частичек, как, допустим, пылинки или угольки. Каждый микроб выделяет вредные, отравляющие вещества. Но в организме есть охотники за микробами. Это - фагоциты, клетки-пожиратели. Пока они движутся по сосудам - они только готовятся к предстоящей охоте. Сигнал к началу ее дают сами же микробы. Выделяемые ими яды служат как бы приманкой для лейкоцитов. По кровяному руслу к месту заражения направляются целые полчища лейкоцитов - их привлекают ядовитые выделения микробов. Но не так-то просто пройти сквозь стенку сосуда! В первых рядах лейкоциты, ядра которых состоят из отдельных удлиненных долек, соединенных тончайшими перемычками. Таким клеткам гораздо легче проходить по узким межклеточным пространствам, чем лейкоцитам с одним крупным округлым ядром. Вот и протискивается одна доля, за ней другая...
Вышедшие из сосудов лейкоциты и не узнать: округлости как не бывало. И не определить, какой они формы: то тут, то там появляются у них ложноножки. Лейкоциты готовы к фагоцитозу - к поглощению микробов и к последующему их перевариванию.
Не только подвижные лейкоциты, но и вполне оседлые клетки становятся фагоцитами, как только организму угрожает опасность. Оседлая жизнь их сразу прекращается. С помощью ложноножек и они спешат к опасным участкам. Такие клетки называют "блуждающими". Впрочем, они не бесцельно блуждают, а двигаются по направлению к микробам, на охоту за ними.
Охота фагоцитов за микробами очень важна для организма. Чем энергичнее работают фагоциты, тем успешней идет борьба организма с заболеванием. Микробы очень быстро размножаются. Иногда их становится так много, что фагоциты не в состоянии с ними справиться. Случается, что фагоциты поглотили всех микробов, но не могут их переварить. Более того, микробы могут продолжать размножаться внутри фагоцитов и даже переноситься вместе с ними в другие места организма. Бывает, что погибают и сами охотники. В неравной борьбе с микробами они оказываются побежденными. Гной - это и есть скопление погибших фагоцитов. К нему подойдут другие фагоциты и начнут заниматься уборкой до восстановления полного порядка.
Теперь наукой доказано, что, помимо фагоцитоза, имеются и другие способы защиты. При попадании в организм чужеродных веществ в нем возникают так называемые антитела, обезвреживающие эти вещества.
Глава четвёртая
Внутренние часы.
Надо проверить вечернюю температуру, - говорит врач. Зачем ждать до вечера? Не все ли равно, когда поставить термометр? Разве температура нашего тела утром не такая, какой она будет через 6-8 часов? Оказывается, не только у больного, но и у здорового человека температура тела утром всегда ниже, чем вечером. И не только температура тела меняется в течение суток. Дыхание днем и ночью тоже не одинаковое. Сердце бьется в дневное время не в таком ритме, как в ночное. Значит, в организме имеются свои внутренние - биологические - часы, и ход этих часов как-то связан с вращением Земли, со сменой дня и ночи.
Все организмы имеют такие биологические часы. Они, как будильник, дают на рассвете сигнал к пробуждению всем дневным животным и, наоборот, указывают ночным, что им пора на дневной отдых. Спозаранку просыпается большинство лесных птиц. А сова, филин и другие ночные птицы только после захода солнца начинают поиски пищи, когда дневные птицы уже угомонятся.
Как же животные отмеряют время, каким образом они запоминают его? Именно запоминают, как это показали опыты с пчёлами.
В определенное время суток, с 9 до 11 часов утра, пчелам выставляли кормушки с сахарным сиропом. А в остальные часы кормушки были пустыми. Через несколько дней такого регулярного кормления пчелам устраивали экзамен - проверяли, помнят ли они время, когда их угощают. Пчелы экзамен выдержали: больше всего насекомых прилетало с 9 до 11 часов. Пчел не удавалось сбить с толку. Пробовали освещать их непрерывно днем и ночью или, наоборот, содержать круглые сутки в полной темноте - пчелы оставались неизменно точными. Их биологические часы не отставали и не спешили - во всех случаях насекомые посещали кормушку в одно и то же время. Пчел можно было приучить прилетать к кормушке в любое время суток: они быстро поддавались дрессировке. Но пчелы могут прилетать только через 24 часа! А вот, например, каждые 19 часов они не могут отсчитывать. Работа биологических часов связана только с сутками. Эти часы дают пчелам возможность в течение нескольких дней, не вылетая из улья при плохой погоде, помнить время, в которое цветки выделяют нектар.
Где находится механизм, который управляет биологическими часами? Ответ на этот вопрос получили в опытах с тараканами. Эти ночные животные, которые у всех вызывают отвращение, оказались полезными для науки. Сначала подопытным тараканам портили их биологические часы. Для этого их держали круглосуточно на свету или в темноте. Через 4-6 дней эти тараканы уже не делили сутки на день, когда они малоподвижны, и на ночь, когда они активно двигаются. Они то быстро бегали, то отдыхали. Путали день и ночь и тараканы с закрашенными черным лаком глазами. Затем опыты усложняли. Брали двух тараканов и хирургическим путем соединяли их так, что кровь их смешивалась. При этом один таракан оказывался над другим. Верхний таракан был обычный, а нижний - с испорченными биологическими часами. Но через некоторое время после соединения нижний таракан переставал беспорядочно дрыгать ногами: у него восстанавливалась его обычная активность только в ночное время.
Каким же образом происходила починка часов нижнего таракана? Какое влияние оказывал на него верхний партнер? И на этот вопрос удалось ответить опытным путем. Оказалось, что можно и не соединять двух тараканов, чтобы одному из них исправить часы. Достаточно таракану с испорченными часами пересадить клетки от обычного таракана. Но не любые клетки какого попало органа, а только нервные клетки из подглоточного нервного узла. Тогда стало ясно, что именно эти клетки выделяют вещество, которое ведает суточной деятельностью животного. Оно и переносилось кровью из тела верхнего таракана к соединенному с ним нижнему. Образование этого вещества начинается сразу после наступления темноты. Теперь понятно, почему у невидящих тараканов нарушался обычный ритм жизни, - ведь через глаза передается сигнал к клеткам, вырабатывающим это вещество.
У человека тоже нашли клетки, связанные с биологическими часами. Расположены они в мозге. В головном мозге - как бы главный часовой механизм. А в разных органах и в их клетках имеются свои часы, со своим ходом. Более сотни процессов в теле человека изменяются в течение суток. Мы уже говорили о дыхании, температуре, работе сердца. Ночью понижается память (особенно между 2 и 4 часами), увеличивается число ошибок при решении задач. Мышечная сила человека больше всего с 8 до 12 и с 14 до 17 часов, а с 2 часов ночи до 5 утра и с 12 до 14 часов человек наиболее слаб.
Когда биологические часы идут нормально, мы и не замечаем их хода. А вот поломка этих часов дает о себе знать. Её всегда ощущают люди, которым приходится пересечь временные пояса Земли при перелете с запада на восток или, наоборот, с востока на запад. Например, при перелете из Москвы в Хабаровск (разница во времени в этих городах составляет 7 часов) человек испытывает слабость, утомление, желание спать, днем и бодрствовать ночью. Неисправность внутренних часов чувствуется и при работе с непривычки в другую смену. Требуется несколько дней для перестройки биологических часов. Вот почему, чтобы быть здоровым, чтобы организм работал правильно, не сбивался со своего суточного ритма, необходимо соблюдать режим: вовремя ложиться спать, в одно и то же время вставать, в определенные часы есть и делать уроки.
Изучают суточные ритмы в самых разных направлениях. С развитием космонавтики возникла новая область медицины - космическая медицина. В её задачи тоже входит изучение биологических часов. Необходимо знать, в какие часы суток человек лучше переносит различные перегрузки - действие ускорений, недостаток кислорода...
Надо выяснять, в какое время суток наиболее чувствительны клетки того или иного органа к действию на них разных лекарств. Может случиться, что лекарство не оказывает никакого влияния только потому, что его принимают не в те часы.
Мы должны внимательно относиться к ходу наших биологических часов.
Были и небылицы.
Одним из подвигов Геракла, героя древнегреческих мифов, было уничтожение Лернейской девятиглавой гидры, которая обитала в болоте. Она пожирала путников и отравляла дыханием все живое. Геракл смело вступил в единоборство с ней. Своим мечом он отрубал одну за другой головы чудовища. Но едва стекала из раны черная кровь, как на месте отрубленной головы вырастали две новые. Только когда огонь факела касался ран, головы не вырастали.
А в русских народных сказках Иван-царевич не менее отважно отсекал головы у трехголового змея. И опять на месте отрубленной головы появлялись две новые. Откуда брались такие истории? Вероятно, давным-давно люди заметили, что у ящерицы отрастает оторванный хвост, а из половинок дождевого червя образуются два целых червя. Тяжелые ранения во время кровопролитных войн вызывали мечты о волшебных исцелениях. Вот и появлялись сказочные истории.
А может ли действительно на месте отрезанной конечности вырасти новая? Дорастает ли кусочек живого тела до целого организма? Чтобы ответить на подобные вопросы, недостаточно случайных наблюдений. Необходимо ставить опыты.
Первые опыты по восстановлению частей тела провел французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Он был не только зоолог и ботаник, но еще физик и химик; он изобрел и спиртовой термометр. Реомюр наблюдал, как на месте отрезанных ног у речного рака вырастают другие. Он ввел в науку новое слово - "регенерация": от латинских слов "ре" - "снова" и "генератио" - "возникновение". Работа Реомюра о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Но она прошла незамеченной, и сам Реомюр прекратил свои опыты.
Только спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, тогда не имело еще названия. Да и не ясно было, животное это или растение. Оно имело вид полого стебелька, который задним концом прикреплялся к стеклу аквариума или к водным растениям, а на переднем имел щупальца. Когда это существо разрезали на отдельные кусочки, то из каждого из них вырастало целое существо, подобно тому, как из черенка растения вырастает целое растение. Но это все-таки было животное, да еще хищное, которое питалось мелкими рачками. А когда Трамбле делал продольные разрезы на переднем конце этого животного, то на месте каждого разреза возникали новые щупальца. Одним словом, образовывалось многоголовое чудовище, весьма сходное с Лернейской гидрой, которую победил Геракл, только значительно меньшего размера. Само собой напрашивалось название для этого существа: гидра. Эта гидра обладала еще более удивительными особенностями, чем Лернейская: она дорастала до целой даже из 1/200 части своего тела. Быль превзошла сказку! Когда в 1743 году в Трудах Лондонского Королевского общества были опубликованы опыты Трамбле, им просто не поверили. Они казались неправдоподобными. И тогда Реомюр выступил в защиту Трамбле и подтвердил достоверность его исследований.
После опытов Трамбле многие ученые в разных странах, в том числе и Реомюр со своими учениками, начали изучать восстановление частей тела у самых различных животных. Оказалось, что у многих животных отрастают утраченные ими части тела. Более того, из части тела может восстановиться целое животное.
Если перерезать пополам ресничного червя планарию, то на одной половинке вырастет недостающая голова, а на другой хвост, то есть образуются две планарии. А если на передних и задних концах этого червя сделать продольные надрезы и не давать им срастись, то на каждом из них вырастут по голове и хвосту - образуется двухголовый и двухвостый червь. Из совсем крошечного кусочка тела планария дорастает до червя обычного размера. Даже из 1/280 части образуется целый червь!
Морским звездам не страшно лишиться лучей. У них на месте оторванного луча возникает новый. Но и сам оторванный луч может дорасти до целой звезды.
Как же это происходит? Да так же, как и при обычном росте. Рост недостающих частей также идет за счет быстрого деления клеток: из одной клетки возникают две, а после деления этих двух становится четыре... Но одного деления недостаточно, чтобы восстановить утраченную часть тела. Надо еще, чтобы клетки приобрели разные профессии: одни из них должны стать клетками кожи, другие - мышц, третьи - участвовать в пищеварении, четвертые...
Значит, чем сложнее устроен организм, тем труднее должна быть у него регенерация утраченных частей. Чудесные восстановления, подобные тем, что бывают у гидры или морских звезд, происходят только у низкоорганизованных животных. Да и то не у всех. Даже среди близких родственников способность к регенерации бывает различной: одни черви вырастают из маленьких кусочков своего тела, а для других оказывается гибельной перерезка пополам. Почему это так? Пока неизвестно. Во многих научных лабораториях ведутся исследования по регенерации. Ученые выясняют причины восстановления органов, ищут способы превращения небылиц в были.
Тайны отрастания.
Нет такого позвоночного животного, у которого из кусочка его тела мог бы вырасти целый организм. В лучшем случае у этих животных отрастают лишь отдельные части тела: у ящерицы - хвост, у рыб - плавники, у птиц - клюв. А вот лапки и даже только пальцы не восстанавливаются ни у лягушек и жаб, ни у птиц и ящериц, ни у млекопитающих. Но странно: у лягушек лапки не отрастают, а у их головастиков отрастают. Правда, не у всех, а только у молодых. Стоит головастикам подрасти, как эта способность у них теряется. Однако у тритонов и саламандр, которые, как лягушки и жабы, являются земноводными, лапки отрастают.
Почему же у одних животных лапки отрастают вновь, а у других нет? В чем тут дело? Ученые стали сравнивать, что происходит в тканях после удаления лапок у тех и других животных. И установили, что у животных, у которых отрастают новые лапки, ткани вокруг образовавшейся раны сильно разрушаются. Их клетки как бы омолаживаются. Они становятся похожими на клетки зародышей, которые еще не приобрели определенной специальности. Такие упрощенные клетки скапливаются около раны. Они усиленно делятся, постепенно усложняется их строение, и в конце концов из них образуется новая лапка.
У животных, у которых новые лапки не отрастают, ткани не разрушаются. Рана у них просто заживает - образуется рубец, шрам. Узнав это, ученые решили попробовать разрушать их ткани. Может быть, тогда и у этих животных смогут отрасти новые лапки.
Разными способами разрушали ткани: обрабатывали поверхность раны кислотами и солями. Облучали ультрафиолетовыми лучами. Кололи иголками. И действительно, разрушение помогло восстановлению. После разрушения тканей лапки восстанавливались и у головастиков "старшего возраста" и у лягушек. Хотя у подопытных ящериц и крысят новые лапки и не выросли, но у них на месте старой лапки все же появились выросты с отростками, похожими на пальцы.
Результаты этих исследований очень интересны. Они показали, что можно добиться восстановления органов. Нужно искать вещества, вызывающие и ускоряющие отрастание. Выяснять, при каких способах удаления органа лучше и быстрее происходит его восстановление.
Опыты ученых на животных помогут лечить людей.
"Белые пятна".
На пестрых географических картах когда-то было много незакрашенных, белых участков. Так обозначали неисследованные места на Земле. Отсюда и повелось называть "белым пятном" все неизученное, неизвестное. На карте "белых пятен" становится все меньше и меньше. А в науке одни "белые пятна" исчезают, но возникают новые, о существовании которых раньше никто и не предполагал.
Разные части клетки были описаны еще в прошлом столетии, когда клетку изучали в обычном, световом микроскопе. С тех пор при помощи электронного микроскопа узнали много подробностей об их строении. Казалось, нечего было и мечтать найти в клетке что-нибудь новое. Но в 1963 году электронные микроскописты обнаружили в ней неизвестные трубочки. И не в каких-нибудь исключительных клетках, а в каждой клетке.
Но почему же раньше их никто не замечал? Может быть, просто не обращали на них внимания? Так тоже иногда случается в науке. Например, фигуры делящихся клеток увидели только после того, как появились работы с описанием и рисунками деления клеток. Их увидели на тех же самых препаратах, которые сотни раз до этого рассматривали под микроскопом.
С трубочками дело обстояло иначе. Их увидели, когда при обработке клеток для рассматривания в электронном микроскопе начали применять новое вещество. Оказалось, что ранее используемые вещества разрушали эти трубочки. А трубочки, или, как их назвали, микротрубочки, - очень хрупкие.
Наука постоянно развивается. Новые приборы, новые методы, применение новых веществ приводят к новым открытиям. Так получилось и с микротрубочками. Но после их открытия возникло "белое пятно". Неясно было, как они устроены. Постепенно определили, что стенка микротрубочек состоит из нитей. Удалось определить, что таких нитей тринадцать. Потом выяснили, что каждая нить состоит из частичек белка, которые расположены на ней в виде бусинок.
Чтобы лучше узнать строение и свойства микротрубочек, понадобились многочисленные опыты. Микротрубочки оказались невероятно чувствительными к холоду. Они гораздо раньше "мерзнут", чем другие части клетки. Стоит им побыть при низкой температуре, как нити бусинок рассыпаются - микротрубочки разрушаются. Но как только температура повышается, бусинки снова "нанизываются". Иногда, правда, их сборка идет не совсем гладко. Какие-то бусинки теряются, что-то не дает им возможности соединиться, и тогда в стенке микротрубочки возникает дыра.
Какую же роль играют микротрубочки в клетке? Сначала, как всегда, был период догадок и предположений. Но постепенно накапливались факты, полученные разными исследователями в результате экспериментов. Стало очевидным, что микротрубочки являются скелетом клетки, они определяют форму. Особенно убедительно это было показано на одноклеточном организме, имеющем грушевидную форму. Когда у него разрушали микротрубочки, он переставал быть похожим на грушу. Кроме того, микротрубочки выполняют в клетке роль рельсов: по ним движутся зернышки красящих веществ - пигментов, перемещаются различные пузырьки. Из микротрубочек состоит тянущий аппарат в делящейся клетке, который растягивает хромосомы к её противоположным полюсам. Микротрубочки связаны и с клеточным движением.
Так что же, одни и те же микротрубочки выполняют столько дел или это все разные микротрубочки: одни отвечают за форму клетки, другие образуют рельсы, третьи участвуют в движении? Может быть, и то и другое. А может быть, в одном месте клетки одни микротрубочки занимались одним каким-то делом. Потом клетке эта их работа перестала быть нужна. Микротрубочки распались на бусинки. А в другом месте клетки они собрались вновь, но уже с тем, чтобы выполнять в ней новое задание.
Всё это предстоит ещё выяснить. Правда, кое-что уже известно. Установили, что в клетке можно выделить несколько видов микротрубочек, которые по-разному относятся к температуре, к соляной кислоте и другим веществам. Возможно, что разные по свойствам микротрубочки выполняют и разную работу. Установить это помогут дальнейшие исследования. Они сотрут эти "белые пятна". Но тогда обязательно появятся новые.
Аспиз М. Е.Увиденное невидимое. Научно-популярная литература.Рисунки А. Панина. Москва, "Детская литература", 1977.Автор рассказывает о клетках, из которых состоит всё живое, их строении и функциях.
Для среднего возраста.Мирра Евсеевна АспизУвиденное невидимое.Ответственный редактор Г. А. ИвановаХудожественный редактор И. Г. НайдёноваТехнический редактор Е. М. ЗахароваКорректор Л. И. Дмитрюк
Комментарии к книге «Увиденное невидимое», Мирра Евсеевна Аспиз
Всего 0 комментариев