Разные секреты [Мирра Евсеевна Аспиз] (epub) читать онлайн

Книга в формате epub! Изображения и текст могут не отображаться!


 [Настройки текста]  [Cбросить фильтры]
  [Оглавление]

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 1

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 2


Разные секреты
ГЛАВА ПЕРВАЯ. О разных способах изучения клетки, о передаче рецепта белков и об умножении путем деления
МИР МАЛЫХ ВЕЛИЧИН
ОПЕРАЦИИ НА КЛЕТКАХ
МИКРОСКО­ПИЧЕСКИЕ ЗАВОДЫ
РАСШИФРОВКА КОДА
ДОЧКИ- МАТЕРИ
УМНОЖЕНИЕ ПУТЕМ ДЕЛЕНИЯ
ГЛАВА ВТОРАЯ. О клетках, которые вырабатывают чернила и другие вещества, ведают окраской и свечением, а также о присвоении животными чужих клеток
РАЗНЫЕ СЕКРЕТЫ
ПЕРЕДАЧИ НА РАССТОЯНИЕ
ЖИВАЯ ПАЛИТРА
СВЕТИТ, НО НЕ ГРЕЕТ
ЛОВКО УСТРОИЛИСЬ
ГЛАВА ТРЕТЬЯ. О движении клеток в определенном направлении, о клетках — блюстителях порядка и пожирателях микробов
КУДА ПОПЛЫВЕТ ИНФУЗОРИЯ?
ШИПЫ С КУСТА РОЗЫ
ЧИСТОТА И ПОРЯДОК
ОХОТНИКИ ЗА МИКРОБАМИ
ЗАЩИЩАЮЩИЕ НАС НЕВИДИМКИ
ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. О биологических часах, превращении небылиц в были, о тайнах отращивания лапок, о клетке и урожае, а также о неизбежности в науке «белых пятен»
ВНУТРЕННИЕ ЧАСЫ
БЫЛИНЫ И НЕБЫЛИЦЫ
ТАИНЫ ОТРАСТАНИЯ
СВОИ И ЧУЖИЕ
КЛЕТКА И УРОЖАЙ
«БЕЛЫЕ ПЯТНА»

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 3

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 4

Эту книгу написала для вас доктор биологических наук Мирра Евсеевна Аспиз. В книге рассказывается о клетках, из которых состоит все живое. Вы узнаете о клетках, которые меняют окраску хамелеона, помо­гают гусям выходить сухими из воды, сражаться с микробами, светятся в темноте, а также о клетках других «профессий».

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 5

ББК28.5 58


Рецензент: доктор биологических наук В. БРОДСКИЙ


Клетки организма выполняют разные обязанности. Одни из них участвуют в движении, другие — в пище­варении... У клеток много профессий!

Но клетка живет 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, посвященных 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 клетками и захочет сам раскрывать их секре­ты. Для каждого, кто решит заниматься исследованием клеток — стать цитологом,— дел хватит на всю жизнь.

Доктор биологических наук М. Аспиз


Аспиз М. Е.

А90 Разные секреты/Худ. А. Панин.— М.: Дет. лит., 1988.— 64 с.: ил.


ISBN 5—08—001331 — 1


В книге рассказывается о клетках, из которых состоит все живое. Читатель узнает о клетках, которые меняют окраску хамелеона, помогают гусям выходить сухими из воды, сражаются с микро­бами, светятся в темноте и т. д.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 6


ГЛАВА ПЕРВАЯ. О разных способах изучения клетки, о передаче рецепта белков и об умножении путем деления


МИР МАЛЫХ ВЕЛИЧИН

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 7ыба, лягушка, яще­рица, слон, воро­бей... 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.

Не видимая 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 — микрометрами, сокра­щенно — мкм. Обычно клетки бывают величиной от 0,2 до 10 мкм. В одном кубическом миллиметре поместится целый миллиард кубических микро­метров!

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 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 1 и приставьте 15 нулей — вот сколько 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 неизменными 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 мкм 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. Конечно, делают это специальным клеем. Он совершен­но прозрачный и не изменяет цвета. Когда клей подсохнет — препарат готов. Он может храниться десятки лет. В любой момент его можно до­стать и рассматривать под микроско­пом, увеличивающим изображение каждой клетки в 1500 раз.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 8

А электронные микроскопы увеличивают в 100 000 раз! В нем видны отдельные молекулы. Для электрон­ного микроскопа нужны срезы толщи­ной в сотые доли микрометра. 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 помешать его точной работе.

На препаратах определяют, какие вещества имеются в клетке и как они в ней распределены.

Можно даже вычислить количест­во этих веществ.

Разумеется, 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.

Существуют и краски, которые окрашивают живые клетки и отдель­ные их части. При повреждении живых клеток окрашивание их из­меняется. Таким образом удается судить о состоянии клеток при различ­ных на них воздействиях.

Разве расскажешь обо всех спосо­бах, которыми пользуются исследова­тели, чтобы узнать строение и жизнь клетки! Об одном из них — об опери­ровании живых клеток — мы расска­жем подробней.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 9


ОПЕРАЦИИ НА КЛЕТКАХ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 10ри слове «опера­ция» сразу вспоми­наешь хирурга, опе­рационный стол, сверкающие металлические инстру­менты. Но есть операции, при которых операционным столом служит неболь­шое, величиной с копейку, углубление в стекле или маленькая стеклянная камера. А инструменты намного тонь­ше волоса. Это бывает, когда проводят операции на клетках. Их-то и увидеть простым глазом невозможно: они ведь почти в сто раз меньше точки в конце этой фразы. И все же клетки разрезают, удаляют из них отдельные части или пересаживают им новые. Одним словом, делают самые настоя­щие хирургические операции. Про­водят их под микроскопом. Поэтому называются они микрохирургически­ми, или микрургическими. По-грече­ски «микрос» — «малый». И первая часть сложных слов, обозначающих что-то мелкое или что связано с изуче­нием малых предметов, начинается с «микро». Вспомни: микробы, микро­скоп, микротом.

Мы уже говорили, что операции на клетках — один из способов их изучения. Чтобы знать, от чего зави­сят особенности живых существ, чем вызываются их изменения, что им вредно или полезно, нужно изучать не только целые организмы, но и клет­ки, из которых они состоят. Важно даже знать, каково значение каждой отдельной части клетки. Какую роль, скажем, играет ядро? Чтобы ответить на этот вопрос, достаточно удалить из клетки ядро и посмотреть, как она будет без него обходиться. Такую опе­рацию проще проводить на однокле­точных организмах. Например, на амебе или ацетабулярии. Весь их орга­низм состоит из одной-единственной клетки. Это клетки-организмы.

Для получения безъядерных амеб даже не обязательно удалять из них ядра. Можно разрезать амебу на две части, чтобы в одной из них было ядро. Так и сделали. Часть с ядром ничем не отличалась от кооперирован­ной амебы. Она так же двигалась, питалась, росла. Только была меньше. А когда дорастала до размеров, при которых амеба обычно делится, то на­чинала делиться. Безъядерная же часть вскоре после операции переста­вала двигаться и питаться. Какое-то время она еще продолжала дышать и переваривать находившуюся в ней до операции пищу. Но постепенно жизнь в ней угасала, и она погибала. Эти операции показали значение ядра во всех жизненных процессах клетки.

Другие операции на амебах проде­монстрировали роль ядра в передаче наследственных свойств. Брали двух амеб разных видов, отличающихся размерами ядер, способом передвиже­ния и некоторыми другими особен­ностями. У каждой амебы извлекали ядро и пересаживали ей чужое. Гиб­ридные амебы прекрасно себя чувст­вовали и делились. Изучая потомство этих гибридов, можно было судить, какие признаки передаются следую­щим поколениям ядром, а какие остальной частью клетки.

Операции на одноклеточной водо­росли ацетабулярии дали ученым новые сведения о значении ядра в передаче наследственных свойств. Ацетабулярия — это прямо-таки ги­гантская клетка. Она имеет вид длинного стебелька, достигающего иногда пяти сантиметров. На одном его конце находится ядро, на другом — зонтик. Разные виды ацетабулярий разли­чаются формой своих зонтиков. От двух ацетабулярий разных видов от­резали стебельки с ядрами и соеди­няли их между собой. На таких сте­бельках-гибридах образовывался зон­тик, похожий и на один и на другой виды. Он как бы совмещал в себе при­знаки обоих видов.

Делали и другую операцию. От молодого стебелька, на котором еще не вырос зонтик, отрезали часть с яд­ром и пересаживали на него часть с ядром от другого вида. И тогда на стебельке вырастал зонтик того вида, от которого брали для пересадки ядро. Если такую же операцию делали не­посредственно перед образованием зонтика, то вырастал зонтик того вида, которому принадлежало преж­нее ядро.

Ученые объяснили, в чем тут дело. Они установили, что при развитии клетки из ее ядра выделяется веще­ство, свойственное только этому виду водоросли. Оно движется по стебель­ку, и от него зависит форма зонтика. Когда ядро удаляли задолго до обра­зования зонтика, то вещество не успе­вало подняться по стебельку, и фор­мой зонтика управляло уже новое ядро. Когда же ядро удаляли незадол­го до возникновения зонтика, веще­ство успевало накопиться в достаточ­ном количестве, и зонтик вырастал своего вида.

Так удалось точно установить, что сигналы идут от ядра. Значит, от ядра зависит образование белков, состав­ляющих зонтик. Но что же это за вещество, которое движется по сте­бельку и передает от ядра сигнал? И это было выяснено, но уже не опера­ционным, а химическим путем. Им оказалась особая кислота с длинным названием — рибонуклеиновая. Для простоты ученые обозначают ее всего тремя буквами — РНК. Молекулы РНК, несущие команду для образова­ния зонтика, могут долго сохраняться в клетке и после того, как из нее будет удалено ядро. Все это присуще не только ацетабуляриям, но и всем клет­кам живых организмов.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 11

Оперировать на отдельных клет­ках многоклеточного организма не­возможно. Даже если отрезать совсем ничтожный по размерам кусочек какого-нибудь органа, в нем окажется несметное количество клеток. В одном кубическом миллиметре содержится около 15 миллионов клеток! Спе­циальными веществами разрушают связи между клетками. А чтобы клет­ки не погибли, приходится обеспечи­вать их питанием, поддерживать при­вычную для них температуру. Да еще позаботиться, чтобы они не зарази­лись микробами. Поэтому клетки вне организма выращивают, или, как говорят, культивируют, в стерильных условиях, при постоянной темпера­туре, в питательных жидкостях. Эти жидкости, или среды, различают по номерам. Каждый номер среды имеет свой определенный набор амино­кислот, углеводов, липидов, витаминов, ферментов, минеральных солей и других веществ, необходимых для жизни клеток. В состав среды № 199, например, входит 60 различных ве­ществ!

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 12

В клеточной культуре клетки растут, делятся и распластываются по стеклу. Такие однослойные культуры клеток используют для разнообраз­ных наблюдений над клетками. С их помощью ученые исследуют особен­ности обмена в живых клетках, по­требность в питании, чувствитель­ность к разным веществам. Для опы­тов берут клетки здоровых тканей и опухолей. Исследуют, в чем их от­личие. Пытаются найти способы, кото­рые подавляли бы развитие опухоле­вых клеток. На культуре клеток испы­тывают действие новых лекарств. Вак­цины против оспы, кори, полиомие­лита готовят на клеточных культурах.

Культуры клеток можно длитель­но хранить замороженными. В таком виде их даже перевозят в другие горо­да и страны. Ну и, конечно, на клет­ках, растущих вне организма, делают операции: удаляют из них отдельные части, вводят микробы и вирусы, на­блюдая, что при этом происходит с внутриклеточными частями. Некото­рые операции делают с целью опре­деления физических свойств клеток. Так, по скорости перемещения в маг­нитном поле введенных в клетку металлических частичек судят о ее вязкости.

Особенно интересных результатов ждут от операций по пересадке кле­точных ядер. Они уже проводятся на клетках лягушек. Исследователи из икринок удаляют ядра и пересажи­вают в них ядра из кишечных клеток. Оперированные икринки успешно раз­виваются, из них вырастают голова­стики, которые при исключительно удачных операциях превращаются даже в лягушат. Вполне вероятно, что ядро любой клетки организма может при определенных условиях обеспе­чить развитие всего организма.

Как же оперируют клетки? Разу­меется, даже самый замечательный хирург, какими бы искусными руками он ни обладал, не может вручную про­водить операции на клетках. Их де­лают на специальном приборе — микроманипуляторе. Главные его ча­сти — микроскоп и штативы с винта­ми, зажимающими инструменты. С их помощью можно перемещать инстру­менты на тысячные доли миллиметра. Для микрургических операций обыч­но используют стеклянные инстру­менты. Чтобы их изготовить, требует­ся исключительное умение и точность движений. Заготовками для них служат стеклянные палочки и трубоч­ки, концы которых не толще десятой части миллиметра. Но по сравнению с клеткой — это толщенные палки и трубы. В микрокузнице заготовки раскаляют. Потом расплавленное стекло растягивают, вытягивают, из­гибают, выдувают. Ему придают фор­му игл и пипеток, петель и крючков, скальпелей и шпателей. Все это делают под микроскопом. Кончики готовых микрургических инструмен­тов толщиной всего в один или несколько микрометров. Поэтому и на­звания их начинаются с «микро»: микроиглы, микропипетки... С их по­мощью можно резать, укалывать и и захватывать клетки, впрыскивать им разные вещества.

В качестве инструментов исполь­зуют и совсем невидимые иглы — пучки лучистой энергии. Тогда опера­ции проводят лучевым уколом. Экспе­риментатор направляет луч в точно намеченное место клетки и регулирует просвет щели, через которую проходят лучи. Поврежденная лучом клетка быстрей приходит в себя. Послеопера­ционный период у нее протекает луч­ше, чем при операциях, проводимых стеклянными инструментами.

Микроманипуляторы все время со­вершенствуются. В приборах старых конструкций приходилось поперемен­но работать тремя винтами, чтобы перемещать инструменты в трех взаимно перпендикулярных направ­лениях. В новых микроманипулято­рах инструменты можно двигать лишь одной ручкой. Кроме того, инст­рументы в них перемещаются в ту же сторону, что и руки эксперимента­тора, а в прежних приборах эти дви­жения происходили в разных направ­лениях. Чтобы представить себе, на­сколько это затрудняло работу, встаньте перед зеркалом и попробуйте начертить на бумаге квадрат, глядя в зеркало.

Самые усовершенствованные мик­романипуляторы соединены с телеви­зионными экранами. Это значительно облегчает проведение клеточных опе­раций.

Клетку, предназначенную для опе­рации, помещают в углубление стек­ла, куда капают питательную жид­кость. Но для клетки и одна капля — громадное озеро. Излишки жидкости отсасывают микропипеткой. Теперь клетка становится более или менее неподвижной. В «ванне» не очень-то поплаваешь! Можно клетку и придер­жать микрокрючком. Левой рукой хирург удерживает клетку, а правой... А правой делает то, что было намече­но: или вводит в нее микропипеткой какое-то вещество, или выталкивает микроиглой ядро, или захватывает микропипеткой ядрышко, а то и от­дельную хромосому, или...

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 13

Проводят операции в стеклянных камерах с питательной средой, в кото­рых оперированные клетки смогут потом длительное время жить.

В нашей стране сконструировали целый комплекс, состоящий из пяти приборов. Каждый из них можно использовать и отдельно. А вместе они обеспечивают все этапы микрохирур­гических операций. В комплексе имеется и стеклодувная мастерская. До начала операции сам хирург может изготовить в ней необходимые ему инструменты. Для этого даже не надо обучаться тонкостям стеклодув­ного дела. Стоит лишь нажать на кнопку... остальное сделает сам при­бор. За несколько минут он вытянет, отрежет и сложит стеклянные заготов­ки такого размера, который заранее запрограммировал исследователь. Не требует специальных навыков и пре­вращение заготовок в готовые инстру­менты на микрокузнице. С помощью особых устройств можно выбрать клетку и перенести ее в операционную камеру, где уже проводятся намечен­ные операции.

Ученым важно не только хорошо провести операцию, но и суметь про­следить за ее результатами. Никто, конечно, не в силах вести непрерыв­ные наблюдения за клетками после операции. Да и уловить происходящие в них постепенные изменения просто невозможно. Здесь помогает кино­съемка. Клетки становятся киноакте­рами. Кинокамера запечатлевает все, что с ними происходит. Уже создано много фильмов о жизни клеток. На экране видно, как клетки двигаются, соединяются друг с другом, как про­исходит их деление... Киносъемка по­зволяет увидеть за несколько секунд на экране процесс, идущий в клетке часами. И наоборот, быстрый процесс может на экране быть замедленным, и в нем удается разглядеть детали, которые без киносъемки неизбежно ускользнули бы от самого вниматель­ного исследователя.

Результаты микрохирургических операций ученые сопоставляют с дан­ными, полученными при других спо­собах изучения живых и неживых клеток. Только многосторонние иссле­дования и дают полное представление о клетках, составляющих организм.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 14


МИКРОСКО­ПИЧЕСКИЕ ЗАВОДЫ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 15аровидные и оваль­ные, похожие на кубики и цилиндры, на звезды и диски... Клетки бывают самой раз­личной, часто необыкновенно причуд­ливой формы. Но даже совершенно 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 это ядро,— цитоплазмы. Но оказа­лось, что эти главные клеточные ком­поненты, в свою очередь, состоят из множества очень важных и сложных частей.

Ограничена клетка оболочкой, ко­жицей. «Кожица» — на латинском языке «мембрана». В науке очень многие слова взяты из латинского и греческого языков. Это произошло потому, что в древности и в средние века почти все научные книги писали именно на этих языках. И сейчас новые слова в науке часто продол­жают образовывать от латинских и греческих. Очень удобно, когда живу­щие в разных странах и говорящие на разных языках ученые пользуются одинаковыми словами.

Окружающая клетку мембрана на­столько тонкая, что ее 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 переры­вов, без выходных дней. 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 настоящем заводе, в клетке имеется своя силовая стан­ция, различные согласованно рабо­тающие цеха. В цитоплазме находится цех, снабжающий энергией все кле­точные процессы. Впрочем, это не один-единственный цех. В клетке печени, например, 2500 таких цехов. Их называют митохондрии. Длина каждой митохондрии обычно не боль­ше десятых долей микрометра. В этих цехах образуется вещество, при распа­де которого освобождается энергия. Это аденозинтрифосфорная кислота. Сокращенно — АТФ. В научном язы­ке ученые очень 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 16

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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 17


РАСШИФРОВКА КОДА

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 18ще в прошлом веке под обыкновенным микроскопом в клет­ке увидели прямые и изогнутые палочки. Они ярко окра­шивались некоторыми красками и поэтому получили название «хромо­сомы». В переводе с греческого это значит «красящиеся тельца». Ученые обратили внимание, что в любой клет­ке организма имеется одинаковое ко­личество таких окрашенных палочек. Причем 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.

В каждой клетке человека около 800 000 молекул ДНК. Каждая из них построена из 40 000 нуклеотидов. Мо­лекула ДНК — это молекула-гигант. Из хромосом только одной клетки молекулы ДНК составят нить длиной почти в два метра. А из всех клеток одного человека — в 1 800 000 000 000 километров. Это в 4,5 миллиона раз больше, чем расстояние от Земли до Луны. Такой нитью можно было бы обмотать по экватору нашу планету 45 миллионов раз. Но эта нить такая тонкая, что ее никто бы и не заметил.

Отдельные участки молекулы ДНК — 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 молекул 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 19

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, двух. Нет, двух мало. Ведь из двух нуклеотидов получается только 16 разных сочета­ний: 42 = 16. Этого мало для всех аминокислот. А если кодирующим числом предположить 3? 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 — рибонуклеиновую, также состоящую из нуклеотидов. Ее, как мы уже говорили, сокращенно называют 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 20


ДОЧКИ- МАТЕРИ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 21е правда ли стран­но, что у высокого взрослого человека и у совсем крошеч­ного ребенка клетки одинакового раз­мера? Просто у взрослого значительно больше клеток. Организм растет, и число клеток в нем все 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? Клетки делятся: из одной по­лучается две. Причем новые две клет­ки ничем не отличаются друг от друга и от той, из которой они получились. Только поменьше. Обе новые клетки — дочери, или сестры. Их и в науке на­зывают дочерними, или сестринскими, клетками. Они немного подрастут и сами станут материнскими клетками. Дочки-матери! Каждая из них опять разделится на две одинаковые клетки. Да еще 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 разделится 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. Заклю­чается оно в том, что еще до деления клетки каждая молекула ДНК удваи­вается. Поэтому и хромосомы оказы­ваются удвоенными. Около каждой хромосомы возникает ее точная 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. Пока они еще держатся парами. Парами и движутся на середину клет­ки. Делящуюся клетку сравнивают с глобусом: говорят об ее экваторе и полюсах. У экватора выстраиваются пары хромосом. Им предстоит разой­тись так, чтобы партнеры каждой пары оказались по разным сторонам экватора. Для их транспортировки в клетке к этому времени образуется тянущий аппарат. Построен он из тонких нитей. Одни из них проходят между полюсами, а другие соединяют каждую хромосому с полюсом. На хромосомах есть особые участки, к которым «привязываются» нити тяну­щего аппарата. Состоят нити из от­дельных белковых частичек. Разными способами удалось установить свой­ства этих белков и показать, что боль­шинство их возникает в клетке непо­средственно перед ее делением. Удиви­тельным оказалось то, что клетка не использует эти белки при ближайшем своем разделении, а откладывает их про запас. Лишь через одно клеточное поколение в основном из этих белков будет строиться тянущий аппарат. Та­кой задел не застанет клетку врасплох при каких-нибудь неблагоприятных для нее обстоятельствах.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 22

Как же работает тянущий аппа­рат? Межполюсные его нити посте­пенно удлиняются — к ним присоеди­няются новые частички. При этом увеличивается и расстояние между полюсами. А нити, привязанные к хромосомам, наоборот, теряют свои частички и становятся короче. По мере их укорочения хромосомы все ближе подтягиваются к полюсам. Высчитали даже скорость их движения: за одну минуту хромосома продвигается к по­люсу примерно на тысячную долю миллиметра.

По-гречески «нить» — «митос». Поэтому деление клетки с распределе­нием хромосом благодаря нитям тяну­щего аппарата назвали «митозом».

После достижения хромосомами полюсов тянущий аппарат исчезает. Он свою работу выполнил и больше клетке не нужен. Вокруг хромосом на полюсах клетки возникает ядерная оболочка — ядра готовы. А посереди­не клетки, по ее экватору, образуется перегородка. Так и получаются вместо одной клетки две новые с тем же коли­чеством хромосом.

Деление клетки, или митоз, 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 митоза. 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 23


УМНОЖЕНИЕ ПУТЕМ ДЕЛЕНИЯ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 24онечно, не об ариф­метическом курьезе здесь пойдет речь. Уже говорилось, что количество клеток увеличивается бла­годаря их делению. Вот и получается: умножение путем деления! Что же влияет на клеточное умножение? От чего оно зависит?

Деление клетки, как и вся ее жизнь, зависит от состояния всего организма. Если перерезать нерв, уда­лить или подвергнуть раздражению один из участков нервной системы, то это скажется не только на работе различных органов, но и на клеточ­ных делениях. Опыты на мышах, кры­сах, кроликах, кошках и морских свинках показали, что на количество митозов влияют разнообразные внеш­ние причины. Если в лаборатории специально создать непривычный для животных шум, то у них снижается количество делящихся клеток. Умень­шается число митозов и от испуга, страха. Достаточно подопытных мы­шей принести в комнату, где находит­ся кошка, как в разных их органах снижается количество митозов.

То же самое происходит, если на­нести животному травму, охладить его, вызвать чувство тревоги. Даже несильная боль отражается на мито­зах. Стоит лишь слегка пощипать пин­цетом хвосты мышей или крыс, и ко­личество делящихся клеток умень­шается. Причем не только в клетках хвоста, но и ушей, пищевода, роговицы глаза, надпочечников и других органов.

Однако такая картина наблюдает­ся только у млекопитающих. Количе­ство митозов у лягушек и птиц всегда остается на том же уровне при самых разнообразных внешних раздраже­ниях.

Ни шум, ни тревога, ни испуг, ни боль никак не влияют на умножение их клеток.

Но и у млекопитающих реакция клеточных делений на раздражения не является врожденной. У новорож­денных мышат и крысят не происхо­дит снижения митозов, сколько ни пугай их кошкой или ни дергай за хвостики. Только через шесть дней после рождения в ответ на раздраже­ния у них уменьшаются клеточные деления. Способность к подобному снижению митозов у кошек и морских свинок появляется раньше — уже в первые сутки после рождения.

Возникает вопрос: каким образом страх или боль влияют на митозы? Известно, что при этих раздражениях надпочечники начинают выделять в кровь гормон адреналин. Может быть, именно в этом причина? Для проверки этого предположения поставили опы­ты. В одних опытах животным делали операцию — удаляли у них надпочеч­ники. В других — животных не опери­ровали, но вводили им вещества, по­давляющие выход в кровь адренали­на. В обоих случаях у подопытных животных ни страх, ни боль уже не отражались на изменении количества митозов. Значит, действительно дело в адреналине. Пробовали адреналин капать на роговицу одного глаза мы­ши. В ней снижалось количество де­лений по сравнению с роговицей дру­гого глаза. Но при таком способе воздействия андреналин оказывал исключительно местное влияние. Что­бы изменить деление клеток разных органов, он должен циркулировать в крови.

Деление клеток зависит не только от адреналина, но и от режима пита­ния, состава пищи, содержания в ней витаминов, а также и от других гор­монов. Так, гормоны щитовидной же­лезы, в отличие от адреналина, на­оборот, увеличивают количество кле­точных делений, причем их воздейст­вия меняются в зависимости от воз­раста животного, яркости освещения, времени суток.

Да и вообще количество митозов в разных органах меняется в течение суток. У крыс и мышей в ночные часы мало митозов, а по утрам их клетки интенсивно делятся. Так бывает вооб­ще у всех ночных животных, то есть у тех, которые по ночам бодрствуют, а днем предпочитают отсыпаться. Клетки же всех дневных животных и человека, наоборот, делятся преиму­щественно ночью.

Ну, а что будет, если попробовать перепутать день и ночь — содержать ночных животных ночью при искус­ственном освещении, а днем — в пол­ной темноте? Такие опыты проводили больше месяца на мышах и крысах. При этих условиях у животных поме­нялись местами время сна и бодрство­вания. Вместе с тем как бы перешли на место друг друга и часы максимума и минимума митозов: наибольшее ко­личество клеточных делений в боль­шинстве органов стало приходиться на вечерние часы, а наименьшее — на утренние. Стало все шиворот-навы­ворот. В чем тут дело? Может быть, это связано именно с двигательной активностью животных? Проверить это не составило особой сложности. Подопытных животных поместили в специальные клетки, где каждыйих пробег от «спальни» в «столовую» ре­гистрировался. Оказалось, что между движением животного и делением его клеток существует обратная зависи­мость. При отдыхе и покое у живот­ных наблюдалосьнаибольшее число митозов, а в часы наиболее частого посещения кормушки клетки почти не делились. Когда животное активно двигается, в его кровь выделяется и много адреналина.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 25

Значит, деление клеток находится как бы под контролем всего организ­ма. Но это касается только нормаль­ных, здоровых клеток. А опухолевые клетки выходят из-под такого контро­ля. Отсюда и их неограниченный рост.

Некоторые ученые считают, что клетки каждой ткани имеют и свои собственные регуляторы деления. Их называют «кейлоны» — что в перево­де с греческого означает «гасить». Эти вырабатываемые клеткой белковые вещества как бы гасят, подавляют ми­тозы. Когда по краям царапины идет энергичное умножение клеток — это значит, что концентрация здесь кей­лонов незначительна, их мало, и они не тормозят клеточных делений. При затягивании ранки кейлонов стано­вится все больше, они передают клет­кам сигналы о необходимости пре­кратить делиться. Стоп! Клеток до­статочно!

Чужих сигналов клетка не прини­мает. Кейлоны, выделенные из разных тканей, оказывают влияние только на клетки своей ткани. Причем не имеет значения, от какого животного эти кейлоны получены. Клетки печени мыши перестают делиться при дейст­вии на них кейлонов из печеночных клеток не только мышей, но и челове­ка, свиньи, кролика, морской свинки и даже трески. Но они не прекращают делиться в присутствии кейлонов из почек, легких или других органов. Но и кейлонная регуляция деления связана со всем организмом. Без адре­налина, о котором уже говорилось, кейлоны не действуют.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 26

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 27


ГЛАВА ВТОРАЯ. О клетках, которые вырабатывают чернила и другие вещества, ведают окраской и свечением, а также о присвоении животными чужих клеток

 


РАЗНЫЕ СЕКРЕТЫ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 28се знают, что сек­рет — это тайна.

Здесь речь пой­дет, конечно, не о тайнах, которые тихонько поверяют другу и просят держать их в секрете. Это рассказ о клеточных секретах. И у клеток много тайн, много разных секретов, которые ученые и пытаются разгадывать.

Но когда в науке говорят о секре­тах клеток, то понимают еще и другое. Секреты клеток — это то, что они вы­деляют из себя: слюна, слезы, 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 поодиночке, то целыми скопления­ми, а иногда составляют самостоя­тельный орган — железу.

Секреты всегда приносят пользу тому организму, в котором они обра­зуются. 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. Также сразу понятно, что в клетках молочной железы обра­зуется молоко, которым вскармли­вают детенышей.

А вот поди догадайся, что за секрет в чернильной железе! Может быть, в ней готовые чернила? Да, почти так. В этой железе вырабатывается чер­нильная жидкость. Она погуще чер­нил и скорее похожа на пасту для шариковых ручек. Пожалеешь, что у нас нет такой железы!

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, ка­ракатицы резким сокращением мышц сдавливают чернильную железу, и из склада выбрасывается через кишку струя чернил, которая расплывается по воде темным облаком. Такая чер­ная завеса легко скрывает животное от врага.

Не беда, если на складе у карака­тицы накопился небольшой запас сек­рета чернильной железы; он такой густой, что достаточно и нескольких капель, чтобы вода стала мутной.

Некоторые моллюски поступают еще хитрее. Своим чернильным секре­том они создают не дымовой заслон, а... своего двойника. Их секрет не раст­воряется в воде, а повисает в виде темной сосульки, очень похожей на самого моллюска. Этим животное сби­вает с толку своего преследователя и само благополучно уплывает.

Из секрета чернильной железы пользу извлекают не только моллю­ски, но и люди. Краску сепию, кото­рую используют в живописи, готовят из высушенного секрета чернильной железы каракатиц.

Просто невозможно представить себе, сколько времени сохраняются красящие вещества этого секрета! Если мокрыми пальцами потрогать остатки ископаемых каракатиц, жив­ших несколько десятков миллионов лет назад, то пальцы окрасятся.

«Как с гуся вода» — так говорят о человеке, которому все нипочем. Но отчего его сравнивают с гусем? Да потому, что гуси выходят сухими из воды. Как же это им удается? 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, жизнь которых 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. Вот как важно иметь при себе жирную смазку!

Строение секреторных клеток свя­зано с особенностями их работы. 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 29

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 ее по­верхность и позволяет большему ко­личеству веществ войти в клетку. Здесь находятся и те части клетки, которые вырабатывают секрет; тут располагается эндоплазматическая сеть со сборочными цехами — с рибо­сомами. А в верхней половинке клетки из секрета выжимается лишняя вода и происходит его «упаковка».

Выходит секрет из клетки разными путями. 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 полностью 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 30


ПЕРЕДАЧИ НА РАССТОЯНИЕ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 31предыдущем рас­сказе говорилось о разных секретах. Но все они приносят пользу тому организму, в котором воз­никают: каракатице помогают уйти от преследования, гусю — выйти сухим из воды. Но есть секреты, которые не оказывают никакого влияния на тот организм, в котором образуются. Они нужны животным лишь для пе­редачи разных сообщений на большие расстояния. Подобно тому как люди сообщают о себе телеграммой или общаются по телефону.

Телеграмма, телефон... Какие еще похожие на них слова? Например, телескоп или телевизор. Первая часть этих слов — «теле» по-гречески озна­чает «далеко». И многие слова, кото­рые обозначают что-то связанное с большим расстоянием, начинаются именно так. Вот почему и выделяемые животными пахучие секреты, которые действуют на других животных на значительном расстоянии, иногда на­зывают телергонами (от слов «теле» — «далеко» и «эргон» — «воздействие»). Но больше эти секреты известны под названием феромоны (от греческих слов, означающих «переносить» и « возбуждать»).

Феромоны нужны животным для привлечения особей своего вида к ме­сту питания. Когда комнатная муха садится на лакомый для нее кусочек, она выделяет пахучий секрет, кото­рый привлекает мух того же вида. Характерный запах постельных клопов также влечет этих насекомых к опре­деленному месту. Короеды и лубоеды при помощи своих феромонов соби­рают в зараженных ими деревьях ог­ромное количество этих жуков.

 

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 32

Феромоны используются и для привлечения особей противополож­ного пола. Описан случай, когда в те­чение ночи возле одной самки бабочки большого ночного павлиньего глаза собралось 125 самцов. Когда закрыли окна, то самцы проникали в помеще­ние через дымоход. Эти бабочки вос­принимают феромон на расстоянии до девяти километров. Причем они улавливают чрезвычайно малые дозы секрета — всего лишь одну или не­сколько молекул пахучего вещества в одном кубическом миллиметре воз­духа.

Ученые стараются выяснить хими­ческий состав феромонов. Зная его, можно искусственно синтезировать феромоны и использовать их в паху­чих ловушках для борьбы с вредными насекомыми.

У многих животных феромоны служат химическим средством защи­ты. В этом случае животные оттал­кивают своих врагов запахом феро­монов, но не используют их для до­бывания пищи. А пауки и многоножки применяют феромоны в качестве хи­мического оружия, парализуя и умерщвляя свои жертвы.

Большинство видов муравьев оставляют пахучие следы вдоль «му­равьиных дорог». Они наносят феро­моны на поверхность почвы, прика­саясь к ней время от времени брюш­ком или кончиком жала. Передвига­ются муравьи только по следам насе­комых своего муравейника.

С помощью ферономов многие животные подают сигналы тревоги, дают указания к бегству или напа­дению. Выделяемый при ужаливании медоносной пчелы феромон вызывает тревогу и ярость у другие пчел, ко­торые стараются ужалить около того же места, куда внесла жало первая пчела. Феромонами отмечаются гра­ницы, занимаемые одним животным, семьей или стадом, у собак, волков, лисиц, хорьков, барсуков и других млекопитающих. Их пахучие метки сохраняются длительное время и дей­ствуют на значительные расстояния. Вот сколько делается полезных вещей благодаря феромонам, которые выра­батываются секреторными клетками и выделяются на разных участках тела животного.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 33


ЖИВАЯ ПАЛИТРА

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 34ро 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, а и цвет ее. 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 15° палочник черного цвета, с повыше­нием температуры он светлеет и при 25° становится зеленым.

 

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 35

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. Есть крабы, которые мо­гут приобретать четыре разных цве­та: на черном фоне они черные, на белом — белые, на красном — крас­ные, на желтом — желтые. А некото­рые раки приспосабливаются не толь­ко к разным цветам, но даже к их оттенкам.

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 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 хромато- форам идут нервы. По ним поступают сигналы: «Изменить форму и распо­ложение хроматофор».

После такой команды на коже кам­балы появляется рисунок, который она увидела.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 36


СВЕТИТ, НО НЕ ГРЕЕТ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 37огда 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 — его светящийся орган. Ко­нечно, светится он только у живых насекомых.

Как всякий орган, фонарик состоит из отдельных клеток. Клетки эти не похожи 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 поместить днем в темное помещение, то он там светит. Может быть, фона­рик непрерывно «горит» и просто на ярком свету его свечение незаметно? А может быть, он засветился, когда жук оказался в темноте? Чтобы отве­тить на эти вопросы, ученые ставили опыты. Они попробовали в темном помещении освещать только голову жука. Тогда фонарик, светившийся в темноте, пока и вокруг головы было темно, угасал. Когда, наоборот, осве­щали только туловище жука, а голова его была 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 уже на клетки светящегося органа. Сигнал от нервной системы к включению фо­нарика приходит только в темноте!

Среди сухопутных животных очень мало светящихся. В основном это разные 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 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. Но, как вы сейчас узнаете, бывают и исключения.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 38

Рыба-фонареглаз свои светящиеся органы с бактериями может прикры­вать специальной кожной шторкой вроде века. Надо включить свет — шторка открывается. Фонареглаз «ми­гает» своими фонариками и этим привлекает добычу. А у рыбы-удильщика один-единственный ее фонарик находится не на теле, а на конце свое­образной удочки, растущей от лба. Этот фонарик со светящимися бакте­риями рыба может зажигать и гасить по своему усмотрению — расширяя или сжимая подходящие к нему кро­веносные сосуды. Сам «рыболов» ви­сит в воде почти без движения и лишь изредка подергивает удочкой со све­тящейся приманкой. Ее свет привле­кает других рыб и рачков. За свое любопытство они платят жизнью: сто­ит им только приблизиться к фонари­ку, как 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!

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 39


ЛОВКО УСТРОИЛИСЬ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 40акие только приспо­собления не имеют животные для соб­ственной защиты и нападения на свою добычу! Острые когти и мощные зубы, сильные лапы и отвратительные запахи, устрашаю­щие позы и маскировочная окраска...

Оказывается, что 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 водным 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. К тому же она усажена еще обращенными назад ши­пами, удерживающими ее в теле жерт­вы. Уколы нитей настолько ядовиты, что вызывают у мелких животных паралич. Такие клетки получили на­звание «стрекательные». 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 их ожоги могут причинять неприятности ку­пающимся. Из-за этого приходится иногда на длительный срок закрывать для купания обширные пляжи Авст­ралии. Медузы, живущие в морях на­шей страны, вызывают лишь ожоги, не сильнее ожогов крапивы. Кстати, стрекательные клетки иногда и назы­вают крапивными.

Стрекательные клетки есть и у жи­вущих в воде ресничных червей, ко­торые, как гидры и медузы, мгновен­но поражают свою жертву выбрасы­вающейся нитью.

Тут надо сказать, что гидра и меду­за довольно близкие родственники, а вот черви им совсем не родня. И по­этому было несколько удивительно, что такие необычайные клетки имеют­ся у столь различных животных. Еще более странным казалось то, что у чер­вей никогда 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 все же 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 41

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 дают вдоволь гидр, то сначала они едят их охотно. Но когда в теле червя накапливается достаточно стрекательных клеток, черви отказываются 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 клептокниднями; по-гречески «клепто» — «ворую», «книде» — «кра­пива ».

Ловко устроились!

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 42

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 43


ГЛАВА ТРЕТЬЯ. О движении клеток в определенном направлении, о клетках — блюстителях порядка и пожирателях микробов


КУДА ПОПЛЫВЕТ ИНФУЗОРИЯ?

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 44аждый неоднократ­но видел, как летят на свет ночные ба­бочки и как комары отлетают от сетки, смоченной диме­тилфталатом. Одних привлекает свет, других отпугивает запах. Ничего уди­вительного в этом мы не находим. Ведь они видят, нюхают. У них есть специальные органы зрения и обо­няния — глаза и усики, которые вос­принимают световые раздражения и чувствительны к химическим веще­ствам.

Гораздо удивительней, что к чему- то приближаются или, наоборот, от чего-то удаляются и организмы, со­стоящие всего из одной-единственной клетки, а также отдельные клетки, входящие в состав многоклеточных. Именно об этом здесь и будет гово­риться. То есть речь пойдет о таксисах. На греческом языке это слово означает «порядок», «расположение». Поэтому и назвали так клеточные движения под влиянием света, пахучих веществ или каких-либо других раздражите­лей. Если раздражителем является свет, то движение в его сторону или в противоположную носит название фототаксис, если химическое вещест­во — хемотаксис, температура — тер­мотаксис, электрический ток — галь­ванотаксис... Названия таксисов мож­но без конца перечислять. В общем, в зависимости от природы раздражи­теля существует множество таксисов.

Обо всех, конечно, рассказать невоз­можно.

Прежде всего надо сказать, что ученые договорились называть дви­жение по направлению к раздражите­лю положительным таксисом, а от него — отрицательным. В первом слу­чае о раздражителе говорят, что он аттрактант (в переводе с латинского «притяжение»), во втором — что он репеллент (в переводе с латинского «отталкивающий»). Вот почему на пу­зырьках с жидкостью, предохраняю­щей от укусов комаров, часто бывает надпись: «Репеллент».

Теперь, когда вы узнали и запом­нили все эти названия, можно начать рассказывать о таксисах одноклеточ­ных организмов. В рассказе об опе­рациях на клетках мы уже говорили о таких клетках-организмах.

Всегда, когда имеешь дело с живы­ми организмами, все не так-то просто. Сейчас вы увидите, что и с таксисами не легко разобраться. Во-первых, один и тот же раздражитель для одних ви­дов может быть аттрактантом, а для других — репеллентом. Так, однокле­точная эвглена всегда стремится дви­гаться к источнику света. Значит, у нее положительный фототаксис, и свет, следовательно, является для нее аттрактантом. А инфузория-трубач старается подальше уплыть от света. У этой инфузории отрицательный фо­тотаксис, и свет для нее — репеллент. Во-вторых, оказывается, не всегда это можно утверждать так определенно. Потому что один и тот же раздражи­тель даже у одного и того же вида может вызывать и положительный, и отрицательный таксис. Например, фототаксис при слабой интенсивности света может быть положительным, при значительной — отрицательным, а при средней и вовсе не проявлять­ся. Отрицательный гальванотаксис (отрицательным условились считать гальванотаксис, когда движение осу­ществляется в сторону катода) у ин­фузории-туфельки при возрастании силы тока становится положитель­ным — туфелька начинает плыть к аноду. А уж с термотаксисом у этой инфузории совсем сложно обстоит дело.

Если туфелек поместить в горизон­тальную трубку, вдоль которой тем­пература разная, начиная от плюс 40°С на одном ее конце и кончая плюс 15°С на другом,— то через не­которое время все инфузории скопятся в том месте трубки, где температура плюс 26—27°. Здесь для них, видимо, самое приятное место: ни жарко, ни холодно. Вот и выходит, что у туфе­лек, которые находились в трубке при температуре ниже плюс 26°,— поло­жительный термотаксис, а у тех, ко­торые были, где температура выше плюс 27°,— отрицательный.

Таксисы имеют большое значение в жизни одноклеточных организмов. С их помощью они отыскивают пищу, уходят из участков, менее благоприят­ных для их существования, в места с более подходящими условиями оби­тания: где светлее или темнее, холод­нее или теплее, больше или меньше кислорода, где посуше или повлажнее. Благодаря таксисам они находят осо­бей своего вида и удаляются от вре­доносных воздействий. О таксисе лей­коцитов — отдельных клеток много­клеточных организмов — будет рас­сказано дальше.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 45


ШИПЫ С КУСТА РОЗЫ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 46уществует множест­во легенд о вне­запных открытиях. Стоило будто бы Ньютону увидеть падение яблока, как появился закон всемирного тяготения. Достаточно было попасть в комнату Флемминга плесени, из-за которой по­гибли растущие у него в специальных чашках микробы, и человечество по­лучило целебный пенициллин... Но так ли открытия 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 откры­тие. А потом оно возникает «вдруг», случайно.

Об одном таком, казалось бы, слу­чайном открытии мы здесь расска­жем. Сделал его замечательный рус­ский ученый Илья Ильич Мечников еще в прошлом веке, в конце 1882 года или в самом начале 1883 года. Это оказалось возможным установить благодаря новогодней елке. Впрочем, как вы узнаете дальше, это была не­обычная елка. 

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 47

С осени 1882 года до весны следую­щего года уже известный к тому времени 37-летний зоолог Мечников жил в Италии. Он снимал домик с малень­ким садом на берегу Мессинского про­лива. В море здесь было полно всякой живности, необходимой для его иссле­дований. Работал Илья Ильич всегда очень много — по 10—12 часов в сут­ки, без отдыха в воскресные и празд­ничные дни. Мечников не любил хо­дить в гости, избегал званых обедов и постоянно отказывался от всяких развлечений. Так было и на этот раз, когда его жена со своими младшими братьями и сестрами отправились в цирк смотреть дрессированных обезь­ян. Илья Ильич 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 внутри 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. Когда Мечников вводил в личинку красную краску кармин, то эти клетки захватывали зернышки порошка кар­мина и окрашивались в красный цвет. Мечников подумал: если эти клетки поглощают краску, то, может быть, они также поглощают любые посто­ронние вещества? Может, они выпол­няют в организме защитную роль? 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. И тут ему бросилось в глаза мандариновое дерево, наряженное как рождественская елка. А рядом рос куст розы. Мечников сорвал с него несколько шипов и вставил их в ли­чинку. Всю ночь Мечников не спал, с нетерпением ожидая результатов. А на следующий день, рано утром, он увидел, что шипы действительно окру­жены подвижными клетками. Его предположение оправдалось!

Илья Ильич назвал эти подвижные клетки фагоцитами, что в переводе с греческого означает «клетки-пожи­ратели». Эти клетки прямо-таки по­жирают — фагоцитируют — посто­ронние частички, будь то простая за­ноза или болезнетворные микробы. Происходит фагоцитоз — захват фа­гоцитами разных частиц. Потом Меч­ников наблюдал фагоцитоз у рачков, лягушек, черепах, ящериц, а также у млекопитающих — морских свинок, кроликов, крыс и у человека.

Опыт на личинках морских звезд положил начало учению Мечникова о фагоцитозе, которому он посвятил последующие двадцать пять лет своей жизни.


ЧИСТОТА И ПОРЯДОК

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 48е 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 мелкие 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 — фагоциты, о которых уже говорилось в предыдущем рассказе. Но стать та­ким блюстителем порядка может не любая клетка, а лишь лейкоциты — белые кровяные клетки и еще неко­торые клетки соединительной ткани. Здесь надо сказать, что среди лейко­цитов различаются две основные груп­пы. К первой, наиболее многочислен­ной, относятся лейкоциты, ядра кото­рых состоят из нескольких долек. Ко второй — клетки с круглыми ядрами. Первые — это и есть собственно лей­коциты, вторые — это лимфоциты. Мечников показал, что именно лей­коциты первой группы являются фа­гоцитами. О лимфоцитах речь пойдет дальше.

Если в организме что-то не так, фа­гоциты тут как тут. 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. То в дру­гом месте возникает другая ножка, и опять клетка продвигается. Это так называемые ложноножки, или псев­доподии. Пусть и ложные, но с их по­мощью можно двигаться в определен­ном направлении. Ложноножками пе­редвигались и клетки личинок мор­ских звезд, 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, как уже говорилось, блуж­дают по всему телу, а у высших жи­вотных и у человека они циркули­руют по сосудам, являясь частью кро­ви. Лейкоциты, как амебы и амебо­циты, с помощью ложноножек дви­гаются к посторонним частичкам. Они не всегда ограничиваются окруже­нием; подойдя совсем близко к посто­ронней частичке, они могут втащить ее в себя и переварить. Клетки-пожи­ратели — фагоциты — поглощают не только посторонние мелкие частички, которые случайно попали в организм, но и удаляют из организма погиб­шие клетки — «клеточные трупы».

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. О том, как «вы­карабкиваются» лейкоциты из сосу­дов, вы узнаете дальше.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 49

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 внутри фагоцита оказываются целые клетки или довольно крупные по сравнению с ним обломки клетки и разные посторонниечастички?

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 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, и 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 по­падет 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. Кроме того, с его помощью идет и охота за микробами.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 50


ОХОТНИКИ ЗА МИКРОБАМИ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 51ыло 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 существовавших 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... 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 опаснее таких посторонних частичек, как, допустим, пылинки или угольки. Каждый микроб выделяет вредные, отравляю­щие вещества. Но в организме есть охотники за микробами. Это — фаго­циты. Пока они движутся по сосудам, они только готовятся к предстоящей охоте. Сигнал к началу ее дают сами же микробы.

Помните, в рассказе «Куда по­плывет инфузория?» говорилось о хемотаксисе — движении в опреде­ленном направлении под влиянием химических веществ? Движение лей­коцитов по направлению к микро­бам — пример хемотаксиса. Выделяе­мые микробами яды служат приман­кой, аттрактантом для лейкоцитов: по кровяному руслу направляются к месту заражения целые полчища лейкоцитов.

Хемотаксис лейкоцитов изучают и на животных, и на культивируемых лейкоцитах, когда они растут вне организма в питательной среде. Успешно проводится изучение его с использованием микрокиносъемки, когда съемка идет через микроскоп. Таким образом удалось определить, что под влиянием аттрактанта у неподвижного лейкоцита сразу же начинают появляться ложноножки. Причем возникают они на стороне, обращенной к аттрактанту. Значит, лейкоцит обнаруживает разницу в содержании аттрактанта по обеим сторонам своего тела, то есть на рас­стоянии примерно 10—20 микро­метров (напомним, что один микро­метр — это тысячная доля милли­метра). Теперь доказано, что у лейко­цитов есть особые чувствительные центры, которые связывают продукты выделения бактерий — главных ат­трактантов лейкоцитов. Что собой представляют такие центры, пока неизвестно.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 52

Двигающимся по сосудам лейко­цитам не так просто выйти сквозь их стенки. Вот тут-то как нельзя кстати оказывается форма их ядер. Ведь по узким межклеточным прост­ранствам гораздо легче пролезать лейкоцитам, ядра которых состоят из отдельных долек, соединенных тончайшими перемычками. Вот и протискивается одна долька, за ней другая, как мы пролезаем через дырку в заборе.

Вышедшие из сосудов лейкоциты готовы к фагоцитозу — к поглощению микробов и к последующему их пере­вариванию. Мечников назвал их микрофагами: «микро» — «малый», а «фагос» в переводе с греческого — «пожирающий».

Не только постоянно двигающиеся лейкоциты, микрофаги, но и некото­рые вполне оседлые клетки соедини­тельной ткани разных органов могут становиться фагоцитами. Одни из них, как только организму угрожает опасность, прекращают свою оседлую жизнь и с помощью ложноножек спешат к опасным участкам, напри­мер к месту воспаления, вызванного механическим повреждением, хими­ческим веществом или микробами. Другие же остаются на своих обыч­ных местах. Тех и других объединяет их общее свойство — способность к фагоцитозу. Эти тканевые фагоциты почти в два раза крупнее микрофагов (диаметр микрофагов 5—8 мкм, а макрофагов 15—20 мкм). Поэтому Мечников и назвал их макрофагами: «макрос» в переводе с греческого — «большой». Особенно много макро­фагов в селезенке, печени, лимфатических узлах, костном мозге и в стен­ках сосудов. Микрофаги и «блуждаю­щие» макрофаги сами активно на­падают на «врагов», а неподвижные макрофаги ждут, пока «враг» про­плывет мимо них в токе крови или лимфы.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 53

Однако не следует думать, что фагоциты участвуют только в ликви­дации каких-то болезненных явле­ний. Совсем нет! Они тут как тут и при закономерных перестройках в организме, не связанных с болезнью. Особенно заметна их роль при пре­вращении головастика в лягушонка, когда, наряду с другими изменения­ми, постепенно исчезает хвост. Именно фагоциты уничтожают ткани длинню­щего хвоста, направляясь к нему целыми полчищами.

Особенно важна для организма охота фагоцитов за микробами. Чем энергичнее работают фагоциты, тем успешней борется организм с заболе­ваниями. 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.

Мечников предполагал, что в фагоцитах должны содержаться спе­циальные вещества, с помощью кото­рых идет переваривание захвачен­ных ими частиц. И действительно, через семьдесят лет после открытия Мечникова в клетках были обнару­жены «мешочки», содержащие такие вещества. Назвали их «лизосомы» — от греческих слов, означающих «раст­ворение» и «тело». В них находится свыше сорока различных ферментов, способных расщеплять все классы биологически активных соедине­ний — белки, нуклеиновые кислоты, полисахариды, липиды. Увидеть лизосомы можно лишь под электрон­ным микроскопом.

Наука все время развивается. Она пополняется новыми научными фак­тами. Теперь доказано, что, помимо фагоцитоза, имеется и другой способ защиты.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 54


ЗАЩИЩАЮЩИЕ НАС НЕВИДИМКИ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 55округ нас кишмя кишат различные микробы. Они по­истине вездесущи.

Их великое множество в воздухе, которым мы дышим, в воде, кото­рую мы пьем, в пище, которую мы едим. Мы постоянно сталкиваемся и с разными вирусами, и с хими­ческими соединениями. Многие из них могли бы принести вред, если бы защитные силы организма не боролись с ними.

Здоровье организма зависит от быстрого распознавания проникшего в него «чужого» — так называемого антигена — и от скорейшего его раз­рушения, освобождения от него. Уме­ние организма узнавать антигены и разрушать их называется иммуни­тетом (от латинского «иммунитас» — освобождение от чего-либо), а наука, изучающая его,— иммунологией.

Зарождение иммунологии можно отнести к 1778 году, когда англий­ский врач Э. Дженнер сделал противо­оспенную прививку, использовав для этого нанесение на кожу человека «корочек» от оспинок больных коров.

Почти через сто лет, в 1881 году, французский ученый Л. Пастер пред­ложил общий принцип предохра­нительных прививок от инфекцион­ных болезней с помощью введения в организм ослабленных микробов. Иначе говоря, если снизить способ­ность микробов вызывать ту или иную болезнь, то они не только не будут вызывать ее, но и смогут от нее защи­тить.

Но каким образом уничтожаются попавшие в организм микробы, до открытия Мечниковым фагоцитоза не знали. От его открытия, по сущест­ву, и началась иммунология.

Еще при жизни Мечникова неко­торые ученые выступали против его фагоцитарной теории. Они полагали, что иммунитет осуществляется ка­кими-то неизвестными веществами, содержащимися в крови и лимфе, без участия клеток. Это так называе­мая гуморальная теория (от грече­ского «гумор» — «жидкость»).

Особенно отстаивал такую точку зрения немецкий врач П. Эрлих. Он использовал в своих опытах яды рас­тительного происхождения, смер­тельные в определенных количествах для мышей. Оказалось, что при введе­нии этих ядов сначала в маленьких дозах, а потом во все больших коли­чествах происходит «привыкание» к ним животных. В крови таких под­готовленных мышей образуется анти­вещество, то есть вещество против введенного яда. Доказывалось это совсем просто: неподготовленным мышам вводили сыворотку крови от подготовленных, или иммунизиро­ванных, животных. И тогда они ста­новились столь же устойчивыми к смертельным дозам яда, как и под­готовленные мыши. Эрлих показал, что содержащиеся в сыворотке веще­ства действуют лишь на тот яд, про­тив которого они образовались. Он назвал их антителами. Мечников считал, что антитела фагоцитарного происхождения и что теория Эрлиха не противоречит его взглядам. В 1908 году Мечников и Эрлих получили за свои работы Нобелевскую премию.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 56

Последующее развитие иммуноло­гии показало, что оба ученых в чем- то были правы, а в чем-то заблужда­лись. Их представления об иммуни­тете не противоречили, а дополняли друг друга.

Теперь мы расскажем, как сейчас рассматривается иммунитет.

В рассказе «Чистота и порядок» упоминались лимфоциты. Долгое время ничего не было известно об их роли в организме. Лишь сравнитель­но недавно — в шестидесятые годы нашего столетия — доказали, что именно лимфоциты вырабатывают защитные белки против всего «чужо­го», те самые антитела, которые обезвреживают чужеродные веще­ства — антигены. Антигенами яв­ляются микробы и вирусы, чужие клетки и даже молекулы. Антиген­ность присуща не только белкам, но и другим сложным веществам с круп­ными молекулами. Иммунная сис­тема узнает антиген по характерным для него участкам на поверхности молекулы или клеточной оболочки, с которыми и соединяются антитела.

Что же такое антитела?

Антитела — это особые белки. Их называют иммуноглобулинами. Они составляют около одного процента массы крови. В одном литре крови содержится десять граммов иммуно­глобулинов. Это 5х1020 молекул (то есть 500 000 000 000 000 000 000!), каждая из которых может соединить­ся с антигеном и обезвредить его. При попадании в организм бактерий брюшного тифа возникают антитела только против них, а против возбуди­телей холеры — совсем другие анти­тела. Противотифозные антитела не трогают возбудителей холеры, а противохолерные борются лишь с холерным микробом.

Иммуноглобулины часто сравни­вают с замками, к каждому из кото­рых подходит только один ключ — один антиген. Ключ входит в замок и надежно удерживается в нем. Поэ­тому антитела так же разнообразны, как и антигены, которые могут по­пасть в организм. Сейчас насчиты­вают около десяти тысяч различных иммуноглобулинов, объединяя их в пять классов.

Вырабатывают антитела, как уже говорилось, лимфоциты. В крови че­ловека циркулирует тридцать — сорок миллиардов различных лимфо­цитов. Все они образуются из кровя­ных стволовых клеток костного мозга, но окончательно дозревают в разных органах лимфатической системы.

Хотя все лимфоциты по внешнему виду одинаковы, но выполняют они разные обязанности: одни являются предшественниками клеток, образую­щих антитела, другие дают сигналы для начала их синтеза. Но сигнала не последует, если антиген не будет прежде захвачен макрофагом. Тем самым макрофагом, который был открыт Мечниковым. Макрофаг участ­вует в борьбе с «чужим» не только при фагоцитозе, но и при выработке антител.

Так происходит при попадании в организм инфекции — при инфек­ционном, или гуморальном, иммуни­тете, который можно перенести из одного организма в другой с сыворот­кой крови, содержащей антитела.

Кроме такого иммунитета, сущест­вует еще и трансплантационный, с которым врачи давно столкнулись, пытаясь трансплантировать, то есть пересаживать, на обожженный уча­сток взятый от другого человека кусок кожи. Такой кожный лоскут всегда отторгался. То же самое происходило, когда пересаживали любой другой орган — почку, печень или сердце. А ведь как было бы хорошо получить новый орган взамен своего, пришед­шего в негодность!

Отторжение органа вызывают не антитела, а особые лимфоциты (ко­нечно, тут как тут и фагоциты, участ­вующие в разрушении чужеродной ткани). На поверхности этих лимфо­цитов имеются специальные участки — рецепторы, которыми они распознают чужие клетки и, нападая на них, вы­зывают их гибель. Сигнал к дейст­вию такие лимфоциты-убийцы полу­чают от присутствия антигена. Это клеточный вид иммунитета, его мож­но перенести из одного организма в другой с лимфоцитами.

Ни один антиген, попавший в ор­ганизм, не остается незамеченным. Он неизбежно встречается со «своим» лимфоцитом. При этом происходит активное размножение лимфоцитов, и в результате накапливаются клет­ки, участвующие в гуморальном или клеточном иммунитете. После пер­вой встречи этот антиген уже знаком иммунной системе, и при повторном попадании в организм иммунный ответ будет более быстрым и более сильным. Иммунные силы «вспоми­нают» предыдущее столкновение с этим антигеном. В этом состоит им­мунная память. Один только раз болеют, например, корью.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 57

К иммунологическим реакциям относится и повышенная реакция организма на антигены, которые обыч­но не вызывают болезненных явле­ний,— так называемая аллергия. Многим она, к сожалению, хорошо знакома. Стоит, например, съесть апельсин или клубнику, как появ­ляются отеки, возникает крапивница, затрудняется дыхание.

Оказывается, что при аллергиче­ской реакции образуются антитела, отличающиеся по ряду свойств от антител, синтезирующихся при по­падании в организм инфекции. По­явление таких антител сопровожда­ется выделением биологически актив­ных веществ, которые и приводят к разным изменениям в тканях.

Советские иммунологи пробуют создать препарат, с помощью кото­рого можно было бы отменить вы­работку аллергических антител и переключить организм на синтез неаллергических антител. На мышах кое-что уже сделано в этом направле­нии. Так, у них удалось подавить сильную аллергию на яичный белок, если этот аллерген соединить со спе­циально синтезированным полиме­ром. В этом случае их иммунная сис­тема отвечает выработкой антител, блокирующих аллергические. Так что, возможно, скоро будут созданы прививки против аллергий у людей.

Если при инфекционном иммуни­тете важно усилить иммунную систе­му, то при трансплантационном — наоборот: для успешного приживле­ния органа ее надо ослабить. Но если это удается сделать с помощью ле­карств или облучением, то организм оказывается чрезвычайно подвержен инфекциям. Недавно стало известно о новом лекарстве — циклоспорине, которое действует лишь на клетки, вызывающие отторжение органа, но не подавляя при этом инфекционный иммунитет.

Открыли циклосперин в одной швейцарской фармацевтической фир­ме. Там было заведено, чтобы сотруд­ники привозили из заграничных поездок горсть земли для опытов по выявлению в ней микроорганизмов, которые можно было бы использовать для получения антибиотиков. При анализе земли из американского шта­та Висконсин и из Норвегии обнару­жили два новых вида плесени, кото­рые и вырабатывали циклоспорин. Применяя его, удалось значительно увеличить число благополучных пересадок, особенно печени и почек.

В нашей стране ведутся работы по получению веществ, влияющих на иммунную систему. Были полу­чены полимеры, усиливающие им­мунный ответ и вместе с тем безвред­ные и легко выделяемые из организ­ма. С их помощью удалось создать искусственные вакцины. Первая в мире такая вакцина была успешно испытана против мышиного тифа. Затем создали противогриппозную вакцину, причем не только на основе природного антигена, выделенного из вируса, но и на основе его синтети­ческой копии.

Сейчас усилия ученых направле­ны на получение более универсаль­ной вакцины, чтобы соединить с поли­мером не один, а несколько антигенов и тем самым предотвращать сразу несколько заболеваний.

От решения ряда задач иммуно­логии зависят удачные пересадки органов, лечение аллергий, преду­преждение еще не побежденных ин­фекций и многое другое, важное для здоровья людей.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 58

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 59


ГЛАВА ЧЕТВЕРТАЯ. О биологических часах, превращении небылиц в были, о тайнах отращивания лапок, о клетке и урожае, а также о неизбежности в науке «белых пятен»


ВНУТРЕННИЕ ЧАСЫ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 60рач говорит: — «На­до проверить вечер­нюю температуру». Казалось бы, 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? Да, оказывается, не только у больного, но и у совершенно здоро­вого человека температура тела утром всегда ниже, чем вечером. Самая низ­кая температура тела ночью — меж­ду часом ночи и пятью часами утра, затем она несколько повышается, до­стигая наивысшего значения обыч­но к 18 часам. Но не только тем­пература тела меняется в течение суток. Дыхание днем и ночью тоже не одинаковое. Сердце бьется в днев­ное время в более быстром ритме, чем в ночное. Минимальное значе­ние частоты пульса бывает к 4 часам ночи. И не только во время сна, но и при бессоннице. В течение суток закономерно изменяется в крови со­держание калия, кальция, натрия и других элементов. Выходит, что в организме есть свои внутренние — биологические — часы, и ход этих часов как-то связан с вращением Земли, со сменой дня и ночи.

Все живые 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.

Дети, в школу собирайтесь! Петушок пропел давно.

Попроворней одевайтесь! Смотрит солнышко в окно.

Так начинается стихотворение «Приглашение в школу », которое более ста лет назад написал знаменитый ученый-педагог Константин Дмитрие­вич Ушинский. В те времена утреннее пение петухов можно было слышать не только в деревне, но и в большом городе. И многим оно заменяло бу­дильник, потому что в большинстве домов тогда не было никаких часов. К петушиному «ку-ка-ре-ку» прислу­шивались и дети, и взрослые.

Теперь, когда у всех есть часы и радио, никто, конечно, не станет по петухам узнавать время. А о прош­лом нам напоминают лишь отдель­ные выражения. Вы, наверное, слы­шали, как говорят: «Вставать с пету­хами» или «Вставать до петухов» — значит, подыматься очень рано. «Проспать петухов» — заспаться, не вовремя проснуться.

Мы привыкли к тому, что петухи поют на рассвете, и не задумываемся, что они сами-то просыпаются в опре­деленный час.

Как же петухи и другие животные узнают, который час? Каким обра­зом они отмеряют время и запоминают его? Именно запоминают, как это видно из опытов с пчелами.

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 выдерживали: больше всего насекомых прилетало между 9 и 11 часами. 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 17 или 19 часов они не могут научиться 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 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 те тара­каны, глаза которых закрашивали черным лаком. Затем опыты услож­няли. Брали двух тараканов и хирур­гическим путем соединяли их так, что один как бы лежал на другом. Кровь их после такой операции сме­шивалась. При этом 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 61

Каким же образом происходила починка часов нижнего таракана? Какое влияние оказывал на него сое­диненный с ним верхний партнер? И на эти вопросы удалось ответить опытным путем. Оказалось, что можно и не соединять двух тараканов, чтобы одному из них исправить его внутрен­ние часы. Достаточно пересадить та­ракану с испорченными часами 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 начиналось сразу после наступления темноты. Вскоре после его выделения из нервных клеток и начинала про­являться активность тараканов. Теперь понятно, почему у невидящих тараканов нарушался обычный ритм их жизни,— ведь через глаза пере­дается сигнал к клеткам, вырабаты­вающим это вещество.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 62

У млекопитающих животных и у человека регуляция внутренних часов происходит значительно сложнее. Клетки, которые заведуют их биоло­гическими часами, находятся в голов­ном мозге. Там 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 тем­пературе и дыхании, о работе сердца и составе крови. 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. Более повышенная работо­способность у человека с 9 до 12—13 часов и с 16 до 18. Утром и днем чело­век лучше слышит и точнее разли­чает оттенки цветов. Врачи учиты­вают суточные особенности разных физиологических процессов при взя­тии для анализов крови, желудочного сока, при проверке слуха и зрения.

Когда биологические часы идут нормально, мы и не замечаем их хода. А вот поломка этих часов дает о себе знать. Ее 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. Эти явления возникают из-за того, что биологи­ческие часы и местное время не со­впадают. Организм продолжает еще жить по старому времени. Постепен­но, обычно в течение двух недель, он привыкает к новому для него рас­порядку жизни. С этим нельзя не считаться. В течение привыкания к новому биологическому времени не рекомендуются участие спортсменов в соревнованиях, ответственные вы­ступления артистов, ученых, дипло­матов. Конечно, можно готовиться заранее к новому зональному вре­мени. Интересно, что перелеты вдоль меридианов — с севера на юг и с юга на север — с теми же скоростями и на такие же расстояния, как и при перелетах в широтном направлении, не оказывают никакого особого влия­ния на организм человека, на его внутренние часы.

Неисправность внутренних часов чувствуется и при работе с непривыч­ки в другую смену. И в этом случае в течение какого-то срока идет пере­стройка биологических часов. Вот почему, чтобы человек был здоро­вым, чтобы его организм работал правильно, не сбивался бы со своего суточного ритма, необходимо соблю­дать режим: вовремя ложиться спать, в одно и то же время вставать, в опре­деленные часы есть и делать уроки.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 63

Мы должны внимательно отно­ситься к нашим биологическим ча­сам. Знание их хода важно для вы­яснения, в какое время суток наибо­лее чувствительны клетки того или иного органа к действию на них раз­ных веществ, в том числе и лекарств. Не исключено, что лекарство не дей­ствует или оказывает незначительное влияние только потому, что его при­нимают не в те часы. Можно пофан­тазировать, что в недалеком будущем на коробочке с порошками никого не удивит надпись: «Принимать только с 10 до 12» или наоборот: «Не принимать с 20 часов до 8 часов утра». Изучают суточные ритмы в самых разных направлениях. С раз­витием космонавтики возникла новая область медицины — космическая медицина. В ее задачи входит и изу­чение биологических часов. Необхо­димо знать, в какие часы суток чело­век лучше переносит различные перегрузки — действие ускорений, недостаток кислорода...

Мы говорили здесь о внутренних, или биологических, часах организма. Конечно, «часы» — это лишь образ­ное выражение. Разумеется, внутри организмов нет прибора, похожего на обычные часы, который служит для измерения времени. Они отсчи­тывают его благодаря ритмам разных своих процессов. Каким же образом эти процессы оказались связанными с периодом вращения Земли?

Переход от дня к ночи всегда со­провождался рядом изменений: сни­жалась температура, увеличивалась влажность, менялись давление и ин­тенсивность космических .излуче­ний. Ко всем этим изменениям физи­ческих факторов среды приспосаб­ливались организмы. Постепенно у них и закреплялись ритмы, близ­кие к суточным. По ним и узнают они время. Настроены биологиче­ские часы по Солнцу — главным ча­сам природы.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 64


БЫЛИНЫ И НЕБЫЛИЦЫ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 65дним из подви­гов Геракла, ге­роя древнегре­ческих мифов, было уничтожение девятиглавой гидры, которая обитала в Лернейском 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 одолел трехголового змея, хотя у него 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 сра­жений вызывали мечты о волшеб­ных исцелениях. Вот и появлялись сказочные истории, разные небы­лицы.

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 и 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», то есть «возрождение» (от латинской приставки «ре» — «возобновление» и слова «генератио» — «рождение»). Ра­бота Реомюра о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 го­ду. Но она прошла незамеченной, и Реомюр прекратил свои исследова­ния.

Только спустя 28 лет швейцар­ский натуралист Абраам Трамбле про­должил опыты по регенерации.

Существо, на котором он экспе­риментировал, тогда не имело еще названия. Да и вообще 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 Трамбле разрезал его на отдельные кусочки, то из каждого из них вырастало целое существо, подобно тому как из черенка расте­ния вырастает целое растение. Но все-таки это было животное, да еще хищное — оно 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 мифической гидрой, которую победил Геракл, только значительно меньшего размера.

Само собой напрашивалось на­звание для этого существа: гидра. Эта гидра, на которой ставил опыты Трамбле, обладала еще более удиви­тельными особенностями, чем лернейская: она дорастала до целой даже из 1/200 части своего тела. Те­ло же ее было длиной всего около одного сантиметра.

Быль превзошла сказку! Когда в 1743 году в «Трудах Лондонского королевского общества» были на­печатаны описания опытов 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 вырастает недостающая голова, а на другой хвост — обра­зуются две обыкновенные планарии. А если на передних и задних концах этого червя сделать продольные над­резы и не давать им срастаться, то на каждом из них вырастут по голо­ве и хвосту — образуется двухголо­вый и двухвостый червь. Из совсем крошечного кусочка своего 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. Да и сам оторванный луч может дорасти до целой звезды.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 66

Как же это происходит? Да так же, как и при обычном росте. Рост недостающих частей также идет за счет быстрого деления клеток. 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.

Круглые черви, сравнительно низко организованные животные, крайне слабо регенерируют. А вот кольчатые черви, наиболее высоко­организованная группа червей, спо­собны восстанавливаться из части тела. Правда, не все. И среди них есть виды, совсем плохо регенери­рующие. Вместе с тем многие пло­ские черви, которые значительно ниже кольчатых по уровню своей организации, вообще не обладают такой способностью. Почему это так? Пока неизвестно.

Во многих научных лабораториях ведутся исследования по регенера­ции. Ученые выясняют причины вос­становления органов, ищут способы превращения небылиц в были.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 67


ТАИНЫ ОТРАСТАНИЯ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 68ет 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 ящериц — хвосты, у рыб — плавники, у птиц — клювы. 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? Пытаясь это понять, 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 и начинают усиленно делить­ся. Из одной возникают две. После деления этих двух становится уже четыре клетки. Из четырех — во­семь... Постепенно строение клеток усложняется. Одни из них становят­ся клетками кожи, другие — мышц... И в конце концов образуется новая лапка.

У животных, у которых новые лапки не отрастают, ничего подоб­ного не происходит. Рана у них просто заживает — образуется рубец, шрам. Узнав это, ученые решили попробо­вать разрушать их ткани вокруг ра­ны. Может быть, тогда и у этих жи­вотных смогут отрасти новые лапки.

Ткани разрушали разными спо­собами. 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 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 добиваться 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 врачам лечить людей. Ведь и органы человека подвергаются травмам, разрушаются при некото­рых заболеваниях. Иногда людей оперируют, удаляют у них часть по­врежденного органа. Каким обра­зом у человека восстанавливаются внутренние органы?

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 69

Долгое время думали, что ни­какой регенерации органов у чело­ века, как и у млекопитающих жи­вотных, не происходит. Ошибочно полагали, что чем сложнее устроен организм, тем способность к реге­нерации ниже. Ученые считали, что органы у высших организмов вос­станавливаются так же, как происхо­дит регенерация кожных ран. На месте раны идет «штопка». Ее делают клетки соединительной ткани. Они устремляются к месту повреждения и выделяют волоконца — ниточки. Переплетаясь, те создают рубец. По­верхность его гладкая, на нем не растут волосы, в нем отсутствуют кожные железы.

Штопка на коже — это полезное приспособление к быстрому закры­тию раны. Она предохраняет орга­низм от кровоточения и проникно­вения инфекции. Поверхность кожи очень большая, и организм может обойтись без ее полноценного кусоч­ка. Но если после удаления части какого-нибудь органа регенерация ограничилась бы образованием руб­ца, то оставшаяся часть не справи­лась бы со своими обязанностями.

Действительно, многочисленные опыты показали, что с внутренними органами дело обстоит иначе. Если удалить, например, часть печени, то по краю разреза образуется рубец, сплетенный волокнами соедини­тельнотканных клеток. Клетки пече­ни не заполняют отрезанное место, и прежняя форма органа не восста­навливается. То же самое происходит и с почкой, и с легкими, и с селезен­кой. Для того чтобы внутренние ор­ганы нормально работали — выраба­тывали, выделяли или поглощали какие-то вещества,— совершенно безразлично, какой они формы. Важ­на величина органа, его масса. Только при определенном количестве клеток орган может выполнять положен­ную ему работу. И хотя на раневой поверхности печени или другого внут­реннего органа новой ткани и не об­разуется, зато усиленно растет остав­шаяся часть органа. Происходит это за счет увеличения количества и раз­меров клеток в оставшейся части. Для организма важно, чтобы пол­ностью восстановилась работа орга­на, акаким способом это достигается, значения не имеет.

Наблюдения с помощью элект­ронного микроскопа показали, что восстановление работы поврежден­ного органа сопровождается увели­чением количества внутриклеточ­ных частей. Так, например, после инфаркта отмирает часть сердечной мышцы, и сердечная деятельность восстанавливается за счет увеличе­ния числа внутриклеточных частей, что повышает работоспособность клеток.

Ученые ищут способы заставить регенерировать те части тела, кото­рые в обычных условиях не восста­навливаются. Это касается прежде всего скелетных мышц. Что они мо­гут регенерировать, показали опыты, проведенные на кроликах, крысах и собаках. У этих животных пол­ностью удаляли икроножную мышцу, делали из нее своеобразный фарш — измельчали на мелкие кусочки, не больше миллиметра,— и пересажи­вали на место удаленной мышцы. Частично кусочки разрушались и рассасывались. Но те, что сохраня­лись, оказывались способными реге­нерировать новую мышцу.

Удалось вызвать и регенерацию костей свода черепа. Обычно ране­ния черепа не зарастают, и мозг ока­зывается незащищенным. Но когда место дефекта заполнили измель­ченной костной тканью — костными опилками,— образовалась новая кость. Такие опыты успешно прово­дили на мышах, крысах и собаках. Причем совершенно не имело зна­чения, из костей какого животного получали опилки. При растворе­нии опилок освобождались какие-то вещества, которые вызывали превра­щение соединительнотканных клеток, скапливающихся в месте поврежде­ния, в костные клетки. Возможно, не за горами то время, когда данные экспериментов на животных можно будет использовать в медицинской практике.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 70


СВОИ И ЧУЖИЕ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 71летки обладают удивительным свойством — они умеют узнавать «своих». На клеточной оболочке есть как бы органы чувств. Они и опреде­ляют, кто находится рядом. Узнала клетка «свою» — соединяется с ней, опознала «чужую» — не образует с ней связей. Соединение клеток с себе подобными особенно хорошо наблюдать на губках. Эти довольно- таки просто устроенные животные восстанавливают свое тело из распав­шихся его клеток. А что будет, если смешать клетки разных губок? Как в этом случае будет идти регенера­ция?

Взяли двух губок разных видов и протерли их через очень тонкое сито в чашку с морской водой. Жи­вотные распались при этом на отдель­ные клетки, которые поодиночке оседали на дно и двигались по нему. Через некоторое время клетки на­ходили себе партнеров — возникали клеточные пары. К ним присоединя­лись другие клетки. Но объединение клеток происходило не беспорядоч­но, не как попало: соединялись толь­ко клетки одного и того же вида губ­ки. Поначалу было много мелких клеточных групп. Потом и они объе­динялись. И тоже соединялись между собой лишь родственные группы, состоящие из клеток одного и того же вида. В конце концов возникли два больших клеточных скопления.

Они медленно изменялись, и спустя две-три недели из каждого скопле­ния клеток получилось по губке. Обе губки были точно такие, как и до их разрушения. Выходит, что клетки разных видов рассортировывались в клеточной смеси.

Способностью узнавать «своих» и соединяться с ними обладают клет­ки всех организмов. Если бы они вдруг утратили эту способность, то организмы превратились бы в смесь разнообразных клеток. Получилась бы мешанина из печеночных, почеч­ных, желудочных и всех прочих кле­ток. Но этого никогда не случается. Именно потому, что однородные клетки прочно скрепляются.

Каким образом это происходит? Можно было думать, что на клеточ­ных оболочках есть какие-то спе­циальные приспособления, соединя­ющие соседние клетки. Нечто вроде крючочков или прицепок. Однако да­же при больших увеличениях микро­скопа клеточные границы казались со­вершенно ровными и лишь некоторые клетки соединялись перемычками. Но так только казалось. Когда клетки стали рассматривать под электрон­ным микроскопом и научились полу­чать объемные изображения, то уви­дели, что поверхности клеток совсем не гладкие и никаких перемычек между ними нет. Вся клеточная обо­лочка оказалась с многочисленными выростами, наподобие волосков, пузырьков и складочек. Лишь в от­дельных местах выросты соседних клеток соединяются. Но на большом протяжении клеточных границ между соседними клетками всегда остается пространство. Оно заполнено вещест­вом, которое прочно склеивает клет­ки, цементирует их. Поэтому и на­звали межклеточное вещество кле­точным цементом. А то, что прини­мали за перемычки, были выросты, отходящие от двух рядом располо­женных клеток. Они не срастаются, и между ними всегда остается щель. Просто она настолько узкая, что в обычном микроскопе ее невозможно увидеть.

Соседние клетки не так-то легко отделить друг от друга. Но это можно сделать, как и многие другие клеточ­ные операции, с помощью микро­манипулятора. По степени прогиба иголочки, которой разъединяют клет­ки, можно судить о прочности меж­клеточных связей. При разделении клеток здоровой почки иголочка про­гибается сильно, а при разделении клеток опухоли почки она почти сов­сем не прогибается. Точно так же гораздо больше прогибается иголоч­ка при разъединении клеток здоро­вой кожи, чем при разъединении клеток кожной опухоли. В том, что здоровые клетки прочнее соединены между собой, чем клетки опухолей, можно убедиться и на другом опыте. Берут мельчайшие кусочки здоровой ткани и такой же ткани, но состоя­щей из опухолевых клеток. Напри­мер, здоровой почки и опухоли почки.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 72

Здоровые и опухолевые ткани по­мещают в отдельные сосуды с жид­костями и сильно встряхивают. Ра­зумеется, при этом непрочно соеди­ненные клетки отрываются от кусоч­ков. При подсчете оторвавшихся кле­ток оказывается, что их гораздо боль­ше в сосуде с опухолевыми тканями. Ослабление связей между клетками опухолей и является причиной того, что опухолевые клетки очень легко отрываются друг от друга. Такие отделившиеся клетки попадают не только в окружающие, близко распо­ложенные здоровые ткани. Они могут также подхватываться током крови или лимфы и переноситься на дале­кие от первоначальной опухоли рас­стояния. Многократно делясь, опухо­левые клетки на новых местах дают начало опухолям.

Органы чувств на клеточных обо­лочках разбираются и в свойствах неживых поверхностей. Эту особен­ность клеток можно проследить при выращивании их на стеклышках в специальных питательных средах. Чтобы ничего не упустить из виду, при наблюдении за клетками при­меняют замедленную киносъемку. На киноленте и удается увидеть, что клетки, ползая по стеклышку, вы­пускают в направлении движения отростки. Ими они ощупывают впере­ди себя дорогу, выбирают удобные места для прикрепления. Если про­царапать на стеклышке микроскопи­ческие углубления, то клетки вытя­гиваются вдоль них, вмещаясь в эти канавки. Более глубокие канавки клеткам явно не нравятся. Они ста­раются поскорее из них выбраться. Встретив на пути двигающуюся на­встречу клетку, обе клетки останав­ливаются рядышком. Они выясняют, кто это. Связь устанавливается только между «своими».

Находясь на стеклышке, клетки делятся. Количество их возрастает, и в конце концов все стеклышко оказывается занятым ими. Тогда деление клеток прекращается. Для новых клеток уже нет места. Чтобы клетки снова начали делиться, до­статочно удалить часть клеток со стеклышка, освободить место. Но все это относится лишь к здоровым клет­кам. Опухолевые клетки поступают совершенно иначе. Они и не пытают­ся выбираться из глубоких канавок. И не прекращают своего движения, столкнувшись при встрече. Так и продолжают двигаться в прежних направлениях, наползая друг на дружку. Деление опухолевых клеток продолжается на стеклышке и после того, как они полностью заняли всю его поверхность. В результате по­лучается беспорядочное нагромож­дение клеток.

Повреждение клеточных оболочек выражается не только в ослаблении связей между клетками, отчего они легко разъединяются. Бывает совсем наоборот, когда из-за нарушения кле­точной поверхности клетки особенно легко объединяются. Между клет­ками-соседями полностью уничто­жается граница, и они сливаются в единую клетку. Тогда вместо двух одноядерных клеток получается одна большая клетка с двумя ядрами. А если сливаются несколько клеток, то возникает гигантская многоядер­ная клетка. Такие клетки видели ученые при некоторых вирусных заболеваниях. Это и навело их на мысль, нельзя ли использовать ви­русы, чтобы заставлять клетки сли­ваться. Представлялась очень заман­чивой возможность объединить в одну клетку две неродственные клет­ки и посмотреть, какое потомство получится от гибрида. И действитель­но, нашли вирусы, которые вызывали слияние клеток. Но судьбу клеточных гибридов при этом наблюдать не удавалось, потому что вскоре после своего возникновения гибридные клетки погибали, так и не успев раз­делиться, не оставив потомства. По­гибали они от вредного воздействия вирусов. Выходило, что вирусы яв­ляются не только причиной возник­новения гибридов, но и причиной их гибели. Как быть? Выход придумали. Стали облучать вирусы такой дозой ультрафиолетовых лучей, которая снижала их вредные свойства, но не уничтожала их способности вы­зывать слияние клеток. При действии на клетки обезвреженными вирусами они после слияния благополучно жили и размножались.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 73

Что же происходит с клеточной оболочкой под влиянием вирусов? Это удалось рассмотреть под электронным микроскопом. Оказалось, что вирусы скапливаются на границе между клет­ками. В участках их скоплений обо­лочка клетки растворяется, образует­ся дырочка. Через нее выливаются струйки цитоплазмы и вливаются в соседнюю клетку. Ведь и в ее оболочке тоже возникли отверстия. По мере раз­рушения клеточных оболочек все больше и больше становится таких струек. Тончайшие струйки сливаются вместе. А когда оболочки клетки со­всем разрушаются, граница между клетками исчезает и обе клетки-сосед­ки оказываются слившимися: теперь у них общая цитоплазма, в которой лежат ядра. Как бы близко друг к другу ядра ни примыкали, слияния их до поры до времени в гибридной клет­ке не происходит. Гибриды клеток удается получать не только под дейст­вием вирусов, но и под влиянием ве­ществ, растворяющих клеточные обо­лочки. Обоими этими способами ока­залось возможным слить любые клет­ки. Даже такие, которые обычно вооб­ще и не скрепляются друг с другом. Получили гибриды клеток мыши и хомячка, крысы и хомячка. Слили клетки млекопитающих и птиц. Более того, соединили клетки организмов разных царств — животных и расте­ний. Совсем кажутся необыкновенны­ми гибриды клеток человека и морко­ви. Таким образом возникли несущест­вующие в природе клетки. Вскоре после своего образования гибридная клетка приступает к делению. Сколько бы ни было ядер в гибридной клетке, из нее после разделения получаются две одноядерные дочерние клетки. В самом начале деления ядерные обо­лочки всех ядер разрушаются. При этом хромосомы, которые раньше рас­полагались в разных ядрах, оказыва­ются перемешанными. К этому време­ни они уже удвоены. Независимо от того, сколько в гибридной клетке было ядер, в ней образуется один-единственный тянущий аппарат. Случается, что не все ядра гибридной клетки од­новременно приступают к делению. Но все равно, когда тянущий аппарат приступает к своей работе, все ядра находятся на одной и той же стадии деления. Достигается это двумя путями: или опоздавшее начать деление ядро в более быстром темпе проделы­вает все, что ему полагается, как бы старается догнать остальных, или же ядро, начавшее делиться раньше дру­гих ядер, терпеливо дожидается «от­стающих».

Тянущий аппарат в гибридной клетке, как и в обычной делящейся клетке, оттягивает половинки каж­дой хромосомы к противоположным клеточным полюсам. Количество хро­мосом в обеих дочерних клетках, ста­ло быть, должно равняться сумме хро­мосом слившихся клеток. Но так при делении гибридных клеток не получа­ется. Какие-то хромосомы пропадают. Ученые, конечно, использовали эту особенность гибридных клеток в науч­ных целях. Ведь при потере опреде­ленной хромосомы в клетке перестает синтезироваться какой-то белок. Тем самым представилась возможность установить, какие именно хромосомы отвечают за синтез того или иного бел­ка. Гибридные клетки используются в науке для изучения многих важных вопросов, которые на обычных клет­ках невозможно выяснить.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 74


КЛЕТКА И УРОЖАЙ

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 75акой заголовок на первый взгляд мо­жет показаться странным. В самом деле, какое отношение к урожаю име­ет клетка?

До сих пор мы говорили главным образом о клетках животных. Здесь же речь пойдет о растительных клет­ках.

Мы уже рассказывали, что для изу­чения клеток их выделяют из организ­ма и выращивают, или культивируют, в питательных средах, при определен­ной температуре, в стерильных усло­виях. Так делают и с животными, и с растительными клетками.

Мы уже говорили, что культуры клеток и тканей животных нашли применение и в практике. Так, на культурах клеток, взятых от живот­ных и человека, испытывают действие разных лекарственных веществ. На них готовят вакцины и сыворотки для борьбы с вирусными и бактериальны­ми заболеваниями.

А как обстоит дело с «героями» нашего рассказа — культурами ра­стительных клеток? Оказывается, они нужны многим отраслям промышлен­ности — пищевой, парфюмерной, ме­дицинской.

Более того, изолированные из орга­низма клетки имеют прямое отноше­ние к урожаю. Об этом и пойдет здесь речь.

Прежде всего надо сказать, что культивируемые клетки растений су­щественно отличаются от растущих в культуре животных клеток.

Ни при каких условиях выращи­вания не удается получить целый ор­ганизм из клеток печени, почки, мы­шечной или любой другой ткани жи­вотного организма. Их клетки не воз­вращаются к эмбриональному состоя­нию.

Для растительных же клеток, культивируемых вне организма, такой возврат вполне возможен. Клетки ра­стений перестают быть в культуре «уз­кими специалистами» и дают начало так называемой каллусной ткани. «Каллус» по-латыни — «мозоль». Так называют ткань, образующуюся в результате травмы на поверхности ра­нения. Из нее и возникают зачатки разных органов. В такую же ткань превращаются клетки растения, когда их помещают в искусственную пита­тельную среду, в которую входят раз­ные минеральные соли, сахара и ве­щества регуляторной природы, глав­ным образом гормоны.

Зеленые клетки листа, клетки пыльцы, клубней и любые другие ра­стительные клетки теряют в культуре характерные для них особенности и становятся каллусными клетками. Однако и они «хранят память» о своем виде. Так, например, клетки теплолю­бивого лимона не переносят при куль­тивировании понижения температуры ниже —10°, в то время как клетки ели благополучно живут и при темпера­туре ниже —20°.

Выращивают клетки в стеклянных сосудах — пробирках, колбах, кото­рые помещают на специальные качаю­щиеся установки. Это делается, чтобы жидкая питательная среда все время перемешивалась, создавая лучшие ус­ловия для питания клеток и поступле­ния в них кислорода. При тряске во­круг клеток не образуется зона токси­ческих веществ, выделяющихся в процессе их жизнедеятельности. Разде­лившиеся каллусные клетки остаются соединенными друг с другом, образуя клеточные агрегаты. Многие состав­ляющие их клетки попадают в менее благоприятные условия роста. Когда сосуды трясутся, то агрегаты дробятся на более мелкие части.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 76

Иногда клетки выращивают в культиваторе, имеющем вид верти­кально поставленной трубки, в кото­рую снизу подается пузырек воздуха. Подача его регулируется особым реле. Воздушный пузырек, способствуя лучшей аэрации, также препятствует образованию токсических зон и разру­шает клеточные агрегаты. В резуль­тате клеточных делений масса каллус- ной ткани быстро увеличивается.

Что дает нам выращивание кле­ток? Зачем «в стекле» разводят уче­ные столько разнообразных клеточ­ных линий?

Дело в том, что в условиях культу­ры клетки продолжают вырабатывать эфирные масла, алкалоиды, смолы, стероиды и другие свойственные им вещества, которые используются в разных отраслях промышленности. Нам совершенно безразлично, каким способом они будут получены: из цветков, плодов, стеблей и корней це­лого растения или же из культуры клеток каллусной ткани. Для нас важ­но лишь, чтобы было как можно боль­ше нужных веществ. Посмотрим, ка­кой способ лучше.

В раувольфии (особенно в ее кор­нях) содержится большое количество разных алкалоидов, из которых наи­большее применение в качестве ле­карств получили резерпин и аймалин, необходимые для лечения гипертони­ческой болезни,—они понижают кро­вяное давление.

В нашей стране это тропическое растение не растет. Однако из культу­ры клеток раувольфии у нас освоено получение и резерпина, и аймалина, причем в культивируемых клетках аймалина содержится в два с лишним раза больше, чем в клетках целых растений. Кроме того, при культиви­ровании это вещество можно получать круглый год. Ведь для роста клеток «в стекле» не требуется ни подходя­щей почвы, ни благоприятного клима­та. Все условия для культивирования клеток в руках ученых.

В преимуществе получения ценных веществ из клеток культуры можно убедиться и на другом примере.

Женьшень, занесененный в Крас­ную книгу, растет в нашей стране только в дальневосточной тайге. В кор­нях женьшеня содержится много це­лебных веществ, отчего и зовут его «корень жизни». Настойки женьшеня применяют при пониженном кровя­ном давлении, усталости, переутомле­нии и некоторых нервных заболева­ниях. Препараты из корня широко ис­пользуются и в парфюмерии.

Растет женьшень крайне медлен­но — только на пятый-шестой год жизни собирают его корни. За год корни, находясь в почве, «тяжелеют» всего на один грамм. Каллусная же масса женьшеня растет в сотни раз

быстрее! Культура клеток спасает от полного истребления в природе это растение и заменяет дорогостоящее его искусственное разведение.

Сейчас уже в промышленных объе­мах «клеточный» женьшень полно­стью заменяет почти исчерпанный в тайге «корень жизни». Выходит, что с помощью культуры клеток можно и сохранить исчезающие на Земле ра­стения.

Но какое все же отношение имеют клетки в культуре к продуктам пита­ния? Сейчас увидите.

Оказалось, что по желанию учено­го из каллусной ткани можно вызвать развитие органов растения. Стеблевые побеги возникают из клеток риса, моркови, петрушки, баклажанов, го­роха и многих других употребляемых в пищу растений. При переносе в соот­ветствующую питательную среду у побегов появляются корни. И тогда из пробирок прямой путь в почву, где они растут, как обычные растения.

Превращение каллусной клетки в клетку, дающую начало зародышеоб­разной структуре, представляет собой и большой научный интерес. Ведь та­кая клетка обладает способностью дать полноценное растение, как опло­дотворенная яйцеклетка, в которой объединяются материнские и отцов­ские хромосомы. Каллусная же клет­ка по составу в ней хромосом такая же, как и все остальные клетки расте­ния, из ткани которого получена куль­тура. Ее развитие вызывается просто действием химических веществ. Осо­бенно подробно этот процесс изучен на моркови. Причем образование зароды­шеподобных структур наблюдали в каллусной ткани, полученной не толь­ко из корнеплодов моркови, но и из черешков ее листьев, и из цветоносов.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 77

Ученые убедились, что любая клет­ка моркови, прошедшая в культуре стадию каллусной клетки, способна дать начало зародышеобразной струк­туре, а затем и целому растению. Це­лая морковка из одной клетки!

Образование целого растения из клетки — это уже не мечта, а реаль­ность. Но, конечно, могут возникнуть вопросы: для чего из клетки выращи­вать целые растения? Не проще ли сажать их обычным способом?

Оказывается, клеточное разведе­ние имеет ряд преимуществ. При его использовании можно оздоровить по­садочный материал от вирусов, кото­рыми поражены ценные сорта карто­феля и других овощных, плодовых и технических культур, что приводит к существенным потерям урожая. Ви­русные заболевания растений — под­линный бич сельского хозяйства во всем мире. Как же осуществляется оздоровление экономически важных сельскохозяйственных растений с помощью клеточных культур?

Ученые выяснили, что молодые, растущие части стебля, где находится образовательная, или меристемная, ткань, не содержат вирусов. Из таких здоровых участков верхушек стебля и получают культуру меристемы или культуру каллусной ткани. А из них можно уже вырастить и целые растения. Вот один из путей от клетки к полноценному урожаю. Один, но не единственный!

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 78

Как важно для повышения уро­жайности получить морозоустойчи­вые и засухоустойчивые растения, не подверженные заражению болезне­творными микробами. Селекционеры затрачивают многие годы кропотливо­го труда для получения таких сортов. При использовании для этой цели культуры клеток не только значитель­но ускоряется селекционная работа, но и удается сочетать такие признаки, которые при обычной гибридизации не получаются.

Иногда вообще межвидовые гибри­ды не получаются. И тогда на помощь могут прийти клетки этих растений, взятые из любого органа,— сомати­ческие клетки.

Мы уже знаем, что пока клетки покрыты своими плотными оболочка­ми, никакого слияния их не может произойти. Но клеточные оболочки легко растворяются некоторыми фер­ментами. А «голые» клетки — прото­пласты — сливаются друг с другом беспрепятственно. Как уже говори­лось, объединяться могут вообще лю­бые клетки, даже если они взяты от представителей разных царств — жи­вотных и растений. Сейчас мы ограни­чимся рассказом о таком соединении протопластов, которое имеет прямое отношение к нашей теме — к урожаю.

Для получения гибридного расте­ния использовали протопласты дико­го и культурного вида картофеля (сорт Приекульский ранний). У культурно­го сорта крупные клубни, но он вос­приимчив к болезням. У дикого карто­феля клубни очень мелкие, но зато он устойчив к болезням. Различаются эти виды и по количеству хромосом, и по размерам протопластов: у культурно­го они от 32 до 78 микрометров в диа­метре, а у дикого — от 25 до 56 микро­метров. При культивировании слив­шихся протопластов в питательной среде образовывалась обычная каллусная ткань. Для того чтобы из нее начали возникать органы, крошечные кусочки этой ткани — около одного миллиметра — вырезали и высажи­вали, как уже говорилось, в другую питательную среду, где и формирова­лись побеги. Затем они давали корни, и тогда их переносили в почву.

Какими же свойствами обладали полученные соматические гибриды? По форме листьев и кустов, по разме­рам клубней они занимали как бы промежуточное положение между культурным и диким видами. Так, впрочем, бывало и при обычной поло­вой гибридизации этих растений. Но гибрид, полученный из протопластов, оказался устойчивым к одной из тя­желых вирусных болезней. Такого эф­фекта у полового гибрида не получа­лось. Почему? Да потому, что при слиянии протопластов соматических клеток возникает не только гибридное ядро, но и гибридная цитоплазма, то­гда как при обычном скрещивании отцовская форма представлена только проникающим в яйцеклетку ядром спермия, а материнская — и ядром, и цитоплазмой яйцеклетки. У сомати­ческих гибридов поэтому могут быть признаки, которые отсутствуют у по­ловых гибридов тех же видов расте­ний.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 79

Так произошло и с нашим гибри­дом картофеля. Именно цитоплазма дикого вида оказалась ответственной за устойчивость к вирусным болезням. Объединение цитоплазмы сливаю­щихся протопластов может иметь, как мы видим, колоссальное значение при получении новых высокоурожайных клеточных гибридов.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 80


«БЕЛЫЕ ПЯТНА»

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 81а 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 тончайшие трубочки — микротрубочки. 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 микротрубочками дело обстояло иначе. Их увидели, когда при обработ­ке клеток для рассматривания в элек­тронном микроскопе начали приме­нять новое вещество. Оказалось, что ранее используемые вещества просто разрушали эти очень хрупкие тру­бочки.

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 ниточек. Удалось определить, что таких ниточек обычно тринадцать. Потом выяснили, что каждая ниточка 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.

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 82

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 ее 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 состоят и нити тянущего аппара­та, который растягивает хромосомы к противоположным полюсам деля­щейся клетки. Микротрубочки связа­ны 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 выполнить в ней новое задание. Все это предстоит еще 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.

Из этой книжки вы узнали о раз­ных клеточных секретах, уже разга­данных учеными. Может быть, тот, кого заинтересует клетка, будет в дальнейшем работать над разгадкой непознанных ее тайн.

В добрый путь по трудной, но инте­ресной дороге знания!

Разные секреты. Мирра Аспиз. Иллюстрация 83