Татьяна Жданова - Сотворенная природа глазами биологов
Может быть такое мнение составителей и авторов основывается только на видимой в микроскоп и схематично изображаемой примитивности строения этих живых творений? Или оно вызвано недостаточным знакомством с научными фактами о сложности их проявлений и о непостижимых для нашего ума возможностях и способностях?
Уже столетия назад ученым было известно об эфемерности видимого в биологии. Да и ведущие современные естествоиспытатели стараются не опираться в своих выводах только на видимое, зависящее от уровня экспериментального оборудования. Они понимают, что в науке о жизни, как и в физике, непосредственная ненаблюдаемость того или иного феномена и невозможность изображения не означает отрицания его существования. На том же основании физиками не могли бы быть открыты элементарные частицы.
И в биологии, если мы даже не видим у живых существ определенных органов, нам все же приходится признавать у них ту или иную деятельность. Дышат все животные, даже те, которые не имеют конкретных дыхательных органов. Они передвигаются без мышц, действуют не только произвольно, но и с определенной целью, принимают пищу и усваивают ее, хотя у них отсутствует пищеварительная система. И все это силами одной-единственной клетки этих малых, но премудро созданных существ!
Еще больше тайн хранит в себе жизнедеятельность прионов, за открытие которых нейробиолог Стенли Прузинер удостоился Нобелевской премии (1997 год). Прионы являются активными, целенаправленно действующими инфекционными агентами, способными к расширенному воспроизводству.
Прионы состоят всего из одной молекулы белка (!), иными словами, они отличаются от всех прочих инфекционных патогенов (вирусов, бактерий и др.) тем, что у них отсутствует какой-либо геном – ДНК или РНК.
Но ведь согласно распространенному мнению, при отсутствии «банка» генетических информационных данных и центра управления организмом любая деятельность живых существ просто невозможна. Однако, как показывают факты, чем проще кажется их устройство, тем более сложные загадки преподносят людям эти Божий творения.
Сложные системы микроорганизмов
Несмотря на то что устройство микроорганизмов кажется примитивным, оно включает в себя строение и функционирование многих жизненно важных систем и органов:
• своеобразные сенсорные системы, в том числе живые приборы, позволяют микроорганизму воспринимать изменения окружающего и внутреннего мира, чтобы адекватно реагировать на полученные раздражения;
• органы движения обеспечивают различные, зачастую целенаправленные, перемещения одноклеточной особи в пространстве и все действия, связанные с ее жизненными потребностями;
• системы координации и управления – сложные комплексы, которые осуществляют организацию и руководство деятельностью всех процессов, систем и элементов даже такого миниатюрного организма.
Кроме того, все микроорганизмы, как и любые живые существа, имеют свои поведенческие особенности. То есть у представителя каждого вида существуют отличные от других врожденные действия и их различные вариации как результат адекватного реагирования на воздействие среды. Сюда входят, например, пищевое поведение, преимущественно связанное с добыванием пропитания; защитное поведение, реализующее оборонительные и защитные возможности организма; репродуктивное поведение и другие поведенческие проявления.
Поведение микроорганизмов в основном строится по наследственной программе – это инстинктивное поведение. И в то же время некоторые из микроорганизмов способны накапливать индивидуальный опыт, приобретать определенные навыки, что соответствует генетически обусловленному поведению на основе научения. Например, те же инфузории, которые, на первый взгляд, кажутся простыми созданиями, способны научиться сортировать взвешенные в воде мелкие частички, отправляя в «рот» съедобные и выбрасывая остальные.
Рассмотрим более детально удивительные возможности систем микроорганизмов, а также для сравнения примеры, демонстрирующие уникальные способности и самостоятельные действия живых клеток.
Как собраться в многоклеточный организм. У некоторых видов амеб существуют две фазы жизнедеятельности:
• фаза их жизни в виде отдельных самостоятельных клеток со всеми функциями одноклеточного организма. Они обитают в теплой влажной среде и питаются бактериями;
• фаза, в которой амебы собираются вместе, образуя многоклеточный организм. Эта вторая фаза связана с недостатком их пищи – бактерий. Так, например, образуется слизистый грибок миксомицет-диктиостелиум.
Сначала его будущие клетки живут самостоятельно, ползая по почве в виде миксамеб. Затем, когда наступают неблагоприятные условия для их жизнедеятельности, одна или несколько этих амеб начинают выделять вещество акразин. Это служит сигналом для их сородичей, и они начинают ползти навстречу друг другу. Ведь рецепторы акразина имеются на поверхности всех амеб. Кто назначает некоторых амеб на роль главных организаторов коллектива, ученым не известно.
Собравшиеся вместе миксамебы готовы к сборке нового организма. И в этом им помогают структурные и молекулярные приспособления, позволяющие клеткам узнавать друг друга и ассоциироваться. Миксамебы постепенно образуют многоклеточный плазмодий, который становится червеобразным слизевиком. Он превращается в маленький грибок с округлой головкой, где находятся споры. Головка гриба стоит на тонкой ножке, а сам он не более двух миллиметров.
Интересно, что этот многоклеточный организм собирается из отдельных клеток-амеб буквально на глазах. Причем благодаря генетической информации процесс самосборки исключает хаотичность при их взаимодействии. Идут строго упорядоченные и отлаженные механизмы формирования отдельных органов и всего организма в целом.
Новое живое существо имеет уже свои жизненные задачи – пережить период с недостатком пищи и произвести на свет споры. При благоприятных условиях во влажной среде из спор появятся молодые миксамебы. И таким образом замкнется жизненный цикл этих маленьких, премудро созданных животных.
Восстановление целого организма из его части. В условиях предыдущего эксперимента с миксамебами ученые решили сократить количество сливающихся клеток до половины. И оказалось, что из этой половины миксамеб получился той же формы грибок, но вдвое меньшего размера. Когда оставили четвертую часть клеток, они вновь собрались в совсем маленький грибок со всеми присущими ему формами.
Это говорит о том, что каждая клетка несет информацию о форме тела грибка данного вида, которую нужно совместно сложить.
Правда, существует предел, когда клеток для построения миксо-мицета не хватает.
Не менее интересны опыты, проведенные с плоскими червями планариями. В эксперименте планарию разрезали на множество кусочков произвольных размеров и оставили их в покое. И оказалось, что клетки в каждом кусочке ткани планарий стали изменять свою специализацию и перестраиваться в целое животное.
Прошло три недели, и по дну сосуда поползли едва заметные глазу планарии-крошки разных размеров. У них, к радости сердобольных исследователей, была даже видна головка с глазами и расставленными в стороны обонятельными «ушками». Эти животные продемонстрировали, что способны воспроизвести свой облик даже из 1/300 части тела планарий.
В этом эксперименте открылся еще один немаловажный факт: каждое новое существо восстановилось из разного количества клеток в зависимости от размера отрезанного кусочка тела планарий. Но все организмы получились как по одному «чертежу». Значит, во всяком кусочке ткани появлялся организующий центр, который, используя клеточную информацию о форме целого организма, управлял его сборкой из существующего количества клеток.
Подобные опыты ставились и с одноклеточными существами – с крупными, в 2 миллиметра длиной, инфузориями спиростомами. Инфузорию разрезали микроскальпелем на 60 частей, и по прошествии определенного времени каждый кусочек восстанавливался в целый организм.
Но как это возможно? – спросите вы. Ведь вся генетическая информация об этом одноклеточном организме как раз и заключена в его единственной клетке. И 1/60 часть инфузории должна была содержать только малую часть данных о будущем живом существе. Но это факт, и он еще раз показывает нам сложность и совершенство сотворенного микромира.
А вот еще эксперимент, в котором участвует инфузория трубач размером около 0,5 мм. Если ее разрезать на части, то в течение нескольких часов полученные кусочки округлятся и начнут быстро превращаться в трубачей меньших размеров.
Здесь также происходит восстановление одноклеточного существа из его малой части. Вначале идет сложнейший процесс изменения специализации различных участков бывшего тела трубача. Каждая часть в пространстве даст свою форму. Например, в том кусочке, где было скопление ресничек, происходит сужение конца трубача, а в другом – наоборот.
