Юрий Симаков - Животные анализируют мир
А как доказать, что клетки связываются друг с другом и что связь на расстоянии очень надежна? Поместить внутрь клеток какие-то приборы, как уже отмечалось, не представляется возможным. Однако ученые нашли способы раскрытия сокровенных тайн межклеточных связей. Помогли таксисы — сложные процессы ориентации живых клеток под влиянием химических веществ и полей различной природы. Таксис можно сравнить с наведением ракеты на цель, но только самоуправляемой, сходной с той, которая имеет аппаратуру наведения на инфракрасные лучи. Клетка принимает сигнал и движется навстречу передатчику и стыкуется с ним. Бывает наоборот: клетка движется от передатчика и старается избежать его. Если таксис положительный, то приемник должен найти передатчик, и куда бы ни отклонялся в определенных пределах передатчик, он будет найден клеткой, стремящейся к нему. При перемещении передатчика происходит корректировка траектории, принимающей сигналы клетки, как и в случае с самонаводящейся ракетой.
Существует много различных видов связи, один из них — хемотаксис — химическая ориентация живых клеток в пространстве. Он осуществляется с помощью хеморецепторов, расположенных прямо на самой клетке. Лучше всего хемотаксис наблюдать на одноклеточных организмах — инфузориях и амебах. Очень интересно, как они убегают от одних химических веществ и движутся к другим, переходят из низкой концентрации в высокую или наоборот. Подобные «крупные» клетки помогают нам представить себе, как и в нашем организме движутся, используя хемотаксис, различные макрофаги, нейтрофилы, базофилы, моноциты и лимфоциты, то есть клетки, относящиеся к белой крови, призванные защищать организм от непрошеных вселенцев.
Исследования показывают, что хеморецепторы очень чувствительны к изменению химического состава вещества вокруг клетки. Часто они ощущают буквально считанные ионы, присутствующие в водной среде или в крови.
Кто бывал на море ночью, тот мог видеть слабый мерцающий свет. Это светятся одноклеточные организмы — ночесветки. Стоит только стукнуть веслом по воде, как свечение становится значительно интенсивнее, вода в этом месте вспыхивает голубоватым светом. Это ночесветки в ответ на механическое раздражение как бы зажигают свои клетки — фонарики. Таким же свечением они отвечают на самое незначительное повышение ионов натрия или сахара в воде. Их хеморецепторы — тончайшие анализаторы химических соединений. Они редко ошибаются. Правда, бывают и ошибки, но в основном тоже по вине действия химических веществ. Как-то один ученый хотел добавить раствор сахара в пробирку с ночесветками, но ошибся и капнул этиловый спирт. Концентрация получилась невысокая, и ночесветки даже внешне не изменили своего поведения. Но зато потом ни соль, ни сахар уже не вызывали у них вспышек.
Опыты говорят об очень тонком механизме хеморецепции, да к тому же еще с передачей информации другим клеткам. Ведь вспышка ночесветок при введении в воду химических веществ — это перевод химического языка на электромагнитный — световой. Загоревшийся фонарик — сигнал соплеменникам об изменении состава химических соединений в водной среде, предупреждение о возможной опасности.
Насколько тонко настроены клетки на дистанционную химическую связь, насколько ничтожные количества вещества-сигнала воспринимаются отдельными клетками на значительном расстоянии, показывает пример с миксомицетами. Миксомицеты — это слизистые грибки. Их можно встретить на старых пнях. Пройдет мимо пня человек, наступит сапогом и даже его не заметит. А вот биологи его давно заметили. Очень уж поразительно его свойство как бы рассыпаться на отдельные клетки и снова собираться в многоклеточный организм. В систематике животного мира некоторые ученые его так и относят к колониальным амебам. Сначала клетки миксомицета, как самые обыкновенные амебы, ползают по земле. Но есть среди ползающих амеб миксомицета — диктиостелиума, та, которая по неизвестным пока причинам подает химический сигнал, приказывающий всем клеткам собраться вместе, построить ножку грибка и похожий на лимон спорангий. Совсем недавно сигнальное вещество диктиостелиума было загадочным, и его называли просто акразин. Теперь ученые знают, что привлекающее вещество представляет циклический аденозинмонофосфат, секретируемый самими клетками-амебами. Из сложного букета ароматов прелой почвы и запаха множества цветов амебы выбирают посланный им сигнал и движутся точно по направлению клеток, призывающих к сбору остальных соплеменников. Для нахождения верного пути нужны самые незначительные количества циклических аденозинмонофосфатов. Если амебам поставить на пути перегородку, они будут форсировать ее, взбираясь одна на другую, и дойдут до сборного пункта. Даже «пропасть» не остановит их. Экспериментаторы поместили клетки, образующие центр агрегации, на одном стекле, а значительную часть амеб, движущихся к месту сбора, — на другом и оставили между стеклами промежуток не больше миллиметра. Для амеб миксомицета это, конечно, была бездонная пропасть. Пойдут ли они к клеткам, основательницам колонии? Пошли. Сцепившись, они смогли перекрыть разрыв между стеклами. Образовали «живой мост», а по этому мосту двигались все остальные. Затем и мост сам, разбираясь поклеточно, переполз через пропасть, и клетки заспешили за перебравшимися ранее амебами, чтобы слиться и образовать многоклеточный организм — маленький грибок на тонкой ножке.
Не менее интересно поведение клеток и их ориентация в электрическом поле — гальванотаксис. Если посмотреть в микроскоп на каплю воды с инфузориями, то можно увидеть, как они движутся во всех направлениях с помощью покрывающих. их тело ресничек. Стоит опустить в каплю воды два микроэлектрода — катод и анод — и приложить к ним напряжение, как что-то непонятное происходит с инфузориями. Во-первых, они все направляются к положительному электроду — аноду. Во-вторых, их движение будет очень странным — задом наперед. Оказывается, электрическое поле приводит к тому, что биение ресничек инфузорий меняется на противоположное. Инфузории стремятся убежать от губительного для них положительного электрода, а в действительности приближаются к нему. Если же электрическое поле слабое, то инфузории предпочитают двигаться к отрицательному электроду.
Другие живые клетки тоже стремятся двигаться к катоду. Поэтому амебоидные клетки, которые передвигаются путем переливания частей своего тела в ложноножки, уже не пойдут к положительному полюсу. Но ведь амебоидным движением пользуются не только свободно живущие амебы, а большинство клеток в развивающемся зародыше, когда нужно перегруппировать «кирпичики», составляющие основу строящихся органов. Растущие структуры, как оказалось, заряжены отрицательным электричеством. Поэтому к ним устремляется поток клеток, заряженных положительно, и они принимают участие в развитии того или иного органа. В некоторых случаях клеткам нужно связаться через клеточные пласты других органов. Как это они делают — узнаем несколько позднее. Ведь живые клетки пользуются не только статическим электричеством, их живые приборы способны улавливать и электромагнитные поля.
Биоконтакт
Живые клетки вооружены приборами не только дистанционного восприятия информации, но и для непосредственного контакта между собой.
Достаточно зародышей морских ежей поместить в морскую воду, лишенную кальция, после легкого встряхивания эмбрионы распадутся на отдельные клетки. Но стоит добавить в воду недостающий кальций, опять встряхнуть ее, и все клетки зародышей, как по мановению волшебной палочки, снова займут свои места. Каким же образом одинаковые атомы кальция «склеивают» клетки зародыша в строго определенном порядке, в соответствии с генетической программой?
Английским ученым Вейсу и Мейхю удалось показать, что ионы кальция способны связываться с периферическими участками рибонуклеиновых кислот. Раньше считалось, что РНК считывает информацию с ДНК, а затем использует ее при синтезе белка, потом нашли, что РНК и ДНК принимают участие в клеточной памяти и в памяти всего организма. Теперь выясняется еще одно назначение РНК: она вполне может оказаться ответственной за пространственную память, то есть за пространственное расположение клеток и программирование их стыковки. Иначе говоря, она хранит память о том, как клетки должны контактировать друг с другом, и является главным компонентом в приборах межклеточного контакта.
Попытаемся представить весь механизм контакта клеток, сделав, правда, некоторые допущения ради связи еще разрозненных данных в стройную единую систему.
Складываясь в ткань, формируя орган, клетки организма контактируют друг с другом с помощью петель РНК, как бы выпущенных через оболочку, и эти петли несут как раз те участки нуклеиновых кислот, которые либо сами обладают сродством к кальцию, либо синтезируют в межклеточном пространстве белки, способнее соединяться через кальциевые мостики. Именно межклеточному веществу сейчас придается большое значение в клеточных контактах, а в нем как раз находят и нуклеиновые кислоты, и белки, и мукополисахариды. Кальций же Во всех этих процессах играет важную роль. Можно предположить, что поверхности всех клеток как бы покрыты рисунками из РНК, и стыковка клеток в таком случае будет происходить только тогда, когда поверхностные рисунки совпадают и соединяются через кальциевые мосты. Существование таких рисунков из РНК на поверхности развивающихся зародышей уже открыто, и об этом будет сказано позже. Точное совпадение возможно лишь при одинаковых наследственных программах, полученных непосредственно от ядра клетки. И как бы ни был представлен механизм контакта клеток, все это пока только гипотезы, которые станут стройной теорией после выяснения многих загадочных сторон клеточного контакта.
