Русский изменить

Ошибка: нет перевода

×

☯ Живые организмы и клетки

Main page / Живомордность / ☯ Живые организмы и клетки

Содержание

    По оценкам ученых, число видов живых организмов на Земле достигает, возможно — 100 миллионов. Можно только вообразить — сколько тысяч лет потребуется, чтобы выучить их латинские названия!! К счастью, я этим заниматься не буду, но самые симпатичные, самые прикольные и необычные я выучить хочу — и как они по-русски, и как по-английски, по-японски и по-голландски, и как на латыни. Это приятно, если не насиловать себя запоминанием.

    88.-map-common

    Например вчера я увидел рядом со своим логовом бабочку с очень необычной раскраской, и мне захотелось найти ее в энциклопедии, что я и сделал. По-русски она, оказывается, называется «цирестия тайваньская«. Английское название ( common map ) кажется прикольным, так как раскраска бабочки в самом деле напоминает некую причудливую географическую карту, следуя которой, может быть, получится отыскать что-нибудь хорошее, или в крайнем случае просто где-нибудь с удовольствием побродить.

    И вот эти миллионы видов живых существ — они просто бесконечно, невероятно разные — от бактерий, способных жить при экстремально высоких или низких температурах, до паразитов, выживающих в строго определенных условиях тела хозяина. От неразличимых человеческим глазом микроорганизмов до кондоров с размахом крыльев около трех метров, от каракатиц до апатозавров.

    Несмотря на эти огромные различия, между разными живыми существами, между всеми этими прыгающими, летающими, рычащими, свистящими, тихо ползающими, громко квакающими живыми мордами есть и много общего:

    1. Все они начинают свое развитие из одной единственной клетки ( cell [sel] ). При этом одни так и остаются одноклеточными (их немного даже жалко, да?), а другие развиваются в сложные организмы. Глядя на задумчиво жующего сахарный тростник слона, как-то сложно представить, что вот эта громадина начала свое развитие с ОДНОЙ клетки. Если об этом задуматься — возникают бесчисленные вопросы: «Как из одной клетки получилось несколько?», «Почему разделившиеся клетки стали развиваться по-разному — одна стала например клеткой кожи, а другая превратилась в нервную клетку, живущую в спинном мозге — но запустившую свой длиннющий хвост-аксон в самый кончик его лапы?», «Почему из этой клетки получился именно слон, а не землеройка?»…

    2. Каждый из них способен воспроизводить потомство, принадлежащее к тому же биологическому виду ( species [‘spiːʃiːz] ): родительский организм передает следующему поколению информацию, определяющую с точностью до малейших деталей характеристики, которые должен иметь потомок. Это явление — наследственностьheredity [he’redətɪ] ) — является ключевым в определении жизни, отличая ее от роста кристалла, горения свечи, формирования волн на воде, взрыва сверхновой. В ходе этих процессов тоже происходит упорядочивание структуры, возникновение новых объектов, потребление и выделение энергии — но нет смены поколений существ, максимально похожих друг на друга.

    Иногда говорят, что поскольку вирус ( virus [‘vaɪrəs] ) самостоятельно не способен давать потомство, он вроде как и не живой. О вирусах подробнее будет сказано позднее, а сейчас можно просто взглянуть на этот вопрос с общих позиций, и если посмотреть внимательнее, то вирус, на самом-то деле, вполне удовлетворяет правилу номер 2 – он все-таки способен производить потомство, используя для этого другие клетки. Если бы это было не так, то вирусов сейчас и не было бы. И разве его способ воспроизводства чем-то так уж значительно, так уж принципиально отличается от того, каким пользуются все другие живые существа? Нет, не так уж и принципиально. Человек тоже не способен дать потомство, между прочим, если он не использует в той или иной степени других живых существ. Для своего пропитания человек использует растения и животных. Дышит он кислородом, которого бы не было в достаточном для жизни количестве, если бы не работа растений и микроорганизмов. Человеческий организм не способен существовать без населяющих его бактерий — они уже давно превратились в необходимых симбионтов. Они расщепляют для нас пищу, извлекая необходимые вещества, которые сами мы извлечь не в состоянии. Защитная армия бактерий разворачивается на всей поверхности кожи и всех слизистых оболочках ребенка вскорости после его рождения. Без нее он беззащитен перед другими микроорганизмами, являющимися по отношению к нам хищниками, способными повредить или даже полностью разрушить наш организм. Мы все, живущие на Земле, в невероятной степени зависимы друг от друга, даже если из-за невежества это кому-то таковым и не кажется. Надо еще учесть и тот важнейший факт, что в отличие от, скажем, кристаллов, вирусы наследуют мутации и находятся под давлением естественного отбораnatural selection [‘næʧərəl sɪ’lekʃn] ). Некоторые вирусы-бактериофаги имеют, как выяснилось, собственную иммунную систему, способную видоизменяться и приспосабливаться к внешнему миру. Кроме того, совсем недавно открытые огромные и сложно устроенные мимивирусы проложили недостающий ранее мостик между миром вирусов и миром более высокоорганизованных животных, так что представление о вирусах, как о неживых или не совсем живых, кануло в лету. И сколько нам еще предстоит узнать о вирусах, учитывая, что из нескольких миллионов известных на данный момент вирусов, более или менее описано лишь несколько тысяч, а сколько их еще не открыто… а сколько из них появляются прямо сейчас, видоизменяясь и мутируя? И количество вариантов организации генома вирусов поистине огромно, и ни растения, ни животные, ни даже бактерии и археи не могут и близко в этом с ними соперничать.

    Возможно, кого-то это разочарует, но большинство живых организмов являются одноклеточными. Они составляют больше половины всей биомассы Земли — и это тем более удивительно, что мы не можем непосредственно наблюдать их вокруг себя, и если бы не дотошные ученые со своими микроскопами, мы бы и не подозревали об их существовании.

    Escherichia-Coli (1)

    Как ни покажется это странным для нас, многоклеточных, но в объеме одной клетки может находиться все, что необходимо для её существования. Какая-нибудь кишечная палочкаescherichia coli [əʃər’ɪkɪə k’ɔlaɪ] ) может питаться, двигаться, размножаться, используя не многоклеточные органы (как делаем это мы), а органеллы единственной клетки. Может быть, ей показалась бы бессмысленным расточительством наша двигательная система, представленная совокупностью не просто различных клеток, а различных органов, складывающихся из миллиардов (!) клеток — ведь ей достаточно наружных выростов ее единственной клетки и внутреннего «мотора», вращающегося за счет движения протонов, чтоб добраться в любое место, куда захочется.

    Другие организмы в процессе эволюции решили отойти от подобного минимализма, и для начала стали объединяться в колонии клеток. После деления дочерние клетки не расплывались в разные стороны для начала самостоятельной жизни, а решали держаться рядом. Что им это давало, можно понять, взяв для примера современную прокариотуprokaryote [prəu’kærɪɔt] ) (одноклеточное, лишенное ядра и органелл). Прокариоты могут и любят жить тусовками. Например, миксобактерии живут в почве и питаются органическими молекулами. Чтоб сожрать молекулу, бактерия ( bacterium [bæk’tɪərɪəm] ) должна ее расщепить, выделяя ферменты ( enzyme [‘enzaɪm] ) — мы делаем с пищей то же самое, засовывая ее внутрь себя, где ферментам удобно на нее набрасываться. Но миксобактерия не может себе такого позволить, потому что ее еда слишком большая, чтоб ее проглатывать. Поэтому она выделяет ферменты в окружающую среду, ждет пока они разрежут еду на удобоваримые куски, а потом втягивает их. Но если несколько клеток находятся рядом и испускают ферменты, то их эффективность больше, соответственно каждой клетке при меньшем количестве ферментозатрат перепадает больше питания.

    Чем крупнее организм, тем больше у него возможностей использования ресурсов. Именно за счет многоклеточности дерево может иметь корни в земле (поглощая воду и питательные вещества) и листья в воздухе (поглощая энергию солнца). А я могу переместиться в кафе (поглощая стейк и горячее молоко), а потом в логово, к компьютеру (поглощая мегабайты информации из интернета) — немного более интересная жизнь, чем у одноклеточного:)

    Как только клетки начинали жить колонией, между ними происходило разделение функций — каждая приобретала определенную специализацию. Одни перестраивались так, чтоб защищать находящиеся внутри клетки, и эта перестройка шла в ущерб другим жизненно необходимым для одиночной клетки функции. Но защитные клетки не отмирали, так как выполнение этих функций брали на себя внутренние клетки, которые при этом могли больше не задумываться о самозащите и творчески подходить к перевариванию поступающей пищи, или к передвижению, или к размножению.

    volvox

    Клевый пример перехода от одноклеточного ( unicellular [ˌjuːnɪ’seljələ] ) организма к многоклеточному — колониальная зеленая водоросль ( alga [‘ælgə]вольвокс ( volvox [vɔlv’ɔks] ). Некоторые его виды содержат более 50 000 клеток, образующих полый шарик. Клетки не просто находятся в одной куче, как тусовка миксобактерий — они соединены тонкими выростами и могут действовать согласованно: жгутики внешних клеток синхронно бьются, и шарик вольвокса катится по поверхности. Клетки колонии имеют весьма выраженную специализацию — там есть даже яйцеклетки и сперматозоиды . Каждое ярко-зеленое пятно внутри полупрозрачных шариков вольвокса — это как раз яйцеклетка ( ovum [‘əuvəm] ), и она совсем не похожа на мелкие жгутиконосные внешние клетки.

    Но конечно настоящее разнообразие клеток можно увидеть, только заглянув в многоклеточный организм. Тут клетки настолько отличаются друг от друга, что кажется невероятным принадлежность нейрона ( neuron [‘njuərɔn] ) (клетки нервной системы) и нефрона (клетки почки) к одному классу структурных единиц организма.

    levels_of_organization_01

    Интересно выстроить эту цепочку составных частей, которые образуют многоклеточное существо. И начинается она не с клетки, и не с клеточных органелл, а с атомов. Зная особенности поведения и свойства атомов, составляющих молекулы, из которых строятся клеточные органы, гораздо проще понимать — как же все это функционирует. Это доставляет особое удовольствие — не просто знать, что есть некий клеточный процесс, вроде сворачивания нити белка в сложную трехмерную структуру, а осознавать, почему и как он сворачивается. Не просто заучить формулу аденозинтрифосфата (молекулы ( molecule [‘mɔlɪkjuːl] ), являющейся клеточным аккумулятором энергии), а увидеть внутреннюю красоту его структуры и разобраться, как именно он эту энергию запасает и отдает.

    Глядя на эту схему, можно задаться и таким необычным вопросом: а где, собственно, начинается жизнь? На каком этапе в какой-то момент «живое» получается из «неживого», и если такой момент имеет место, то за счет чего это происходит? Организм несомненно живой, но органы, из которых он состоит, живыми считать как-то не принято. Спускаясь ниже, мы наталкиваемся снова на то, что общепризнанно является живым — клетки. Получается какая-то нелепость: совокупность живых организмов, которая в конце концов дает живой организм, сама по себе живой не является? А является ли живой органелла ( organelle [ˌɔːgə’nɛl] ) клетки? Смотря какая.

    митохондрия

    В отношении митохондрий (на фотке справа) такое утверждение можно сделать, поскольку митохондрия ( mitochondrion [ˌmʌɪtə’kɒndrɪən] ) является микроорганизмом, который когда-то давно, на заре эволюции, стал симбионтом для тогдашних клеток. А другие органеллы? А молекулы, из которых состоят клетки? Они-то уж точно не живые! Это скажет любой ученый. Значит берем множество молекул, составляем их вместе… и получается жизнь? И в случае простейшего вируса таких молекул надо не так уж много. Раньше, столкнувшись с этим вопросом, говорили о том, что вирусы являются «организмами на границе живого», внося лишь еще больший сумбур, поскольку если мы сейчас не понимаем, что такое «живое» или «неживое», то введение понятия «границы живого» чем-то напоминает спазматичные попытки богословов преодолеть внутренний кризис их убогой картины мира, построенной на разного рода первобытных книжках, когда они придумали понятие «чистилища», где душа пребывает ни в аду, и ни в раю. Если молекулы вообще не обладают «жизнью», а составленные из них вирусы и бактерии обладают… то в какой момент появляется жизнь? Избежать такого вопроса, от которого шарики медленно закатываются за ролики, можно лишь одним путем — постулировать, что в каком-то смысле наиболее примитивной формой жизни являются и молекулы и атомы… впрочем, это уж совершенно непривычно для рассудка, хотя и избавляет нас от совершенно неразрешимого вопроса о границе живого и неживого.

    Независимо от того, каким окажется правильный ответ, сейчас мы можем остановиться на том, что в сферу компетенции генетики ( genetics [ʤɪ’netɪks] ), микробиологии и биохимии входит рассмотрение таких форм жизни, которые, как минимум, подвержены действию естественного отбора и эволюционируют с помощью мутаций ( mutation [mjuː’teɪʃ(ə)n] ).

    (Автор статьи: Бодх)