Я познаю мир. Биология
Шрифт:
Полученная в результате окисления энергия запасается в молекулах особого вещества, которое сокращенно называется АТФ (аденозинтрифосфорная кислота). Это вещество можно назвать стандартной «батарейкой», от которой могут работать все «приборы», все органеллы клетки.
Молекулы АТФ выходят из митохондрий и переносятся ко всем органе л лам клетки, работа которых связана с затратой энергии. Митохондрии каким–то образом передвигаются в цитоплазме и обычно сосредотачиваются в той части клетки, где в этот момент идет особенно интенсивная работа. Естественно, число митохондрий в клетке также прямо пропор* ционально интенсивности выполняемой ею работы. Особенно много митохондрий
Маленькие химеры
Химерой древние греки называли мифическое чудовище с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом дракона. Биологи называют химерами любые организмы или клетки, составленные из частей разных организмов. Обычно химерные организмы получают в лаборатории для различных генетических экспериментов, но оказалось, что химерами являются клетки абсолютно всех ядерных организмов – растений, животных и грибов!
Началось это удивительнейшее открытие XX века с обнаружения в митохондриях и хлоропластах, очень похожих друг на друга органеллах, кольцевой ДНК. Кроме того, митохондрии и хлоропласты, как выяснилось, размножаются делением и при этом их ДНК, как и положено при делении, удваивается. Это было и само по себе удивительно – зачем отдельным органеллам своя генетическая информация? Но еще удивительнее было то, что кольцевая ДНК свойственна безъядерным клеткам бактерий, а у ядерных организмов ДНК всегда линейная. Мало того, белки, поддерживающие структуру ДНК, в митохондриях и хлоропластах оказались аналогичные именно бактериальным, а не животным или растительным белкам. У ученых не осталось сомнений – в органеллах клеток ядерных организмов содержится бактериальная ДНК! Как она туда попала?
На этом чудеса не, закончились. Ученым уже было известно, что не только ДНК, но и рибосомы бактерий и ядерных организмов отличаются друг от друга по своему строению. Так вот, в митохондриях и хлоропластах тоже обнаружили их собственные рибосомы. Вы, наверное, уже догадываетесь, какого типа были эти рибосомы? Конечно, бактериального!
Анализ белков внутренней и внешней мембран этих загадочных органелл показал, что наружная мембрана их является, в сущности, продолжением мембраны ЭПС, а вот внутренняя – не что иное, как наружная (и единственная, у бактерий нет внутренних мембран) мембрана клетки бактерии.
Разгадка может показаться нам, живущим в XXI веке, простой, но она была настолько невероятной, что ученые долго не могли поверить собственным гипотезам. Да, в состав клеток ядерных организмов входят клетки бактерий!
Видимо, когда–то давным–давно первые ядерныё организмы питались подобно современным амебам – захватывая ложноножками бактерий и переваривая их внутри клеток. И вот однажды случилось так, что клетка поглотила бактерию, но переварить ее не смогла или не «захотела», а поставила себе на службу. По–видимому, первые ядерные организмы еще не умели полностью окислять сахара до углекислого газа и воды (подробнее о способах биологического окисления вы можете прочитать на с. 370), пользуясь только брожением, а какие–то бактерии уже «изобрели» такой способ получения энергии. Ничего удивительного в этом нет – бактерии, отставая от животных и растений в области построения многоклеточных организмов, намного опережают их в биохимической изобретательности. Какие только химические реакции не умеют осуществлять бактерии!
image l:href="#"
Образование ядерной клетки в результате симбиоза древнего ядерного организма с бактериями:А – стадия свободноживущих бактерий и ядерных организмов; Б – поглощение ядерной клеткой бактерий; В – симбиотическая клетка, объединяющая
Бактерии, умеющие окислять сахара до конца, извлекая из них максимум энергии, оказались очень полезными для клеток ядерных организмов, а те в обмен на эту услугу предоставили им «и стол и кров». Получился симбиоз – взаимовыгодное сожительство различных организмов. За миллионы лет, прошедшие с момента заключения этого союза, бактерии, ставшие теперь митохондриями, постепенно утеряли часть своей самостоятельности: теперь только около 30% нужных им белков они синтезируют сами, а остальное – получают от клетки–хозяина.
Хлоропласты, видимо, образовались из тех бактерий, которым удалось «изобрести» фотосинтез. Судя по всему, это были цианобактерии, или синезелёные водоросли, и до сих пор живущие в «диком» состоянии.
Если всё это так, то перед медиками встает очень важный вопрос. Сейчас созданы антибиотики против очень большого числа бактерий, не могут ли некоторые из них оказывать отрицательное влияние на бывших бактерий, ставших теперь митохондриями клеток человеческого тела? А если могут, то стоит ли пользоваться этими антибиотиками?
Развитие
image l:href="#"
Что такое развитие?
Организм – не простое скопление клеток, расположенных в случайном порядке. Поэтому совершенно очевидно, что развитие любого существа не может состоять в простом увеличении числа входящих в него клеток.
Развитие включает в себя целый ряд процессов. В первую очередь – развитие самих клеток, их дифференциацию и специализацию. По мере развития клетки становятся «специалистами», способными выполнять конкретную работу, но плохо или вовсе не выполняющими другие функции. В организме человека встречается примерно 200 типов клеток, и, значит, по меньшей мере, две сотни клеточных «профессий».
Кроме того, специализированным клеткам следует определенным образом расположиться друг относительно друга, занять «предназначенные» им места и образовать ткани, а из тканей – органы. Затем необходимо создать систему управления этими органами. Только после этого организм может считаться самостоятельным. Однако на этом развитие не заканчивается. Организм растет, приспосабливается к окружающей среде, набирается сил и готовится приступить к размножению. Практически у всех растений и животных можно выделить периоды детства, молодости, зрелости и старости. Да, старение – это тоже развитие. Так что развитие фактически продолжается всю жизнь организма и заканчивается, увы, смертью.
Родительское тепло
Развитие многоклеточных организмов начинается с оплодотворения яйцеклетки. Оплодотворенную яйцеклетку принято называть зиготой, подчеркивая употреблением нового слова, что это уже не отдельная клетка материнского организма, а новая особь, пусть пока еще маленькая и беззащитная.
Для развития оплодотворенных яйцеклеток – зигот – необходимо тепло. Большинство животных, особенно низкоорганизованных, полагаются в этом деле на природное тепло. Рептилии, например, как правило, закапывают яйца в теплый песок, где они благополучно развиваются. Но более высокоорганизованные существа не бросают яйца на произвол судьбы, а проявляют удивительную заботливость.