Животные анализируют мир

Симаков Юрий Георгиевич

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.

Следует отметить, что связь через кальциевые мостики — это первичная и непрочная связь. Но в молодом, развивающемся организме клетки, испытывающие постоянные перестройки, соединяются именно этой первичной связью. Затем клетки «применяют» приборы для закрепления развившихся структур. В тканях организма начинается как бы «закручивание гаек», клетки занимают определенное положение и цементируются в определенных местах контакта. О том, как они определяют нужное им и всему организму местоположение, мы расскажем ниже — ведь это одна из самых сокровенных тайн, которую стремятся познать биологи. А пока будем довольствоваться тем, что ученые установили: в нужных местах клетки «цементируются» да еще на каждом гаком участке для придания большей прочности образуются специальные волокна, называемые десмосомами.

Совсем недавно было отмечено, что клетки должны как бы узнавать друг друга и знать, к какому органу они принадлежат. А что будет, если приборы взаимного опознавания испортятся? Как показывают последние исследования, якобы именно это и происходит с клетками злокачественных опухолей. Нельзя пока еще сказать — причина ли это возникновения злокачественных опухолей или следствие, ясно одно: раковые клетки отличаются от нормальных еще и тем, что теряют пространственную память расположения в организме и чувство контакта с другими клетками. Видимо, под влиянием каких-то канцерогенных факторов происходят генетические изменения, отражающиеся на программировании порядка работы, генов и на искажении конфигурации главных молекул, ответственных за хранение и передачу генетической пространственной информации. Вполне понятно, что искажение рисунка РНК в межклеточном веществе может привести и к поломке кальциевых мостиков, и к изменению электрического заряда поверхности клетки. Контакт выходит из строя, десмосомы разрываются, и каждая клетка приобретает самостоятельность, что очень не нужно организму в целом. Клетки отрываются друг от друга, округляются и начинают делиться как им заблагорассудится. Выходит из строя еще один «живой прибор», регулирующий и обеспечивающий клеточные деления.

До сих пор рассматривался близкий контакт, но в организме, построенном из миллионов клеток, есть и дистанционные контакты. О некоторых проблемах и сложностях при изучении дистанционного контакта мы уже говорили. Но в многоклеточном организме приборы, руководящие дистанционным контактом клеток, достигают своего совершенства, и особенно в мозгу высших животных и человека.

Мозг — самый сложный агрегат, где собрано неисчислимое количество контактирующих элементов. Все нейроны (а в мозгу человека их десятки миллиардов) связаны с соседними тончайшими отростками, к тому же каждый отросток при росте приходит в точно намеченное для него место контакта на соседней клетке. Сходно ведут себя и нейроны спинного мозга, контактирующие своими отростками. Каким же образом отростки нервного волокна находят строго заданное им место на соседних нейронах? Во всяком случае, не хватит никакой генетической информации, заключенной в ДНК хромосом, чтобы закодировать пространственное распределение нервных отростков в мозгу и их точные контакты с нейронами. Тогда где же заложена схема монтажа пространственного расположения контактов между нейронами? Пока на этот вопрос ответа нет. Может быть, такая схема-голограмма существует в самом пространстве?