Татьяна Жданова - Сотворенная природа глазами биологов
Если бы жгутиконосцы были размером с этот автомобиль, то они за час пробегали бы дистанцию в 1000 километров, то есть со скоростью самолета.
А у инфузорий нет жгутика, зато все тело как шерсткой покрыто 10–15 тысячами ресничек, работающих подобно веслам. Движения ресничек великолепно координируются. Их взмахи равномерными волнами прокатываются вдоль всего тела инфузорий, позволяя им развивать немалую скорость – 2 миллиметра в секунду. Конечно, инфузории плавают медленнее жгутиконосцев, но тоже очень неплохо. Они за секунду покрывают расстояние, в 6—15 раз превышающее собственную длину, что соразмерно скорости автомобиля.
Память бактерий. Механизм, обеспечивающий бактерии возможность находиться в постоянном движении, казалось бы, прост. Но даже в нем есть тонкости, которые трудно ожидать от столь миниатюрного существа. Так, его действие зависит не от абсолютной концентрации какого-то вещества, а от ее изменения. Хотя мера возрастания или убывания концентрации, ее градиент – явление пространственное, бактерия воспринимает его во времени, так как она плывет. Бактерия замечает, что концентрация становится выше или ниже, чем была перед этим.
Иными словами, у бактерии есть что-то вроде памяти. Поэтому можно пространственный градиент заменить временным. Если взять аминокислоту и добавить фермент, разрушающий ее с подходящей скоростью, то концентрация аминокислоты будет снижаться. Бактерии отвечают на это изменением направления движения так, как будто они плывут в зону с более низкой концентрацией.
Бактерия – это индивидуальность. Существовало мнение, что бактерия – это своего рода подвижный самоуправляемый модуль, «биочип», который объединяет в себе сенсор, логическое и исполнительное устройство, а также системы подвижности.
Однако более поздние исследования показали, что на самом деле бактерии обладают не только памятью, но и проявляют определенные особенности, свою индивидуальность. Если понимать индивид как отдельный организм, элементарную единицу жизни, имеющую все признаки, свойственные ее виду, и в то же время наделенную собственными особенностями, отличающими ее от других таких же организмов этого вида, то бактерии принадлежат к их числу. Установлено, что молодые бактерии способны к научению и запоминанию, чего лишены их более старые сородичи. Если они не освоили чего-то в юности, то уже не смогут сделать этого никогда.
В процессе экспериментов обнаружилось, что несмотря на одинаковость генетической структуры и окружающей среды отдельные особи среди бактерий обладают совершенно уникальными поведенческими возможностями. Это подтверждает закон сохранения индивидуальности, согласно которому индивидуальная специфика организма возникает с момента появления на свет и сохраняется до его смерти.
Бактерии обладают органами чувств, похожими на глаза и уши, информацию от которых воспринимает некий аналог мозга. Благодаря ему бактерии способны принимать решения.
Описаны опыты, в которых с помощью растворов различных веществ, привлекающих или отталкивают бактерий, удалось обнаружить, что бактерии обладают не только кратковременной, но и долговременной памятью. Они помнят, где именно находили пищу. Столкнувшись с неизвестным, бактерии как бы разрабатывают стратегию действий и в следующий раз уже следуют ей по памяти.
Это открытие оказало ошеломляющее действие на исследователей. Ведь человек, принимая решение куда двигаться, задействует сотни, если не тысячи клеток мозга, а одноклеточная бактерия для этого руководствуется памятью только одной клетки.
Так существуют ли примитивные формы жизни?
Бактерия чинит свою единственную ДНК. Благодаря сложности строения и совершенным системам организма бактерии способны реагировать на внешние воздействия и зачастую устранять его «поломки». Известно, что организм, даже одноклеточный, всегда занят изготовлением и починкой сложных молекул, из которых он состоит. Как только он прекращает это делать, то умирает, превращаясь в совокупность более или менее свободных атомов. А они уже не смогут сами соединиться в макромолекулы, которые автоматически объединятся, чтобы восстановить живую клетку.
По способности ремонтировать (воссоздавать) кольцевую макромолекулу ДНК – самую сложную структуру клетки, ее «библиотеку» наследственных знаний, координирующий и управляющий центр – бактериальный организм не знает себе равных!
Обнаружены бактерии одного из видов, которые выносят дозу радиации, в 60 тысяч раз превышающую смертельную дозу для многоклеточного животного. И хотя такое излучение буквально рвет в клочки ДНК бактерии, после прекращения облучения ее организм способен привести свою макромолекулу в полный порядок.
Но ведь согласно классической теории именно ДНК является «банком» различных информационных данных и управляет процессами синтеза всех молекул. Какая же тогда структура возглавляет сложнейший комплекс работ по воссозданию самого носителя генетической информации?
Пока науке не известно, что представляет собой тот другой управляющий центр клетки и носитель наследственных знаний по построению макромолекулы ДНК, который не подвержен изменениям при облучении.
Возможности живой клетки
Огромная информационная насыщенность материала и интерес к непостижимым нашим умом способностям и возможностям живой клетки заслуживают отдельной книги. Здесь же мы лишь немного коснемся этой темы, чтобы читатель смог составить общее представление.
Информация клетки. Прошедший век открыл нам для размышлений, душевного восприятия и формирования мировоззренческих понятий об устройстве мира удивительные знания. Как оказалось, почти все клетки любого организма включают в себя полный комплект информации, необходимой для создания живого существа данного вида. То есть каждая его клетка, например сердца, глаза, кожи, «знает», как именно создается печень, вкусовой анализатор, мозг, да и весь организм в целом.
Например, жизнь любого организма после оплодотворения (в некоторых случаях и без него) начинается с единственной клетки, в которой заложена вся эта информация. После деления все клетки начинают организованно выполнять свою конкретную задачу: одни дают начало костям, другие – мышцам, третьи – печени, четвертые – мозгу.
Поскольку гены в каждой клетке способны дать начало любой части тела, то ученые предположили, что должны существовать какие-то специальные химические вещества, которые и отдают нужные команды генам. Например, гены определенных клеток в какой-то момент получают сигнал, что им пора начинать строить сложную «архитектуру» глаза по известным им чертежам и технологии, используя весь комплекс наследственной информации. А тем временем гены других клеток уже выполняют подобным образом организованную работу по построению, скажем, желудка.
Но откуда же химическим веществам известно, каким клеткам и в какое время отдавать приказы, чтобы именно в свое место поместить глаза, а в свое – желудок? Предопределенность такой специализации клеток, управляемой какими-то «умными» веществами, так и остается одной из многочисленных загадок.
Да и вообще, как считают ученые, клетка еще изучена слабо. Почти каждые 7—10 лет происходит открытие совершенно новой клеточной структуры. Мало того, функции давно уже открытых структур во многом до сих пор остаются неясными.
Как видите, не только нервная система во главе с мозговым центром, но и одна-единственная живая клетка предстает перед нами как огромный мир, полный нераскрытых тайн.
Выращивание клеток и тканей. Для того чтобы получить клеточную культуру, ткань животных или растений обрабатывают ферментами, что вызывает ее распад на клеточные элементы. Эти клетки выращивают при температуре тела в соответствующей для данного вида тканей среде с добавлением специальных веществ, что заставляет клетки расти и размножаться.
Одни из клеток требуют относительно простой среды, состоящей из неорганических солей витаминов и аминокислот. А для выращивания других нужна особо сложная среда, включающая микроэлементы, гормоны роста или пока не изученные вещества, встречающиеся, например, только в кокосовом молоке.
Ученые сумели получить даже непрерывные, «бессмертные», клеточные линии, которыми можно пользоваться десятилетиями. Кроме того, большинство клеток и тканевых культур хорошо переносят глубокое замораживание с помощью жидкого азота. В таком состоянии они способны храниться неограниченно долго (так создаются банки клеточных культур).
В настоящее время в прикладных целях широко используется метод выращивания специальных клеточных структур. Так, в Швейцарии создан биореактор, в котором под компьютерным контролем выращивается человеческая кожа, необходимая при лечении тяжелых ожогов. У пациента с непострадавшего участка тела берут кусочек кожи, из которого выращивается лоскут для пересадки на место ожога. При таком методе не происходит отторжения ткани. Швейцарский биореактор позволяет за 12 дней из 3 квадратных сантиметров кожи вырастить лоскут в половину квадратного метра.
