Глава II. Как сохранить свою индивидуальность

В 1665 году в Лондоне заседало научное Лондонское королевское общество. Известные ученые Англии и некоторых стран Западной Европы ждали выступления английского исследователя Р. Гука. Этот молодой, разносторонне образованный ученый и изобретатель, успевший прославиться в различных областях естествознания (механике, физике, астрономии и биологии), представил Лондонскому королевскому обществу результаты своих исследований о "строении пробки, наблюдаемом при помощи увеличительных линз". Никто из присутствующих и не предполагал, что работа Р. Гука станет отправной точкой наших представлений о микроскопическом строении живых организмов.

Несколько позже исследователь писал: "Я взял кусок плотной чистой пробки и при помощи перочинного ножа, острого как бритва, срезал с него кусочек, получив таким образом чрезвычайно гладкую поверхность, а затем рассмотрел ее весьма внимательно в микроскоп. Мне кажется, что мне удалось увидеть в ней поры... Далее, эти поры, или клетки, были не очень глубоки, но состояли из большого числа маленьких отделений, разгороженных диафрагмами..."

Рассматривая срезы пробки в свой простейший по устройству микроскоп, ученый видел только высохшие мертвые стенки клеток. Однако этот научный термин выдержал проверку временем.

Сегодня мы понимаем под клеткой структурную единицу живого вещества. Клетку можно рассматривать и как самостоятельный живой организм. Многие думают, что эта структурная единица живого вещества микроскопически мала. Размеры клеток многих тканей животных и растений, бактерий колеблются от 0,2 микрона до 10 микрон. Вирусы еще мельче. Но существуют и клетки-гиганты, например яйцо курицы или страуса, достигающее в длину 18 сантиметров. Многие клетки обладают постоянной формой. Например, самые обыкновенные инфузории, сперматозоиды, эритроциты крови человека. Но некоторые клетки способны постоянно менять свою форму. Классический пример - известная всем амеба.

И вот что очень важно: внешняя среда, окружающая нас, постоянно меняется, поэтому, чтобы сохранить свое "лицо", свои особенности, чтобы размножаться, клетка должна постоянно использовать энергию, совершать работу. В противном случае немедленно начинают срабатывать безжалостные законы физики.

Согласно этим законам изолированная система (в нашем случае живая клетка) самопроизвольно стремится к состоянию с меньшей степенью организации. Дело кончится гибелью и полным распадом клетки. Чтобы этого не случилось, надо производить энергию. А чтобы нарабатывать энергию, нужно топливо. Таким "топливом" для организма служат углеводы, белки, жиры, продукты их расщепления. Все это организм получает с пищей.

Но тут опять возникает неожиданное затруднение с использованием топлива. Если его энергия выделится сразу, то, пожалуй, клетка может в самом прямом смысле этого слова взорваться. Нечто похожее произошло бы с автомобилем, если бы бензин поступал в мотор не постепенно, маленькими порциями, а мгновенно сгорело бы все топливо в бензиновом баке. Значит, энергия клеточного топлива должна поступать маленькими порциями, а ее излишки каким-то образом, консервироваться и запасаться впрок.

В процессе эволюции, растянувшемся на миллионы лет, природой было найдено соединение, как бы консервирующее энергию - аденозинтрифосфорная кислота. Название это несколько длинновато и не очень удобно для произношения. Поэтому биологи обычно сокращают его и говорят коротко: АТФ. Именно этот источник законсервированной энергии используется клеткоц.

В живой клетке один вид энергии постоянно переходит в другой. Чтобы сохранить свою индивидуальность, клетке приходится много работать. Конечно, все типы работы перечислять вряд ли целесообразно, но познакомиться с некоторыми просто необходимо.

Как сохранить свою индивидуальность

Возьмем полоску мышечной ткани и обработаем ее так, чтобы удалить все составные части, кроме белков актина и миозина. Затем поместим мышечное волоконце в маленький стаканчик с водой, в которой есть ионы алия и натрия. Один конец прикрепим к стеклянной алочке, положенной поперек стаканчика, а к другому привяжем легкий груз. Простейшая модель готова.

При этих условиях мышечное волоконце находится в растянутом состоянии. Теперь добавим в стаканчик несколько капель раствора аденозинтрифосфорной кислоты. Мышечное волоконце энергично сократится.

В принципе в живой мышце происходит то же самое, потому что механизм сокращения в обоих случаях одинаков.

Два типа мышечных белков располагаются в клетке упорядочение. Молекулы актина образуют нечто напоминающее гребенку для расчесывания волос. В мышечном волоконце две такие гребенки лежат зубцы к зубцам на некотором расстоянии одна напротив другой. Между гребенками расположены толстые нити миозина. Когда мышечная клетка сокращается, гребенки как бы вдвигаются одна в другую, а при полном сокращении волоконца нити еще и скручиваются. При механической работе мышечные клетки тратят энергию,- в состоянии покоя накапливают ее в виде аденозинтрифосфорной кислоты.

Еще более впечатляющую картину можно наблюдать при движении амебы. Под микроскопом видно, как сначала образуется тонкий вырост, который на наших глазах быстро увеличивается в размерах, и все содержимое клетки как бы переливается в этот вырост. Потом возникает новый вырост, и все повторяется сначала.

Одна из гипотез так объясняет процесс движения амебы. В его основе лежит периодическое укорочение и удлинение молекул белков типа актина и миозина. В результате внутреннее содержимое амебы периодически то сгущается, то разжижается. Так возникает внутриклеточное течение протоплазмы в сторону образующегося выроста. Для того чтобы это происходило, необходимы затраты энергии.

По химическому составу живая клетка разительно отличается от окружающей среды. Чтобы сохранить свою индивидуальность, клетка должна совершать осмотическую работу. Поставим простейший опыт. В стаканчик с водой поместим стеклянную трубку, на конец . которой привяжем мешочек из коллодиевой пленки. В мешочек нальем 0,5 - процентный раствор обычного сахара. Через некоторое время вода в стеклянной трубке поднимется выше уровня воды в стаканчике. Раствор в трубке увеличивает свой объем. Это происходит потому, что вода из стаканчика входит в коллодиевый мешочек быстрее, чем выходит из него.

Стенка мешочка чем-то напоминает оболочку живой клетки. И в коллодиевом мешочке, и в клеточной оболочке есть микроскопические отверстия, поры. Молекулы сахара значительно крупнее молекул воды. Они загораживают поры и мешают маленьким молекулам воды переходить из мешочка в стаканчик. Снаружи коллодкевого мешочка крупных молекул сахара нет, поры открыты, и вода свободно поступает из стаканчика во внутреннюю часть мешочка. Это перемещение воды через полупроницаемую оболочку в сторону более высокой концентрации растворенного вещества носит название осмоса.

В живой клетке все происходит значительно сложнее и остроумнее. Представим себе, что клетку поместили в раствор сахара, например, в слабый раствор глюкозы. Некоторое количество глюкозы проникает в клетку, как вода в мешочек из коллодиевой пленки, за. счет простого осмоса. Но это будет продолжаться непрерывно, даже когда концентрация глюкозы внутри клетки станет такой же, как и снаружи. Более того, содержание глюкозы внутри клетки может быть выше, чем в окружающей среде, но, несмотря на это, клетка будет поглощать все новые и новые порции этого вещества. Оказалось, что, проходя через клеточную оболочку, глюкоза присоединяет остаток фосфорной кислоты, так называемую фосфатную группу, и в таком виде она способна накапливать ее внутри клетки. В этом случае также затрачивается энергия и производится работа, которую биологи называют осмотической.