Удивительная биология

«Настоящие» соседи вирусов – фильтрующиеся, реплицирующиеся агенты (прионы). Нуклеиновых кислот они не содержат, но способны запускать свой собственный синтез, используя генетическую информацию клетки-хозяина. Эти агенты вызывают медленно прогрессирующие болезни у человека и животных. У растений известно 11 природных заболеваний (например бугорчатая болезнь картофеля), вызываемых вирусоподобными агентами. Эти агенты, представляющие собой маленькие кольцевые РНК, не содержащие ни структурного белка, ни мембраны, отнесли в группу вириовидов.

А. Ленинджер так описывает процесс инфицирования: «В присутствии РНК-содержащих вирусов рибосомы клетки-хозяина предпочтительно связываются не с молекулами РНК клетки-хозяина, а с молекулами вирусной РНК. Эти последние начинают теперь функционировать в качестве матриц для синтеза белка вирусной оболочки, а также для синтеза некоторых дополнительных ферментов, требующихся для репликации других структурных компонентов вируса, и в частности самой вирусной РНК».

Атака начинается с прикрепления хвостов нескольких десятков фагов вирусов, поражающих бактерии, к определенной части бактериальной стенки. Тотчас же лизоцим растворяет клеточную мембрану. Аппарат хвоста вируса действует наподобие шприца: «мышцы» сокращаются, и нуклеиновая кислота впрыскивается внутрь клетки. Верхняя «одежда» вируса – белковый чехол – остается снаружи клетки. Так завершается «оккупация» бактерий фагами. Этот процесс длится всего несколько минут.

Нуклеиновая кислота играет главную роль в воспроизведении фага. Это было доказано немецкими учеными в опытах по гибридизации вирусов. Однако не все вирусы так агрессивны, как фаги, не у всех есть хвост с набором необходимых для взлома клетки инструментов. Как же в этих случаях вирус проникает на чужую территорию?

Как ни парадоксально, в этих случаях сама клетка осуществляет внедрение вирусов – она как бы заглатывает их. Вспомним, что на протяжении эволюции у клеток выработался механизм активного захвата из окружающей среды различных твердых частиц (фагоцитоз) и капелек жидкости (пиноцитоз). Этот механизм играет большую роль в нормальной жизнедеятельности клетки. В случае же встречи с вирусом происходит как бы «самоубийство» клетки. В клетке, инфицированной вирусом, вследствие его размножения нарушается обмен веществ. Каждая инфицированная одним вирусом клетка производит около 2 тыс. новых вирусов. Вирусы могут вызывать либо хроническую, либо острую инфекцию. В первом случае вирус, проникший в клетку, не выдает своего присутствия. Соответственно, и инфицированная клетка по виду не отличается от нормальной. Вирус может интегрироваться в ДНК клетки и при делении передаваться ее потомству. Следовательно, клетка при делении воспроизводит вирус. Интегрированный вирус невозможно обнаружить и выделить из клетки.

В опытах in vitro на культивируемых клетках человека удалось воспроизвести хроническую инфекцию вирусом гриппа. Оказалось, что через несколько поколений в культивируемых клетках признаки заражения постепенно исчезали. В конце концов вирус пропадал и долго не проявлял своего присутствия. Но затем внезапно наступала быстрая гибель клеток, свидетельствующая о неожиданном «возвращении» вируса. «Беглец» изменился, стал агрессивнее, приобрел новые губительные для клеток свойства. Изменились и клетки. Они приобрели способность к безудержному росту, то есть стали злокачественными.

Новые данные породили новые вопросы. Интегрируется ли на самом деле геном вируса в геном клетки? Почему вирус повторно активизируется и выходит из «подполья»?

Дальнейшие исследования провели на субклеточных структурах, выделенных из клеток, инфицированных арбовирусами. Арбовируса-ми называют вирусы четырех семейств (тогавирусы, буньявирусы, реовирусы и рабдовирусы), передающиеся при укусе кровососущими насекомыми. Нормальный арбовирус состоит из трех частей: нуклеиновой кислоты – РНК и двух оболочек (внутренней белковой и внешней белково-липидной). Внутреннюю оболочку образуют специфические белки, а внешнюю – наружная мембрана клетки.

У субклеточных структур – незрелых вирусов – нет оболочки. Они состоят только из вирусной РНК и специфических вирусных белков и представляют собой так называемые рибонуклеопротеиды (РНП) – комплексы нуклеиновой кислоты и белка. Впоследствии было открыто, что РНП вызывает инфицирование. При выделении субклеточных структур из инфицированных клеток было получено еще три типа РНП. При введении в здоровые клетки все четыре типа РНП вызывали образование нормальных вирусов.

Как объяснить полученные результаты? Вирусологи предположили, что, кроме истинно вирусного комплекса, состоящего из РНК-вирусного белка, были получены гибридные РНП-молекулярные химеры, у которых нуклеиновая кислота прикрыта не только вирусными белками, но и клеточными. Для доказательства этого предположения из нормальных вирусов выделили РНК, добавили ее к белкам неинфицированных клеток и получили РНП.

При внедрении чужеродного белка организм человека вырабатывает защитные антитела, способные найти и нейтрализовать «пришельца». Гораздо сложнее антителам найти и обезвредить псевдовирус – гибридный РНП. Гибридные РНП приобретают выраженную устойчивость к их действию. Не исключено, что именно этим объясняется устойчивость незначительной доли вирусов к действию антител и в естественных условиях.

Однако не все так безнадежно. Клетки содержат ферменты нуклеазы, расщепляющие попавшие в них, в клетки, нуклеиновые кислоты. Нуклеазы не могут расщепить нуклеиновую кислоту, находящуюся в комплексе с белками. Но при заражении клеток вирус «раздевается», оставляя «белковый плащ» снаружи. Кроме того, при вирусной инфекции активность нуклеаз возрастает, поэтому теоретически они могут атаковать и расщепить «голую» вирусную нуклеиновую кислоту.

Тем не менее вирусные инфекции возможны из-за способности нуклеиновой кислоты вируса образовывать гибридные комплексы с клеточными белками, защищающими ее от нуклеаз.

Вряд ли кто скажет доброе слово о вирусах. Такие вирусные болезни, как оспа, грипп, полиомиелит, желтая лихорадка и масса других унесли миллионы человеческих жизней.

Для борьбы с вирусными заболеваниями и открытия новых возможностей использования свойств вирусов необходимы глубокие исследования в области биологии вирусов, молекулярной биологии, иммунологии, биохимии, биофизики и других наук.

«Сияющие» малютки

Одно из самых замечательных и поражающих наблюдателя явлений в море – его свечение. Можно часами любоваться, сидя ночью на берегу Черного моря, как вспыхивает яркими искрами набегающая на берег волна. Так же прекрасен ночью оставляемый идущим кораблем след, то загорающийся яркими огоньками, то вспыхивающий какими-то голубыми шарами. Спокойные яркие звезды сверкают на южном бархатном небе. Столь же яркие, то вспыхивающие, то гаснущие холодные огни в море будто отражают небесный свод. В более теплых морях подобное свечение бывает настолько сильным, что издали кажется заревом большого пожара, – его можно даже заснять на фотопленку.

Люди наблюдали свечение моря с незапамятных времен. С наступлением темноты поверхность моря начинает вдруг фосфоресцировать, озаряясь холодным искрящимся сиянием. Если набежавший ветерок подымет легкое волнение, сияние разгорается, словно прогоревшие угли, на которые подули.

Кто только не восторгался этим романтическим явлением природы: Крузенштерн и Беллинсгаузен, Дарвин и Гоген, Гончаров и Римский-Корсаков, Амундсен и Хейердал… Но лишь сравнительно недавно ученые твердо установили, что всю эту «лучезарную романтику» в море создают живые существа – и очень разные. Чаще всего море засвечивают мелкие планктонные организмы перидинеи-ночесветки и веслоногие рачки (особенно эуфаузииды). Они сияют то зеленоватым, то голубоватым, а то и оранжево-красным светом.

Вот как, например, описывал И. А. Гончаров во «Фрегате „Палла-да“ свечение перидиней у берегов Японии: „Штиль, погода прекрасная: ясно и тепло… Множество красной икры, точно толченый кирпич, пятнами покрывает в разных местах море. Икра эта сияет по ночам нестерпимым фосфорическим блеском. Вчера свет был так силен, что из-под судна как будто вырывалось пламя; даже на парусах отражалось зарево, сзади кормы стелется широкая огненная улица; кругом темно…“. Красной икрой Гончаров назвал перидиней-ночесветок, у которых фосфоресцируют их липоидные вещества.

Перидинеи вызывают свечение не только валов прибоя и его пены, заливающей берега. Прибрежный песок или снег, пропитанные содержащей перидиней морской водой, светятся там, где на них ступает нога путника: он оставляет за собой в ночной темноте цепочку ярко горящих следов. Свечение смоченного морской водой снега характерно и для Шпицбергена, и для островов Де-Лонга. В Альпах и на Севере обширные снежные равнины нередко имеют красный, зеленый, синий или коричневый цвет. Это объясняется тем, что на снегу могут в массовых количествах развиваться различные окрашенные жгутиковые: красные гемато-коккус пульвиалис, зеленые хламидомонас нивалис и другие.

Свет, как известно, привлекает морских животных, и этим издавна пользуются рыбаки. Стаи рыб устремляются ночью к месту свечения в расчете поживиться теми, кто светится. При этом, как всякий движущийся в воде предмет, они еще больше усиливают сияние вод и тем невольно выдают свое присутствие. Опытный глаз рыбака легко различает очертания стаи рыб, следы всплесков акул и даже кашалотов, ныряющих за рыбой. По пульсирующим вспышкам, быстро бегущим по воде, нетрудно опознать дальневосточных кальмаров, которые сами, однако, не светятся.

Животных можно привлечь и искусственным светом. У берегов Индии, Индокитая, Северной Африки, на Адриатике – в тех тропических и умеренно теплых морях, где особенно часто бывает свечение, при ночной ловле рыбы используют факелы. В Средиземном море мерцающие огни газовых светильников, зажигаемых на рыболовных судах, видны во мраке на многие мили вокруг. На их свет лучше всего идут стайные рыбы – сельдь и кефаль.

Для увеличения улова рыбаки островов моря Банда в Индонезии в качестве наживки используют светоносную железу маленькой рыбки – фотоблефарона, а жители Сесимбра на юго-западе Португалии – кусочки сильно пахнущего мяса собачьей акулы, обмазанные желтой светящейся жидкостью, получаемой из поджелудочной железы макруруса.

Круг животных, способных устраивать «иллюминацию», очень широк. Это многие бактерии, перидинеи, радиолярии, медузы, гребневики, черви, ракообразные, голожаберные, двустворчатые и особенно головоногие моллюски, морские звезды, голотурии, офиуры, сальпы, пирозомы, рыбы.

Светящиеся бактерии играют двойную роль. Они могут создавать разлитое «молочное» свечение, когда живут в море самостоятельно (правда, их там негусто), а могут «озарять» других животных, когда поселяются в их специальных органах, подобных мицетомам насекомых. Животные же, излучающие свет, делятся на две группы: у одних свет от симбиотических бактерий, у других – свой собственный. Вторых в природе, по-видимому, намного больше, чем первых, но решить, у кого из морских обитателей какой природы свет, совсем не просто. Во-первых, сплошь и рядом трудно выделить предполагаемых виновников свечения; во-вторых, часто бактерии, казалось бы, пойманные «с поличным», будучи извлеченными из своих хозяев, тут же «гаснут». Пока что симбиотическая природа люминесценции достоверно установлена только у рыб, каракатиц и кальмаров.

В мелководных бухтах японского побережья живет окунек моноцен-трис, размерами и формой тела напоминающий кедровую шишку. На нижней челюсти у него сидит пара сравнительно несложно устроенных светящихся органов – фотокоров, способных испускать свет несколько часов подряд. В каждом их них есть небольшая камера, где скапливается жидкость с бактериями-светлячками. Камера сообщается с окружающей средой. В момент опасности рыбка выпрыскивает ее содержимое в воду и исчезает из поля зрения преследователя под прикрытием светящегося облачка.

В морях, омывающих Индию и Большие Зондские острова, на рифах и вдоль берегов обитают две совершенно необычные рыбки – аномалопс и фотоблефарон. У них под глазами сидят, словно огромные бородавки, какие-то странные вздутия бобовидной формы. Описавший их еще в 1920 г. крупнейший американский специалист по светящимся животным Ньютон Гарвей доказал, что эти «бородавки» представляют собой светоносные органы, заполненные люминесцирующими бактериями.

Зеленоватый свет, испускаемый фотофорами аномалопса круглые сутки, все время пульсирует: 10 с он горит, а 5 – «выключен». Ночью он напоминает отражение луны, как бы колышущееся на легких волнах. Стайка же фотоблефаронов, обосновавшаяся между прибрежными камнями, создает впечатление, будто воду подсветили гирляндой маленьких мигающих лампочек. Свет одной из этих рыбок бывает настолько силен, что при окружающей полной темноте позволяет рассмотреть стрелки карманных часов на расстоянии 2 м от рыбы.

Светоносные бактерии поселились на голове аномалопса и фото-блефарона, видимо, в очень давние времена. С той поры рыбы успели «отрастить» для них специальные вместилища и, чтобы с толком для себя использовать их благодатное сияние, «возвели» на бактериальных вместилищах фотофоры-прожекторы очень сложного устройства.

Фотофоры состоят из многочисленных железистых трубочек, открывающихся своими наружными концами в подкожные полости бобовидного органа, лежащего сразу под глазом. Полости снабжены микроскопическими отверстиями, через которые они сообщаются с внешней средой. Пространство между трубочками прoнизано кровеносными капиллярами. На внутренних концах трубочек сидят особые клетки, заполненные блестящими кристаллами гуанина. Они выполняют роль маленьких зеркал, отражающих свет. Далее идет светонепроницаемый слой, сложенный из черных пигментных клеток (хроматофоров).

Есть рыбы, пользующиеся свечением бактерий для приманивания добычи. С этой целью многочисленная семья удильщиков обзавелась еще настоящей рыболовной снастью и, похоже, достигла в ее строении предельной изощренности.

В морях, омывающих Европу, а у нас – в Баренцевом и Черном, на глубине от 50 до 200 м обитает рыба лягва, или морской черт, достигающая полутора метров в длину. Прозвана она так за свой несуразный и совсем не рыбий вид. Действительно, тело лягвы производит впечатление какого-то обрубка, куска мяса, из которого природа словно только начала лепить что-то живое. Зато сколь совершенна ее «удочка»!

Первый луч спинного плавника у морского черта сильно удлинился, сдвинулся на голову, ближе ко рту, и превратился в великолепное удилище, на конце которого сидит «приманка» – маленький светящийся шарик. В нем и помещаются светоносные бактерии.

Почти всю свою жизнь лягва проводит на рыбалке, притаившись среди камней и водорослей и выставив наружу волнообразно извивающийся конец удилища. Часами может пролежать она совершенно неподвижно в ожидании своей жертвы. Бурая окраска хищника сливается с окружающим фоном и делает его совершенно незаметным. Но лягва не дремлет. Ее глаза, вращающиеся независимо друг от друга, как у хамелеона, зорко следят за всем, что происходит вокруг: один смотрит в одну сторону, другой – в другую.

Вот к соблазнительно шевелящейся перед самой пастью морского черта приманке приближается какая-то рыба. Ей кажется, будто перед ней извивается светящийся червь. Не успев его клюнуть, незадачливая рыба оказывается в огромной зубастой пасти чудовища. Захват происходит с молниеносной быстротой, неуловимой для человеческого глаза.

Сейчас известно свыше 250 видов удильщиков, большинство из которых живет на больших глубинах. У каждого своя оригинальная «удочка». Есть удочки короткие и длинные, толстые и тонкие, жесткие и гибкие, простые и складные. У одних удильщиков они чуть ли не в 10 раз длиннее тела, у других только кажутся короткими, но могут, словно резиновые, растягиваться до такой же длины. Светящаяся на конце удочки приманка похожа на зажженный фонарик, сидящий на длинном шнуре. Внутри «фонарика» имеется полость, поделенная на ячейки и заполненная слизью с плавающими в ней бактериями. Полость выстлана прозрачными, собирающими свет клетками, а снаружи одета черным покровом из пигментированных клеток. Когда эти клетки сокращаются, свет через образовавшиеся промежутки свободно пробивается наружу.

Удильщики знамениты еще одним свойством. Все, что сказано об их «рыболовных снастях», относится исключительно к самкам. Самцы у них крошечные, по массе во много тысяч раз меньше своих подруг, и живут как паразиты, прочно прирастая к телу самок. При этом у них исчезают челюсти, глаза, кишечник и прочие органы, кроме кровеносной и дыхательной систем и, конечно, органов размножения. Понятно, что при такой ситуации чем самец меньше, тем лучше. Впрочем, самки совсем не в проигрыше: в нужный момент, когда созреет икра, самцы оказываются у них «под рукой», и искать супруга во мраке бездны не приходится. Самцы же находят своих избранниц, пользуясь в основном своим феноменальным обонянием. Возможно, им в этом помогают и светящиеся «фонарики» самок.

Железы с бактериями-светлячками обнаружены у многих морских рыб, относящихся к девяти семействам. В каких только частях тела они не помещаются! На голове, на нижней челюсти, на брюхе, вокруг пищевода, внутри пасти, вдоль боковой линии, возле прямой кишки и даже на хвосте! Вероятно, немало случаев аналогичного симбиоза у рыб еще предстоит открыть.

Большой специалист по части светящихся животных японец И. Ханеда описал маленькую стайную рыбку лейогнатус, водящуюся в Индийском и Тихом океанах. Железа с неугасимым «огнем» у нее кольцом обхватывает пищевод. Светящиеся бактерии, заглатываемые рыбкой вместе с морской водой, через пищевод проникают в эту железу. Испускаемое бактериями сияние, пройдя сквозь прозрачные мышцы лейогнатуса, создает иллюзию зажженной молочно-белой лампочки. Если рыбку потревожить, она начинает светиться еще ярче и при этом издает какие-то хриплые звуки. У рыбки газы, тоже изученной Ханедой, светящаяся железа расположена там же, но испускаемые ею лучи падают на плавательный пузырь, который одновременно служит рефлектором.

Каракатицы, кальмары и осьминоги всегда поражают своими огромными сложными глазами. Подобно тому как соцветие складывается из множества отдельных цветков, так и глаза этих моллюсков «сложены» из сотен и тысяч мелких глазков. Собранные воедино, они обеспечивают животному хорошее зрение. Казалось бы, зачем вообще кальмарам и осьминогам глаза, коль скоро большинство из них живет на больших глубинах, где царит вечный мрак?

Оказывается, у многих глубоководных видов имеются мощные фотофоры прожекторного типа, причем не менее сложно устроенные, чем глаза. Ими животное освещает себе путь. Но в этих органах нет желез с бактериями, и они светятся своим собственным светом. Однако наряду с «прожекторами» кальмары и осьминоги приобрели также мешочки с бактериями, а зачастую и необходимый арсенал линз, рефлекторов и т. п. Чаще всего такие мешочки помещаются в мантийной полости и испускают спокойный, ровный свет.

Многочисленных туристов издавна влечет в японский залив Тояма полюбоваться ярко-голубым свечением маленького кальмара ватазении. Весной, в пору размножения, он устраивает сказочную иллюминацию чуть ли не по всему заливу. Светящиеся органы разбросаны у него повсюду – на нижней стороне головы, на брюшных щупальцах, в мантийной полости, воронке; место для них нашлось даже на глазах.

Именно кальмары и каракатицы сумели использовать свет бактерий для дезориентации своих врагов. Днем они устраивают «дымовую завесу», а ночью и на больших глубинах выпускают слизь со светоносными бактериями, создающими легкое облачко искрящихся огоньков.

У каракатиц, например сепиол, светящийся мешочек тесно связан с чернильной железой. Он или прилегает к ней снаружи, или помещается в ее углублении. Благодаря такому устройству некоторые каракатицы, когда нужно «потушить свет», выделяют в мантийную полость несколько капель чернил; растекаясь по мешочку с бактериями, они создают на время затемнение.

Любопытно, что одни виды каракатиц передают драгоценные бактерии своему потомству через скорлуповые железы, другие, по-видимому, заражаются ими прямо через морскую воду. Впрочем, случается, что подобной лучезарной «инфекцией» на время «заражаются» и такие морские обитатели, которые специальных жилищ для бактерий не приготовили.

С чем же связана таинственная способность морских животных и бактерий испускать свет? Установлено, что у первых имеется особое жироподобное вещество люциферин, содержащее фосфор и способное окисляться, и фермент люцифераза, который ему в этом помогает. При окислении люциферин и начинает «фосфоресцировать». Естественно, что для свечения нужен кислород. Чем больше его в воде, тем ярче свет. Предполагают, что те же вещества заставляют сиять и симбиотические бактерии, хотя до сих пор их не удалось выделить.

Бактериальный свет достаточно силен. Световые возможности малюток оценены с математической точностью. Чтобы составить о них наглядное представление, достаточно такого примера. Если бы можно было тонким слоем культуры светлячков покрыть купол собора св. Петра в Риме, то на площади перед собором было бы светло, как в лунную ночь. Известны даже случаи, когда залы музеев освещали стеклянными колбами, в которые наливали культуру светоносных бактерий.

Нужен ли свет самим бактериям? По крайней мере, для поддержания жизни он не требуется. Ученые считают свет побочным результатом их основной жизнедеятельности, особым проявлением бактериального дыхания. Иными словами, не светясь, бактерии не могли бы дышать.

«Детективы» микромира

Амебы нередко поедают друг друга. Удавалось наблюдать, как амеба веррукоза заглатывала нитчатые водоросли, превосходившие ее длиной во много раз. При этом амеба помещалась на средней части нити, обволакивая ее, и растекалась по длине водоросли; конец нити она сгибала в петлю. Затем амеба снова растекалась, но уже со всех сторон охваченной нити, и снова ее скручивала; это повторялось до тех пор, пока животное не втянуло в себя целиком всю нить, скрученную в клубок. Американскому биологу Г. С. Дженнингсу (1868—1947) довелось увидеть, как амеба «охотилась» за шаровидной цистой эвглены. Амеба догоняла шарик, а он от нее каждый раз откатывался – и так далее; амеба выпускала то одну тонкую длинную псевдоподию (ложноножку: временный вырост, используемый для увлажнения и захватывания), то две короткие; охота продолжалась некоторое время, причем амеба много раз меняла свою форму; кончилось все тем, что добычу угнала инфузория.

Дженнингс приводит и иллюстрирует такой случай. Одна амеба схватила (если можно так выразиться) другую. Жертва разорвалась пополам, и передняя половина уползла. Поскольку псевдоподии у победительницы сомкнулись не полностью, то, когда она изменила направление своего движения, добыча выскользнула и стала уползать. Нападавшая амеба направилась вдогонку ускользнувшей добыче и начала ее заглатывать. Так было два раза. Наконец, почти заглоченная амеба все же выскользнула и ушла.

Не только высокоорганизованные животные объединяются вместе для охоты на крупную добычу. Крошечные солнечники (одноклеточные организмы), временно соединяясь в группы по 10—20 особей, нападают даже на многоклеточных – коловраток, мелких рачков. Прикасаясь к добыче аксоподиями (у солнечника так называют ложноножки), они парализуют ее, а потом уже поедают. После совместного переваривания добычи солнечники вновь расходятся. Пример жгутиконосцев убеждает, что даже простейшие, эти самые примитивные животные, все тело которых состоит из одной крохотной клетки, могут давать приют еще более мелким и просто организованным живым существам.

Действительно, в простейших сплошь и рядом поселяются водоросли, грибы, бактерии, риккетсии и вирусы. Конечно, не все такие квартиранты приносят хозяевам ощутимую пользу (ведь среди них есть и паразиты!) и могут быть названы добрым именем «симбионты», то есть организмы, находящиеся во взаимно полезных друг для друга отношениях. Чаще всего о пользе вообще ничего не известно по той простой причине, что их еще никто не изучал. Однако и полезные, и вредные, с нашей человеческой точки зрения, сожители ведут себя довольно скромно и внешне мало чем себя проявляют.

Но, изучая жизнь парамеций (род инфузорий) аурелий, исследователи столкнулись с необычным явлением. Некоторые их расы убивали парамеций других рас того же вида, когда их пробовали содержать вместе. Сначала думали, что парамеции из расы «убийц» выделяют в воду какие-то ядовитые вещества, перед которыми их жертвы беззащитны. Однако никаких подобных веществ обнаружить не удалось. Истинное оружие парамеций-убийц открыл американский протозоолог Трейси Соннеборн. Им оказались какие-то загадочные микроскопические существа, погруженные в цитоплазму клетки-хозяина. Приступив к их обстоятельному изучению, Соннеборн вскоре убедился, что по своим свойствам они не могут быть отнесены ни к одной из известных групп микроорганизмов, и назвал их нейтрально – каппа-частицами.

Каппа-частицы бывают двух типов. Частицы одного типа содержат одно или несколько преломляющих телец (R-тела), благодаря которым они так и сверкают под микроскопом. Их называют поэтому В-частицами (от англ. bright – «светлый», «блестящий»). Частицы другого типа таких телец не содержат, выглядят темными и называются N-частица-ми (от nonbright – «неблестящий»).

Оба типа частиц сходны и по строению, и по биохимическому составу. Но способностью убивать «чужие» парамеции обладают только В-частицы, да и то далеко не все. И вот что удивительно: парамецию заражают и превращают в убийцу N-частицы, способные делиться. Из них, очевидно, каким-то образом и образуются блестящие В-частицы.

Поскольку в В-частицы входят R-тела, на них теперь и перекладывают всю вину за «кровожадность» агрессивных рас парамеций. Опыты показали, что заглатывание обычной, «мирной» парамецией преломляющего тельца не проходит безнаказанно: у нее после этого возникают явные признаки «отравления». С помощью электронного микроскопа удалось разглядеть, что преломляющее тельце представляет собой ленту, скрученную в тугую пружину, которая может при определенных условиях мгновенно развернуться и нанести сильный удар. Некоторые специалисты считают, что акт убийства как раз и связан с этим внезапным раскручиванием.

Каппа-частицы задали ученым немало задач. Самый главный вопрос: если это живые организмы (а сомнений в этом, кажется, ни у кого не возникало), то куда их отнести – к водорослям, риккетсиям, бактериям или вирусам? Тут-то, пожалуй, полностью оправдывается поговорка: «Сколько людей, столько и мнений».

Действительно, суждения о природе каппа-частиц были и остаются самыми различными. Говорит это только о том, что перед нами что-то совершенно особое. Многое свидетельствует как будто об их сходстве с бактериями – размер, внешняя форма, химический состав, способность размножаться делением. Как и у бактерий, у каппа-частиц нет ядра. Но в отличие от бактерий у них нет и клеточной оболочки, почти или совсем нет ферментов, а хроматиновые вещества не отделены от цитоплазмы. Получается, что они намного примитивнее бактерий. От рик-кетсий и особенно вирусов каппа-частицы отличаются прежде всего более крупными размерами. Зато их поведение во многом напоминает поведение вирусов бактерий-бактериофагов, точнее, их неинфекционных зачатков – профагов.

Подобно профагам, каппа-частицы прочно соединены с наследственным аппаратом парамеции. Они дают ей иммунитет против угрозы со стороны других парамеций, влияют на ее обмен веществ. Но в отличие от профага, включенного в бактериальную хромосому, каппа-частицы диктуют свою генетическую «волю», находясь в цитоплазме хозяина. Долгое время их считали особыми органеллами парамеций – плазмогенами. Кроме того, новые фаговые частицы появляются на свет ценой гибели взрастившей их бактериальной клетки, а только что образовавшиеся каппа-частицы, выбираясь на волю, оставляют парамецию целой и невредимой. Все это характеризует каппа-частицы как в высшей степени загадочных эндосимбионтов. (Эндосимбиоз – сожительство двух форм, при котором одно животное обитает в теле другого).

Судьбы каппа-частиц и парамеций неразрывны, и, как было сказано выше, эта неразрывность закреплена наследственно. Каппа-частицы стали известны как первые носители так называемой цитоплазмаической наследственности, которой до их открытия не могли найти правильного объяснения. Впрочем, иногда хозяин начинает проявлять независимость, но она оборачивается для него пагубными последствиями. Случается, что под воздействием парамеций размножение каппа-частиц сильно замедляется, отставая от размножения хозяина. Тогда молодые парамеции, освободившиеся от симбионтов, рискуют каждую минуту стать жертвой каннибализма своих зараженных сородичей. Выходит, что каппа-частицы превратились в необходимое средство личной безопасности. Кто их не имеет, обречен на гибель.

У парамеции аурелии были открыты и более крупные, похожие на каппа, частицы, которые получили название лямбда-частиц. Они также выступают в роли убийц, причем остаются смертоносными даже тогда, когда их выделяют из тела хозяина. Но в дополнение к этому основному свойству лямбда-частицы, по-видимому, еще и снабжают парамецию-хозяина витамином – фолиевой кислотой. Возможно, на нечто подобное способны и каппа-частицы. Если это будет доказано окончательно, то загадочный симбиоз каннибалов обогатится мирным, пищевым содержанием.

Содружество с микробоподобными частицами свойственно не одним парамециям. Подобный симбиоз был открыт, например, у флагелляты критидии, которая паразитирует в кишечнике клопов, живущих на латуке. В клетке критидии обычно обитает лишь пара похожих на бактерии телец, которые размножаются простым делением. То, что их не становится больше, объясняется, очевидно, тем, что размножением телец, как и у парамеций, заведует клетка-хозяин. Впрочем, в опытах при определенных условиях их удавалось заставить плодиться с такой быстротой, что, переполнив тело критидии, они приводили ее к гибели. В последнее время в парамециях и других одноклеточных обнаружили массу новых, не менее таинственных частиц. Пожалуй, в простейших их оказалось больше, чем в ядре атома. По традиции эти частицы обозначают греческими буквами альфа, бета, мю, пи, эпсилон и т. д. Есть опасение, что если описание «незнакомок» из симбиотического микромира будет продолжаться такими же темпами, то в греческом алфавите для них скоро не хватит букв.

Из всех существующих в природе микросимбионтов микробные частицы простейших, обозначаемые греческими буквами, – самые интересные. Они влекут к себе исследователей, во-первых, заманчивой перспективой проникновения в сокровенные глубины живого микромира и, во-вторых, вполне реальной возможностью заставить частицы, подобно многим «настоящим» микроорганизмам, служить не только парамециям, но и человеку.

ЧЕРВИ. МОЛЛЮСКИ. ЧЛЕНИСТОНОГИЕ

Дождевые черви – загадка от «носа» до «хвоста»

Дождевые (их еще называют земляные) черви в истории образования земной коры играли гораздо более важную роль, чем это может показаться с первого взгляда. Почти во всех влажных местностях они необыкновенно многочисленны и, сравнительно с собственной величиной, обладают довольно значительной мускульной силой. Во многих местностях Англии на площадь в 1 акр (0,4047 га) ежегодно выбрасывается более 10 т сухой земли, прошедшей через их тело, так что весь поверхностный слой растительной почвы в течение нескольких лет проходит через них. Словом, лучшего комбайна по вспашке, удобрению и вентиляции почвы не найти.

Черви наилучшим образом готовят почву для произрастания растений. Они периодически подвергают ее действию воздуха и разрыхляют до такой степени, что в ней не остается ни одного камешка крупнее тех, которые они могут заглотить. Дождевые черви равномерно перемешивают все, подобно садовнику, готовящему мелкую землю для своих растений. Они таскают в свои норки бесчисленное количество сухих листьев и других частей растений – для закупоривания норок и как пищевой материал. Листья, втаскиваемые червями в норки для пищи, разорванные затем на мельчайшие нити и отчасти переваренные, перемешиваются с большим количеством земли. Эта земля образует тот темный плодородный растительный слой, который почти сплошь покрывает поверхность суши. Черви дают свободный доступ воздуху в глубокие горизонты почвы.

Если бы можно было распределить по всей поверхности суши почву, перепахиваемую дождевыми червями за каждые 10 лет, то получился бы слой толщиной в 5 см.

Извлекая грунт из-под предметов, лежащих на земле, черви способствуют их погружению в почву. Эту работу они проделывают, медленно, но в конце концов с большим эффектом – в землю погружаются и закапываются, например, камни или обломки стен зданий.

В тропических лесах Южной Америки и Австралии встречаются дождевые черви-гиганты длиной в 1-2 м. Например, длина австралийского червя мегасколидеса – 2 м, а его толщина – в палец. Вбуравливаясь передним концом тела в почву, он роет в ней длинные и широкие ходы. В более твердом грунте червь пропускает землю через кишечник и выбрасывает ее наружу в виде кучки экскрементов. Живет мегасколидес в земляных ходах, лишь иногда выставляя наружу переднюю часть тела. Организм червя-гиганта настолько приспособлен к жизни под землей, что, вынутый на поверхность, он оказывается совершенно беспомощным. Есть у этого чрезвычайно полезного создания и другие загадочные и даже с высот сегодняшней науки необъяснимые свойства. Например, если разрезать его пополам, приложить один отрезок к другому и прочно скрепить их, половинки срастутся, и он будет жить. Если взять трех одинаковых дождевых червей и у первого отрезать головной конец тела, у второго – хвостовой, у третьего – середину, а потом сложить все три отрезка так, чтобы каждый занял подобающее ему место, и скрепить их – они не погибнут; такой сборный червь, сложенный из кусков трех разных червей, будет продолжать жить. Через несколько недель раны заживут и отрезки срастутся между собой. «Новый» червь ничем не будет отличаться от своих собратьев: станет жить в земле, буравить ходы, искать пищу, расти и размножаться. Через два-три месяца на нем не останется даже рубцов.

Завидная способность

Способностью к регенерации, то есть восстановлению утраченных частей тела, наделены очень многие животные, но в различной степени: одни – в большей, другие – в меньшей. Есть животные, у которых способность восстанавливаться проявляется особенно ярко. Это дождевой червь – о нем вы уже прочитали выше. Это и небольшой плоский червь – плосковик (или планария), живущий в воде. Если разрезать его поперек на пять-шесть кусков, то каждый из них станет самостоятельным плосковиком, только меньшего размера.

Есть животные очень простые по строению, которые могут восстановиться из сотой части собственного тела. Но природа поражает нас и более удивительными загадками. Одна из них связана с муравьями.

Даже если отрезать у лесных муравьев брюшко, они днями продолжают еще выполнять все функции нормального животного: таскают добычу, коконы, личинок, защищаются… А обезглавленные муравьи в течение целого часа выполняют то, что обычно делает нормальное туловище: ползают, выпрыскивают жидкость и т. д. Грудь без головы и брюшка от получаса до часа ходит вокруг короткими шагами, падает и снова поднимается. Отрезанные головы муравьев тоже долго живут, обнаруживая нормальные реакции.

В одном эксперименте две отрезанные головы муравьев, взятых из разных колоний, поместили близко одна от другой в стеклянную баночку. С помощью усиков-антенн они ощупали друг друга, начали открывать и закрывать жвалы и, приблизившись благодаря этому друг к другу, вступили в ожесточенную схватку, которая при постоянном взаимном ощупывании усиками длилась 50 мин. Головы продолжали жить. Для насекомого потеря головы часто всего лишь незначительное происшествие, которое вовсе не влечет за собой немедленных неприятных последствий. Полужесткокрылые насекомые родниус могут прожить в этом состоянии целый год. Реакции на свет продолжаются, причем это явление общего порядка, обнаруживаемое среди многочисленных групп насекомых: глаза вовсе не служат необходимой основой световой чувствительности, хотя и несут задачу создания зрительных образов. Неясно, где сосредоточена эта загадочная чувствительность: на одном уровне с самим кожным покровом или в нервной системе?

Гигантских муравьев, обладающих мертвой хваткой, в Новой Гвинее часто используют в примитивной хирургии в качестве… зажимов. Сблизив края раны, хирурги-целители прижимают к ним челюсти муравья. Тельце насекомого обрывают, а «зажимы» остаются на ране до тех пор, пока она не заживет.

Еще одно удивительное создание – всем знакомая улитка. На голове ее торчат подвижные щупальца, которые то выступают наружу, то прячутся; на верхушке каждого щупальца расположен глаз улитки. Даже если улитка лишится обеих щупалец с глазами и к тому же кусочка головы, спустя две-три недели у нее снова вырастут и недостающая часть головы, и щупальца, и, что важнее всего, глаза. Будь на месте улитки другое животное, например, лягушка или ящерица, потеря была бы невосполнимой, животное погибло бы.

Вспомните обыкновенного речного рака: у него обе клешни одинаковые. Но есть разновидности раков, у которых правая клешня значительно крупнее левой. Потеряв левую, меньшую клешню, такой рак непоправимого ущерба не получит: недостающая клешня отрастет вновь. Попробуйте, однако, отнять у него правую, большую клешню. Она появится вновь, но будет гораздо меньше по величине. Зато оставшаяся нетронутой левая, маленькая клешня сильно увеличится, и рак станет левшой; теперь он будет выглядеть иначе – левая клешня у него окажется гораздо крупнее правой.

Если по какой-либо причине рак лишится обеих клешней, эта потеря тоже вскоре восстановится: вместо оторванных клешней появятся новые, но они уже будут одинаковые.

Любопытно, что у некоторых высших ракообразных вместо отрезанного глаза иногда вырастает щупальце. Факты подобной ненормальной регенерации достаточно известны. Потерянный глаз восстанавливается, если сохранился глазной нервный узел. А когда одновременно с глазом удаляется и глазной нервный узел, отрезанный глаз заменяется щупальцем.

Ничего не скажешь, завидными способностями наделены эти создания, и разгадка их тайн многое могла бы принести человеку.

Морские звезды – чудо царя Нептуна