Помоги проекту - поделись книгой:
Всю ночь Мечников не спал, с нетерпением ожидая результата, а на следующий день, рано утром, Мечников увидел, что шипы действительно окружены подвижными клетками. Его предположение оправдалось!
Этот опыт положил начало учению Мечникова о клетках, которые защищают организм: очищают его от попавших в него разных посторонних частичек.
Изучению таких клеток Мечников посвятил последующие двадцать пять лет своей жизни.
Чистота и порядок.
На первый взгляд может показаться странным, о какой уборке в организме может идти речь. Какие посторонние частички попадают в организм и что за беспорядки могут быть у клеток? Но, подумав немного, можно ответить на эти вопросы. Пыль и даже кусочки угля заносятся вместе с вдыхаемым воздухом. А сколько заноз было у каждого из нас - и не сосчитать! Что касается беспорядка среди клеток... он возникает при ушибе, царапине.
В организме чистоту и порядок соблюдают специальные клетки. Они готовы в любой момент приступить к своим обязанностям. Что не так - они тут как тут. Но блюстителем порядка может стать не любая клетка, а лишь лейкоциты - белые кровяные клетки и еще некоторые клетки соединительной ткани. Эти клетки становятся уборщиками, только если в организме что-то не в порядке. Они бросаются наводить порядок, ловить и выкидывать из организма все ненужное. Но как же они делают это? Прежде всего, как они передвигаются? Ножками, но непостоянными. То в одном месте клетки выступает ножка, и клетка как бы переливается за ней. Потом возникает другая ножка, и опять клетка продвигается. Это так называемые ложноножки. Пусть и ложные, но с их помощью можно двигаться в определенном направлении. Ложноножками передвигались и клетки за которыми наблюдал Мечников, когда они двигались к шипам розы. Точно так двигаются и амебы - микроскопические организмы, состоящие всего-навсего из одной клетки. Поэтому такое движение и стали называть амебоидным, а клетки с амебоидным движением - амебоцитами. У личинок морских звезд амебоциты блуждали по всему телу. А у высших животных и у человека они циркулируют по сосудам, являясь частью крови. Лейкоциты, как амебы и амебоциты, образуют ложноножки и с их помощью двигаются к посторонним частичкам. Они не всегда ограничиваются окружением: подойдя совсем близко к посторонней частичке, они могут втащить её в себя. Мечников назвал их "фагоцитами", что на греческом языке и означает "клетки-пожиратели". Эти клетки прямо-таки пожирают - фагоцитируют - ненужные частички. Происходит фагоцитоз - захват фагоцитами твердых частиц. Клетки-пожиратели поглощают не только посторонние мелкие частички, которые случайно попали в организм. Благодаря фагоцитам из организма удаляются и погибшие клетки.
Кроме того, фагоциты следят, чтобы клетки находились там, где им положено. Вот красным кровяным клеткам - эритроцитам - надо двигаться по сосудам. Но если сосуд лопается и эритроциты из него выпадают - это уже не порядок. Вне сосудов они чужие. Их необходимо убрать, очистить от них этот участок. И фагоциты без промедления приступают к своим обязанностям. Те, что оказались вблизи, первыми достигают эритроцитов. За ними следуют более отдаленные. Заработали ложноножки. Скорей, скорей! Лейкоциты, которые раньше мирно текли по сосудам с эритроцитами, теперь выходят из неповрежденных сосудов и поглощают своих бывших соседей. Обычные лейкоциты превратились в фагоцитов, в пожирателей.
Вплотную подходят фагоциты к тому, что им надо убрать. Но как попасть внутрь фагоцита кусочку угля или мертвой клетке? Ведь сквозь его оболочку не пройти. Она, правда, не сплошная, в ней, как и в оболочках всех клеток, имеются кое-где отверстия, но они в тысячи раз мельче поглощаемых частичек. Их можно увидеть только в электронном микроскопе. Через них не смогут пролезть даже совсем маленькие частички. Вход в клетку надежно закрыт. Как же в фагоците оказываются целые клетки или довольно крупные по сравнению с ним обломки клетки и разные посторонние частички? Каким образом они оказались внутри его? Как только поглощаемая частичка коснется фагоцита, ее сразу окружают ложноножки. Они будто ковшом захватывают ее. Постепенно ложноножки удлиняются и полностью смыкаются над нею. Все. Теперь никуда не денется! В фагоцит можно попасть и другим путем. Постороннее тело в него иногда просто как бы вдавливается. Но и в этом случае над ним все равно сомкнутся свободные края фагоцита. Вот так и оказывается внутри фагоцита частичка почти с него величиной.
Клетки многоклеточных организмов не переваривают пищу внутри себя, как это происходит у клетки-организма амебы. Она переваривается у них в пищеварительном канале. Клетки всасывают уже готовые питательные растворы. Фагоциты - исключительные клетки: в них самих может происходить переваривание. Но оно нужно им не для питания, как у амебы, а только для защиты организма. Ну, а если в фагоцит попадает что-нибудь несъедобное, например частичка угля, то он, разумеется, не может ее переварить. Но и в этом случае фагоцит защищает организм, изолируя частичку от остальных клеток. Фагоциты, заполненные непереваренными частичками, путешествуют по организму и в конце концов удаляются из него.
Благодаря фагоцитозу в организме поддерживается чистота и порядок!
Охотники за микробами.
Такие линзы дали возможность Левенгуку обнаружить новый мир живых существ. В воздухе, в капле лужи, в пище, в организме животных и человека - повсюду Левенгук находил мельчайшие живые существа, которые невозможно увидеть простым глазом. Более трехсот лет тому назад - в 1674 году - в письмах в Лондонское королевское общество Левенгук сообщал об открывшемся перед ним мире: "Зрелище это я наблюдал с жадностью и ненасытностью". Настойчивость и труд обеспечили успех наблюдений Левенгука. Описания, которые он делал, отличались безукоризненной точностью.
Сам Левенгук ни разу не высказал мнения о возможной вредности открытых им существ, хотя он видел их и в питьевой воде, и во рту, и в кишечнике лошади... Но открытия Левенгука помогли другим исследователям установить, что тысячи видов микроорганизмов-микробы - являются возбудителями разных болезней. Попадая в организм животного или человека, они заражают его.
Микробы гораздо опасней таких посторонних частичек, как, допустим, пылинки или угольки. Каждый микроб выделяет вредные, отравляющие вещества. Но в организме есть охотники за микробами. Это - фагоциты, клетки-пожиратели. Пока они движутся по сосудам - они только готовятся к предстоящей охоте. Сигнал к началу ее дают сами же микробы. Выделяемые ими яды служат как бы приманкой для лейкоцитов. По кровяному руслу к месту заражения направляются целые полчища лейкоцитов - их привлекают ядовитые выделения микробов. Но не так-то просто пройти сквозь стенку сосуда! В первых рядах лейкоциты, ядра которых состоят из отдельных удлиненных долек, соединенных тончайшими перемычками. Таким клеткам гораздо легче проходить по узким межклеточным пространствам, чем лейкоцитам с одним крупным округлым ядром. Вот и протискивается одна доля, за ней другая...
Вышедшие из сосудов лейкоциты и не узнать: округлости как не бывало. И не определить, какой они формы: то тут, то там появляются у них ложноножки. Лейкоциты готовы к фагоцитозу - к поглощению микробов и к последующему их перевариванию.
Не только подвижные лейкоциты, но и вполне оседлые клетки становятся фагоцитами, как только организму угрожает опасность. Оседлая жизнь их сразу прекращается. С помощью ложноножек и они спешат к опасным участкам. Такие клетки называют "блуждающими". Впрочем, они не бесцельно блуждают, а двигаются по направлению к микробам, на охоту за ними.
Охота фагоцитов за микробами очень важна для организма. Чем энергичнее работают фагоциты, тем успешней идет борьба организма с заболеванием. Микробы очень быстро размножаются. Иногда их становится так много, что фагоциты не в состоянии с ними справиться. Случается, что фагоциты поглотили всех микробов, но не могут их переварить. Более того, микробы могут продолжать размножаться внутри фагоцитов и даже переноситься вместе с ними в другие места организма. Бывает, что погибают и сами охотники. В неравной борьбе с микробами они оказываются побежденными. Гной - это и есть скопление погибших фагоцитов. К нему подойдут другие фагоциты и начнут заниматься уборкой до восстановления полного порядка.
Теперь наукой доказано, что, помимо фагоцитоза, имеются и другие способы защиты. При попадании в организм чужеродных веществ в нем возникают так называемые антитела, обезвреживающие эти вещества.
Глава четвёртая
Внутренние часы.
Все организмы имеют такие биологические часы. Они, как будильник, дают на рассвете сигнал к пробуждению всем дневным животным и, наоборот, указывают ночным, что им пора на дневной отдых. Спозаранку просыпается большинство лесных птиц. А сова, филин и другие ночные птицы только после захода солнца начинают поиски пищи, когда дневные птицы уже угомонятся.
Как же животные отмеряют время, каким образом они запоминают его? Именно запоминают, как это показали опыты с пчёлами.
В определенное время суток, с 9 до 11 часов утра, пчелам выставляли кормушки с сахарным сиропом. А в остальные часы кормушки были пустыми. Через несколько дней такого регулярного кормления пчелам устраивали экзамен - проверяли, помнят ли они время, когда их угощают. Пчелы экзамен выдержали: больше всего насекомых прилетало с 9 до 11 часов. Пчел не удавалось сбить с толку. Пробовали освещать их непрерывно днем и ночью или, наоборот, содержать круглые сутки в полной темноте - пчелы оставались неизменно точными. Их биологические часы не отставали и не спешили - во всех случаях насекомые посещали кормушку в одно и то же время. Пчел можно было приучить прилетать к кормушке в любое время суток: они быстро поддавались дрессировке. Но пчелы могут прилетать только через 24 часа! А вот, например, каждые 19 часов они не могут отсчитывать. Работа биологических часов связана только с сутками. Эти часы дают пчелам возможность в течение нескольких дней, не вылетая из улья при плохой погоде, помнить время, в которое цветки выделяют нектар.
Где находится механизм, который управляет биологическими часами? Ответ на этот вопрос получили в опытах с тараканами. Эти ночные животные, которые у всех вызывают отвращение, оказались полезными для науки. Сначала подопытным тараканам портили их биологические часы. Для этого их держали круглосуточно на свету или в темноте. Через 4-6 дней эти тараканы уже не делили сутки на день, когда они малоподвижны, и на ночь, когда они активно двигаются. Они то быстро бегали, то отдыхали. Путали день и ночь и тараканы с закрашенными черным лаком глазами. Затем опыты усложняли. Брали двух тараканов и хирургическим путем соединяли их так, что кровь их смешивалась. При этом один таракан оказывался над другим. Верхний таракан был обычный, а нижний - с испорченными биологическими часами. Но через некоторое время после соединения нижний таракан переставал беспорядочно дрыгать ногами: у него восстанавливалась его обычная активность только в ночное время.
Каким же образом происходила починка часов нижнего таракана? Какое влияние оказывал на него верхний партнер? И на этот вопрос удалось ответить опытным путем. Оказалось, что можно и не соединять двух тараканов, чтобы одному из них исправить часы. Достаточно таракану с испорченными часами пересадить клетки от обычного таракана. Но не любые клетки какого попало органа, а только нервные клетки из подглоточного нервного узла. Тогда стало ясно, что именно эти клетки выделяют вещество, которое ведает суточной деятельностью животного. Оно и переносилось кровью из тела верхнего таракана к соединенному с ним нижнему. Образование этого вещества начинается сразу после наступления темноты. Теперь понятно, почему у невидящих тараканов нарушался обычный ритм жизни, - ведь через глаза передается сигнал к клеткам, вырабатывающим это вещество.
У человека тоже нашли клетки, связанные с биологическими часами. Расположены они в мозге. В головном мозге - как бы главный часовой механизм. А в разных органах и в их клетках имеются свои часы, со своим ходом. Более сотни процессов в теле человека изменяются в течение суток. Мы уже говорили о дыхании, температуре, работе сердца. Ночью понижается память (особенно между 2 и 4 часами), увеличивается число ошибок при решении задач. Мышечная сила человека больше всего с 8 до 12 и с 14 до 17 часов, а с 2 часов ночи до 5 утра и с 12 до 14 часов человек наиболее слаб.
Когда биологические часы идут нормально, мы и не замечаем их хода. А вот поломка этих часов дает о себе знать. Её всегда ощущают люди, которым приходится пересечь временные пояса Земли при перелете с запада на восток или, наоборот, с востока на запад. Например, при перелете из Москвы в Хабаровск (разница во времени в этих городах составляет 7 часов) человек испытывает слабость, утомление, желание спать, днем и бодрствовать ночью. Неисправность внутренних часов чувствуется и при работе с непривычки в другую смену. Требуется несколько дней для перестройки биологических часов. Вот почему, чтобы быть здоровым, чтобы организм работал правильно, не сбивался со своего суточного ритма, необходимо соблюдать режим: вовремя ложиться спать, в одно и то же время вставать, в определенные часы есть и делать уроки.
Изучают суточные ритмы в самых разных направлениях. С развитием космонавтики возникла новая область медицины - космическая медицина. В её задачи тоже входит изучение биологических часов. Необходимо знать, в какие часы суток человек лучше переносит различные перегрузки - действие ускорений, недостаток кислорода...
Надо выяснять, в какое время суток наиболее чувствительны клетки того или иного органа к действию на них разных лекарств. Может случиться, что лекарство не оказывает никакого влияния только потому, что его принимают не в те часы.
Мы должны внимательно относиться к ходу наших биологических часов.
Были и небылицы.
А в русских народных сказках Иван-царевич не менее отважно отсекал головы у трехголового змея. И опять на месте отрубленной головы появлялись две новые. Откуда брались такие истории? Вероятно, давным-давно люди заметили, что у ящерицы отрастает оторванный хвост, а из половинок дождевого червя образуются два целых червя. Тяжелые ранения во время кровопролитных войн вызывали мечты о волшебных исцелениях. Вот и появлялись сказочные истории.
А может ли действительно на месте отрезанной конечности вырасти новая? Дорастает ли кусочек живого тела до целого организма? Чтобы ответить на подобные вопросы, недостаточно случайных наблюдений. Необходимо ставить опыты.
Первые опыты по восстановлению частей тела провел французский естествоиспытатель Рене Антуан Реомюр. Он был не только зоолог и ботаник, но еще физик и химик; он изобрел и спиртовой термометр. Реомюр наблюдал, как на месте отрезанных ног у речного рака вырастают другие. Он ввел в науку новое слово - "регенерация": от латинских слов "ре" - "снова" и "генератио" - "возникновение". Работа Реомюра о регенерации ног у рака была напечатана в 1712 году. Но она прошла незамеченной, и сам Реомюр прекратил свои опыты.
Только спустя 28 лет швейцарский натуралист Абраам Трамбле продолжил опыты по регенерации. Существо, на котором он экспериментировал, тогда не имело еще названия. Да и не ясно было, животное это или растение. Оно имело вид полого стебелька, который задним концом прикреплялся к стеклу аквариума или к водным растениям, а на переднем имел щупальца. Когда это существо разрезали на отдельные кусочки, то из каждого из них вырастало целое существо, подобно тому, как из черенка растения вырастает целое растение. Но это все-таки было животное, да еще хищное, которое питалось мелкими рачками. А когда Трамбле делал продольные разрезы на переднем конце этого животного, то на месте каждого разреза возникали новые щупальца. Одним словом, образовывалось многоголовое чудовище, весьма сходное с Лернейской гидрой, которую победил Геракл, только значительно меньшего размера. Само собой напрашивалось название для этого существа: гидра. Эта гидра обладала еще более удивительными особенностями, чем Лернейская: она дорастала до целой даже из 1/200 части своего тела. Быль превзошла сказку! Когда в 1743 году в Трудах Лондонского Королевского общества были опубликованы опыты Трамбле, им просто не поверили. Они казались неправдоподобными. И тогда Реомюр выступил в защиту Трамбле и подтвердил достоверность его исследований.
После опытов Трамбле многие ученые в разных странах, в том числе и Реомюр со своими учениками, начали изучать восстановление частей тела у самых различных животных. Оказалось, что у многих животных отрастают утраченные ими части тела. Более того, из части тела может восстановиться целое животное.
Если перерезать пополам ресничного червя планарию, то на одной половинке вырастет недостающая голова, а на другой хвост, то есть образуются две планарии. А если на передних и задних концах этого червя сделать продольные надрезы и не давать им срастись, то на каждом из них вырастут по голове и хвосту - образуется двухголовый и двухвостый червь. Из совсем крошечного кусочка тела планария дорастает до червя обычного размера. Даже из 1/280 части образуется целый червь!
Морским звездам не страшно лишиться лучей. У них на месте оторванного луча возникает новый. Но и сам оторванный луч может дорасти до целой звезды.
Как же это происходит? Да так же, как и при обычном росте. Рост недостающих частей также идет за счет быстрого деления клеток: из одной клетки возникают две, а после деления этих двух становится четыре... Но одного деления недостаточно, чтобы восстановить утраченную часть тела. Надо еще, чтобы клетки приобрели разные профессии: одни из них должны стать клетками кожи, другие - мышц, третьи - участвовать в пищеварении, четвертые...
Значит, чем сложнее устроен организм, тем труднее должна быть у него регенерация утраченных частей. Чудесные восстановления, подобные тем, что бывают у гидры или морских звезд, происходят только у низкоорганизованных животных. Да и то не у всех. Даже среди близких родственников способность к регенерации бывает различной: одни черви вырастают из маленьких кусочков своего тела, а для других оказывается гибельной перерезка пополам. Почему это так? Пока неизвестно. Во многих научных лабораториях ведутся исследования по регенерации. Ученые выясняют причины восстановления органов, ищут способы превращения небылиц в были.
Тайны отрастания.
Почему же у одних животных лапки отрастают вновь, а у других нет? В чем тут дело? Ученые стали сравнивать, что происходит в тканях после удаления лапок у тех и других животных. И установили, что у животных, у которых отрастают новые лапки, ткани вокруг образовавшейся раны сильно разрушаются. Их клетки как бы омолаживаются. Они становятся похожими на клетки зародышей, которые еще не приобрели определенной специальности. Такие упрощенные клетки скапливаются около раны. Они усиленно делятся, постепенно усложняется их строение, и в конце концов из них образуется новая лапка.
У животных, у которых новые лапки не отрастают, ткани не разрушаются. Рана у них просто заживает - образуется рубец, шрам. Узнав это, ученые решили попробовать разрушать их ткани. Может быть, тогда и у этих животных смогут отрасти новые лапки.
Разными способами разрушали ткани: обрабатывали поверхность раны кислотами и солями. Облучали ультрафиолетовыми лучами. Кололи иголками. И действительно, разрушение помогло восстановлению. После разрушения тканей лапки восстанавливались и у головастиков "старшего возраста" и у лягушек. Хотя у подопытных ящериц и крысят новые лапки и не выросли, но у них на месте старой лапки все же появились выросты с отростками, похожими на пальцы.
Результаты этих исследований очень интересны. Они показали, что можно добиться восстановления органов. Нужно искать вещества, вызывающие и ускоряющие отрастание. Выяснять, при каких способах удаления органа лучше и быстрее происходит его восстановление.
Опыты ученых на животных помогут лечить людей.
"Белые пятна".
Разные части клетки были описаны еще в прошлом столетии, когда клетку изучали в обычном, световом микроскопе. С тех пор при помощи электронного микроскопа узнали много подробностей об их строении. Казалось, нечего было и мечтать найти в клетке что-нибудь новое. Но в 1963 году электронные микроскописты обнаружили в ней неизвестные трубочки. И не в каких-нибудь исключительных клетках, а в каждой клетке.
Но почему же раньше их никто не замечал? Может быть, просто не обращали на них внимания? Так тоже иногда случается в науке. Например, фигуры делящихся клеток увидели только после того, как появились работы с описанием и рисунками деления клеток. Их увидели на тех же самых препаратах, которые сотни раз до этого рассматривали под микроскопом.
С трубочками дело обстояло иначе. Их увидели, когда при обработке клеток для рассматривания в электронном микроскопе начали применять новое вещество. Оказалось, что ранее используемые вещества разрушали эти трубочки. А трубочки, или, как их назвали, микротрубочки, - очень хрупкие.
Наука постоянно развивается. Новые приборы, новые методы, применение новых веществ приводят к новым открытиям. Так получилось и с микротрубочками. Но после их открытия возникло "белое пятно". Неясно было, как они устроены. Постепенно определили, что стенка микротрубочек состоит из нитей. Удалось определить, что таких нитей тринадцать. Потом выяснили, что каждая нить состоит из частичек белка, которые расположены на ней в виде бусинок.
Чтобы лучше узнать строение и свойства микротрубочек, понадобились многочисленные опыты. Микротрубочки оказались невероятно чувствительными к холоду. Они гораздо раньше "мерзнут", чем другие части клетки. Стоит им побыть при низкой температуре, как нити бусинок рассыпаются - микротрубочки разрушаются. Но как только температура повышается, бусинки снова "нанизываются". Иногда, правда, их сборка идет не совсем гладко. Какие-то бусинки теряются, что-то не дает им возможности соединиться, и тогда в стенке микротрубочки возникает дыра.
Какую же роль играют микротрубочки в клетке? Сначала, как всегда, был период догадок и предположений. Но постепенно накапливались факты, полученные разными исследователями в результате экспериментов. Стало очевидным, что микротрубочки являются скелетом клетки, они определяют форму. Особенно убедительно это было показано на одноклеточном организме, имеющем грушевидную форму. Когда у него разрушали микротрубочки, он переставал быть похожим на грушу. Кроме того, микротрубочки выполняют в клетке роль рельсов: по ним движутся зернышки красящих веществ - пигментов, перемещаются различные пузырьки. Из микротрубочек состоит тянущий аппарат в делящейся клетке, который растягивает хромосомы к её противоположным полюсам. Микротрубочки связаны и с клеточным движением.
Так что же, одни и те же микротрубочки выполняют столько дел или это все разные микротрубочки: одни отвечают за форму клетки, другие образуют рельсы, третьи участвуют в движении? Может быть, и то и другое. А может быть, в одном месте клетки одни микротрубочки занимались одним каким-то делом. Потом клетке эта их работа перестала быть нужна. Микротрубочки распались на бусинки. А в другом месте клетки они собрались вновь, но уже с тем, чтобы выполнять в ней новое задание.
Всё это предстоит ещё выяснить. Правда, кое-что уже известно. Установили, что в клетке можно выделить несколько видов микротрубочек, которые по-разному относятся к температуре, к соляной кислоте и другим веществам. Возможно, что разные по свойствам микротрубочки выполняют и разную работу. Установить это помогут дальнейшие исследования. Они сотрут эти "белые пятна". Но тогда обязательно появятся новые.
Аспиз М. Е.Увиденное невидимое. Научно-популярная литература.Рисунки А. Панина. Москва, "Детская литература", 1977.Автор рассказывает о клетках, из которых состоит всё живое, их строении и функциях.
Для среднего возраста.Мирра Евсеевна АспизУвиденное невидимое.Ответственный редактор Г. А. ИвановаХудожественный редактор И. Г. НайдёноваТехнический редактор Е. М. ЗахароваКорректор Л. И. Дмитрюк
Поделиться книгой: