Три тайны жизни - Фурсов Владимир Иванович "Доктор биологических наук" (книги онлайн полные TXT) 📗
Иногда количество хромосом у различных видов совпадает, как, например, у гороха и ржи (по 14 хромосом) или у лошади и коровы (по 60 хромосом). Это только количественное сходство, но по своей наследственной природе хромосомы каждого вида и даже организма имеют свои индивидуальные особенности.
Эти морфологические и структурные особенности хромосом отчетливо проявляются уже в профазе начинающей делиться клетки. Каждая хромосома бывает поделена равномерно или неравномерно на две части (плеча), между которыми находится небольшая светлая зона — центромера. К концу профазы каждая хромосома успевает поделиться вдоль строго пополам, в результате чего образуются две сестринские хромосомы, скрепленные между собой центромерой. К этому же времени исчезают ядрышко и ядерная оболочка. После исчезновения ядра каждая самоудвоенная хромосома стремится расположиться в средней части клетки по экваториальной ее плоскости. В животных клетках центриоля также делится на два тельца, и каждое из них движется к противоположным полюсам клетки.
Следующая стадия — метафаза — характеризуется тем, что хромосомы клетки располагаются в ее экваториальной плоскости, а к их центромерам с обеих сторон подходят нити ахроматинового веретена, которые идут от полюсов клетки там, где находятся центросомы, и прикрепляются к последним, если они имеются (например, в клетках животных). Затем центриоли, соединяющие половинки хромосом, тоже делятся вдоль, и разъединенные сестринские хромосомы начинают свое движение к противоположным полюсам клетки. Эта стадия называется анафазой. Движение половинок хромосом к полюсам клетки происходит вследствие сокращения нити ахроматинового веретена.
Последняя стадия — телофаза — заключается в том, что разошедшиеся к полюсам хромосомы снова раскручиваются (диспирализуются) и переходят в оптически невидимое состояние. Вокруг них образуются новые ядра и ядрышки, в это же время появляется между ними перегородка. Так возникают две дочерние клетки, получившие от материнской через хромосомы все ее наследственные признаки и органоиды, так как перед делением клеток органоиды тоже делятся и распределяются равномерно между делящимися клетками.
На деление клеток уходит от одного до пяти-шести часов. Особенно интенсивно деление происходит в период отдыха организма. У человека, большинства животных и растений клетки делятся главным образом ночью, а у ночных животных (кошки, совы, мыши и др.) наиболее интенсивное деление клеток идет днем.
Таким образом, митоз обеспечивает постоянство числа хромосом во всех клетках индивидуума.
Все организмы животных и растений при половом размножении образуются путем длинного ряда митотических делений оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) и являются прямыми ее потомками. В результате все клетки тела многоклеточных организмов содержат такие же хромосомные наборы, как и оплодотворенная яйцеклетка, из которой развивается данная особь. Зигота, как известно, образуется путем слияния мужской и женской клеток. При оплодотворении сливаются мужские и женские ядра, но не их хромосомы. Поэтому в оплодотворенной яйцеклетке, а следовательно и во всех клетках развивающейся из нее особи, содержится двойной, или диплоидный, набор хромосом.
Очевидно, что в диплоидном наборе каждая из хромосом является потомком соответствующей хромосомы зиготы, а в зиготе половина хромосом имеет отцовское, половина — материнское происхождение. Мужская и женская гаметы несут одинаковые наборы хромосом. Поэтому в диплоидном наборе хромосомы образуют пары гомологичных (родственных) хромосом, причем одна из гомологичных хромосом имеет отцовское, другая — материнское происхождение.
В каждом поколении число хромосом не удваивается, а остается на характерном для данного вида уровне благодаря тому, что гаметы всегда содержат не двойной, а одинарный, или гаплоидный, набор хромосом. Например, клетки тела человека содержат по 46 хромосом, а его сперматозоиды и неоплодотворенные яйцеклетки — по 23 хромосомы.
Это характерное отличие гамет от соматических (телесных) клеток возникает вследствие того, что при образовании гамет в ряде делений клеток одно отличается от митоза и представляет собой редукционное деление, которое приводит к уменьшению числа хромосом ровно наполовину. Это происходит потому, что при образовании гамет из материнской диплоидной клетки расходятся не половинки самоудвоенных хромосом, а целые хромосомы. Поэтому в гаметах всегда бывает одинарный, или гаплоидный, набор хромосом. При слиянии гамет, как уже отмечалось, снова восстанавливается исходное диплоидное число хромосом. Таков замечательный механизм, который позволяет сохранить постоянство числа хромосом во всех поколениях животных и растений.
Таким образом, клетка является не только элементарной, но и функциональной, а также генетической (наследственной) основой всех живых организмов. В наши дни цитология (наука о клетке) находится в центре всех биологических наук. Цитология является своего рода «тяжелой индустрией» науки о живом, от уровня которой зависит успех в разработке кардинальных проблем биологии, медицины и сельского хозяйства. Без привлечения ее специальных методов невозможно решать такие практически и теоретически важные проблемы, как искусственный синтез органических веществ, в первую очередь белков, проблемы злокачественного роста (рака), заживление ран, действие различных веществ на организм, создание высокопродуктивных гибридных форм животных и растений.
Например, причиной образования опухолей, главным образом раковых, является нарушение процесса митотического деления. Эти нарушения могут происходить как под действием внутренних, так и внешних факторов. В настоящее время еще нет окончательного ответа на вопрос о причине превращения нормальной клетки в раковую. Но многие внешние факторы, вызывающие появление злокачественной опухоли, известны. Это различные так называемые концерогенные химические вещества, которые могут попадать в организм через дыхательные пути, с пищей, водой и т. д. Известно воздействие различных видов радиации и некоторых пластмасс.
Изучены изменения в раковых клетках. Эти клетки способны очень быстро делиться и образуют опухоль, которая продолжает расти даже в условиях голода, полного истощения организма. В отличие от нормальных клетки злокачественной опухоли приобретают атипическую форму и внутриклеточную структуру. Если нормальные клетки являются клетками-близнеца-ми, клетками-копиями, то раковые имеют разные формы, размеры, разное количество хромосом и т. д. В раковых клетках человека насчитывается от 60 до 80 хромосом (вместо обычных 46), при этом хромосомы имеют необычную форму. Для нормальных клеток резкое отклонение кариотипа (числа хромосом) от нормы является смертельным. А вот опухолевые клетки, наоборот, не только выживают при этом, но оказываются еще более жизнеспособными по сравнению с неопухолевыми. Они успешно размножаются и растут, приводя организм к гибели. Причины поразительной жизнеспособности опухолевых клеток с резко измененным кариотипом пока еще полностью не выяснены.
Одной из величайших проблем биологии было и остается изучение процессов синтеза органических веществ в клетке, а затем уже синтеза этих веществ искусственным путем. Незнание этих интимных процессов синтеза в клетке долгое время являлось сильным подспорьем для процветания религиозно-метафизического мировоззрения. Религия, а вслед за ней и религиозно мыслящие ученые, утверждали, что в живом организме существует какая-то особая нематериальная «жизненная сила», которая создает все органические вещества в клетке.
Но вот уже на рубеже XX столетия были вскрыты в основном процессы синтеза углеводов, жиров и других менее сложных органических веществ в живой клетке. Однако неразрешенной до последнего времени оставалась загадка синтеза самого необходимого вещества в клетке — белка. В настоящее время и этот барьер в основном взят наукой, поэтому последний оплот идеализма — «участие сверхъестественных сил» — в синтезе живого белка потерял под собой почву.
