Большие биологические часы

Каждая клетка -- миниатюрный носитель жизни, который подчинил собственную свободу деятельности организма в целом. В каждой клетке тела заключена генетическая информация, достаточная для того, чтобы был воспроизведен весь организм. Эта информация записана в структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и заключена в генах, расположенных в ядре. Поэтому ядро долгое время считалось главной составной частью клетки. Затем было понято значение других компонентов клетки, и перед учеными открылась удивительная картина.

В клетках всех высших организмов были обнаружены образования -митохондрии, являющиеся как бы печью, где происходит основное сжигание топлива, используемого организмом. Это топливо -- углеводы (глюкоза) и жиры (жирные кислоты). Митохондрии имеют свой отдельный аппарат наследственности и деления. Многие данные позволили предположить, что на каком-то этапе эволюции митохондрии существовали самостоятельно, а затем соединились с примитивной клеткой, обеспечив ее совершенным способом сжигания топлива, что увеличило ее энергетические ресурсы.

Клетка имеет свои внутриклеточные регуляторы, причем их структура одинакова и у микробов, и в клетках высших организмов. Одна из групп этих регуляторов построена из продуктов обмена глюкозы (циклические нуклеотиды), главным представителем которых является циклический аденозиномонофосфат (или цАМФ); вторая -- жирных кислот (простагландины). Так, из энергетических субстратов создается система регуляции для использования этих субстратов.

Природа снабдила клетку многими устройствами и механизмами, но, пожалуй, вряд ли прежде кто-либо ожидал, что оболочка клетки -- мембрана -играет столь большую роль. Вначале казалось, что мембрана просто отграничивает и защищает внутреннее содержимое клетки, пассивно обеспечивая поступление сюда необходимых веществ и выброс отходов. Но ведь энергетическая система всех клеток построена одинаково. Поэтому если бы мембраны клеток были просто отграничивающими оболочками, то, например, сигнал к усилению деятельности клеток печени без препятствий передался бы всем клеткам тела. Это порождало бы хаос. В действительности же оболочка каждой клетки -- мембрана -- построена таким образом, что она воспринимает только нужные ей сигналы.

В общих чертах мембраны клеток состоят из липидов, главным образом холестерина, который образует как бы каркас мембраны. В структуре этого каркаса находятся белки и молекулы Сахаров. Все это вместе создает образования, которые воспринимают лишь необходимые для клетки сигналы. Эти антенны, или рецепторы, настроены на восприятие одних сигналов и нечувствительны к другим. В соответствии с сигналами, поступающими с рецепторов мембраны, клетка меняет свою активность, скорость процесса деления и т. д. Так, благодаря мембране клетка отвечает только на нужный ей сигнал, или согласовывает первый уровень регуляции -- внутриклеточный -- с требованиями, предъявляемыми клетке организмом (рис. 1).

Второй уровень регуляции -- надклеточный -- создается гормонами. Гормоны -- специальные вещества, вырабатывающиеся в эндокринных железах; поступая в кровь, они оказывают влияние на деятельность чувствительных к ним клеток. Действие гормонов, например, таких эндокринных желез, как надпочечники и паращитовидные железы, прежде всего направлено на выполнение закона постоянства внутренней среды.

Если вспомнить, что первично жизнь зародилась в водной среде, то не может не восхитить, что состав и концентрация солей (ионов), омывающих клетку, практически точно соответствуют солевой среде Мирового океана в докембрийском периоде, когда в процессе эволюции создавалась структура современной клетки. В течение миллионов и миллионов лет состав клеток остается постоянным, несмотря на столь сложные их преобразования в специализированные ткани и органы в ходе дальнейшей эволюции живой природы.

Концентрация в крови кальция и фосфора, контролируемая главным образом паращитовидными железами, концентрация натрия и калия, контролируемая главным образом надпочечниками, строго охраняется в течение всей жизни индивидуума. Даже болезни, связанные со старением, не в состоянии вызвать существенных сдвигов этих жизненно важных элементов. Механизм смерти как бы обходит стороной эти показатели внутренней среды, одинаково важные и для одиночной клетки в первичном Мировом океане, и для нервной клетки головного мозга человека. Эти свойства охраняются, вероятно, столь стойко ради сохранения самой жизни.