Занимательная биология

В неживом веществе поведение любой группы атомов беспорядочно и случайно и только в массе подчиняется статистическим законам. А тут перед нами очень небольшое с точки зрения статистики число атомов.

И в то же время их ассоциация в высшей степени упорядочена и стабильна. Наследственную информацию, записанную языком химии в структурах нуклеиновых кислот, они проносят через тысячелетия. Это и удивительно.

«Кожа» клетки

Итак, все живое на Земле, и растения и животные, сложено из клеток, как молекулы из атомов. Мало кого в наши дни это утверждение удивит, мало для кого оно будет новым. Но открытие этой, теперь можно сказать, прописной истины сделано сравнительно недавно и совершенно случайно.

Имя человека, который первым из людей увидел клетку, — Роберт Гук. Он был ассистентом известного физика Бойля. Случилось это в Англии в 1667 году. В то время, как известно, натуралисты и ненатуралисты, которые могли позволить себе подобное развлечение, увлекались лупами и микроскопами. Покупали или делали их сами и смотрели в увеличительные стекла на все, что попадалось под руку.

Роберт Гук сделал микроскоп сам. И рассматривал в него разные вещи, которые открывали перед ним свои невидимые для невооруженного глаза свойства. Позднее он рассказал об этом в книге «Микрография». Однажды ему попалась в руки пробка. Гук нарезал ее на тонкие ломтики и положил под объектив.

И увидел… стройные ряды ячеек, или клеток, как назвал их он. Роберт Гук, как смог, зарисовал клетки пробкового дуба. Но открытие Гука и его рисунки не произвели большого впечатления на современников.

Прошло еще 200 лет, и только в 1839 году была создана, так сказать, общая теория клеточного строения. Ботаник Маттиас Шлейден и зоолог Теодор Шванн независимо друг от друга доказали, что из клеток сложена не только кора пробкового дуба, но и все вообще растительные и животные ткани, все живое на нашей планете.

Размеры клеток обычно очень малы. В капле нашей крови плавает около 5 миллионов красных кровяных шариков, каждый из которых клетка. В длину они около 7–8 микрон. А микрон — тысячная часть миллиметра.

Бактерии, каждая из которых тоже клетка, — еще меньше: в капле воды 40 миллионов бактерий живут так же просторно, как рыбы в пруду.

Но бывают клетки и очень большие. Например, куриное яйцо, вернее — его желток. Это тоже клетка. А яйцо страуса? Или эпиорниса, вымершей гигантской птицы Мадагаскара? Его скорлупа вмещала ведро воды.

Клетки растений и животных в общем похожи. Разница только в том, что у растений оболочки клеток сложены из клетчатки — многомолекулярного сахара. А у животных в основном из липидов — жироподобных веществ.

Молекулы липидов лежат, по-видимому, двумя слоями. Параллельно друг другу, но перпендикулярно плоскости мембраны, клеточной оболочки. Снаружи и изнутри липидная основа покрыта белком, образующим прочные и эластичные сплетения.

Помимо своего чисто механического назначения, клеточная оболочка играет роль очень важного в жизни клетки селективного органа. Она должна пропускать внутрь клетки (и из нее) одни вещества и не пропускать другие.

Какие силы обеспечивают проникновение избранных молекул в клетку?

Прежде всего, конечно, силы диффузии. Живые клетки почти всегда находятся в жидкой среде: в водном растворе разной концентрации и состава. Либо это морская или пресная вода, либо тканевый сок растения или межклеточная жидкость животного. Частицы веществ, растворенных в воде, под действием тепловой энергии стремятся равномерно распределиться в пространстве. Это известно из физики. В соответствии с тем же физическим законом вещества, растворенные в среде, окружающей клетку, проникают через ее оболочку. Если их концентрация внутри клетки мала, а в среде велика, они идут внутрь клетки. Если наоборот — пробираются наружу.

Для некоторых веществ клеточная мембрана может быть непроницаемой. Тогда, если их концентрация в клетке выше, чем вне ее, в нее начнет проникать вода. Клетка разбухнет. Но вода может и уйти из клетки, когда концентрация веществ, которые ее оболочка не пропускает, выше в окружающей среде. Диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Диализ — это диффузия молекул растворенного вещества через ту же мембрану.

Обе эти формы диффузии — и осмос и диализ — физическая основа, от которой зависит жизнь клетки.

Вторая сила, помогающая переносу веществ через клеточные барьеры, — электрическая. Многие растворенные вещества диссоциированы на ионы. А клеточные мембраны обычно сохраняют разность потенциалов на своих внутренних и наружных поверхностях. Разность потенциалов побуждает соответствующие ионы мигрировать внутрь клетки.

Наконец, третья сила, принимающая участие в пассивном переносе веществ через мембрану, — это так называемое втягивание. В том случае, когда мембрана пористая, раствор может протекать через нее по порам, как по капиллярам.