Энциклопедия флоры и фауны

На всем протяжении жизни любого из организмов, населяющих нашу планету, в его органах и тканях осуществляется бесконечно сложная и разнообразная цепь химических превращений. Ни один организм не может существовать без тесного взаимодействия с окружающей его внешней средой, из которой он получает необходимые питательные вещества, перерабатывает их и выделяет те, которые ему больше не нужны.
Не остаются постоянными и вещества, входящие в состав тела организма. В каждой клетке организма непрестанно происходит сложный комплекс химических процессов, именуемый обменом веществ. Воспринимаемые организмом из окружающей среды вещества подвергаются внутри его клеток сложным изменениям, в результате которых они превращаются в вещества самого организма. Эта группа

процессов называется ассимиляцией. Одновременно в организме непрерывно осуществляются процессы разложения веществ, входящих в состав его клеток. Эти процессы именуются диссимиляцией.
Несмотря на то что две названные группы процессов прямо противоположны по своему характеру и кажутся направленными в разные стороны, каждый организм в течение жизни сохраняет достаточно постоянными присущие ему форму, химический состав и свойства. Такое постоянство достигается тем, что процессы синтеза и распада протекают не хаотически, а в определенной, строго отрегулированной последовательности: на смену каждой распавшейся составной части клетки приходит новая частица, выполняющая ту же роль, ту же функцию.

XX век ознаменовался колоссальным открытием — энергия атома покорилась человеку!
Советский Союз первым стал работать над мирным использованием атома. Уже давно дает промышленный ток первая в мире советская электростанция на атомной энергии, а наши ученые и инженеры работают с радиоактивными изотопами. Для того чтобы получить радиоизотоп какого-нибудь вещества, надо это вещество поместить в поток частиц, излучаемых при реакции распада. Так можно получить радиоактивные изотопы серы, фосфора, углерода, азота и других элементов.
Одной из основных характеристик радиоизотопа служит время его полураспада, т. е. время, за которое он распадается наполовину от первоначального количества. Время полураспада неодинаково для различных элементов: так, радиоизотоп углерода С14 распадается наполовину за 5900 лет, а другой изотоп углерода С11 — за 20,5 минуты. Имеются особые приборы — счетчики Гейгера — Мюллера, фиксирующие распад радиоизотопов. Кроме того, если какие-нибудь радиоактивные вещества положить на обычную фотопленку, то она окажется засвеченной в том месте, где находилось радиоактивное вещество.
Этими способами пользуются в биофизике для определения путей, по которым проходят радиоактивные изотопы, введенные в организм или в отдельную клеточку. А нужно это для того, чтобы «видеть» радиоактивный атом, а точнее говоря, распознавать то место, где происходит его распад. Многие открытия, о которых мы рассказывали раньше, стали возможны только благодаря применению радиоактивных изотопов.
Теперь биофизика имеет специальный раздел — радиационную биофизику, или радиобиологию,— который изучает действие радиоизотопов и различных видов излучения на живые организмы. Насколько важно это знать, можно судить хотя бы по тому, что мощные потоки космической радиации, непрерывно поступающие из глубин Вселенной на Землю, оказывают огромное воздействие на живые организмы. Скорость частиц, летящих из космоса, так велика, что они пронизывают всю нашу Землю и даже не меняют направления своего пути. Таковы, например, частицы, называемые нейтрино.

В биологии долгое время оставались загадкой сезонные перелеты птиц и передвижение некоторых рыб. Всем известно, что ласточки, скворцы, журавли и другие птицы с наступлением зимы улетают из Европы в Африку, а весной возвращаются обратно. Причем кольцевание птиц показало, что, проделав тысячекилометровый путь, пернатые путешественники возвращаются точно на место своего прошлогоднего гнездовья. Также известны и далекие путешествия различных рыб, предпринимаемые всегда по одному и тому же маршруту. В поисках корма птицы и насекомые удаляются на большие расстояния, но к вечеру возвращаются точно на прежнее место.
Выяснить все детали, связанные с ориентацией птиц, рыб и насекомых, науке окончательно пока еще не удалось. После многочисленных и остроумных опытов уже в наши дни ученые установили, что основное значение для ориентации животных имеет положение солнца. При этом животные учитывают длительность дня и высоту солнцестояния. Но как это конкретно у них происходит, какие невидимые часы и компас они имеют в своем распоряжении, так и остается тайной.
Уже известно, что по солнцу ориентируются черепахи, ящерицы, пчелы, муравьи, рыбы, саранча. Для проверки этого ученые проводили различные опыты. Например, солнце закрывалось каким-нибудь экраном, и животные видели в большом зеркале только отражение солнца. Двигаясь, животные ориентировались не по истинному солнцу, а по его отражению. В результате они шли в противоположную сторону.
А вот еще один простой опыт, проделать который может каждый из вас. Если муравья перенести куда-нибудь от муравейника, то, не встречая на своем пути особых преград, он вернется к себе домой кратчайшей дорогой. В том же случае, когда муравей будет перенесен в темной коробочке, а потом выпущен, он пойдет уже по ошибочному направлению. Ошибка муравья в угле направления, как показывает опыт, точно соответствует углу, на который переместилось солнце за время, пока насекомое находилось в темной коробке.

В биофизике есть еще один интересный раздел, который называется биофизикой органов чувств. Органы чувств (глаза, уши, нос, кожа) недаром получили название анализаторов. Они помогают человеку определить свое собственное состояние, а также анализировать окружающие нас предметы и явления. С их помощью мы различаем звуки, судим о том, как окрашены предметы, какова температура вокруг нас. Благодаря биофизике за последнее время человек узнал много новых, очень важных подробностей о работе этих органов и о происходящих в них процессах.
Все клетки тела животного или растения обладают возбудимостью, или раздражимостью. Это означает, что клетки организма реагируют на действие окружающей среды — изменение света,температуры, давления и т. д. Раздражимость, как теперь установлено, проявляется в электрической активности органов, тканей и клеток. Если к любому органу животного или растения подвести два электрода и от них провода на прибор гальванометр, чувствительный к прохождению тока, то можно убедиться, что по проводам потечет электрический ток. Напряжение на концах электродов в таких случаях бывает самое различное. У одних клеток всего лишь в 0,1 вольта, а у некоторых органов электрических рыб (угрей, скатов) напряжение достигает 80 и даже 400 вольт.
Как же все-таки работают клетки организма? Мы уже знаем, что они реагируют на действие окружающей среды. Реакция клеток по сотне миллионов нервных волокон передается в виде сложного электрохимического процесса, называющегося нервным импульсом, в кору головного мозга. Следовательно, работа каждого органа в организме связана с возникновением электрического тока. Возникающие в организме токи называют биологическими или сокращенно биотоками. Они могут записываться особыми приборами — осциллографами. По характеру такой записи судят о состоянии и работе исследуемого органа. Запись биотоков, возникающих в головном мозгу, получила в науке название электроэнцефалограммы, биотоков работающего сердца — электрокардиограммы.
То, что работа каждого органа сопровождается электрической активностью, используется сейчас в космических полетах. Колебания биотоков, характеризующие работу какого-либо органа космонавта, усиливались особыми приборами и передавались на Землю.

Решение многих проблем в современной биологии зависит от совместной работы людей разных специальностей и, как это ни кажется сначала странным, от математиков. Сейчас ученые не столько описывают внешние черты организма, как это было в прошлом, сколько исследуют их. Они выясняют, как работает клетка, как идет управление процессами, происходящими в ее составных частях, в чем секрет удивительной согласованности этих частей. И оказывается, что даже самая простая клеточка устроена так, что для описания всего, что в ней происходит, требуется знание многих отделов высшей математики и автоматики.
Ученые интересовались этими вопросами и раньше, но только теперь развитие техники дало возможность заняться ими вплотную. В наши дни на помощь биологам пришли изумительные и необычайные приборы, например электронный микроскоп, увеличивающий клетку в 100—300 тыс. раз. В руки ученым даны
осциллографы и киноаппараты, регистрирующие явления, протекающие в ничтожно малые промежутки времени, вплоть до миллионных долей секунды.
Простая клетка корня, листа, печени или почки впервые начала теперь раскрывать свои тайны людям. Оказывается, что бесформенная цитоплазма, заполняющая клетку, состоит из определенной формы трубочек, канальцев, перегородок, находящихся в непрестанном изменении. Биофизика клетки изучает эти образования, которые называют ультраструктурами клетки, т. е. самыми малыми образованиями. В особых ультраструктурах микросомах (рибосомах) — происходит образование белка, в других, более крупных, митохондриях,— образование энергии, необходимой для всей жизнедеятельности клетки.
Каждая предельно малая клеточка работает с удивительной правильностью. Клетки, как лучшие автоматы, сами устанавливаются на наиболее благоприятный режим работы.

Тесное содружество физиков, химиков, биологов и математиков привело к бурному развитию биофизических исследований. Ученым удалось взглянуть на недоступные непосредственному наблюдению процессы, происходящие в глубине живых организмов. Совместные усилия ученых увенчались крупнейшими открытиями, пролившими свет на многие загадочные явления в природе живого организма.
Так, например, обстоит дело с синтезом белка и сохранением специфических особенностей организма.Сейчас в решении этого вопроса сделан большой шаг. Оказалось, что сохранение специфичности (т. е. внешнего вида и функций) тех или иных клеток зависит от особых веществ — нуклеиновых кислот, непременно входящих в состав клеток. Название кислот происходит от латинского слова «нуклео», что означает «ядро».

От свойства нуклеиновых кислот в ядре клетки зависит специфичность создаваемых в ней белков. А белки, как известно, главнейший материал, из которого построено все живое. Процесс образования белка в клетке отдаленно напоминает детскую игру с песком. При этом нуклеиновая кислота (в особенности одна из них, называемая рибонуклеиновой кислотой, сокращенно РНК) играет роль формочки с рисунком, а аминокислоты, составные элементы белка, выполняют роль песка, который в нее насыпают. После снятия формочки в том месте, где ее дно соприкасалось с песком, остается четкий обратный рисунок. Примерно так же действует механизм образования специфических белков в клетках различных тканей.Конечно, синтез белка, осуществляемый под контролем и с помощью нуклеиновых кислот, на самом деле значительно сложнее. Далеко не все детали этого процесса еще известны ученым. Выяснено, например, что сама рибонуклеиновая кислота находится под контролем другой нуклеиновой кислоты, носящей очень сложное название — дезоксирибонуклеиновая кислота (сокращенно ДНК).

Рибонуклеиновая кислота существует в клетке в трех видах. Один из них передает наследственную информацию от ДНК ядра к рибосомам цитоплазмы. Другой способствует переносу в рибосомы и активированию там аминокислот. Третий завершает синтез белка в
рибосомах. Порядок построения аминокислот в цепь соответствует строению поверхности молекулы РНК. Молекулярная биофизика как раз и занимается изучением строения поверхности молекул РНК и ДНК. Стремится она также познать структуру молекулы белка. Ведь если это будет известно, то станет понятным очень многое, и в частности механизм сокращения мышц.

Развитие человеческого знания, познание человеком тайн природы идет сегодня так стремительно, приводит к таким неожиданным выводам и результатам, что они не укладываются в рамки уже известных наук. Возьмем для примера физику.
Физика — наука о природе и всех природных явлениях — развилась так широко, полученные ею данные были настолько глубокими, что возникла потребность выделить новые, самостоятельные области науки — квантовую, ядерную, атомную физику, радиофизику и др. Но в связи со стремительным прогрессом человеческих знаний рамки вновь созданных наук тоже стали тесными. Это привело к появлению разделов науки, которые изучают процессы и явления, относящиеся одновременно к различным областям знаний. Эти разделы называют пограничными, поскольку они возникают на стыке, на соединении отдельных наук. Такова, например, физическая химия, изучающая физические явления в химических реакциях, химическая физиология, исследующая химические реакции и
вещества, связанные с физиологическими функциями организма.

Что такое наследственность? От чего она зависит, чем она определяется? Такой вопрос задает себе каждый человек. Почему дети похожи на своих родителей, братья на сестер и т. д.? Почему каждый вид животного или растения на протяжении многих лет сохраняет свои особенности, а каждая порода сельскохозяйственных животных или сорт растений передают свои ценные особенности потомству?
Наука, изучающая наследственность, называется генетикой. Это сравнительно молодая наука, хотя вопросами наследственности люди интересовались уже давно.
В середине XIX в. Дарвин, разрабатывая теорию естественного отбора, уделял большое внимание вопросам изменчивости и наследственности и использовал опыт животноводов и растениеводов, разрешая проблему происхождения животных и растений. К этому же времени относится и ряд других работ, посвященных изучению явлений наследственности.
Хотя генетика как определенная научная дисциплина оформилась значительно позже, первые попытки разрешения проблемы наследственности относятся именно к середине и отчасти к началу XIX в., когда эти вопросы ставятся в работах Найта, Дарвина, Гертнера, Нодена, Вихура и др. Правда, в этот период удалось достигнуть немногого: был лишь накоплен некоторый материал. Законы наследования еще не были открыты.

Вы, наверно, помните, как после морозной ночи оживала лунная растительность в повести Г. Уэллса «Первые люди на Луне»? Она росла прямо на глазах: поднимались стволы, надувались и лопались почки, распускались цветы. Видно было, что все части растений состоят из полупрозрачных пузырьков, за счет деления которых и происходил фантастический рост растений.
Эти пузырьки — клетки. Они представляют собой комочки полужидкого вещества, способные к делению, только увеличенные до видимости простым глазом. Из таких клеток, как нам известно, состоит все живое.
Уже давно ученые мечтали о том, чтобы увидеть тончайшее устройство живого и понять его внутреннюю жизнь.Но чтобы заглянуть в недра клетки, нужно знать устройство живых организмов — растений и животных. Еще в IV в. до н. э. великий естествоиспытатель древней Греции Аристотель написал сочинение «О частях животных», в котором подробно рассмотрел устройство животных организмов. Так, на протяжении двух с половиной тысяч лет — от Аристотеля до наших
дней — развивалась наука о строении тела человека и животных. (Наука об устройстве тела человека и животных называется анатомия — от греческого слова «анатемно», что значит рассекаю.)
В средние века анатомия пришла в упадок. Вскрытие трупов считалось тогда великим грехом. Да и не только в средние века. Одному из героев известной книги Марка Твена «Приключения Тома Сойера», доктору Робинсону, каких-нибудь сто лет назад пришлось нанимать двух бродяг, чтобы тайком ночью вырыть из могилы труп для своих анатомических занятий.
Однако, несмотря на все препятствия, анатомия все же развивалась и достигла некоторых успехов. Ученые хорошо изучили части тела животных и человека. Но объяснить, из чего в свою очередь состоят эти части, они не могли до тех пор, пока на помощь науке не пришло новое могучее средство для углубления в недра живого — микроскоп.

Чтобы понять процесс размножения клеток, необходимо ознакомиться подробнее со строением клеточного ядра, так как его роль в делении клеток особенно велика.
Ядро и цитоплазма есть в каждой живой полноценной клетке. Многочисленные опыты расчленения клеток показали, что ни цитоплазма без ядра, ни ядро без цитоплазмы существовать не могут и погибают. Понятно поэтому, что на строение ядра ученые обращают особое внимание.Изучение ядра показало, что на различных этапах жизни клетки оно выглядит неодинаково. У ядра неделящейся, но растущей клетки иное строение, чем во время деления. Строение ядер неделящихся клеток довольно разнообразно. В наиболее типичных случаях различают в ядре ядерную оболочку и жидкое содержимое ядра, в котором часто заметны одно или несколько плотных телец — ядрышек. Кроме того, в ядре можно иногда наблюдать тончайшую сеть переплетающихся нитей.
По-другому выглядит строение ядра перед началом деления клетки. В ядре происходит ряд изменений, закономерно следующих одно за другим, и, что особенно важно, эти изменения происходят очень сходно у всех растений и животных.
Под микроскопом в начале деления клетки можно различить в ядре нити, спутанные в плотный клубок.
Немного позже клубок становится более рыхлым, и отчетливо видно, что он действительно состоит из отдельных нитей. Эти нити получили название хромосом, что в переводе с греческого означает окрашивающиеся тельца. (Следует сказать, что при изучении ядра применяют особые краски, которые по-разному окрашивают разные части ядра.) На следующей стадии деления клетки хромосомы становятся короче и толще. При этом обнаружено замечательное явление: оказалось, что в клетке каждого вида растения или животного определенное количество хромосом.