Животные анализируют мир - Юрий Симаков

«Чтобы живое изучить, его сначала убивают, потом на части разрезают, но связи жизненной, увы, там не открыть».

Сама природа дала исследователю прибор, который позволяет следить за временем, протекающим в живой клетке, не внедряясь внутрь ее и сильно не нарушая взаимосвязи с другими структурами. Прибор этот — процесс деления самой клетки, или митоз. Он позволяет следить за жизненным циклом клетки, касаясь ее только световым лучом. Воздействие, конечно, есть, но оно минимально по сравнению с другими методами. Давайте посмотрим, как идет деление клетки у млекопитающих с самого начала развития.

На первый взгляд кажется несколько странным, что слон, человек, мышь и другие млекопитающие, так сильно различающиеся по размерам и по продолжительности жизни, первые шаги на жизненном пути проделывают с одинаковой скоростью.

У всех развитие начинается с одной клетки. Вот и сравним, как оно идет у слона и мыши. Слон живет около шестидесяти лет, а мышь — два-три года. Эмбриональное развитие у мыши составляет двадцать один день, а у слона жизнь до рождения длится шестьсот шестьдесят дней, почти два года. Первые стадии развития у них начинаются с одинаковой скоростью, а как по-разному заканчиваются: слоненок только рождается, а мышь к этому времени прожила почти всю свою жизнь. Может показаться, что биологическое время у мыши бежит быстрее, чем у слона, быстрее начинается деление клеток и развитие заканчивается раньше. Оказывается, это не так. И мышонок, и слоненок, если их на этой стадии можно так назвать, первые семь дней развиваются без связи с материнским организмом через плаценту, и скорость клеточных делений при этом у них одинаковая. Но для слона семь дней развития из шестисот шестидесяти дней почти ничего не значат, а для мыши — это треть всего развития в организме матери. Как надо сконцентрировать время, чтобы за оставшиеся две недели сформировался мышонок, способный жить самостоятельно, вне организма матери? Почему же в первую неделю развития биологическое время у зародышей мыши и слона идет с одинаковой скоростью?

Ученые выяснили этот вопрос. Оказалось, что в этот период у всех зародышей млекопитающих, за некоторым исключением, куда, возможно, попадает человек, биологические часы работают без генной регуляции. Настрой ритмам задают механизмы, полученные еще во время созревания яйцеклетки, а новая программа, сложившаяся после оплодотворения, молчит. Чтобы убедиться в этом, генетики и эмбриологи ставили различные опыты: ядро, где сосредоточен генетический аппарат, выжигали лазерным лучом, облучали смертельными дозами рентгеновских лучей или просто удаляли микрохирургическими инструментами. Однако деление оплодотворенной яйцеклетки не прекращалось и продолжалось до тех пор, пока «завод», полученный еще до слияния со сперматозоидом, не кончался. Но такой зародыш без ядер мог дать только массу клеток. Нужно было набрать эту массу клеток, из которых придется строить органы, а на эту операцию отводилось как бы сконцентрированное время. Операция проста, — дробление или деление клеток, и на нее расходуется весь «завод» пружины биологических часов.

Как только начинается органогенез (строительство органов), то снова заводится пружина биологических часов. Но теперь каждый «завод» делается с осторожностью и не до конца. Вся работа живых часов идет под контролем генетического аппарата. Чем сложнее становится организм по мере развития, тем с большей четкостью гены выдают информацию, следуя строгой временной программе развития. Организм начинает довлеть над клеточным временем и регулировать его. Для этой цели используются и нервная система, и гормоны. Биологическое время при такой сложнейшей регуляции все более и более замедляется и становится минимальным к моменту рождения.

Такое же замедление биологического времени по мере развития можно отметить и у других классов животных. Мне не раз приходилось делать микрохирургические операции на эмбрионах амфибий, и всякий раз в поле зрения возникает картина, поражающая воображение. Получается картина, сходная с тем, что была у факира, выращивающего лимонное дерево. У эмбриона, биологические часы которого еще слабо сдерживаются генетическим аппаратом и гормональными влияниями, раны зарастают прямо на глазах, поврежденная кожа тут же принимает прежний вид. Биологическое время на ранних стадиях развития по отношению к взрослому состоянию сконцентрировано.

А можно ли снять тормоз времени у взрослого организма и заставить его жить быстрее? Может быть, есть такие вещества, которые концентрируют биологическое время?

Вся опасность в этом случае заключается в нарушении биологических часов. Ускорение обмена веществ и деление клеток должны быть гармоничными по отношению ко всему организму, нельзя, чтобы какая-то часть или орган обгоняли по ритмике остальные части организма. Что получается при разлаживании живых часов — обсудим позже.

Существуют способы, позволяющие ускорить обмен веществ и ритмику внутриклеточных систем за счет использования резервов, которые клетки сохраняют на случай опасности. Значит, если дать сигнал опасности, то клетки частично снимут временной тормоз и колебательные процессы в организме пойдут с большей скоростью. Для этого необходимо воздействовать на те гены, которые регулируют скорость химических взаимодействий огромных биомолекул внутри клетки.

Как же можно подать клетке сигнал опасности? В процессе эволюции в клетках выработался механизм, воспринимающий продукты распада, которые получаются от страдающих по соседству клеток как сигнал опасности. Обычно молекулы, сигнализирующие об опасности, однотипны у разных организмов. Они образуются из биомолекул, в первую очередь распадающихся при вредном для организма воздействии. Получив сигнал опасности, биологические часы частично освобождают клетки от генной и гормональной опеки, и клеточные деления увеличиваются как у растений, так и у животных. Вот почему листья алоэ, находящиеся в холодильнике при 4 °C, содержат вещества, способные ускорить клеточные деления и обмен веществ у других организмов. Такие вещества, вырабатывающиеся в тканях животных и растений, подвергнутых неблагоприятному воздействию, назвали биогенными стимуляторами.

Возможно, что в скором времени управление биологическими часами в живых клетках приобретет важное практическое значение. Английская исследовательница Жаннет Харкер провела интересные опыты. Охлаждением она разлаживала биологические часы у тараканов: держала их в холодильнике двенадцать часов. Биологические часы таких тараканов отличались от биологических часов контрольных тараканов тоже на двенадцать часов. Далее Жаннет Харкер сделала сложнейшую микрохирургическую операцию — пересадила подглоточный ганглий (часть мозга таракана), ведающий скоростью живых часов, контрольному таракану. У этого таракана стало два центра, управляющих биологическим временем, но их работа различалась на двенадцать часов. Таракан совсем был сбит с толку, он не мог определить ночь и день, принимался есть, тут же засыпал, но через некоторое время другой ганглий будил его. В результате в кишечнике таракана развилась опухоль, от которой он погиб. Повторные опыты приводили к тем же результатам — разлаживание биологических часов приводило к развитию злокачественных опухолей. Можно ли распространить сделанный вывод на высших животных и человека? Конечно, нет. Нужны тщательные исследования этого вопроса.

Глава седьмая

ЖИВАЯ КЛЕТКА КАК ПРИБОР

Микроскопические приемники и передатчики информации

В микромире действуют свои законы. До этого разговор шел о живых организмах, которые вооружены многоклеточными живыми приборами и мозгом, контролирующим и принимающим информацию от этих приборов. А теперь заглянем в межклеточные взаимоотношения, о которых наш мозг часто ничего и не знает или же не вмешивается в отношения между микроскопическими одноклеточными существами, у которых все живые приборы — это части клеток.

Живые клетки очень подвижны, они делятся, перемещаются, а самое главное — узнают друг друга; причем узнают не только при непосредственном контакте, но и на расстоянии. И это не все. Иногда живым клеткам приходится поддерживать контакт через толстые клеточные пласты — речь идет о дистанционной связи. Трудно даже вообразить, насколько обособленной должна быть такая связь: ведь все клетки, находящиеся между приемником и передатчиком, сами «разговаривают» между собой. Поскольку природа их связи очень близка, здесь между приемником и передатчиком слышатся уже не отдельные «радиопомехи», а сплошной гул сливающихся голосов. И все же и приемник, и передатчик выделяют из этого гула необходимые им сигналы, информация передается, несмотря ни на какие помехи. Ни один созданный человеком приемник не мог бы работать в таких условиях.