Наталья Сердцева
99 секретов биологии

№ 12
Внутри тепло и сухо. Гомеостаз

Окружающая среда не всегда гостеприимна к нам: то жарко, то холодно, то опасно, то невыносимо скучно… Человек (так же как другие живые существа) может жить в разных условиях, потому что у него есть механизмы защиты он внешнего мира. Что бы ни происходило снаружи, внутри ситуация остается стабильной – температура, давление, кислотно-щелочной баланс, содержание различных веществ в крови практически не меняются. Это внутреннее равновесие биологи называют гомеостазом.

Как же происходит поддержание гомеостаза в системах и органах? Все части организма прекрасно знают, каким должно быть их нормальное состояние. Как только происходит отклонение от нормы, в нервную систему поступает соответствующий сигнал, и она отдает команду на восстановление порядка. Например, если в легких недостаточно кислорода, человек, сам не зная почему, начнет дышать более глубоко.

По сути гомеостатическое равновесие никогда не наступает окончательно, за него приходится ежесекундно бороться: то нужно поднять температуру на сотую долю градуса, то снизить кислотность, то увеличить давление и т. п. Гомеостаз – как совершенство, к которому организм стремится и которое постоянно ускользает, это скорее процесс, чем состояние. Тем не менее большую часть времени внутренняя среда находится в нужном состоянии – процесс работает.

Гомеостаз существует не только у животных, но и у растений. Наши зеленые друзья тоже стремятся поддерживать внутри себя равновесие и постоянство, только в их случае значение имеют другие параметры – концентрация солей, водный баланс и т. п.

Чрево – ноша опасная для смертных: ежемгновенно она нарушает равновесие между душой и телом.

Виктор Гюго

Нейроны мозга за день генерируют больше электрических импульсов, чем все телефоны мира вместе взятые

№ 13
От молекулы до планеты. Уровни организации жизни

Дотошные биологи любят все классифицировать – от видов растений до типов клеток. Окинув взглядом весь живой мир в целом, они осознали, что его тоже можно разложить по полочкам, от простого к сложному.

На самом первом уровне оказались молекулы – именно с них начинается жизнь, здесь находятся простейшие кирпичики, из которых строятся клетки. Второй уровень – клеточный; одна клетка уже может быть самостоятельным живым организмом. Многоклеточные существа состоят из разных тканей и органов – это еще одна ступенька. Отдельные особи объединяются в виды и популяции – мы перешли на следующий уровень. Сообщество разных видов, существующее на одной территории, называется биогеоценозом, а все живое, что есть на Земле, – биосферой. Это и есть самый высший и самый сложный уровень организации жизни.

Органическая клетка на 95 % состоит из углерода, водорода, кислорода и азота

№ 14
Мы их еще не знаем. Открытые и неоткрытые виды

Когда речь заходит о неизвестных науке существах, воображение рисует каких-то жутких монстров, вроде лох-несского чудовища или чупакабры. Наука действительно не всесильна и за время своего существования смогла изучить далеко не всех обитателей Земли. Количество описанных видов составляет около 1,7 миллиона, в то время как реальное число растений и животных оценивается приблизительно в 8,7 миллиона. Так кого же из наших соседей по планете мы не знаем?

В основном это микроскопические существа, невидимые невооруженным взглядом. Кроме того, в число незнакомцев входят те, кто живет на больших глубинах в морях и океанах, в глубоких подземельях и пещерах, просто в земле (неизученных грибов существует несколько миллионов). Среди наземных растений неизученных видов не так много – около четверти.

№ 15
Энергетическая валюта клетки. АТФ и АДФ

Чтобы что-то получить, надо что-то отдать – этот принцип действует и на рынке, и внутри живой клетки. На рынке мы платим за покупку деньгами, в клетке разменной монетой является АТФ (аденозинтрифосфат). Когда клетке нужно синтезировать немного новых молекул белка, транспортировать питательные вещества или вывести отходы, она использует для этого АТФ.

АТФ называют энергетической валютой клетки, ее ценность – в энергии, которую она содержит и переносит. Без затрат энергии клетка не может осуществлять биохимические реакции, а значит, не может жить. Откуда берутся деньги, мы знаем – их печатают на монетном дворе. А откуда берется АТФ?

Энергия в клетке не только расходуется, она в нее также поступает, например, в процессе фотосинтеза у растений или в результате потребления калорий у животных и человека. У молекулы АТФ есть младшая сестра – АДФ (аденозиндифосфат). Она отличается от старшей родственницы тем, что в ее хвосте имеется всего два фосфата, а не три, как у сестры. Вот к этому хвосту и прикрепляется полученная клеткой энергия – в виде связи, удерживающей дополнительный фосфат. Таким образом АДФ «взрослеет» и превращается в АТФ.

После того как энергетическая валюта использована, молекула снова остается без дополнительного фосфата. Она снова стала АДФ. И так без конца – хвост энергетической молекулы то удлиняется, то укорачивается, она переносится из одной части клетки в другую, то работая, то отдыхая и набираясь сил. У клетки есть и другие молекулы, хранящие энергию, но все же АТФ – самая ходовая валюта.

Деньги есть всегда, только карманы меняются.

Гертруда Стайн

№ 16
Мендель, горох и ген. Зарождение генетики

Монах-августинец Грегор Мендель, живший в середине XIX века, с детства любил огородничать. Заинтересовавшись механизмами скрещивания растений, он много лет экспериментировал в монастырском саду с разными видами гороха и добился замечательных результатов, которые в то время не были оценены по достоинству.

Классический эксперимент садовода-любителя заключался в скрещивании двух видов гороха – низкорослого и высокорослого. Занимаясь этим первый раз, Мендель ожидал, что потомство будет среднего роста, это казалось логичным. Но в первом поколении гибридов все растения были высокими. Это озадачило исследователя, и он продолжил эксперимент, скрестив первое поколение между собой. Результат снова оказался неожиданным: три четверти растений были низкими, четверть – высокими. И ни одного среднего!

После многих лет опытов и наблюдений Мендель пришел к революционному выводу: в природе есть единица наследственности. Сегодня мы называем ее геном, но тогда этого термина, естественно, не было. Мендель понял, что организм для каждого признака получает гены от обоих родителей. При этом доминирует тот ген, который сильнее, а более слабый ген проявляется в последующих поколениях. Например, ген высокорослости у гороха оказался доминирующим, он подавил ген низкорослости в первом поколении. Но в последующих поколениях низкий рост все же проявился.

Данное открытие позволило Менделю объяснить непонятные в то время вещи: почему некоторые болезни передаются не детям, а внукам; почему у кареглазых родителей может родиться голубоглазый ребенок и т. п.

Чаще всего передается по наследству характер, реже – ум и чрезвычайно редко – талант.

Илья Шевелев

По наследству передаются крайняя лень, любовь к поездкам, выбор партнера и даже фобии.

№ 17
Грудью на амбразуру. Самоубийство клеток

Клетки рождаются, живут, стареют и умирают. Об обновлении организма – кожи, волос, внутренних органов – было известно давно. Но только в середине прошлого века биологи выяснили, что отмирать могут и довольно молодые клетки. Почему это происходит?

Клетка – составная часть организма, ее задача – поддерживать его здоровье и благополучие. Как японский самурай, клетка готова ради своего господина на все, даже на самоубийство. Решение о добровольной гибели клетка принимает, если у нее появился какой-то дефект: в нее проникли токсические вещества, нарушился внутренний баланс, просочилась инфекция. Чтобы спасти остальные клетки и весь организм в целом от пагубного влияния, включается механизм самоуничтожения. Самый простой пример: вы обгорели на солнце, клетки кожи повреждены, они отмирают.