Свежий номер журнала. Первый взгляд в оглавление. Почти рядом статьи А. Г. Воронин «Поведение «примата» моря» и В. Я. Александров «Проблема поведения на клеточном уровне». Та, и другая об этологии - науке о поведении. «Примат» моря - дельфин заслуженно стал одним из главных героев биологической литературы. "Удивительные способности этих животных широко известны. Предмет второй статьи менее понятен.
Отдельные клетки животных и растительных организмов часто не обладают даже свободой амебы. А какие особые «проблемы поведения» могут быть у одноклеточных, если, и название их - «простейшие»? Наивность таких рассуждений очевидна далеко не каждому. Александров поясняет «Представим себе этолога, изучившего лишь поведение китов (вес - 100 - 150 тонн). Мог ли бы он себе представить, что муравей, вес которого на 12 (!!) порядков меньше, способен к необычайно сложным актам поведения? Вспомним, как муравьи ухаживают за «домашними» тлями и за плантациями грибов! А ведь муравей лишь на 6 порядков больше некрупной тканевой клетки. Второй предрассудок. Мы считаем амебу очень древним организмом, а себя - последним словом биологической эволюции. Это правильно, но не нужно забывать, что амебы - наши сверстники. Для эволюционного совершенствования в их распоряжении было столько же времени, сколько, и у нас, плюс во много тысяч раз более быстрая смена поколений»
Раскрытие химического состава и молекулярного строения клеточных структур - гордость современной биологии. Перестает быть тайной, и обмен веществ в клетке. С развитием науки растет наше удивление перед сложностью и гармоничностью происходящих в клетке процессов. Все более обоснованным становится сравнение клетки с химическим заводом. Однако представления биологов об этом заводе несколько односторонни.
Вообразим себе некоего директора сложного химического производства. Он химик, и его занимают только процессы, идущие в реакторах и колоннах. Доставку сырья, внутризаводские перевозки материалов, перемещения оборудования он считает недостойными своего внимания. Вряд ли такой начальник долго удержится в директорском кресле. Много зная о превращении веществ в клетке, и стремясь узнать еще больше, цитологи меньше интересуются причинами и способами внутриклеточных перемещений, и движениями самих клеток.
Действия хромосом при делении клеток нередко называют танцем. Так стройны и согласованны их перестроения. Генетики пристально наблюдают за маневрами носителей наследственности. Однако в клетке много других, вполне самостоятельных образований. Их поведение менее изучено, хотя, и не менее интересно.
Митохондрии - клеточные источники энергии. У большинства растительных и животных организмов эти тельца равномерно распределены по всему содержимому клетки. При ее делении митохондрии совершают на, и фигуры, не уступающие в сложности балету хромосом. Танцуя внутри клетки, обе группы - я хромосомы и митохондрии - исполняют, однако, совершенно разные, и независимые друг от друга партии. Можно остановить движение хромосом, танец же митохондрий в этой клетке будет продолжаться, как ни в чем не бывало. Постановщик этого не прекращающегося в природе спектакля" еще сохраняет свое инкогнито.
Митохондрии двигаются не только в делящейся клетке. Вы порезали палец. Тотчас на концах травмированных волокон начинают концентрироваться митохондрии. Здесь идет восстановление ткани, заживление раны, здесь увеличились расходы энергии.
Не остаются в стороне и главные регуляторы жизнедеятельности клеток - ядра. Они спешат к поврежденному месту, передвигаются к клеточным стенкам, наиболее близким к ранке. Ядра, как выяснилось недавно, вообще не знают покоя. Причина этого пока не известна.
Своим цветом луга, и леса обязаны хлоропластам. Только благодаря этим микроскопическим зернышкам, населяющим листья, осуществляется воздушное питание растений. Ночью хлоропласты ровным слоем устилают внутренние стенки клеток. Но вот забрезжил рассвет, и в листьях началось великое переселение. Хлоропласты группируются у клеточных стенок, лежащих поперек световых лучей. Так можно «захватить» больше света. Все выше солнце. Его блеск скоро становится нестерпимым. Хлоропласты вновь пускаются в путь. Теперь свет скользит вдоль рядов зеленых крупинок.
одни затеняют других. Опускаются сумерки, и все повторяется в обратном порядке. Так каждые сутки.
Проведенная выше аналогия с химическим заводом не всегда удобна. Многие «клеточные заводы» - предприятия очень своеобразные. В самом деле, где вы видели заводы, постоянно меняющие свой адрес? А в сложном хозяйстве многоклеточных организмов такое не редкость.
Одни из самых подвижных тканевых клеток - макрофаги. Выросший головастик начинает превращаться в лягушку. Хвостатых лягушек не бывает, и вот мышцы хвоста постепенно разрушаются, вместо них образуется «груда обломков». Но ведь, и обломки нужно убрать. На выручку устремляются макрофаги. Они просто-напросто заглатывают мышечные останки.
Когда хищник съедает зайца, это считается нормальным. Но заяц, поспешающий удовлетворить аппетит хищника, - нечто неслыханное. Однако в мире клеток случается и такое.
Некоторые губки имеют особые «съедобные» клетки-трофоциты. Когда в губке развивается яйцеклетка, к пей приближаются трофоциты. Проталкиваясь через клетки защитной оболочки, клетки-«зайцы» спешат в утробу хищницы. Вот они уже совсем рядом. Яйцеклетка вытягивает навстречу жертвам свои отростки - и. «заяц» проглочен.
Москвичи помнят, как возводилось самое высокое сооружение столицы - Останкинская телебашня. Специальный кран на ее вершине двигался вверх, как бы выдавливая из себя огромную бетонную трубу. Скелетная постройка известковой губки вряд ли уступает в совершенстве формы творению современного архитектора. Всего три клетки - склеробласта, - соединенные в основании «телебашни», кладут начало строительству. Три клетки вместо бетонных заводов, рабочих, и инженеров, уникального оборудования. Конечно, масштабы здесь другие, но методы строительства похожи (см. верхний рис. на стр. 49).
Первая «планерка» три склеробласта сходятся вместе. Стройка начинается с деления каждого из них. В делящихся клетках образуются узкие щели с нитями из органического вещества внутри. Три пары вновь образовавшихся клеток закладывают фундамент будущей звезды. Одна клетка из каждой пары остается в месте соединения лучей. Эти три клетки кладут «бетон» в основание сооружения. «Бетой» - соли кальция - выделяется самими склеробластами. Три другие клетки-монтажницы передвигаются (вспомним кран на телебашне) по лучам вверх, надстраивая конструкцию. Закончив работу, клетки сползают с острия готовой иглы. Вслед за ними тем же путем покидают «строительную площадку» и клетки с центральной части звезды. Не каждая стройконтора может похвастаться такой четкой организацией.
Особенно оживленно движение тканевых клеток при развитии зародыша. Многие специализированные клетки рождаются вовсе не там, где им положено потом исполнять свои обязанности. В разных направлениях расселяются нервные клетки, образуя сложное дерево нервной системы. От центра к поверхности двигаются пигментные клетки, сложные путешествия совершают, и другие участники процесса становления организма. Весь широкий ассортимент живых деталей возникает из одной зародышевой клетки. Ее потомки мышечные ткани и кости, мозг, и сетчатка глаза, волосы и внутренние органы. Как несхожи они меж собой!
Специализация клеток - одна из важнейших проблем в биологии. Однако решить ее еще не значит узнать всю «технологию производства» организма. Ящик с готовыми деталями еще не машина. Части надо собрать, собрать по определенному плану. Развитие перестанет быть таинством, когда мы узнаем, по, какому «сборочному чертежу» происходит «пространственная расстановка клеток, свойственная данному организму», как, и где этот чертеж составляется. Изучение поведения клеток преследует и эту цель.
До сих пор мы рассказывали о клетках-«пешеходах». Но под микроскопом можно увидеть, и любителей покататься. Причем клеток-«пассажиров» перевозят тоже клетки.
При оплодотворении некоторых губок клеточный транспорт (клетки-фороциты) подвозит сперматозоидов к яйцеклеткам губки. Яйцеклетка губки спрятана в непроницаемую для сперматозоидов оболочку. Эта оболочка состоит из питающих клеток - хоаноцитов. С ними и заключают соглашение мужские половые клетки. Хоаноцит, пустив в свою цитоплазму маленького пассажира, сам становится подвижным. Этим транспортом пользуется сперматозоид для совершения последнего участка пути до слияния с яйцеклеткой.
У одного из видов медуз клетки-«перевозчики» образуются из одной половины впервые делящейся яйцеклетки. Новорожденный фороцит захватывает вторую половину яйцеклетки, и несет развивающийся в ней зародыш через материнские ткани к ее питательным каналам. Доставив ценный груз по назначению, фороцит становится ненужным и погибает.
Фантастической называет автор работу фороцитов мелких морских животных из класса сальпов. Некоторые особи этого класса размножаются бесполым путем - почкованием. В брюшной полости животного образуется бугорок, так называемый столон. В него врастают ткани разных внутренних органов. Бугорок растет, удлиняется, превращается в тонкий шнур. От него впоследствии, и отделяются одна за другой почки. Но развиваться здесь они не могут слишком мало в этом месте питающих кровеносных сосудов. «И стол, и дом» почкп находят в другой, спинной части животного, на спинном столоне. Доставляют их сюда фороциты. При делении брюшного выроста часть его покровных клеток обретает подвижность. Однако при этом связи с рождающейся почкой они не теряют. Получившая самостоятельность почка оказывается в окружении транспортных клеток. «В почку может быть запряжено один-два или несколько фороцитов. Донеся почки до спинного столона, фороциты расставляют их в строго определенном порядке. Сперва они выстраивают почки в два ряда вдоль боковых сторон столона, затем строят серединный ряд. Здесь начинается дальнейшее развитие почек»
«Своя ноша не тянет». Но некоторые клеткп-«носильщики» транспортируют, и чужой груз. Происхождение стрекательных капсул ресничных червей долго оставалось для зоологов загадочным. Эти клетки - своеобразные гарпунные пушки. Прикасаясь к жертвам, червь поражает их маленькими привязанными стрелами.
Как выяснилось, смертоносное оружие червя - добыча грабителя. Стрекательные капсулы - собственность зеленых гидр. Поедая их, червь переваривает все, кроме стрекательных клеток. Оружие добыто, но его еще надо доставить на боевые позиции. За дело принимаются фороциты. Выделенные из соединительной ткани червя, подвижные клетки захватывают «стреляющие» остатки гидры, а затем переносят и встраивают их в кожу нового владельца.
В поведении клеток, и их внутренних структур загадочно почти все. Предоставим слово автору научной публикации «В отношении двигательных актов мы в лучшем случае можем ответить на вопрос, для ч е-г о они. В некоторых случаях благодаря успехам механо-химии и морфологии мы приближаемся к ответу, как осуществляется движение. Однако мы чаще всего бессильны ответить на вопрос, почему движение началось в определенный момент, почему оно совершается по данному маршруту, и временному графику и почему в данный момент в данном месте оно завершилось»
Где же искать ответы на все эти «как», и «почему»? Один из путей видится В. Я. Александрову в изучении высших форм движения. Не правда ли, несколько неожиданно? Идти не от простого к сложному, а наоборот. Но ведь такие дороги в биологии уже проторены. Вспомним условные рефлексы, открытые у собак я только потом обнаруженные у червей и моллюсков. Изучая мышцы позвоночных животных, ученые пытаются познать биохимию сократимости простейших. Подобные примеры можно было бы продолжить. Автору близка мысль американского ученого Аберкромби «Ясно, что теория, описывающая простейшие формы локомоторного поведения животных, будет полезна, и при изучении поведения клеток»
При этом может оказаться полезным и использование методов других наук, например, зоопсихологии. Изучая ориентирование птиц, исследователи отлавливают, и выпускают их далеко от мест гнездования. Поставленная в необычные условия, птица скорее раскроет свои секреты. Аналогичный опыт проделали и цитологи.
Пигментные клетки куриных эмбрионов обычно переселяются из места своего рождения в поверхностные слои только по тканям зародыша, и никогда - по кровеносным сосудам. Зародыши белых кур лишены окрашивающих клеток. Ученые ввели в их кровь пигментные клетки от «цветных» эмбрионов. Пущенные по необычному маршруту, клетки все же иногда разыскивали места своего обитания.
Статья В. Я. Александрова - первый шаг нового раздела биологии. Рождающаяся наука - гибрид цитологии, изучающей клетку, и этологии - науки о поведении животных. Думается, что цитоэтология, то есть наука о поведении на клеточном уровне, скоро займет достойное место в ряду других биологических дисциплин.
Мы ничего не рассказали здесь о дельфинах. Но упомянули о них вначале намеренно. В случайном соседстве статей о действиях высокоорганизованных животных, и поведении на уровне клеток неожиданно открывается глубокий смысл. Казалось бы, столь далекие по содержанию, оба материала посвящены начальному и конечному звеньям одной, и той же цепи развития. Ведь именно в целенаправленных движениях клеток и их содержимого видят биологи «истоки» того эволюционного процесса, который привел к появлению «высших форм поведения животных, и человека»
В. Я. АЛЕКСАНДРОВ. «Проблема поведения на клеточном уровне»
Л. Г. ВОРОНИН. «Поведение «примата» моря»
Журнал «Успехи современной биологии» 1970, т. 69, в. 2.
