Слово «биология» составлено из двух греческих слов. «Биос» означает жизнь, а «логос» — наука. Таким образом, биология — это наука о жизни. В задачу биологии входит изучение всех живых организмов и всех проявлений жизни.

Первобытные люди уже несколько миллионов лет назад обладали некоторыми биологическими знаниями. В первую очередь их, конечно, интересовали съедобные растения и животные, а так же опасные организмы. Одни обеспечивали людей пищей, другие нередко угрожали их жизни, так как среди обычных растений и грибов встречается немало ядовитых. Не меньшую опасность представляли животные. Среди них было много крупных опасных хищников и мелких, но ядовитых созданий: змей, пауков, скорпионов и насекомых. Их нужно было не только знать «в лицо», но узнавать по голосу, запаху, по следам. Нужно было знать их повадки, места обитания и многое другое.

Что такое жизнь? Кто такие живые существа? Чем они отличаются от неживых объектов? На первый взгляд эти вопросы могут показаться пустяковыми. Однако попробуйте ответить на них, и вы увидите, что это совсем не просто. Во всяком случае, никто из ученых не смог дать такого определения слову «жизнь», которое бы удовлетворило всех остальных биологов.

Это, в общем — то, и неудивительно. На самом деле часто бывает так, что на самые, казалось бы, простые вопросы трудно дать исчерпывающий ответ. Ну, например, чем отличаются кошки от собак? Встретив на улице четвероногое существо, даже двухлетний малыш правильно назовет его «кисой» или «авой». Да что там человеческие дети! С этим справлются даже звери. Уошу, первый шимпанзенок, которого удалось научить жестовому языку глухонемых, увидев в журнале фотографию тигра, уверено прокомментировала: «Кошка»!

Жизнь настолько многообразна, что один человек, один ученый не может заниматься изучением всех ее сторон. Представители других наук в период их зарождения занимались ограниченным кругом вопросов. Например, астрономы изучали движение всех видимых простым глазом светил. Их на нашем небе не так уж много. Алхимики, хотя и делали интересные открытия в различных областях химии, но их исследования были направлены на поиски философского камня, иными словами, на превращение разных веществ б золото и на создание эликсира жизни, который должен был обеспечить им вечную молодость и бессмертие. Другое дело биология — здесь заниматься сразу всем просто невозможно.

Чаще всего естественный процесс накопления знаний в конце концов приводит к развитию новой науки, но нередко сама жизнь толкает ученых на ее создание. Приведу лишь один пример рождения такой науки. Толчок к ее возникновению дала Вторая мировая война.

Крупнейший корабль британского флота линкор «Роял — Ок» был потоплен немецкой субмариной не где-нибудь, а в собственном «доме», в святая святых британского флота — в главной военно-морской базе Скапафлоу.

База эта находится на Оркнейских островах у северного побережья Шотландии. Осуществить дерзкую операцию помогли немецкие акустики. Осторожно подобравшись ко входу в гавань, лодка дождалась английского транспортного судна, возвращающегося на базу. Внимательно вслушиваясь в шум его машин и повторяя все маневры транспорта, подводная лодка пробралась в гавань и, выпустив торпеды, ушла в море, воспользовавшись растерянностью англичан.

Сегодня учеными описано около 2 миллионов видов животных и около 400 тысяч видов растений. Чтобы можно было ориентироваться в этом множестве живых организмов, ученые старались как — то объединить их в естественные группы похожих или родственных организмов, то есть животных, имеющих родственное происхождение. Древнегреческий ученый Аристотель (384–322 до н. э.) был первым, кто разработал теорию развития природы, отразив в ней постепенный переход от неживых неорганических тел к живым организмам и дальнейшее развитие этих организмов. Он считал, что в основе этого процесса лежит таинственное внутреннее побуждение, якобы изначально присущее всем живым существам, их стремление добиваться более сложной и более совершенной организации, то есть «стремление природы к изменению от простого и несовершенного к сложному и совершенному». Этот подробный рассказ о развитии природы, о том, как живые организмы изменяясь, «поднимались вверх», он назвал «лестницей природы» и на ее верхнюю ступеньку поставил человека.

В 1749 году 42–летний Жорж Луи Леклер граф де Бюффон, интендант Королевского ботанического сада и автор множества научных трудов начал публикацию главного труда своей жизни — «Естественной истории», законченной им лишь через 39 лет, незадолго до смерти. «Естественная история, всеобщая и частная», состоит из 36 томов. В ней описаны все известные к тому времени птицы и млекопитающие.

В этом огромном научном труде Бюффон выдвинул смелую гипотезу о происхождении всех организмов из так называемых органических молекул и привел обоснованную «лестницу существ», на которой расположил организмы от более примитивных к высокоразвитым. Он исходил из того, что все существа имеют единый план строения тела и в качестве весомого доказательства сравнил два организма, внешне очень далекие друг от друга, — человека и лошадь.

В 1735 году в голландском городе Лейдене вышло первое издание небольшой книжки «Система природы» молодого шведского ботаника Карла Линнея, уже успевшего стать доктором медицины. Рукопись содержала всего 14 страниц, правда огромного формата, на которых в виде таблиц было дано краткое описание минералов, растений и животных. Это была четкая классификация трех царств природы, которые были известны современникам Линнея.

В те годы ботаники уже знали тысячи растений. Но как в них разобраться, никто из них сказать не мог. «Система природы» стала для ботанической науки своеобразным путеводителем. До нее масса растительных объектов представляла собой хаос. Для того чтобы разобраться в этом растительном хаосе, были нужны точные признаки, которые позволяли бы разделять растения на группы.

Русский язык очень метафоричный. Мало того, что многие слова русского языка имеют несколько значений, мы нередко употребляем их в переносном смысле. Например, слово «вид» мы используем говоря, о внешности человека (Посмотри, какой у тебя вид!), обсуждая то, что видим вокруг себя (вид из окон), или то, что «видим» воображением (Каков вид на урожай картофеля в этом году?). Но кроме этих обиходных значений, у слова «вид» есть и значение важнейшего научного биологического термина.

Читая материалы этого раздела сайта "Тетрадкин-град", вы, вероятно, уже обратили внимание на выражение: «виды организмов». Дело в том, что к концу XVII века у ученых накопились сведения о большом количестве растений и животных. В них нужно было как — то разобраться.

До того, как Карл Линней ввел в качестве единого языка для научных названий латынь, из — за незнания иностранных языков или из — за неумения понимать метафоричные названия постоянно возникала путаница. Часто не было никакой возможности выяснить, о каком животном идет речь. В Западной Европе были широко известны «утиные деревья». Английский ботаник Д. Джерард поместил их описание в своей книге «Травник», составив его, скорее всего, на основании рисунка неизвестного автора, сделанного задолго до выхода «Травника» в свет. Этот рисунок Джерард привел и в своей книге. Видимо, оттуда его заимствовали другие ботаники и также помещали в своих трудах.

Джерард утверждал, что в плодах этого, судя по всему, водного, растения зарождаются дикие утки и, созревая, вываливаются из скорлупок плода прямо в воду. В «Травнике» указывалось, что «утиные деревья» растут в Северной Шотландии и на Оркнейских островах, лежащих у берегов Англии.

Как возникают легенды о фантастических, неправдоподобных животных?

У китайцев, бирманцев, индусов и у других азиатских народов до сих пор бытуют легенды о «золотых муравьях», которые якобы добывают из земли золото.

Европейцы к этим легендам относились скептически не только потому, что не могли представить себе муравьев в роли золотодобытчиков. В легендах говорилось, что размером они превосходили кошку, но были меньше собаки, а их тело покрывала шёрстка. Поверить в существование муравьев такого размера, да к тому же еще и волосатых, зоологам было трудно.

Большинство россиян считают, что всякие чудовища и монстры, если и попадаются людям на глаза, то где-нибудь в тропиках или в недоступных горах. Однако фантастические монстры появлялись и у нас, причем в не столь уж отдаленные времена.

В начале XVI века вышла в свет книга немецкого путешественника 3. Герберштейна «Записки о московитских делах». Он писал: «Между реками Волгой и Яиком (теперь река Урал)…есть некое семя, в общем очень похожее на семя дыни, только немного крупнее и круглее; если его зарыть в землю, то из него вырастает нечто, очень похожее на ягненка, в пять пядей вышиной, оно называется на их языке баранец, что значит ягненочек, ибо оно имеет голову, глаза, уши и все прочее в виде недавно родившегося ягненка и, кроме того, снабжено тончайшей шкуркой».

Есть ли на нашей планете животные, еще не известные науке? Люди, далекие от биологических проблем, обычно дают на этот вопрос отрицательный ответ. Иногда, правда, спрошенные добавляют, что где- нибудь в дебрях Африки или в непролазных джунглях по берегам Амазонки еще могут скрываться от людских глаз какие-нибудь неизвестные существа, но и к такой возможности относятся с большой долей сомнения. И, конечно, ошибаются. Зоологи отлично знают, что вокруг нас живет еще уйма никому не ведомых организмов.

Если в самый крохотный пруд, находящийся где-нибудь в парке в центре большого города, опустить сачок, то, скорее всего, в него попадет какая-нибудь водяная улитка. Моллюски — самые обычные обитатели любых пресных водоемов. Казалось бы, ученые должны знать о них всё: какие виды моллюсков обитают на Земле, в каких водоемах они живут и сколько их там, — ведь улитки такие медлительные и их так легко ловить. А интерес к ним не праздный.

В конце XVII века английский естествоиспытатель Роберт Гук рассматривал с помощью своего весьма несовершенного микроскопа кусочек обычной бутылочной пробки и увидел, что ее поверхность имеет ячеистое строение. То, что он увидел и зарисовал, больше всего напоминало пчелиные соты. Гук назвал крохотные ячейки пробки клетками.

Кстати, знаете ли вы, что такое пробка, из чего она сделана? Натуральную пробку получают из коры растущих на юге Европы пробковых дубов.

Обычно говорят, что Гук открыл клетки растений. Однако точнее было бы сказать, он увидел всего лишь мертвые стенки клеток. Как мы сегодня знаем, клеточные стенки у растений состоят из толстого слоя целлюлозы и других веществ, и очень прочные. Живые растительные клетки, как и клетки животных, удалось увидеть лишь 100 лет спустя.

Несмотря на значительные различия в размере, форме и функции, все клетки растений и животных построены по единому плану. Каждая из них имеет оболочку, или мембрану, являющуюся границей клеточного государства. Внутри мембраны находится прозрачная вязкая жидкость, имеющая у некоторых клеток желто — зеленый или красноватый цвет. Эта жидкость называется цитоплазмой («цитос» по-гречески сосуд, но в биологии это слово используется в значении «клетка»).

Третьим обязательным компонентом клетки является наследственная информация — описание строения всех белковых молекул организма. Фактически она является полным описанием устройства всего организма и особенностей протекания всех предусмотренных в нем процессов. В клетках тела человека, животных, растений и грибов наследственная информация хранится в клеточном ядре, шаровидном или овальном теле, чаще всего находящемся в ее центре. Только у бактерий оформленного ядра нет, но наследственной информацией обладают и их клетки.

Ядро — одна из самых крупных органелл клетки, отделенная от цитоплазмы двойной оболочкой. В этой оболочке существуют поры, через которые в ядро или из ядра проходят достаточно крупные молекулы разных веществ. В одних клетках ядро всегда занимает строго определенное место, как, например, у человека голова. В других клетках ядро способно перемещаться и может оказаться в любом месте.

Ядро — важнейшая органелла клетки, ее командный пункт. Оно запускает, регулирует и прекращает все протекающие в клетке процессы. Но этим роль ядра не исчерпывается. В полужидком веществе ядра находятся хромосомы — очень важные элементы клетки, состоящие из ДНК — дезоксирибонуклеиновой кислоты, — и белков. Фрагменты этих длинных молекул являются генами, носителями наследственных признаков организма. Подробнее о ДНК вы можете прочитать в главе «Наследники и наследственность».

Электронный микроскоп выявил в клетках животных множество разных органелл. Как вы понимаете, увидеть их было трудно, но понять, зачем они, какую функцию выполняют, оказалось еще труднее.

Если клетку рассматривать как некий «завод», разделенный на множество цехов, то совершенно ясно, что «рабочих» этих цехов нужно где — то и чем — то кормить. Значит, в клетке должна быть «столовая». И такая «столовая» нашлась, да не одна, а множество. Их назвали лизосомами, что в переводе означает «растворяющие тельца». Ими снабжены клетки животных и грибов.

Откуда клетки черпают пищевые вещества, строительные материалы и энергоносители? Клетки человека и животных извлекают их из крови, ведь в их организме есть пищеварительные органы, в которых переваривается пища и готовятся нужные клеткам питательные вещества.

В этой книге мы в основном рассказываем о биологических процессах, протекающих в организме животных и человека. Давайте заглянем и в растительную клетку. Вы, наверное, уже знаете, что эти клетки необходимые им питательные материалы умеют синтезировать самостоятельно.

Ежегодно в результате фотосинтеза на Земле создается 150 миллиардов тонн органического вещества и в атмосферу поступает около 200 миллиардов тонн кислорода. При этом усваивается более 260 миллиардов тонн углекислого газа.

Интенсивность фотосинтеза древесных растений в 5–8 раз ниже, чем травы открытых лугов. Однако за счет многоярусной организации древесно — кустарникового полога и большей площади листьев деревьев и кустарников продуктивность лесных сообществ гораздо выше травянистых.

На широте Москвы деревья лиственных пород заняты фотосинтезом примерно 130 дней в году, а хвойные осуществляют фотосинтез в течение 160–170 дней.

Жизнь любой клетки зависит от наличия различных веществ. Они непрерывно создаются из продуктов переваривания пищи, подготовленных лизосомами. Не только у молодого растущего организма, но и у взрослых существ некоторые клетки тела продолжают размножаться, то есть делиться и расти, увеличиваясь в размерах и увеличивая до необходимого уровня число разных органелл. Такие клетки должны энергично синтезировать строительные материалы. Обычно в качестве примера приводят кроветворные клетки красного костного мозга. Процессы, связанные с их размножением и ростом, изучены особенно хорошо. Но и клетки, прекратившие размножаться, продолжают интенсивно создавать одни вещества и разрушать другие. Часто именно в этом и состоит их функций — например, клетки желёз в огромных количествах производят гормоны, ферменты, молоко и т. д.

Эту органеллу открыл итальянский ученый Камилло Гольджи, в честь него она и получила свое название. Аппарат Гольджи состоит из стопок плоских, изолированных друг от друга мешочков и участвует в транспорте молекул внутри клетки и за ее пределами. Частично это происходит с помощью транспортных пузырьков. Они отделяются от эндоплазматической сети и вливаются в мешочек, находящийся у основания стопки. Здесь вещества сортируются, и формируется определенный, нужный на данный момент, состав веществ внутри мешочка.

Все живые клетки (кроме бактерий) содержат очень важные органеллы — митохондрии, которые можно образно назвать «энергетическими станциями» клетки. Их может быть совсем немного, всего несколько штук, но существуют клетки, которые содержат свыше 1000 митохондрий. Эти миниатюрные тельца имеют различную форму — от шариков до нитей и палочек. Как и хлоропласты, митохондрии покрыты двойной мембраной. Наружная мембрана митохондрий гладкая, а внутренняя имеет множество складок, разделяющих полость митохондрий неполными перегородками. Эти складки во много раз увеличивают поверхность мембраны, ведь именно на ней «сидят» ферменты, осуществляющие важнейшие химические реакции. Помните, в хлоропластах ферменты также располагались на внутренней мембране, упакованной для увеличения поверхности в стопки мешочков — граны?

Химерой древние греки называли мифическое чудовище с головой и шеей льва, туловищем козы и хвостом дракона. Биологи называют химерами любые организмы или клетки, составленные из частей разных организмов. Обычно химерные организмы получают в лаборатории для различных генетических экспериментов, но оказалось, что химерами являются клетки абсолютно всех ядерных организмов — растений, животных и грибов!

Началось это удивительнейшее открытие XX века с обнаружения в митохондриях и хлоропластах, очень похожих друг на друга органеллах, кольцевой ДНК. Кроме того, митохондрии и хлоропласты, как выяснилось, размножаются делением и при этом их ДНК, как и положено при делении, удваивается. Это было и само по себе удивительно — зачем отдельным органеллам своя генетическая информация?

Организм — не простое скопление клеток, расположенных в случайном порядке. Поэтому совершенно очевидно, что развитие любого существа не может состоять в простом увеличении числа входящих в него клеток.

Развитие включает в себя целый ряд процессов. В первую очередь — развитие самих клеток, их дифференциацию и специализацию. По мере развития клетки становятся «специалистами», способными выполнять конкретную работу, но плохо или вовсе не выполняющими другие функции. В организме человека встречается примерно 200 типов клеток, и, значит, по меньшей мере, две сотни клеточных «профессий».

Развитие многоклеточных организмов начинается с оплодотворения яйцеклетки. Оплодотворенную яйцеклетку принято называть зиготой, подчеркивая употреблением нового слова, что это уже не отдельная клетка материнского организма, а новая особь, пусть пока еще маленькая и беззащитная.

Для развития оплодотворенных яйцеклеток — зигот — необходимо тепло. Большинство животных, особенно низкоорганизованных, полагаются в этом деле на природное тепло. Рептилии, например, как правило, закапывают яйца в теплый песок, где они благополучно развиваются. Но более высокоорганизованные существа не бросают яйца на произвол судьбы, а проявляют удивительную заботливость.

Сорные куры совсем освободились от скучной обязанности насиживания яиц. Те из них, что живут на вулканических островах, греют яйца у этой естественной «печки». Они находят места, где из глубин Земли выделяется тепло, и самки откладывают туда яйца, оставляя их затем под присмотром самца, который следит за тем, чтобы развивающиеся эмбрионы не перегрелись. Сорные куры острова Сулавеси, живущие вдали от вулканов, на время размножения переселяются поближе к побережьям, где самки откладывают яйца в черный песок пляжей, который хорошо прогревается. Аналогичным образом поступает египетский бегунок, больше известный как крокодиловый сторож. Самки этих птиц откладывают яйца в песок на берегах Нила, закапывая их на глубину 10 см. За яйцами приглядывают самцы. Когда возникает опасность перегрева, они смачивают песок над кладкой своими мокрыми перьями, для чего регулярно бегают купаться.

Про человеческий коллектив, в котором постоянно происходят ссоры, говорят, что это «клубок змей». Оказывается, настоящие змеи действительно иногда могут свиваться в большие клубки. Раньше случалось находить 50, 100 и больше змей, переплетенных друг с другом. Никто не знал, с какой целью они это делают, но совершенно очевидно, что не вражда друг к другу, не желание нанести вред своим соплеменникам толкает их на это. Оказавшиеся в клубке змеи ведут себя по отношению друг к другу вполне доброжелательно.

Клубок змей — явление настолько необычное и редкое, что далеко не всем специалистам по змеям случалось наблюдать это явление. Неудивительно, что в конце XIX — начале XX столетия, когда о встрече со свившимися в клубок змеями иногда появлялись сообщения в печати, многие зоологи считали их обычными охотничьими байками. В последние десятилетия также никто не хвастался, что наблюдал в нашей стране или даже в Средней Азии, где змей много, подобное поведение змей. Впрочем, змей стало так мало, что трудно представить, чтобы вместе собралось хотя бы 20 представителей этих существ, яростно преследуемых человеком.

Зиготам, развивающимся в теле матери, хорошо — они защищены от внешнего мира. Другое дело — яйца, развивающиеся вне материнского организма. Они подвергаются различным опасностям и невзгодам. Таким клеткам требуются особые защитные приспособления, предохраняющие яйцо, а потом и зародыша от механических повреждений, нападения вредителей и высыхания. Ярким примером таких приспособлений служат яйца акул, рептилий и птиц. Строго говоря, большая часть того, что мы называем «яйцом», — его «белок», пленки и скорлупа или кожистый футляр — это яйцевые оболочки, и только желток является истинным яйцом, то есть оплодотворенной яйцеклеткой.

Мы познакомились с тем, как начинается развитие оплодотворенной яйцеклетки. На начальном этапе развития зародыша его клетки просто делились и оставались «жить» там, где появились на свет. Можно подумать, что эти первоначальные структуры формируются совершенно случайно и образующим их клеткам совершенно безразлично, где они оказались и кто их соседи. Однако это не так. Помогли это выяснить лягушки. Их зародыши обладают удивительным свойством. Если их икринки развиваются в воде, куда добавлено немножко пищевой соды, клетки зародыша между собой не слипаются, как им полагается. Это свойство позволило «разобрать» зародыши лягушки на отдельные клетки. Если эти клетки поместить в специальный питательный раствор, они не погибают, а вновь приобретут способность слипаться между собой.

В зародыше довольно рано появляются клетки, являющиеся узкими специалистами в каком — либо виде деятельности. Интересно, что появление этих клеток, их формирование часто происходит не там, где им придется работать, а где — нибудь на стороне, иногда довольно далеко от места будущей работы. Когда потребность в их деятельности созреет, этим клеткам приходится перебираться на новое место жительства, к месту будущей работы. Может показаться удивительным, но этот процесс происходит даже у человека.

О миграциях клеток тела в ходе развития организма ученые знали уже достаточно давно, но о том, как путешествующие клетки находят дорогу к месту работы, выяснить было непросто. Проще всего было предположить, что клетки находят дорогу по «запаху». Однако доказать, что именно запах помогает им найти дорогу, крайне трудно. Такая возможность бесспорно доказана лишь в одном — единственном случае: так находят дорогу клетки — предшественники лимфоцитов, белых клеток крови, из костного мозга, где они образуются, в вил очковую железу — тимус, находящуюся у нас между трахеей и грудиной.

Представьте себе станок — автомат для изготовления гвоздей. Что нужно для того, чтобы он приступил к их изготовлению? Во — первых, металл — чтобы было из чего делать гвозди. Во — вторых, электроэнергия — чтобы станок мог работать. А в — третьих… нужно включить станок.

А кто «включает» процесс дифференцировки клеток?

Каждая клетка любого организма имеет полный объем информации о том, как устроен организм, в котором она находится, а также о том, какие функции и каким образом должны выполнять клетки данного организма. Действительно, клетки умеют делать то, что им положено, но кто — то должен им дать команду. Оказывается, команду дают клетки — соседи из тех, кто появился раньше и успел сформироваться.

Top.Mail.Ru Яндекс.Метрика