Текст книги "Я познаю мир. Тайны человека"

Автор книги: Б. Сергеев

сообщить о нарушении

Текущая страница: 16 (всего у книги 17 страниц)

Иммунитет – штука универсальная

До того, как врачи научились изготовлять и использовать вакцины, каждый второй ребенок, заболевший дифтерией, умирал. Взрослые заболевали реже, но тоже болели очень тяжело. Дети умирали не только от воздействия дифтерийного токсина. Во время болезни горло ребенка покрывала серая пленка. Она образовывалась из разрушенных клеток слизистой оболочки, погибших фагоцитов и выпота тканевых жидкостей. Она, как пенка на молоке, могла отслоиться от стенки глотки, а ее обрывки частенько закупоривали дыхательную щель, и ребенок погибал от удушья.

Выявить возбудителя дифтерии долго не удавалось. Виновника болезни поймал с поличным немецкий врач Ф. Лефлер. Кстати, микроб – дифтерийная палочка – официально называется палочкой Лефлера. Доказать ее причастность к развитию дифтерии оказалось трудной задачей. Сам первооткрыватель микроба признавался, что даже у больных дифтерией в самый разгар •болезни ему не всегда удавалось найти ее возбудителя.

Поскольку опасность представляет для человека не сама по себе дифтерийная палочка, а только вырабатываемый ею дифтерийный токсин, у врачей возникал вопрос, стоит ли бороться с самим микробом, а не лучше ли попытаться найти способ борьбы с микробным ядом. В конце концов одному из сотрудников Пастера удалось получить дифтерийный токсин. Другой француз сумел так его обработать, что он становился безвредным. Однако после введения его человеку у того развивалась невосприимчивость и к настоящему дифтерийному токсину. Подобные безвредные аналоги микробного яда, с помощью которых можно было выработать у человека иммунитет, получили название анатоксинов.

Так с чем нужно бороться, когда человек заболевает инфекционной болезнью? Против чего, микроба или его токсина, у человека вырабатывается иммунитет? Оказывается, силы иммунитета борются с микробами, проникшими в организм совсем не из–за того, что они стали бешено размножаться и что они разрушают клетки организма. Чтобы начать борьбу с микробом, организму человека достаточно убедиться, что он имеет дело с втор женцем. Он будет бороться с любым вторженцем независимо от того, опасен он или безвреден, живой он или мертвый, существо это или вещество. Важен лишь его химический состав. Если вещество–вторженец будет серьезно отличаться от вещества организма хозяина, против него образуется иммунитет – способ борьбы с этим веществом. Иммунитет против болезнетворных микробов развивается не потому, что они живые, а потому, что их тела состоят из таких молекул, которых в организме хозяине нет.

Выяснение причин возникновения иммунитета. открывали широкие возможности борьбы с самыми различными ядами, в первую очередь – с микробными. Быстро были созданы столбнячный, дизентерийный, стафилококковый, бутулинический анатоксины, спасшие миллионы людей от серьезных инфекционных болезней.

Один из видов национального индийского искусства – заклинательство змей. Без заклинателей в Индии не обходится ни один общенародный праздник. Европейцев всегда удивляло фамильярное обращение факиров со своими смертельно опасными подопечными. Почему они не боятся укуса ядовитых змей? Оказывается, постоянное общение с ними приводит к тому, что микроскопические порции яда попадают в организм заклинателей и у них постепенно развивается стойкий иммунитет по отношению к смертельным дозам змеиного яда.

Успехи в выработке иммунитета к микробным ядам натолкнул ученых на мысль о возможности найти способ предохранения от последствий укусов змей. В настоящее время созданы анатоксины яда всех широко распространенных змей, а также некоторых растительных ядов.

Невидимое оружие

Открытие И.И. Мечниковым фагоцитов, маленьких защитников организма, стало серьезным этапом в изучении защитных сил организма. Однако выяснилось, что количество фагоцитов в крови привитых животных не увеличивается. Это обстоятельство вызвало подозрение, что фагоциты не всегда имеют отношение к иммунитету, что позже и подтвердилось. Оказалось, что сыворотка, то есть жидкая часть крови, очищенная от красных, белых и других клеток крови, взятая у привитых животных, прекрасно убивает возбудителей болезни.

Эти наблюдения свидетельствовали о том, что после прививки, после возникновения иммунитета, в крови привитого животного появляются какие–то вещества, способные уничтожать микробов, против которых была сделана прививка. Эти защитные вещества получили название антител.

Изун.ение антимикробных свойств сыворотки крови особенно тщательно проводил немецкий бактериолог Эмиль Адольф Беринг. Проведя специальные исследования, он убедился, что с помощью сыворотки можно вылечить заболевшего соответствующей болезнью животное. Беринг убедился в этом на примере столбняка. Он получил от кроликов антистолбнячную сыворотку и с ее помощью спас от смерти крыс, специально зараженных столбняком. Позже он получил антидифтерийную сыворотку. Такая сыворотка, полученная из крови привитых дифтерийным анатоксином лошадей, до сих пор является основным лекарством при лечении больных дифтерией. Вот как важно оказалось научиться приготовлять микробные анатоксины. Лекарство, убивающее возбудителя болезни, не могло бы дать такого лечебного эффекта, так как у заболевшего человека в крови уже много микробного токсина.

Производство антимикробных и антитоксических сывороток началось в 1894 году. С этого момента стало не обязательно вырабатывать у человека иммунитет поголовно ко всем опасным инфекционным болезням, тем более к змеиным и другим ядам. Столбнячный микроб, например, способен вызвать болезнь, если он проник в ранку, хотя и маленькую, но глубокую, например, когда человек наступит на ржавый гвоздь. Зачем же прививать человека от столбняка, если он ездит обычно в карете, а ходит преимущественно по паркету.

Обнаружение веществ–защитников – антител – не поколебало веры ученых в важную роль фагоцитов в борьбе с опасными микроорганизмами. Сегодня понятно, что фагоциты и антитела действуют совместно. Подтверждением важности изучения обоих механизмов борьбы с инфекционным началом послужило одновременное присуждение Нобелевской премии И.И. Мечникову за открытие фагоцитов и П. Эрлиху за открытие антимикробных свойств сыворотки крови.

Иногда задают вопрос, какой компонент иммунитета важнее: фагоциты или антитела? Пожалуй, важнее фагоциты, так как именно они и вырабатывают антитела. Кроме того, фагоциты – основа особого иммунитета, мешающего приживлению чужеродных органов и тканей. Если кусочек кожи от одного человека пересадить (подшить) другому, он быстро прирастет, и уже через неделю можно удалять удерживающие его нитки. Кажется, пересадка прошла успешно, но еще через 10 дней этот кусочек кожи засохнет и отвалится. Это результат иммунитета. Организм обнаружил чужеродную ткань, чужеродные белки, и принял меры, чтобы от них избавиться. Это входит в обязанность особых клеток – иммунных лимфоцитов. Они спешат к месту, где находится пересаженная кожа, вплотную приближаются к чужеродным клеткам и впрыскивают в них вещество ПАР (продукт антигенного, то есть чужеродного, распознавания).

Откуда берутся фагоциты? Они способны размножаться простым делением. Кроме того, их массовое производство происходит в селезенке и в многочисленных лимфатических узлах. Есть у человека и у позвоночных животных специальный орган, играющий важную роль в формировании механизмов иммунитета. Это вилочковая железа, или тимус. Находится она у человека между трахеей и грудиной. У новорожденного ребенка она весит всего 10–15 граммов. Но у новорожденных детей все крохотное. В сравнении с размерами других органов вилочковая железа – солидный орган, ведь даже сердце, новорожденных весит не больше 25 граммов. В 9–12 лет эта железа достигает максимального развития, увеличиваясь до 30–40 граммов, после чего ее рост прекращается, и в 24.–27 лет она начинает атрофироваться, уменьшаться, и на ее меете образуется жировая ткань. Насколько важна эта железа, показывают результаты следующих опытов. Если новорожденным мышам в первые 3 дня их жизни удалить вилочковую железу, у них не разовьется лимфатическая система, в крови будет мало лимфоцитов, и эти животные будут неспособны вырабатывать иммунитет, поэтому чаще всего погибнут еще молодыми. Единственное положительное качество, которое приобретают эти мыши, – неспособность отторгать пересаженные им органы. Это тоже результат нарушения иммунных реакций.

Интересно, что такой эффект получался лишь при удалении вилочковой железы в самые первые дни жизни. Удаление ее чуть позже особого вреда организму не наносило. Вот какой удивительный орган этот тимус. Всего за несколько дней он создает условия для нормального развития иммунитета, а затем первым из органов человеческого тела уходит на покой.

А. Флеминг: антибиотики

Из чего только не приготовляли в древности и не приготовляют сейчас лекарства для лечения человеческих болезней! Одно лишь перечисление весьма странных веществ и материалов, используемых для их изготовления, вряд ли уместится в толстой книге. Не будем пытаться сделать даже краткий их перечень. Скажем лишь, что весьма странные вещества использовались, а некоторые и поныне используются не только шаманами, но и учеными, в том числе и в нашей стране.

Так, С.П. Боткин, светило отечественной медицины, пытался создать лекарство из обычных тараканов! В Армении во времена средневековья помет разных животных входил в состав более ста лекарств, а уринотерапия, лечение с помощью человеческой мочи, сегодня широко пропагандируется по всей России. Неудивительно, что попытки изготовить лекарство из плесени ни у кого не вызвали отвращения.

Стафилококки – обычные, но опасные микробы. Они чаще других вызывают нагноение при травмах и хирургических операциях. Вот почему эти микробы изучались и продолжают изучаться во многих лабораториях мира.

Когда ученые в своих лабораториях выращивают различные микробы, им приходится тщательно соблюдать чистоту. Малейшая оплошность, и на поверхности питательной среды вместо высеянного микроба разрастаются колонии совсем других микроорганизмов. Самыми частыми вредителями в микробиологических лабораториях бывают плесени – особый вид микроскопических грибков.

Микробы чаще всего выращиваются на поверхности застывшего желе в мелких и плоских стеклянных чашках – чашках Петри. Когда в чашки, засеянные стафилококком, проникает плесень, они не зарастают ею, как огород сорняками. Плесень, окружая круглые клумбы – колонии стафилококка, растворяет их, и на этом месте остаются небольшие проплешины, покрытые пленочкой жидкости. Это обычная картина, с которой любой микробиолог сталкивался не раз. Однако до поры до времени никому из них не приходило в голову разобраться в том, что происходит в чашках Петри. Их просто выбрасывали. Лишь в 1920 году этой плесенью–вредительницей заинтересовался английский микробиолог А. Флеминг. Он стал специально выращивать ее и убедился, что она способна погубить многие микроорганизмы, правда, далеко не все. Среди тех микробов, которых плесень уничтожала, были стафилококки, стрептококки, дифтерийная палочка и такой опасный враг, как бацилла сибирской язвы. Флеминг понял, что из плесени могло бы получиться отличное лекарство для борьбы со многими инфекционными болезнями. Однако для этого нужно было научиться извлекать из нее именно то вещество, которое убивает микробов, и найти способ очищения его от любых примесей, так как плесень вырабатывает и другие ядовитые вещества, смертельно опасные даже для человека.

Плесень, заинтересовавшая Флеминга, была прекрасно известна ботаникам. Она называется пенициллиум нотатум: Чтобы создать лекарство, Флеминг обращался за помощью и к химикам, и к фармацевтам, и к ботаникам. Шли годы, но добиться положительных результатов не удавалось. Только в преддверии Второй мировой войны у Флеминга появились талантливые помощники – и был создан всем сегодня известный пенициллин.

Лиха беда начало. Вслед за пенициллином ученые создали стрептомицин – первое действенное лекарство против туберкулеза. Оно позволило на многие годы избавить человечество от этой страшной болезни. Затем были созданы синтомицин и ауреомицин – средства против брюшного и сыпного тифа. Ученые поняли, что у каждого микроорганизма есть свои, обычно многочисленные враги из числа таких же микроорганизмов. Поэтому с момента создания пенициллина поиски новых врагов опасных для человека возбудителей болезней ведутся со все возрастающей интенсивностью. Этот тип лекарств, действующий не на человека, а убивающий проникших в наш организм микробов, медики назвали антибиотиками. «Биос» по–гречески «жизнь», а «анти» – приставка, означающая «против». Ежегодно создают десятки антибиотиков. Потребность в новых лекарствах объясняется тем, что микробы размножаются с космической скоростью. Это дает им возможность быстро изменяться, в результате чего бывшие яды перестают на них действовать. Например, современные стафилококки давно вышли из–под контроля пенициллина и практически его не боятся. Туберкулезная палочка перестала бояться стрептомицина, и туберкулез снова пошел в наступление.

Среди микроорганизмов много наших серьезных врагов. Но есть и друзья. Их тоже не мало. Помощью многих из них мы пользуемся постоянно. Они живут в нашем кишечнике, не позволяя размножаться там гнилостным бактериям, и даже помогают переваривать пищу. К помощи других мы прибегаем, когда у нас возникают инфекционные болезни. На Земле существует несметное количество видов микроорганизмов, и можно с уверенностью утверждать, что некоторые из них смогут стать нашими защитниками и друзьями.

Драгоценные паразиты

Почти каждый вид бактерий имеет своего паразита, одного или нескольких вирусов. Они были открыты в 1915 году канадскими микробиологами Ф. Туартом и Ф.Д’Эрелем и названы бактериофагами – пожирателями бактерий. Бактериофага нетрудно узнать по внешнему виду, конечно, если рассматривать его в электронный микроскоп, дающий увеличение в 50–70 тысяч раз.

Обычно частичка бактериофага похожа на булаву: палочку с головкой на одном из ее концов. На палочке находятся тонкие длинные нити, используемые для прикрепления к бактерии, но, чтобы их увидеть, нужно иметь особенно сильный микроскоп. Прикрепившись, он с помощью находящихся здесь ферментов растворяет клеточную оболочку и впрыскивает в бактерию свою молекулу нуклеиновой кислоты. И сразу же в теле бактерии начинается синтез фрагментов молекул вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков, а затем из них начинается самосборка вирусных частиц. В последнюю очередь синтезируется особый белок, который растворяет стенку бактерии, и сонмы йовых частиц бактериофага обретают свободу. Теперь они готовы напасть на любую подходящую бактерию. Вот почему небольшое количество бактериофага способно быстро размножиться и уничтожить несметное количество микробов.

Бактериофаги – безжалостные убийцы бактерий. Холерные вибрионы, бактерии чумы, брюшного тифа, дизентерии гибнут за 10–15 минут. Если саму вирусную частицу увидеть трудно, полюбоваться на проделанную бактериофагом работу доступно в любой бактериологической лаборатории. В колбу с прозрачным раствором специальной питательной среды нужно внести немного бактерий, они начинают бешено плодиться, и уже через сутки раствор помутнеет. Теперь нужно внести в колбу несколько капель бактериофага, и уже через несколько часов раствор снова станет прозрачным: бактерии будут уничтожены.

Канадские микробиологи не только открыли бактериофаги, но первыми применили их для профилактики инфекционных болезней и для лечения больных. Ф. Д’Эрель наблюдал в Индии развитие эпидемии холеры. Она быстро набирала силу, но почему–то обходила стороной некоторые селения. Д’Эрель исследовал воду, которой пользовались в этих деревнях, и нашел, что колодезная вода содержала холерный бактериофаг. Ученый распорядился, чтобы в колодцы селений, где холера особенно сильно буйствовала, внесли бактериофаг, и эпидемия стала отступать. Это открыло зеленую улицу для использования в профилактических и лечебных целях многих бактериофагов.

Лет 50–60 назад бактериофаги получили широкое распространение и в нашей стране. Во время Отечественной войны они использовались как профилактическое средство. В боевых условиях не всегда удается вовремя подвезти чистую воду, а пить из открытых природных водоемов опасно. В такой воде всегда есть вероятность встретиться с возбудителями дизентерии, брюшного тифа, холеры. Поэтому таблетку бактериофага растворяли в воде. Вне организма бактериофаги особенно агрессивны, и уже через 15 минут воду можно было пить.

Бактерии быстро приспосабливаются к бактериофагам и приобретают способность противостоять им. Поэтому медики сегодня уже не используют бактериофаги. Однако применение бактериофаги наряду с другими профилактическими мероприятиями позволило во время Отечественной войны предупредить возникновение в нашей стране эпидемий.

Об аистах и капусте

Почему два?

На нашей планете обитает несколько миллионов видов животных. Одни живут в воде, другие на суше, одни любят холод, другие предпочитают тепло, некоторым необходимо высокое давление, есть и такие, что могут жить почти в вакууме. Но как ни различны между собою отдельные виды животных, у всех них есть нечто общее: представители большинства видов делятся на мужские и женские особи. Только очень примитивные существа не имеют пола.

Зачем же понадобилось природе разделить все живое на две группы? С выполнением какой задачи не мог справиться один организм?

Чтобы размножиться, нет необходимости делиться на мужские и женские особи. Прекрасно размножаются примитивные организмы, у которых нет такого деления. Микробы, амебы, инфузории и другие одноклеточные существа размножаются делением на две части. Такой способ размножения удобен главным образом для одноклеточных существ. Другим способом бесполого размножения – почкованием – пользуются многоклеточные организмы. Он состоит в том, что от родительского организма отделяется небольшая группа клеток, из которой впоследствии вырастает новая особь.

Некоторые организмы размножаются путем образования спор. Если речь идет об одноклеточных существах, образованию спор предшествует деление тела на несколько, иногда на очень большое количество частей. Из них формируются споры. Они малы, не похожи на родительский организм и заключены в прочную защитную оболочку, которая предохраняет их от неблагоприятных воздействий окружающей среды. Благодаря этому споры могут переносить разные превратности судьбы: высушивание, сильное нагревание или охлаждение. Из спор, попавших в благоприятную обстановку, развивается новый организм. Так в крови человека размножаются возбудители малярии – плазмодии.

Любой вид животных для своего существования нуждается в постоянном появлении на свет достаточного количества детенышей. Если отбросить некоторые исключения, то можно утверждать, что количество детенышей зависит главным образом от количества самок. Большое число самцов для этого совсем не обязательно. Известно много видов животных, семьи которых, как у котиков, состоят из одного самца и множества самок.

Какую же роль играют самцы? Они, оказывается, отвечают за качество детенышей. Обзавестись семьей способен далеко не каждый самец. Чтобы найти себе пару, самцу приходится выдержать жесткую конкуренцию. Семьянинами становятся в первую очередь хорошо приспособленные к жизни самцы. Речь, безусловно, идет о физической силе. Она совершенно необходима, чтобы получить и удержать гнездовой участок или выйти победителем из «рыцарских» турниров, которые устраивают самцы многих видов животных. Но необходим и ум, и способность приспосабливаться к неблагоприятным условиям жизни. Дети всегда бывают похожи на родителей, и более приспособленные самцы, естественно, дадут более приспособленное к жизни потомство.

Чтобы выполнить эту задачу, они не должны быть одинаково хорошо приспособленными ко всевозможным ухудшениям условий жизни. Вполне достаточно, чтобы каждый из них оказался отлично приспособленным к чему–нибудь одному: к ухудшению климата, к уменьшению привычной пищи, к поискам ее замены, к выработке способов спасения в случае появления новых хищников.

Поэтому самцы бывают очень разными. К тому же они, а вовсе не самки, как это принято считать, являются слабым полом. Даже человек ничем в этом отношении не отличается от остальных существ. Если взять хотя бы продолжительность жизни, то у всех народов она гораздо выше у женщин, чем у мужчин. В любой стране среди столетних людей от 60 до 85% женщин. Однако рекорды по долгожительству чаще всего дают мужчины. В своей массе, сильно отличаясь друг от друга, они всегда выдвинут одного–двух, способных стать чемпионами.

Как же самцы обеспечивают качество детенышей? Когда происходят серьезные изменения условий жизни, большинство самцов вымирает, а самки, как сильный пол, в основном выживают. Если бы выживали плохо приспособленные самцы, их дети тоже оказались бы плохо приспособленными к новым условиях жизни, и данный вид животных мог бы захиреть или даже вымереть.

Однако на самом деле остаются лишь немногие самцы, сумевшие приспособиться к новым условиям. Это серьезно не отразится на количестве вновь появляющихся детенышей, ведь у большинства видов животных самцы способны образовывать по нескольку семей или семьи с большим количеством самок. При этом дети, унаследовав от своих отцов те качества, которые позволили им приспособиться к неблагоприятным изменениям условий жизни, сами окажутся хорошо приспособленными, и вид в целом будет процветать.

Вот одна из причин появления двух различных полов.

Прежде чем познакомиться с процессами, в результате которых решается вопрос, быть ли будущему организму мальчиком или нет, давайте выясним, что представляет собой яйцеклетка и как начинается ее развитие.

У всех организмов, в клетках тела которых находятся ядра, в том числе и у человека, клеточные ядра содержат особые, очень длинные молекулы сложного органического вещества с длинным и трудно произносимым названием: дезоксирибонуклеиновая кислота. Для удобства употребления название сократили, образовав новое из первых букв входящих в него слов. В результате такой операции название вещества превратилось в ДНК.

Молекулы ДНК имеют вид длинной цепочки атомов. Это молекулы–великаны. У микроба кишечной палочки они достигают в длину полутора миллиметров, а у человека и многих позвоночных животных, – одного метра! Правда увидеть эту цепочку атомов даже в самый сильный микроскоп не удастся, так как она очень тонка. Молекула ДНК как бы состоит из двух соединенных между собой цепочек атомов, на которые, как на нитку ожерелья, нанизаны в определенном порядке «бусинки» – пары небольших молекул четырех типов веществ. Эти молекулы–"бусинки" используются в качестве букв, с помощью которых записаны все сведения об организме: о том, как он должен быть устроен, как должны функционировать клетки и органы его тела. Там же содержится и подробная инструкция, как из яйцеклетки построить тело взрослого вещества.

У высших организмов молекулы ДНК находятся в клеточных ядрах всех клеток тела. Они окружены молекулами белковых веществ. Упакованная подобным образом молекула ДНК называется хромосомой. Обычно хромосомы по родственному принципу объединены в пары. В каждой паре одна из хромосом имеет материнское, а другая – отцовское происхождение. У любого вида организмов клетки тела содержат строго определенное, присущее только им число хромосом, иными словами, строго определенное количество молекул ДНК. У человека – 46, у стрекозы–коромысла – 6, а у аскариды 2.

Все клетки тела имеют одинаковое количество хромосом, все, кроме половых клеток. В каждой половой клетке находится только половина этого количества, по одной хромосоме из каждой пары. Следовательно, половые клетки человека имеют по 23 хромосомы. Когда в процессе оплодотворения женской половой клетки она сольется с мужской половой клеткой, в ней восстановится необходимое количество хромосом, и все они воссоединятся в пары по родственному признаку.

Теперь вернемся к вопросу о том, как становятся существами мужского и женского пола высокоразвитые животные и человек. Итак, у человека 46 хромосом, сгруппированных в 23 пары. В каждой из 22 пар входящие в них хромосомы, иными словами молекулы ДНК, совершенно одинаковы, и только на 23–ю пару это правило не распространяется. У девочек эта пара, как ей и полагается, содержит две Х–хромосомы, но у мальчиков она дефектная. В нее входят две разные хромосомы: X и Y. Таким образом, из эмбрионов с нормальными хромосомными парами развиваются существа женского пола, а при наличии в клетках тела какой–то необычной, видимо, дефектной, хромосомы Y, для которой нет идентичной пары, развитие эмбриона пойдет по мужскому типу.

Наличие у мальчиков Y–хромосомы никакими особыми неприятностями ему не угрожает. Однако иногда из–за неправильного развития половых клеток в клетках будущих мальчиков оказываются три половые хромосомы: XYY. Медики заметили, что среди мужчин с таким набором хромосом чаще, чем среди прочих, встречаются умственно отсталые и психически неполноценные люди.

У ряда животных механизм возникновения самцов обходится без мужской половой хромосомы. Если клетки развивающегося зародыша содержат по две женских Х–хромосомы, из него разовьется существо женского пола, а если только одну, такой неполноценный эмбрион превратится в существо мужского пола.

Интересно, что у птиц, бабочек, некоторых амфибий и рептилий все наоборот. У них «неполноценными» существами • являются самки. У петуха в каждой клеточке его тела имеется пара, состоящая из двух одинаковых половых хромосом. Если в куриное яйцо попали две половые хромосомы, развивающийся в нем цыпленок станет петухом, но если в клетках яйца лишь одна половая хромосома, то цыпленок, который из него разовьется, станет курицей.