Текст книги "Занимательная биология"

Автор книги: Игорь Акимушкин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 21 (всего у книги 24 страниц)

Лягушки помогают по-прежнему

Дело было так. Однажды немецкому натуралисту Фрейлиху пришла в голову счастливая мысль. Что, если лягушке, обыкновенной прудовой лягушке, сделать укол чужеродной сыворотки? Под рукой у него оказалась только лошадиная сыворотка, и он набрал ее в шприц. Проколов тонкую лягушачью кожицу, нажал на поршень. Появился небольшой желвак, который потом постепенно рассосался.

Прошел день, второй. Квакушка вела себя как ни в чем не бывало. Фрейлиху не терпелось узнать, что же все-таки с ней происходит. Неужели так ничего и не изменилось? Лягушка не собиралась ни болеть, ни умирать. Тогда Фрейлих оставил эту лягушку для наблюдения, а сам взял другую и проделал с ней то же самое. Он все думал и думал, как заглянуть внутрь лягушачьего тела, чтобы узнать, что там творится.

И тут Фрейлиха осенило: надо же посмотреть в микроскоп на брызжейку! Это тончайшая пленка, которая тянется во всю длину кишечника. Она прозрачна и пронизана сетью кровеносных сосудов, питающих кишки. Ученый усыпил лягушку, вскрыл ее и растянул на предметном столике микроскопа брызжейку.

Ну, теперь видно хорошо! Вот основной ствол кровеносного сосуда, а это ветви – капилляры. По ним быстро струится кровь. Наталкиваясь друг на друга плывут в ней эритроциты, лейкоциты, тромбоциты. Некоторые шарики, подталкиваемые другими, выписывают замысловатые дуги.

Надо сказать, Фрейлих погубил немало лягушек, но все же не нашел в них ничего особенного.

Но вот однажды он придумал новый опыт. Сделав лягушке укол, он растянул под объективом микроскопа брызжейку и капнул на нее сверху маленькую каплю той же лошадиной сыворотки, которая осталась в шприце. Взглянул в микроскоп и – ахнул. Кровяные шарики, которые до этого быстро бегали внутри сосудов, внезапно остановились. Они не желали больше двигаться. Лейкоциты, эритроциты, тромбоциты сиротливо прижались к стенке сосуда. А жидкая кровь, в которой они плавали, начала стремительно просачиваться наружу. Вокруг кровеносного сосуда нарастал отек.

Так было сделано очень важное открытие.

Стенка кровеносного сосуда пронизана множеством крохотных дырочек и поэтому проницаема, как решето. Аллергены, бывшие в той капле, которую Фрейлих уронил на брызжейку, моментально всосались в кровь. Где-то там в глубине лягушачьего тела они встретились с теми, которые попали в нее раньше, из шприца. Теперь же их стало значительно больше, и они соединенными силами атаковали бедную лягушку.

Фрейлих первым увидел, что происходит при аллергии в крови. Он узнал, что самая примечательная ее черта – выход жидкости из кровеносных сосудов и обширные отеки. Отек развивается со скоростью стихийного бедствия. Если дать волю воображению, отек можно было бы сравнить с наводнением.

То, что Фрейлих увидел в маленькой лягушке, происходит и в человеке. Кровеносные сосуды «мелеют», жидкая кровь уходит в ткани, а кровяные тельца застревают на «мели». Они теперь не могут выполнять работу, которую природа им поручила. И ткани организма голодают.

Когда начинается аллергическое «наводнение», стенки сосудов не в силах удержать напор плазмы крови, которая стремится выйти наружу. Аллергены буквально изгоняют ее из капилляра. Жидкость покидает сосуды и превращает полости, где лежат наши органы, в настоящие внутренние «озера». А легко ли дышать легким, когда кругом наводнение? Как работать отекшему сердцу?

Теперь мы знаем, что происходит при аллергии в крови. А в других органах – что там?

Антитела идут в бой

Фагоцитоз, как известно, открыл Илья Мечников.

На прозрачной, как стеклышко, водяной блохе изучал он удивительную войну клетки против клетки. Как Гулливер, смотрел профессор сквозь линзы микроскопа на сражавшихся перед его глазами лилипутов. И не было среди них ни «тупоконечников», ни «остроконечников», лишь злая армия нападающих микробов и отважных защитников – лейкоцитов. Они набрасывались на бактерии и пожирали их.

Соединительную ткань назвали очень удачно. Она действительно соединяет решительно все в организме. Залегает между органами и полостями, строит стенки кровеносных сосудов, проникая вместе с ними в любой участок тела. Раньше так и думали, что соединительная ткань – это, мол, просто биологическая прокладка, нечто вроде пенопластового матраца, без которого человеческие органы расшибались бы друг об друга, особенно при сильных встрясках.

И только Мечников открыл всем глаза на ее другую роль. Все это так, сказал он, но у соединительной ткани есть и другое назначение, и как оно важно! Кузница фагоцитов – вот еще что такое соединительная ткань! Фагоцитоз – самый простой метод защиты. Суть его одна и та же и у человека и у водяной блохи.

Но вот бактерии снова и снова атакуют человека, и лейкоциты не успевают их пожирать. И совсем дело плохо: появились микробы, вооруженные аллергенами. Не так-то уж важно, сколько их; важно, как часто нападают они.

Может случиться, что аллергены наступают медленно и «точат» человека исподволь (реакция замедленного типа). Где-то там, о глубине его организма, «на территории клеток», как говорят ученые, разыгрываются ожесточенные бои. Аллергены нападают, а наши клетки обороняются. С переменным успехом идет эта война, и перевес то на одной, то на другой стороне. Победят клетки – наступит выздоровление. Если же аллергены окажутся сильнее (а полностью их одолеть очень трудно), то будут снова изматывать человека возвраты аллергических волн.

Территория клеток, где идут бои, представляет настоящее поле брани. Разбухают и разрушаются волокна соединительной ткани, всюду видны мертвые клетки и зияющие язвы. Происходят глубокие анатомические нарушения, которые, конечно, влекут за собой непоправимые расстройства важных жизненных процессов.

Есть еще одна форма аллергической реакции – немедленный тип. Некоторые ученые считают, что и немедленная и замедленная аллергические реакции тесно связаны между собой. Так или иначе, но особенность первой – необыкновенная быстрота. Проходят часы или даже считанные минуты, и начинается схватка с аллергенами. Начинается в крови, куда сначала попадают аллергены. Так сказать, на подступах к тылам организма. И вот тут, чтобы остановить врагов у входа, селезенка, костный мозг и лимфатические узлы посылают в кровь верных и быстрых стражей – защитные антитела. Их вырабатывают особые клетки – плазмоциды. Каждая клетка фабрикует антитело своей собственной конструкции. Миллионы клеток, миллионы разных антител бросаются в атаку на антигены: для каждого находится особое средство, уничтожающее его.

Производство антител – самый быстрый и совершенный способ защиты животного организма. Антитела, которые рождают плазмоциды по указаниям их ДНК, – это отборная гвардия, обороняющая наши внутренние рубежи. Когда дан приказ, то все они устремляются по тревоге навстречу аллергенам.

Сразу начинается война. Аллергены надо обезвредить и разрушить. Не подумайте, что антитела этакая безликая масса. Напротив, это хорошо обученные воины разных родов войск. Одни из них – лизирующие антитела – растворяют аллергены. Другие связывают аллергены, образуют особые, теперь уже безвредные соединения – преципитины (преципитирующие антитела). Третьи сгоняют аллергены в одну бесформенную кучу и мешают им действовать – агглютинирующие антитела. Как видите, средства борьбы разнообразные, а цель одна – уничтожить врагов!

«В процессе эволюции, – говорит доктор Д. Носсаль, известный биохимик, – выработалась такая система производства антител, которая заставит любого директора фабрики позеленеть от зависти. Ведь „директору“ на молекулярном уровне (то есть молекуле антигена) остается лишь подойти к нужному корпусу (соответствующей клетке) и постучать в дверь. Стук порождает внутри здания лихорадочную деятельность: быстро конструируются сложные станки. „Директор“ даже не переступил порога, а с конвейера уже сходит непрерывный поток изготовленных для него изделий. „Директору“ даже не приходится представлять чертежи этих изделий. Его увидела заключенная в пустой вначале фабрике очень сложная вычислительная система (ДНК клетки), вспомнила все прежние ошибки, все уроки, полученные за столетия, и срочно приготовилась встретить его правильным ответом». То есть атаковать веществом, опасным именно для этого и никакого другого антигена.

Сто вопросов

Сначала их было десять. Немецкий ученый Цанг сумел с десяти различных точек зрения определить аллергию. Десять граней обнаружил он в этом странном явлении, но не смог выбрать ни одной, которая была бы достаточно исчерпывающей, чтобы можно отбросить остальные девять.

Представьте большую аудиторию. Идет съезд советских врачей. Они собрались со всех концов страны и хотят услышать все об аллергии. Председательствует на съезде высокий седой человек. Это академик Богомолец. Быстро бегают карандаши и ручки, все записывают вопросы академика. Вот уже сорок восьмой, сорок девятый вопрос… Академик сам спрашивает и сам же отвечает. Вопрос, ответ, и прибавляется что-то новое к учению об аллергии. Снова вопрос и снова ответ. Врачи склонили головы, пишут. Семьдесят второй вопрос и семьдесят второй ответ… Где-то в самом начале доклада прозвучала первая фраза об аллергии, загадочной болезни.

Снова вопрос и снова ответ.

Академик Богомолец назвал сто признаков аллергии. Каждый из них принадлежит только ей и никакой другой болезни, но ведь всех-то их сто!

С тех пор прошло три десятилетия. Вероятно, если провести подобный подсчет, аллергия теперь будет обладательницей трехсот или пятисот признаков, а может, и того больше. Учение об аллергии – это строящееся здание с окнами, лестницами и подъездами, но никто не знает, когда же, наконец, возведут крышу. А работать надо! Пока что идет усиленное накопление знаний об аллергии, но происходит это скорее вширь, чем в глубину. Проанализировать собранное по крупицам богатство, создать на его основе стройную теорию, расшифровать непонятные аллергические ребусы пока не по плечу ни одному исследователю.

Все книги, написанные со времен Гиппократа об аллергии, можно разделить на две части. Пожалуй, половина ученых, изучавших аллергию, считает, что она полезна для организма. Не удивляйтесь! Этот парадокс специально припасен на конец нашего рассказа. Многие врачи с мировым именем думают, что повышенная реактивность всякого живого организма – один из способов его защиты от вредных воздействий окружающего мира. В самом деле, говорят эти исследователи, ведь аллергены активируют кровь, нервы, клетки, соки, мобилизуют все его защитные силы. Сам факт «аллергического пожара» оценивается как в высшей степени важный сторожевой сигнал. Ведь если бы аллергик не отекал каждый раз после того, как съест яйца или рыбу, то как же можно было бы узнать, что эти продукты определенно вредны для него?

Если бы не бурные реакции наших тканей при встрече с аллергенами, то, по-видимому, пагубная власть последних была бы поистине беспредельна. Взять хотя бы аллергию к пенициллину и другим антибиотикам. Что было бы, если их аллергены беспрепятственно отравляли человека, ничем не обнаруживая своего проникновения в кровь и органы? Но каждая новая доза вызывает сыпь на коже, приступы удушья, боли в костях и другую аллергическую реакцию на антибиотики. А это позволяет людям своевременно принимать меры, чтобы не случилось непоправимого.

Как же может быть полезной аллергия, возражают сторонники теории о ее несомненном вреде, если она разрушает организм? Иногда и убивает его. На это их противники отвечают: «На войне как на войне». Иными словами, потери и жертвы неизбежны. Ведь аллергены нападают, а клетки организма защищаются. Конечно, эти схватки наносят немалый ущерб и самому организму, но уж от этого никуда не уйдешь. Тем не менее аллергия полезна, так как позволяет своевременно узнать об истинных масштабах опасности.

Кто прав и кто не прав, сейчас еще рано решать. Поэтому многие ученые не поддерживают тех, кто считает аллергию вредной, и тех, кто признает ее полезной. Они говорят просто: «Мы не знаем».

Читатели, наверное, уже почувствовали, что наш рассказ об аллергии прозвучал с заметным акцентом: чтобы произвести более сильное впечатление и подчеркнуть важность этой малоизвестной неспециалистам проблемы, краски были несколько сгущены. К счастью, лишь немногие люди страдают аллергией тяжело и мучительно.

Способность к аллергии – привилегия (или проклятие!) немногих. В животном царстве ею наделены человек и вся обширная семья млекопитающих. Животные, стоящие на более низкой ступени эволюции, у которых понижен обмен веществ и нет совершенной нервной регуляции, остаются безучастными к воздействию аллергенов. «Немая» рыба с ее холодной кровью не испытывает неприятностей при встрече с ними. Змее тоже «все равно» сколько их вокруг, она не способна ни к аллергическому отеку, ни к повышению температуры. Но представьте, громадная ящерица варан неожиданно выделяется среди собратьев-пресмыкающихся редким свойством испытывать аллергию! Почему?

У варана сильные костистые лапы и мощные челюсти. Он очень драчлив и отважен. Жизненной энергии, по-видимому, у варана хоть отбавляй. Словом, он достаточно «темпераментен», и, может быть, поэтому аллергия сделала его своим избранником?

И это тоже (которая по счету?) одна из причуд и загадок аллергии.

Глава XI
Вечная слава воде!

Царица водица

Когда мы учимся говорить, первое наше слово «мама», когда, познавая науку, знакомимся с химией, первое, что мы слышим: «аш-два-о». Н ₂O – научное имя воды.

На гербе водяного царства можно написать девиз: Cedo nulli, что по-латыни значит: «Никому не уступлю». Смысл девиза – великая роль воды в жизни Земли. Ни на одной планете нет столько воды, как на Земле.

Вода повсюду. Она и вокруг нас: в океанах и морях, реках и озерах, в дожде и снеге, в льдинах и водопроводных трубах, в питье и еде. Она и в нас самих: мы на две трети «сделаны» из воды.

Вода вылепила лицо нашей планеты. Вся земная жизнь рождена водой и не может без нее существовать. Мы дети воды. Недаром в сказках «живая вода» воскрешает даже мертвых.

Мы так привыкли к воде, что ее странности не удивляют нас.

Что же такое вода?

Сестра-тихоня сильнейшей взрывчатки – гремучего газа! И гремучий газ-разрушитель и созидающая жизнь вода состоят из водорода и кислорода. Но первый лишь простая смесь этих элементов. А в воде и водород и кислород объединены в молекулы.

Ровно 162 года назад Гумбольдт и Гей-Люссак доказали, что два атома водорода и атом кислорода, соединяясь в молекулы, рождают воду.

Но какой водород и какой кислород? Ведь у водорода три изотопа – легкий, тяжелый и сверхтяжелый. И кислородов тоже три: у одного молекулярный вес – 16, у другого – 17, у третьего – 18.

Так вот, вода, оказывается, смесь сорока двух веществ – соединений трех разных водородов с тремя разными кислородами. В основном состоит она из воды легкой, но в ней всегда есть немного и тяжелой, и полутяжелой, и сверхтяжелой.

Вода – минерал <sup>[71]71
  Минерал– природное химическое соединение, образовавшееся в земной коре естественным путем.


[Закрыть]</sup> , минерал самый подлинный и самый удивительный. Ее, как и другие минералы, породила Земля на заре своей жизни, когда была раскалена как огонь. Сроднясь с расплавленными породами, вода застыла позднее в гранитах и базальтах. И поэтому из раскаленного гранита с шипеньем вырываются пары воды. А когда вулканы извергают из недр Земли расплавленные лавы, то немало с ними выбрасывают и воды – 40 миллионов тонн каждый год. Эта вода никогда прежде не была на поверхности: потому и называют ее ювенильной – молодой.

А «немолодой» воды, с давних пор «поселившейся» на поверхности Земли, очень много вокруг. Она то жидкая течет в реках и океанах, то паром стремится в облака, то льдами застывает в стужу. Вода – оборотень, единый в трех лицах.

Аномалии, которые спасли жизнь

Вода – поразительная жидкость: у нее есть аномалии!

Такая обычная, такая повседневная, домашняя! Мы привыкли к ней и не замечаем ее необыкновенных, удивительных, совершенно особенных свойств. Для воды будто законы не писаны: это своенравный аутсайдер в мире веществ. В природе и в опытах она ведет себя не совсем так, как другие вещества. Но благодаря ее капризам жизнь смогла развиться и существовать в воде.

Первая аномалия: воде положено по ее химической структуре и классу веществ, к которому она принадлежит, плавиться и кипеть при температурах более низких, которых на Земле не бывает. Не было бы, значит, на Земле ни жидкой, ни твердой воды – только пар ее в небе, если бы не эта аномалия, рожденная особыми связями молекул воды.

Вторая аномалия: высокая теплоемкость. У воды она в десять раз больше, чем у железа. Вода нагревается впятеро медленнее песка. А чтобы нагреть на один градус литр воды, тепла потребуется в 3300 раз больше, чем для нагрева литра воздуха. Зато, когда вода остывает, она отдает столько же тепла, сколько забрала, нагреваясь.

Из-за исключительной способности воды поглощать тепло температура ее при нагревании и охлаждении изменяется незначительно, поэтому морским обитателям никогда не угрожают ни сильный перегрев, ни чрезмерное охлаждение.

Аномалия третья и четвертая тесно связаны с первой: у воды очень высокая скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления. Чтобы выпарить воду из чайника, тепла потребуется в пять с половиной раз больше, чем для того, чтобы вскипятить его.

Если бы не это ее свойство – даже в жару медленно испаряться, – многие озера и реки летом быстро бы пересыхали до дна и вся жизнь в них погибала.

Замерзая, вода тоже отдает много тепла. Один литр воды, превращаясь в лед, может подогреть (на один градус) 250 тысяч литров воздуха. Вот почему в холодные ночи зимой в теплицы ставят бочки с водой: замерзая, она выделяет тепло и согревает воздух.

Аномалия пятая: замерзая, вода (как висмут и серебро – другие оригиналы) расширяется. На 9 процентов по отношению к прежнему объему. Поэтому лед всегда легче незамерзшей воды и всплывает вверх и поэтому редкий водоем промерзает до дна <sup>[72]72
  Шестигранные кристаллы природного льда связаны рыхло, и между ними много пустот. Оттого лед и легче воды.


[Закрыть]</sup> . Покрывающий его сверху лед – хороший теплоизолятор: ведь теплопроводность льда, как и воды, очень мала. Под такой «шубой», говорит известный наш океанолог профессор В. Г. Богоров, даже зимой в Арктике морским животным не очень холодно.

Правда, это расширение льда может оказаться роковым для водопровода, автомобильного радиатора и живых клеток, которые всегда наполнены водой. Но все-таки пользы от него больше, чем вреда. Укутывая зимой ледяной шубой воду, природа сохраняет ее и теплой и жидкой. Не дает затвердеть. Ведь твердая вода для жизни не пригодна.

Шестая аномалия самая странная.

Все вещества, когда нагревают их, расширяются, а при охлаждении сжимаются. Истина эта всем известна. А один нерадивый школьник усвоил ее даже чересчур хорошо.

– Почему зимой дни короче? – спросил его учитель.

– Потому, – ответил ученик, – что зимой холодно, а все от холода сжимается.

Вода тоже сжимается от холода. Но… В этом «но» все дело. Сжимается, сжимается, пока температура падает, но при 4 градусах тепла наступает предел. Тут она снова вдруг начинает расширяться, хотя температура и понижается. Поэтому вода самая плотная и тяжелая при 4 градусах тепла. И поэтому зимой, охладившись до 4 градусов, она опускается на дно и здесь сохраняется в течение всей зимы (в пресноводных водоемах, так как морские соли усложняют картину циркуляции воды). Охладившиеся еще больше слои воды ложатся поверх четырехградусных, ведь их плотность, а следовательно и вес, меньше. Вот почему зимой на дне пруда или реки сравнительно тепло.

Эта удивительная аномалия спасает жизнь всем пресноводным животным, зимующим в наших реках, прудах и озерах.

Седьмая аномалия: из всех жидкостей, кроме ртути, у воды самое большое поверхностное натяжение.

Что это такое? Некомпенсированные силы сцепления между молекулами. Внутри жидкости притяжение молекул друг к другу уравновешено. А на поверхности нет. Молекулы воды, которые лежат глубже, тянут вниз самые верхние молекулы (вверх их ничто так сильно не тянет, так как там нет воды, а только воздух).

Поэтому капля воды стремится затянуть себя в узелок. Стягивают ее силы поверхностного натяжения. Капля воды как бы упакована в свою поверхностную пленку, которая очень прочна.

Итак, поверхность воды всегда затянута тончайшей пленкой из молекул. Чтобы разорвать ее, нужна сила, и сила немалая. По этой пленке, как по паркету, бегают насекомые – вертячки и водомерки. За нее цепляются, повиснув вниз головой, личинки комаров, и даже улитки с массивными раковинами ползают по ней. Они тяжелее воды, но не проваливаются: пленка поддерживает их. Бегают по воде и не тонут даже ящерицы! И большие ящерицы – василиски (они живут в тропиках Америки).

Физики точно рассчитали, какую гирю надо подвесить к столбику воды толщиной в 3 сантиметра, чтобы разорвать его. Гиря потребуется огромная – больше 100 тонн!

Но это когда вода исключительно чистая. В природе такой воды нет <sup>[73]73
  Даже капли дождя не чистые. Выпарив 30 килограммов дождевой воды, можно получить один грамм минеральных солей.


[Закрыть]</sup> . Всегда в ней что-то растворено, пусть хоть немного. Чужеродные вещества разрывают звенья в прочной цепи молекул воды, и силы сцепления между ними сильно уменьшаются. Но в лабораториях ученым удалось получить почти чистую воду, и разорвать ее было так же трудно, как сталь самого лучшего сорта.

Могучие силы сцепления между молекулами поднимают воду вверх по тонким трубкам и щелям, хотя земное тяготение, противоборствуя им, тянет ее вниз. Чем тоньше трубка, тем выше поднимается по ней вода.

Силы поверхностного натяжения тянут вверх воду из глубин почвы, питая растения солями и влагой. Увлекаемая ими (и силами осмоса) течет она по корням и стеблям самих растений и наполняет кровью наши капилляры.

Аномалия восьмая и последняя, о которой я расскажу. Вода – лучший в мире растворитель. «Могучий растворитель», – говорят химики. Она растворяет очень многие вещества, но сама остается инертной, не изменяется от многих веществ, которые растворяет.

Благодаря этому качеству вода смогла стать носителем жизни. Растворы всех веществ, циркулирующие в нашем теле, приготовлены на воде. Они мало изменяются в таком растворе, и сам растворитель – вода – может быть использован неоднократно.

«Воде, – сказал великий Леонардо, – была дана волшебная власть стать соком жизни на Земле».