Текст книги "Беспозвоночные. Ископаемые животные"

Автор книги: Игорь Акимушкин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 37 страниц)

Игорь Акимушкин
Мир животных
Беспозвоночные
Ископаемые животные

_{Издание второе, исправленное и дополненное}

Часть первая
Беспозвоночные животные

От автора

Биологами разработана новая система живой природы (впрочем, не всеми принятая) – не с двумя царствами, как прежде (животные и растения), а с четырьмя – дробянки (синезеленые водоросли и бактерии), животные, грибы и растения. В каждом царстве по два подцарства. У животных – простейшие (одноклеточные) и многоклеточные. У дробянок – бактерии и синезеленые водоросли. У грибов и растений – высшие и низшие грибы и растения.

К подцарству бактерий относят и такие организмы, как актиномицеты, спирохеты, микроплазмы, риккетсии и вирусы (последних определили сюда не без сомнений, условно, вплоть до более полного их исследования).

Интересно вот еще что: грибы, неподвижные, питающиеся прахом земли создания, по новой системе, оказывается, более близкие родичи животных, чем растений.

Так вот, беспозвоночные животные составляют основную, намного превосходящую позвоночных массу населения планеты как по числу видов, так и по числу особей. Описано уже 1260 тысяч видов беспозвоночных (среди них одних лишь насекомых больше миллиона), позвоночных же – всего 45 тысяч видов.

Беспозвоночных можно встретить всюду: в морях – от поверхности до самых глубоких впадин океана; в пресных водах – текучих и застойных; в почве, листве, траве, в сырых тропических лесах и в раскаленных зноем пустынях, в пещерах и наших домах – от тропиков до Заполярья, от болотных низин до горных вершин, укрытых вечными снегами. Они приспособились к самым, казалось бы, невозможным для жизни условиям среды обитания. Много среди них и паразитов, а также переносчиков и возбудителей опасных заболеваний растений, животных и человека.

Беспозвоночные образовали великое многообразие морфологических и экологических форм, в чем вы сами убедитесь, если возьмете за труд прочитать эту книгу.

Разные систематики подразделяют беспозвоночных на весьма неравное число типов. Наши ученые (в семитомнике «Жизнь животных», главный редактор академик В. Е. Соколов) пришли к такому решению: в подцарстве одноклеточных – 5 типов, в подцарстве многоклеточных – 18.

Я приношу глубокую благодарность всем исследователям, трудами которых воспользовался при написании этой книги: прежде всего авторам I, II и III томов «Жизни животных», серии книг «Urania-Tierreich», «Grzimeks Tierleben», книги «Дары моря» и «Паразитология» (под редакцией профессоров Г. С. Первомайского и В. Я. Подоляна), далее – профессорам В. А. Догелю и П. И. Мариковскому, Н. И. Тарасову, А. К. Виноградову, П. Е. Васильковскому, Вс. Овчинникову, Г. Голованю, Ж.-И. Кусто, Ф. Дюма и Д. Дагену, Фрэнку Лейну, Вилли Ли, Ф. С. Ресселю и Ч. М. Ионгу, Эберхарду Кзайя, Герхарду Шульце, К. Штерне и некоторым другим, здесь не упомянутым.

Подцарство простейшие животные, или протозои

Простейшие – самые древние животные. Они обитают на Земле уже несколько миллиардов лет. Однако открыты были сравнительно недавно. В 1675 году голландский натуралист Антони ван Левенгук решил рассмотреть в изготовленный им самим микроскоп каплю воды, взятую из сосуда, в который она была налита несколько дней назад. Взглянул и поразился: под объективом микроскопа сновало туда-сюда великое множество подвижных «зверюшек», простым глазом невидимых. Левенгук описал свое открытие в трудах Английского королевского общества, и с тех пор очень многие исследователи и просто любители стали изучать «мелких животных» (анималькулей), и вскоре накопилась богатая о них литература. (Потом, когда выяснилось, что они быстро появляются и размножаются в настоях травы или земли, их стали называть инфузориями, то есть «настойные».)

Главное, что отличает простейших от представителей второго подцарства животных – многоклеточных, – это то, что их «тело» состоит всего из одной клетки. У многоклеточных каждая клетка – частица (часто специализированная) всего организма. А у простейших – она самостоятельный, цельный организм, живущий независимо от других клеток (правда, некоторые протозои объединяются порой в колонии, в которых составляющие их клетки-организмы более или менее зависят друг от друга).

Для выполнения различных жизненных функций (питания, движения, размножения и т. п.) протозои снабжены особыми приспособлениями, как бы органами – их назвали органеллами (что это за органеллы – расскажу чуть позже).

Часто поверхность клетки простейшего покрыта плотной как бы пленкой – пелликулой. Иногда над ней образуется еще и кутикула – это уже не живая протоплазма, а нечто вроде скорлупы, которая «может отставать от поверхности тела, образуя вокруг простейшего просторный домик или раковину».

Многие протозои обладают способностью к инцистированию. Они изгоняют из тела много воды, сворачиваются в шарик и покрываются защитной оболочкой. Протоплазма очень густеет, уплотняется, и в таком виде микроскопические создания способны переживать неблагоприятные для нормального существования условия среды. Водоем может промерзнуть до дна или, наоборот, полностью высохнуть – цисты не погибнут, и, попав в воду, простейшие вновь превратятся в обычный свой образ. Цисты пресноводных протозоев, например жгутиконосцев и инфузорий, поднятые со дна высохшего пруда ветром, в изобилии наполняют воздух. Так они, переносясь из водоема в водоем, распространились почти по всему свету.

Обитают простейшие в основном в соленых и пресных водах (да и вообще там, где сыро). В почве живут они во множестве. Подсчитали примерно, что в одном грамме земли нашли себе приют сотни тысяч жгутиконосцев, 50 тысяч амёб и тысячи инфузорий. Снег и глетчеры иногда покрываются красным налетом (кровавый снег!). Это миллиарды жгутиконосцев поселились здесь. Много среди простейших паразитов, которые с удобствами устроились в теле разных животных и даже растений (7 тысяч, по другим данным – 4 тысячи видов простейших – паразиты). Тяжелые заболевания вызывают многие из них. Но многие и безвредны (или даже полезны) – живут в приютившем их теле существ как комменсалы или симбионты.

Большинство простейших – космополиты – расселились по всему свету. У других же – ограниченные теми или иными условиями области распространения. Например, теплым климатом у радиолярий и фораминифер.

Размеры у большинства колеблются от 0,002 до 3 миллиметров. Самые крошечные (0,002–0,004 миллиметра) паразитируют в эритроцитах крови млекопитающих, вызывая тем самым опасные болезни у зверей. Крупнейшие из инфузорий – до 1,5 миллиметра.

«…Грегарина Spirostomum gigantea (паразит кишечника жуков) – до 1 сантиметра. У некоторых фораминифер раковина имеет 5–6 сантиметров в диаметре» (Ю. И. Полянский).

Число видов разными авторами называется неодинаковое: от 20 тысяч до более чем 30 тысяч. Кроме того, известно 20 тысяч видов ископаемых простейших.

Подцарство простейших современные систематики разделяют на пять типов: саркомастигофоры (амёбы, лучевики, жгутиконосцы); споровики и грегарины; книдоспоридии (слизистые споровики); микроспоридии; ресничные, или инфузории. Кроме того, еще два типа «стоят ближе к грибам, чем к животным».

Анатомия клетки с элементами ее энергетики и генетического кода

По принципу питания все живые создания разделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы. Первые – это растения. В их клетках много особых органелл – хлоропластов, наполненных зеленым пигментом хлорофиллом. Он поглощает лучистую энергию солнца и с ее помощью из неорганических веществ творит органические.

У животных нет хлорофилла, и сами создавать органические вещества они не могут. Находят их в поедаемых растениях (живых или мертвых).

Клетки растений и животных в общем похожи. Разница только в том, что у растений оболочки клеток сложены из клетчатки – многомолекулярного сахара. А у животных в основном из липидов – жироподобных веществ. Молекулы липидов лежат, по-видимому, двумя слоями – параллельно друг другу, но перпендикулярно плоскости мембраны, клеточной оболочке. Снаружи и изнутри липидная основа покрыта белком, образующим прочные и эластичные сплетения.

Помимо своего чисто механического назначения клеточная оболочка играет роль очень важного в жизни клетки селективного органа. Она должна пропускать внутрь клетки (и из нее) одни вещества и не пропускать другие.

Какие силы обеспечивают проникновение избранных молекул в клетку?

Прежде всего, конечно, силы диффузии. Живые клетки почти всегда находятся в жидкой среде – в водном растворе разной концентрации и состава. Это морская или пресная вода, тканевый сок растения или межклеточная жидкость. У многоклеточных существ частицы веществ, растворенных в воде, под действием тепловой энергии стремятся равномерно распределиться в пространстве. Это известно из физики. В соответствии с тем же физическим законом вещества, растворенные в среде, окружающей клетку, проникают через ее оболочку. Если их концентрация внутри клетки мала, а в среде велика, они идут внутрь клетки. Если наоборот – пробираются наружу.

Для некоторых веществ клеточная мембрана может быть непроницаемой. Тогда, если их концентрация в клетке выше, чем вне ее, в нее начнет проникать вода. Клетка разбухнет. Но вода может и уйти из клетки, когда концентрация веществ, которые ее оболочка не пропускает, выше в окружающей среде. Диффузия растворителя через полупроницаемую мембрану называется осмосом. Диализ – это диффузия молекул растворенного вещества через ту же мембрану.

Обе эти формы диффузии – и осмос и диализ – физическая основа, от которой зависит жизнь клетки.

Вторая сила, помогающая переносу веществ через клеточные барьеры, – электрическая. Многие растворенные вещества диссоциированы на ионы. А клеточные мембраны обычно сохраняют разность потенциалов на своих внутренних и наружных поверхностях. Разность потенциалов побуждает соответствующие ионы мигрировать внутрь клетки.

Наконец, третья сила, принимающая участие в пассивном переносе веществ через мембрану, – это так называемое втягивание. В том случае, когда мембрана пористая, раствор может протекать через нее по порам, как по капиллярам.

Однако этими тремя методами пассивного проникновения поступление веществ в клетку не ограничивается. Цитологи часто наблюдали, как некоторые вещества устремлялись в клетку, так сказать, против воли стихий, описанных выше. Они направлялись в сторону не понижения, а повышения градиентов сил, обеспечивающих пассивный перенос. Значит, при этом совершалась физическая работа. Энергию для нее поставляет клетка.

Примером веществ, концентрация которых в клетке противоречит законам пассивного переноса, могут служить калий и натрий. Во многих клетках калия значительно больше, а натрия меньше, чем в окружающей среде.

Предоставленные самим себе, и калий и натрий распределились бы равномерно и в клетке и в окружающей среде. А раз этого не происходит, значит, в клетках действует какой-то механизм, который постоянно «накачивает» в клетку ионы калия и «выкачивает» из нее ионы натрия.

Этот механизм до конца еще не изучен. Для его объяснения предложен целый ряд гипотез. Одна из них, получившая название модели Шоу, представляет дело так.

Гипотетические молекулы-переносчики на наружной поверхности мембраны соединяются с ионами калия. При этом они теряют часть энергии, но приобретают способность диффундировать со своим грузом через оболочку внутрь клетки. Здесь, на внутренней ее поверхности, молекула-переносчик отдает в цитоплазму калий и получает от нее энергию. Под действием полученной энергии превращается тут же в переносчика натрия. Соединившись с ним, снова устремляется к наружной поверхности клеточной мембраны. Там отдает натрий и энергию и, снова превратившись в переносчика калия, вместе с ним перебирается на внутреннюю поверхность мембраны. А там опять подхватывает калий, чтобы устремиться с ним внутрь клетки.

Есть еще одна очень интересная форма активной охоты клетки за нужными ей веществами. Это пиноцитоз – питье или, вернее, заглатывание клеткой окружающей ее жидкости.

Происходит это так. На поверхности клеточной мембраны образуется углубление, которое замыкается в пузырек, или вакуоль. Та отрывается от оболочки и мигрирует внутрь клетки. Впечатление такое, будто клетка действительно пьет раствор, который ее окружает.

Пиноцитозу предшествует адсорбция на поверхности мембраны молекул поглощаемого раствором вещества. Когда его концентрация здесь достигнет определенной нормы, оболочка начинает втягиваться внутрь, образуя пиноцитозную вакуоль.

Некоторые амёбы за полчаса успевают «испить» из воды, в которой живут, столько растворенного белка, что весь его вес составляет четверть веса самой амёбы до пиноцитозной трапезы.

Форма у клеток разная, но внутренняя анатомия у всех одинаковая. Почти вся полость клетки внутри оболочки заполнена протоплазмой. Она похожа на белок куриного яйца.

Протоплазма (цитоплазма) – тело клетки, и тело не простое, а очень сложно устроенное. До сих пор его структура до конца не понята. Разные участки протоплазмы имеют консистенцию и простого раствора и коллоидного студня.

Из каких же веществ эти растворы?

Прежде всего из белков – их в протоплазме 10–20 процентов, затем жиров – 2–3 процента, а сахара – лишь сотая часть. И столько же нуклеиновых кислот и других веществ. Ну а остальные 76–86 процентов принадлежат, конечно, воде. На одну молекулу белков в протоплазме приходится 18 тысяч молекул воды. Почему так много воды – вполне понятно. Ведь все реакции в клетке протекают в водных растворах. Вода, можно сказать, основной носитель жизни.

Старые ученые с препаратами в руках доказывали, что структура протоплазмы ячеистая, другие говорили – зернистая, третьи – фибриллярная, то есть нитчатая. Все они были правы, и все ошибались.

Протоплазма – очень подвижная система. И в прямом и в переносном смысле. В зависимости от функционального состояния клетки, от ее возраста, от внешних воздействий она выглядит по-разному. Кроме того, протоплазма всегда в движении, в движении механическом. Она течет в пространстве, замкнутом оболочкой, увлекая с собой в вечной карусели все мелкие органы клеточного тела.

«В цитоплазме расположена сложная система мембран, образующая в совокупности эндоплазматическую сеть. На части мембран расположены мельчайшие, состоящие из рибонуклеиновой кислоты и белков гранулы – рибосомы. Часть мембран образует систему, называемую аппаратом Гольджи. Функциональное назначение этого органоида заключается в том, что в области аппарата Гольджи концентрируются различные вещества. В цитоплазме располагаются мелкие, одетые мембраной зернистые образования – лизосомы. В них локализуются ферменты, связанные с расщеплением крупных молекул органических соединений в процессе обмена» (Ю. И. Полянский).

Почти во всех живых клетках в центре протоплазмы лежит более плотное, круглое, овальное либо иной формы тельце. Это и есть знаменитое ядро клетки, значение которого велико во всех явлениях жизни. В нем, в особых тельцах, называемых хромосомами, скрыты вещества, которые управляют развитием организма.

Во всех типах простейших есть виды не с одним ядром, а со многими. У некоторых амёб их четыре или восемь, а среди солнечников известны виды более чем со 100 ядрами! У некоторых протозоев и хромосом очень много: сотни, а у радиолярий даже тысячи!

В клетках животных и некоторых низших растений еще в прошлом веке были открыты центриоли – едва заметные блестящие тельца – и так называемый аппарат Гольджи. Назначение этого странного органа еще не вполне ясно.

Итак, протоплазма, ядро, оболочка, центриоли и аппарат Гольджи – вот основные микрочастицы, которые удалось обнаружить в обычный оптический микроскоп в атоме жизни – живой клетке.

В 1932 году немцы Кюлл и Руски изобрели электронный микроскоп. В нем вместо стеклянных линз линзы электромагнитные, а вместо света течет поток электронов. Предметы, которые хотят увидеть, рассматривают на экране, похожем на экран телевизора. Электронный микроскоп дает полезное увеличение в 300 тысяч раз. И это не предел.

Электронный микроскоп

И вот, вооружившись электронным микроскопом, биологи стали искать и нашли в клетке еще несколько важных ее органов, или, как говорят, органелл, которые прежде были заметны лишь в виде точек либо совсем не видны. Теперь же не только сами эти сверхмалые частицы жизни, но и внутренняя их структура стали доступны наблюдению.

Схема клетки с органеллами, увиденными в электронный микроскоп

Митохондриями назвали эти поперечно-полосатые тельца. Они есть во всех клетках. И в не малом числе: обычно их около тысячи или несколько тысяч. Роль митохондриев очень ответственна. Они «энергетические станции» жизни. Без них клетка мертва и бездеятельна, как машина без горючего. Митохондрии преобразуют энергию химических связей в энергию жизни. Без шума, без нагрева и без давления сжигают митохондрии топливо жизни, в удобных «расфасовках» передают заключенную в нем энергию другим органеллам клетки. И те оживают, получив горючее.

В энергетических установках, созданных человеком, все не так: там грохот машин, жар печей, громады труб.

Пламя, которое пылает в митохондриях, не жжет. Работают они бесшумно и очень продуктивно: более 50 процентов энергии окисленного топлива идет на полезные дела, совершающиеся в клетке. В технике нет ни одной машины, которая работала бы с такой отдачей. Обычно лишь одну треть тепловой энергии горючего удается людям превратить в своих машинах в полезную работу.

Растения, счастливые обладатели хлорофилла, в буквальном смысле слова питаются солнечным светом и воздухом. Вернее, углекислым газом, извлеченным из воздуха. Процесс этот называется фотосинтезом – созиданием с помощью света.

Из шести молекул углекислого газа и шести молекул воды создают растения одну молекулу глюкозы. Глюкоза соединяется с глюкозой. Шесть тысяч молекул образуют одну полимерную молекулу крахмала. Зерна крахмала, запасенные растениями в своих тканях, главным образом в клубнях и семенах, и есть необходимые для всего живого на Земле «солнечные консервы». В них в виде химических связей молекул глюкозы поймана и аккумулирована энергия Солнца. Каждый год зеленые одеяния наших материков улавливают и консервируют столько энергии Солнца, сколько могут дать 200 тысяч мощных электростанций, таких, как Куйбышевская. Два квадрильона киловатт-часов!

Эта энергия питает все живые клетки, все живые организмы – от вируса до человека (кроме некоторых хемотрофных бактерий, которые живут за счет химической энергии неорганических веществ). Это, если можно так сказать, валовая энергия жизни, потому что ее с избытком хватает не только для существования самих растений, но и для всех животных, которые, не имея хлорофилла, вынуждены для поддержания жизни заимствовать энергетические ресурсы у растений. А те берут их у Солнца. Значит, все мы, живые существа, в конечном счете «едим» солнечный свет.

Что такое свет, первоисточник энергии, питающей жизнь? Шутники говорят, что свет – самое темное место в физике.

Действительно, много в его природе удивительного и непонятного. Однако физики неплохо в нем разобрались. Свет – это поток мельчайшей из микрочастиц, из которых в конечном итоге сложены все атомы, весь мир. Фотон – имя этой частицы. Называют его и квантом света. Частица без заряда, без массы покоя – сплошной сгусток энергии в минимальной расфасовке.

Когда свет, иначе говоря фотоны, падает сквозь полупрозрачную кожицу листьев на хлорофилловые зерна, молекулы хлорофилла их поглощают. Электроны этих молекул получают от фотонов дополнительную порцию энергии и переходят, как говорят физики, на более высокий энергетический уровень. Состояние это для них неустойчивое, и электроны стремятся вернуться в более устойчивую энергетическую фазу, отдав кому-нибудь избыток полученной от света энергии.

Поэтому выделенный из клетки хлорофилл тут же испускает фотоны обратно – светится, как светятся все фосфоресцирующие вещества, в которых химическая энергия превращается в световую. Значит, хлорофилл в пробирке не может удержать пойманную энергию света. Она здесь быстро рассеивается, как в батарейке, если замкнуть накоротко ее электроды.

Так и хлорофилл в пробирке испытывает как бы короткое замыкание, и накопленная энергия расточается без пользы в пространство.

Иное дело в клетке – там в энергосистему хлорофилла включается длинная серия особых веществ, которые по замкнутой цепи реакций передают друг другу «горячие», то есть возбужденные, богатые энергией электроны. Проделав этот путь, электроны постепенно «остывают», избавляются от избытка энергии, полученной от фотонов, и возвращаются опять на старт – на свои места в молекуле хлорофилла. И она с этого момента снова способна поглощать фотоны.

А избыточная энергия, потерянная ими, и есть та таинственная «жизненная сила», о которой много спорили натурфилософы прошлых веков. Питаясь ею, жизнь существует.

Потерянную «горячими» электронами энергию в клетке быстро подхватывают вещества-энерготранспортеры. Они функционируют по принципу аккумуляторной батареи: одни, заряжаясь энергией, переносят ее ко всем жизнедействующим органам клетки, где возникает потребность в энергии. Там они разряжаются и в виде уже несколько иных веществ, с более бедными энергией химическими связями, снова возвращаются к хлорофиллу на подзарядку.

Аденозиндифосфат, или сокращенно АДФ, и аденозинтрифосфат (АТФ) циркулируют в клетке между источником – хлорофиллом – и потребителями, разнося небольшими порциями энергию.

АДФ – разряженная форма. Она заряжается, присоединяя одну фосфатную группу, и превращается в АТФ. В результате этого превращения энергия света преобразуется в энергию химических связей. Ведь АТФ на целую фосфатную группу богаче энергией, чем АДФ.

В тех органеллах клетки, где идет синтез глюкозы, белков, жиров или другие процессы, поглощающие энергию (мышечная работа, мышление, деление ядер и прочее), АТФ, потеряв фосфатную группу и вместе с ней часть энергии, снова превращается в АДФ.

И так без конца!

Биохимики еще не знают в точности, какие вещества – проводники электронов включаются в замкнутую цепь вокруг хлорофилла и, передавая друг другу «горячие» электроны, так сказать, «остужают» их. Извлеченную из электронов энергию они отдают на приготовление АТФ из АДФ.

АТФ и АДФ – универсальные переносчики энергии в клетке, и в растительной и в животной. Благодаря их трудам в растениях идет изготовление глюкозы, жиров и белков. И в клетках животных энергию, извлеченную из этих веществ, разносят ко всем потребителям тоже молекулы АТФ.

Но прежде чем добыть из консервов энергию, нужно их вскрыть. Какой же консервный нож изобрела природа?

Нож этот – кислород! Окисляя органические вещества, медленно сжигая их в своих топках, клетки освобождают скрытую в них энергию.

Горение – это цепная реакция окисления. При нем сразу выделяется слишком много энергии. Ясно, что для клеток эта цепная реакция не годится, иначе они и сами сгорят. Здесь энергия должна поступать такими ультрамалыми дозами, чтобы молекулы не разрушались, вещества-транспортеры успевали ее всю разносить по потребителям, а клетка не перегревалась.

Консервы «расконсервируются» поэтапно. Сначала от глюкозы, например, отрываются два атома водорода и соединяются с кислородом. Образуется вода, и освобождается энергия, которую тут же подхватывают молекулы АДФ и, обратясь в АТФ, следуют по назначению. Затем еще два атома водорода в соединении с кислородом дают жизнь воде и полезной энергии и т. д. Когда весь водород кончается, вещества-регуляторы направляют кислород на атомы углерода. В результате имеем углекислый газ и опять освобожденную энергию.

Вещества-регуляторы, которые только что были упомянуты, – это окислительные ферменты, иначе говоря, катализаторы. Без них медленное «горение» невозможно. Они работают по конвейерной системе, располагаясь цепочкой в строгом порядке. Около шести разных ферментов передают друг другу атомы сжигаемого горючего. При каждой передаче освобождается небольшая порция энергии, заключенной в химических связях солнечных консервов.

Где же работают конвейеры окислительных ферментов? В каких топках сжигают клетки топливо жизни?

В митохондриях. Пора нам к ним вернуться.

Митохондрия похожа на сосуд с жидкостью, полость которого разделена неполными перегородками. В перегородках, во внутренней стенке и в жидкости, наполняющей митохондрию, помещаются конвейерные линии ферментов, расщепляющих глюкозу и заряжающих молекулы АДФ энергией. От 5 до 10 тысяч конвейерных линий в каждой митохондрии!

Уже после того, как митохондрии были открыты, электронный микроскоп помог биологам обнаружить в клетке еще одни очень важные для жизни частицы – мельчайшие тельца – рибосомы. Рибосомы – это ультрамалые, размером в сотые доли микрона, центры производства белка. В них из аминокислот создаются белки.

Аминокислоты – органические вещества, содержащие одновременно кислую и щелочную группы. В настоящее время их известно немногим больше двадцати. Соединяясь в разных сочетаниях друг с другом, аминокислоты образуют молекулы белков. В нашем теле десятки тысяч разносортных белков, и все они сложены из двух десятков аминокислот, соединившихся в каждом белке в характерной только для него последовательности.

Лишь недавно биохимики составили достаточно ясное представление о том, как идет такой синтез.

Прежде всего, как и для всякого другого производственного процесса, для синтеза белков необходимо сырье. Оно есть – аминокислоты. Растительные клетки создают их сами, в митохондриях, а клетки животных многие аминокислоты получают из переваренной пищи.

Нужны рабочие. Есть и они – ферменты. Нужна энергия – мы уже знаем, откуда она берется. Солнце и молекулы АТФ доставляют ее. Ферменты активизируют аминокислоты, а проще говоря, помогают им получить энергию от АТФ.

Молекула АТФ разрывается, и обе ее части соединяются с аминокислотой и ферментом в единый комплекс. Когда АТФ разрывается, энергия химических связей, скреплявшая ее, отдается аминокислоте. Та переходит на более высокий энергетический уровень и поэтому более энергично и активно вступает в химические реакции.

Вот тут в игру и входит РНК – рибонуклеиновая кислота. Ее роль в синтезе белков исключительно важна. РНК выступает в двух лицах: РНК-переносчик транспортирует активизированную аминокислоту к другой РНК – матрице, которая диктует порядок сборки белка из аминокислот.

РНК-матрицы – они значительно длиннее транспортных – располагаются главным образом в рибосомах. Здесь идет массовое производство белков. Только некоторые особые белки синтезируются, по-видимому, в ядре и в митохондриях.

Итак, РНК-транспортер доставляет аминокислоту, предварительно наделенную нужной дозой энергии, прямо к РНК-матрице. Аминокислота на ее поверхности может удержаться не где попало, а только на строго определенном месте. Для каждой из двадцати аминокислот на поверхности синтезирующей белок РНК приготовлена своя якорная стоянка. Никакая другая аминокислота ее занять не может.

Каждые полсекунды аминокислота ложится к аминокислоте, всегда на свое место. Десятки и сотни, даже тысячи аминокислот выстраиваются в ряд на поверхности РНК. Затем аминокислоты соединяются друг с другом в длинную цепь, и готовая молекула белка соскакивает с нуклеиновой матрицы. Порядок построения аминокислот на РНК, а иначе говоря, формула будущего белка зависит от химической структуры той РНК, на поверхности которой они выстраиваются.

А эту структуру, эту матрицу как бы штампует по своему образу и подобию дезоксирибонуклеиновая кислота – ДНК. РНК, химический шифр которой руководит синтезом белка, – сама слепок, копия с ДНК. Молекула РНК «представляет собой как бы приводной ремень, передающий информацию от ядра к рибосомам», – говорит крупнейший наш генетик Николай Петрович Дубинин. А ДНК – это оригинал. Это первоисточник генетической информации. В ДНК и скрыта наша наследственность: алфавитом, в котором всего четыре буквы, и всеми словами, сложенными из них, трехбуквенными, закодированы в ней врожденные свойства живого организма.

Как закодированы?

Приблизительно так же, как человеческие мысли шифруются и передаются от человека к человеку в словах каждого языка. Все идеи человечества, все его бытовые навыки и все знания закодированы в какой-нибудь сотне тысяч слов. Каждое слово, или кодовая группа, состоит из букв. Их немного, несколько десятков. Буквы образуют алфавит. Таким образом, все богатства человеческой мысли, накопленные за тысячелетия, весь этот необъятный, казалось бы, арсенал знаний и идей может быть выражен, сохранен на полках библиотек и передан следующим поколениям в сочетаниях всего лишь нескольких десятков букв, или, как говорят кибернетики, символов.

Но та же самая сверхобширная информация может быть выражена еще меньшим числом букв – всего двумя символами. Примером служит азбука Морзе, в которой различная последовательность точек и тире способна передать все мысли человеческие.

У ДНК алфавит четырехбуквенный. Буквами служат особые химические соединения – азотистые основания: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Кодовыми группами, или словами, – их сочетания в молекулы ДНК. Как в азбуке Морзе определенное чередование тире и точек составляет фразу.

Из скольких же букв, скольких азотистых оснований составлены передающие наследственную информацию слова?

Проще всего в этом разобраться на примере синтеза белков. Ведь первое звено в длинной цепи построения организма по плану, заключенному в наследственности, это созидание специфических для него белков.

Все белки, а их великое множество сортов и разновидностей, строятся на РНК из двадцати аминокислот. Я уже говорил об этом. Так вот, каждая аминокислота занимает свое место на РНК напротив соответствующей ей кодовой группы, то есть соответствующего сочетания азотистых оснований.

Их всего четыре, а аминокислот двадцать. Значит, каждую аминокислоту не может кодировать одно-единственное основание – однобуквенное слово в генетическом лексиконе.

Может быть, двухбуквенное подойдет? Нет, и двухбуквенных мало: ведь аминокислот двадцать, а из четырех букв можно образовать только шестнадцать двухбуквенных слов.

А вот трехбуквенных будет достаточно, и даже с избытком. Ведь каждый из наших четырех символов А, Т, Г, Ц, которыми мы обозначили кодовые азотистые основания, может быть и первой, и второй, и третьей буквой в трехбуквенном слове. Нетрудно подсчитать, что таких слов шестьдесят четыре.