Глава 5. Живая природа. Нехватка вещества и его циклы

Глава 5. Живая природа. Нехватка вещества и его циклы

... Вся поверхность шара состояла из капель, плотно сжатых между собой. И капли эти все двигались, перемещались и то сливались из нескольких в одну, то из одной разделялись на многие. Каждая капля стремилась разлиться, захватить наибольшее пространство, но другие, стремясь к тому же, сжимали ее, иногда уничтожали, иногда сливались с нею.

— Вот жизнь,— сказал старичок-учитель.

Л. Толстой

5.1. Главная ячейка жизни — клетка

Определение жизни с позиций функционального подхода (метаболизм, размножение, расселение в пространстве) можно дать в следующей форме [Печуркин, 1982]: это открытая система, развивающаяся на основе матричного автокатализа под влиянием внешнего потока энергии, ограниченная по веществу и использующая циклы реакций.

Что такое матричный автокатализ, известно из школьного курса биологии, и мы не будем его описывать.

Энергетические траты живой клетки осуществляются через запасание энергии в молекуле аденозин-трифосфата (АТФ) и передачу ее соответствующим «работающим» молекулам (подробнее позже).

Полученную энергию клетка расходует на поддержание активности и многочисленные синтезы. Несмотря на сложность и большое разнообразие органических молекул и клеточных структур, все они строятся из малого набора простых соединений-предшественников, поступающих из внешней среды. Начало синтезов идет от двуоксида углерода, воды и минеральных солей. На первом этапе они превращаются в промежуточные продукты, из которых на втором этапе создаются основные строительные блоки и среди них аминокислоты и мононуклеотиды. На третьем этапе происходит сборка четырех типов макромолекул из строительных блоков. На следующих этапах образуются функциональные надмолекулярные комплексы, которые на высшем уровне организации объединяются в целостный организм — клетку как основную (и единственную) ячейку жизни.

Давая краткое описание работы клетки, подчеркнем важнейшую особенность жизни. «Поразительным открытием молекулярной биологии за последние три десятилетия» назвала обнаруженную всеобщность фундаментальных химических процессов в живой клетке известная исследовательница эволюции жизни, профессор Бостонского университета Л. Маргелис, [1983]. Действительно, функциональное единство самых существенных биологических феноменов не может не поражать. Так, генетический код, определяющий соотношение между последовательностями нуклеотидов и аминокислот в белке, универсален. По существу, он одинаков у всех изученных организмов — от древнейших бактерий до человека.

Связывание информационных РНК, комплементарных генной ДНК, с рибосомами при синтезе белков, по-видимому, тоже универсально. Наконец, энергетическая валюта — АТФ — также едина для представителей всех царств живого мира.

Остановимся еще на одной немаловажной особенности клеточной организации. Это — энергетическая экономичность генетического кода. Одним из ее проявлений может служить корреляция между распространенностью аминокислоты в белках и энергетической стоимостью ее синтеза. Из статистического анализа более 600 белков вирусов, микроорганизмов, растений и животных удалось достоверно установить, что чем выше затраты АТФ на биосинтез данной аминокислоты, тем реже входит она в состав белков. С этой точки зрения становится понятным явление незаменимости аминокислот, т. е. неспособности некоторых из них синтезироваться в организмах высших животных и человека. (Поэтому нам и требуется животный белок, содержащий эти аминокислоты, в свою очередь полученные от растений.) Оказывается, что энергетическая эффективность биосинтеза белка у организмов, не синтезирующих, а потребляющих извне эти аминокислоты, на целых 20 % выше, чем у организмов, которые синтезируют все необходимые аминокислоты. Кроме того, для синтеза незаменимых аминокислот требуется гораздо большее число ферментов, чем для синтеза заменимых, что также связано с дополнительными тратами вещества и энергии.

Рис. 5. Сравнение структур прокариотной (а) и эукариотной (б) клеток [Маргелис, 1983].

а: 1 — жгутик, 2 клеточная мембрана, 3 — нуилеоид (генофор), 4 — малые рибосомы, 5 нецеллюлозная стенка; б: 1 — пластида, 2 — ядерная мембрана, 3 — большие рибосомы, 4 — кинетохор, 5 — хромосома, 6 — эндоплазматический ретикулум, 7 — ундулиподия 9 + 2 (микротрубочки), 8 — кинетосома 9 + 0, 9 — клеточная мембрана, 10 — клеточная стенка, 11 — митохондрии.

Выделяют две главные таксономические единицы — надцарства: прокариоты и эукариоты.

Название «прокариоты» происходит от латинского слова pro (вперед, вместо) и греческого k?ryon (ядро) (рис. 5). Клетки прокариот не содержат ядра с мембраной, их кольцевая ДНК располагается в клетке свободно. Слабо выражено деление пространства клетки на отдельные части. Ограничено количество клеточных компонентов — органелл. Отсутствуют пластиды и митохондрии, отвечающие за энергетические превращения в более высокоорганизованных клетках. Клеточная стенка состоит из гетерополимерного вещества — муреина, которое не встречается у других групп организмов. Аппараты движения (жгутики) либо отсутствуют, либо относительно просто устроены. Наконец, размеры прокариотных клеток очень малы, в среднем единицы микрометров (мкм), что находится на грани разрешающей способности светового микроскопа.

Простота структуры у прокариот компенсируется высокой лабильностью и многообразием метаболических процессов. Способ питания может быть как автотрофным, так и гетеротрофным. Прокариоты питаются путем всасывания, или абсорбции, питательных веществ через клеточную стенку. Обычный тип размножения бесполый, простое деление пополам, однако обмен генетическим материалом иногда происходит при слиянии клеток за счет парасексуальных процессов.

Если прокариоты справедливо считаются первичными формами, возникшими в начале эволюционного пути, то развившиеся из них эукариоты представляют собой следующую ступень эволюции (см. рис. 5).

Клетки эукариот имеют выраженное ядро, окруженное мембраной. Генетический материал (ДНК) связан с белком в отдельных образованиях — хромосомах. Имеется целый набор органелл клетки: вакуоли, гранулы, нитевидные и палочковидные структуры. Энергетические процессы локализованы в митохондриях. Хорошо развита эндоплазматическая мембранная система, несущая множество пузырьков и цистерн. Мелкие нуклеопротеидные частицы — рибосомы, в которых производится синтез белков, либо связаны с мембранами эндоплазматической сети, либо взвешены в цитоплазме. Обычный тип размножения — через половой процесс с чередованием слияния ядра в зиготе и редукционного деления с образованием половых клеток — гамет. Возможны и неполовые способы размножения: простым делением, как у прокариот, почкованием, образованием спор и т. д., что наиболее часто встречается у микроорганизмов. Жгутики, или реснички, если они есть, имеют более сложное, чем у прокариот, строение. Питание эукариот может быть автотрофным и гетеротрофным: абсорбционным, как у прокариот, или голозойным, при котором пища заглатывается и перерабатывается внутри организма.

Размеры эукариотных клеток намного превышают размеры прокариотных, к примеру, митохондрии сопоставимы по величине с отдельными прокариотными клетками.

Подводя итог краткому описанию структуры и функции основной единицы живого — клетки, выделим «три кита» биологической организации: биохимическое единство, экономия материала и энергетическая эффективность.

Поделитесь на страничке

Следующая глава >

Похожие главы из других книг

ГЛАВА VIII. ТАИНСТВЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА

Из книги По следам Робинзона автора Верзилин Николай Михайлович

ГЛАВА VIII. ТАИНСТВЕННЫЕ ВЕЩЕСТВА «Пагуба моряков» Среди бурунов. Зноя и тумана Скрипели и звенели паруса, Раскатывался окрик капитана, И таяли матросов голоса. Был долог путь, Вспененный и упорный. Меж низких звезд И оголенных вод… Эд. Багрицкий Многие морские


ГЛАВА 4 ПОЛОВЫЕ ЦИКЛЫ

Из книги Племенное разведение собак автора Сотская Мария Николаевна

ГЛАВА 4 ПОЛОВЫЕ ЦИКЛЫ Процесс размножения носит циклический характер, т. е. связано с периодическим повторением комплекса специфических явлений. В течение полового цикла в организме животного происходит ряд изменений. Наибольшей глубины эти изменения в период


Глава II Природа болезни

Из книги Гомеопатическое лечение кошек и собак автора Гамильтон Дон

Глава II Природа болезни Для успешного лечения необходимо четко представлять себе сущность такого понятия, как «болезнь». Чем глубже ваши знания, тем правильнее будет выбор метода лечения вашего питомца — это касается как лечения некоторых легких заболеваний в домашних


Глава III природа излечения

Из книги Секреты силового тренинга. Как накачать силу и мышечную массу, занимаясь без тренера? автора Фалеев Алексей Валентинович

Глава III природа излечения - Для оценки ответной реакции организма на гомеопатическое или аллопатическое лечение необходимо достаточно четко понимать, в чем состоит сущность такого понятия, как «излечение». В этой главе хотелось бы обсудить не только признаки


Глава 4. Циклы.

Из книги Десять великих идей науки. Как устроен наш мир. автора Эткинз Питер

Глава 4. Циклы. Итак, мы переходим к самой увлекательной части тренировочного процесса - к планированию циклов.В идеале, к циклам нужно приступать после того, как вы дошли до предела, тренируясь по медленно возрастающей системе, т.е. постепенно наращивали вес штанги, но,


Глава пятая Атомы Редукция вещества

Из книги Микрокосм [E. coli и новая наука о жизни] автора Циммер Карл

Глава пятая Атомы Редукция вещества Я покажу те атомы, из которых природа творит все вещи… Лукреций Великая идея: вещество состоит из атомовМы видели внешние проявления изменений в образовании биосферы и внутренние механизмы этих изменений в молекулярных основаниях


Глава 10. Играющая природа

Из книги Река жизни автора Симен Бернард

Глава 10. Играющая природа Портрет в протоплазме В лаборатории Кристофера Войта в Калифорнийском университете в Сан — Франциско E. coli может изготовить для вас портрет. Войт поместит вашу фотографию перед специально затененным хитроумным устройством. Отраженный от


Глава XVII Природа Реки

Из книги Энергия и жизнь автора Печуркин Николай Савельевич

Глава XVII Природа Реки Кровь человека очень похожа на первозданное море. Имеющиеся между ними различия вызваны тем, что в свое время море было внешней средой, которая питала находящиеся в нем простейшие клетки и организмы, в то время как наша кровь является внутренней


Глава 4. Круговороты вещества в неживой природе

Из книги Как мы видим то, что видим [Издание 3-е , перераб. и доп.] автора Демидов Вячеслав Евгеньевич

Глава 4. Круговороты вещества в неживой природе ... Опять в морской простор Спешит вернуться то, что небо сушит. А реки снова устремляют с гор ... А. Данте


5.2. Биологический взрыв и нехватка вещества

Из книги Мы бессмертны! Научные доказательства Души автора Мухин Юрий Игнатьевич

5.2. Биологический взрыв и нехватка вещества Одной из важных черт жизни является способность к рождению себе подобных, которые также могут размножаться, давая новые единицы, способные к размножению, и т. д. Это и есть известное явление автокатализа в физике, химии, при


Глава тринадцатая. Эталоны и циклы

Из книги Современное состояние биосферы и экологическая политика автора Колесник Ю. А.

Глава тринадцатая. Эталоны и циклы Мода, гордая богиня, На колени пред тобой Опускаются с мольбой И служанки, и княгини. Даже и монахи ныне, На словах с тобой борясь, Блещут новизною ряс. Шебаштьян Гневковский. Богиня мода Здание Лаборатории стоит чуть на отлете. От


Глава 6. Природа нашей личности

Из книги Секс и эволюция человеческой природы автора Ридли Мэтт

Глава 6. Природа нашей личности Как нас убить? Чем мы занимались до сих пор? Есть официальная теория о том, что личность человека — этого его тело. Образно говоря — «серьезная наука» утверждает, что человек находится вот в этом доме. И мы методично обошли все помещения


Глава 7 Биогеохимические процессы и продукционные циклы

Из книги автора

Глава 7 Биогеохимические процессы и продукционные циклы 7.1. Общие положения Как отмечалось выше, биомасса живых организмов (любого систематического уровня) характеризует один из аспектов биосферы. Зная ее величину, можно составить представление о количестве изъятых из


Глава 1 Человеческая природа

Из книги автора

Глава 1 Человеческая природа Самым удивительным было то, что деревья не бежали, как следовало ожидать, им навстречу; как ни стремительно неслись Алиса и Королева, они не оставляли их позади. Королева, видно, прочла ее мысли. «Быстрее! Быстрее! — закричала она. — Не


Глава 6 Полигамность и природа мужчин

Из книги автора

Глава 6 Полигамность и природа мужчин Если бы женщин не было, все деньги мира не имели бы значения. Аристотель Онассис Власть — абсолютный афродизиак. Генри Киссинджер В империи Инков секс был жестко регламентирован. Король-солнце Атауальпа держал по 1500 женщин в каждом


Глава 7 Моногамность и природа женщин

Из книги автора

Глава 7 Моногамность и природа женщин SHEPHERD: Echo, I ween, will in the wood reply, And quaintly answer questions: shall I try? ECHO: Try. What must we do our passion to express? Press. How shall I please her who never loved before? Be Fore. What most moves women when we them address? A dress. Say, what can keep her chaste whom I adore? A door. If music softens rocks, love tunes my lyre: Liar. Then teach me, Echo, how shall I come by her? Buy her. Jonathan