Читать онлайн «Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции». Страница 451

Живая клетка также представляет собой не просто структурное образование, предназначенное для осуществления специфических жизненных функций, а структурно-мобилизационное образование, в котором все функции подчинены процессу активной мобилизации на жизнь, на сохранение и оптимизацию жизнедеятельности.

Одни авторы называют клетку химической фабрикой жизни, поскольку на ней производится множество необходимых для жизни химических продуктов и энергия, необходимая для бесперебойной работы фабрики. Другие же сравнивают клетку с натуральным хозяйством, где создаётся всё необходимое для жизнедеятельности. Видимо, второе сравнение несостоятельно в силу чёткой специализации клеток и осуществления ими систематического обмена веществ с окружающей средой. Соответственно, сравнение с современной фабрикой проясняет ситуацию: вся жизнедеятельность клетки зависит от поставок сырья, энергообеспечения, эффективности использования всех видов ресурсов, конкурентоспособности и востребованности конечной продукции, общей интенсивности производственного процесса. Так, сборка одной молекулы белка, состоящей из 200–300 аминокислот, занимает всего 1–2 минуты при постоянной экономии энергозатрат, которые, тем не менее, довольно значительны и требуют постоянной напряжённой работы «энергетического цеха», расположенного в митохондриях.

Результаты работы клеточных «фабрик» феноменальны, и по эффективности с ними не идёт ни в какое сравнение никакое производство в социально-экономической жизни человеческой цивилизации. Особенно если учесть миниатюрные размеры клеточных «фабрик». Размеры клеток измеряются в микрометрах (тысячных долях метров – мкм) или даже в нанометрах (нм). Так, соматическая клетка организма животного составляет в диаметре 10-20мкм, растительная клетка – 30–50 мкм. Клетки бактерий имеют диаметр от 0,1–0,25 до 2 мкм. Масса одной из соматических клеток животных и человека составляет всего лишь 10-8-10-9 грамма. В организмах высокоорганизованных животных содержится 1015-1017 клеток. Столько же клеток в организме взрослого человека, а их видов насчитывается более 200.

Микроскопический характер клетки обнаруживается и в её химическом составе, включающем около 60 элементов таблицы Менделеева. В неорганической наполненности проявляется единство живой и неживой природы, происхождение микрокосмоса жизни из «инженерии» Большого Космоса.

От 70 до 80 % массы клетки составляет вода. Этот универсальный растворитель обеспечивает функционирование транспортной системы клетки, протекание необходимых для её жизнедеятельности химических реакций. Водным путём поступают в клетку из внешней среды необходимые ей ресурсы и удаляются отработанные продукты жизнедеятельности. Поступающие в клетку извне белки, жиры и углеводы расщепляются только в водных растворах, посредством гидролиза. Вода обеспечивает терморегуляцию клетки и поддержание в ней стабильности температурного режима и других параметров гомеостаза.

Наряду с водяной поверхностью, выдающей происхождение клеток из океана и обеспечивающей доставку грузов водным путём, каждая клетка имеет ещё и свою внутреннюю атмосферу, включающую кислород, углерод, водород и азот. В совокупности эти газы составляют 98 % содержащихся в клетке элементов таблицы Менделеева, тогда как остальные 2 % приходятся на микроэлементы.

От 10 до 20 % массы клетки составляют белки, образующие строительный материал структурных компонентов клетки, являющиеся в качестве ферментов катализаторами всех химических реакций, защищающие порядок в клетке от вторжения чужеродных агентов и т. д.

Анализ строения клеток следует начинать с клеточных оболочек, поскольку именно они делают клетку клеткой, ограждают её от повреждающих воздействий среды и определяют её границы. Оболочки – не просто ограда, не забор, а живая ткань, осуществляющая обмен веществ, избирательно проводящая полезные вещества и создающая барьер для вредных, первую линию обороны против чужеродных структур, способных нарушить внутренний порядок.

Оболочка клеток состоит из плазматической мембраны и слоя углеводов, полисахаридов, который у животных клеток очень тонок, выполняя сигнальную и рецепторную функцию, способствуя объединению клеток в ткани, а у растительных клеток – очень толст, и составляет клеточную стенку. Мембрана трёхслойна, она состоит из двойного слоя жиров (липидов) и пронизывающего их на разную глубину слоя переплетённых между собой белковых молекул.

Многие современные авторы в духе синергетики называют клетку открытой термодинамической системой, имея в виду многообразную проницаемость её мембраны. Однако клетки, как и другие взаимозависимые формы упорядочения, являются полуоткрытыми системами, стремящимися к максимальной открытости для позитивных факторов внешней среды и максимальной закрытости для негативных. Клеточные мембраны играют роль своего рода таможен, призванных заблокировать поступление непригодных для использования грузов и способствовать стабильности хозяйственного порядка. Сочетание открытости как синергетической составляющей порядка и гомеостаза как кибернетической составляющей является важнейшим условием нормального функционирования первоэлемента жизни. Сочетание стабильности и постоянного обновления является важнейшим условием сохранения и воспроизведения жизни во всех её многообразных проявлениях.

На поверхности клеточной мембраны произрастают микроворсинки, внешне похожие на водоросли, но очень миниатюрных размеров. Длина их «стеблей» измеряется нанометрами, но несмотря на это они в совокупности увеличивают поверхность мембраны. Наряду с микроворсинками на мембране могут произрастать разнообразные реснички и жгутики, выдавая происхождение клеток от одноклеточных организмов.

Значение мембраны в жизни клетки огромно: даже её повреждение приводит к гибели клетки. Мембрана является приспособлением для снабжения клетки ресурсами из внешней среды, регулирует их поступление, поддерживает нормальную концентрацию солей, сахаров, аминокислот и других веществ, являющихся продуктами обмена. У многоклеточных организмов мембраны образуют разнообразные структуры, обеспечивающие межклеточные контакты. Транспортировка различных веществ через мембраны может совершаться без затрат энергии, за счёт диффузии, или с затратами энергии, путём активного поглощения с участием ферментов. Мембрана одноклеточных организмов благодаря своей гибкости обволакивают питательные вещества и проводит их внутрь клетки, после чего происходит их переработка и поглощение. Отработанные продукты обмена «выжимаются» через мембраны во внешнюю среду.

Мембраны многоклеточных организмов получают питательные вещества от пищеварительных органов в готовом виде, поэтому они лишь избирательно пропускают эти вещества с минимальными затратами энергии, а «пожирательная» функция мембран атрофировалась. Исключение составляют клетки, специализирующиеся на уничтожении проникающих в организм вредных веществ, бактерий и вирусов. Эти клетки, лейкоциты и фагоциты (т. е. буквально «клеточные пожиратели») обладают мембранами, которые наиболее приспособлены к выявлению, поглощению и обезвреживанию чуждых агентов внешней среды путём их своеобразного «переваривания» в химических реакциях с участием катализаторов этих реакций, белков-ферментов.

Для всех разновидностей и видов клеток характерна строго определённая граница их пространственного распространения, определённая наличием мембраны. Поэтому экспансия во внешний мир для клеточных структур оказывается возможной либо в процессе деления и самоудвоения клеток, либо путём оплодотворения мужской половой клеткой (сперматозоида) женской половой клетки (яйцеклетки). Во всех случаях мобилизационная система клетки может осуществлять «завоевание» внешнего мира в конкурентной борьбе с другими клеточными структурами только посредством размножения. Это и обусловливает роль ядра как обеспечивающей размножение мобилизационной структуры. Даже поглощая другие клетки, поглощающая клетка не может расширить занимаемую ею территорию и использовать вещественно-энергетические ресурсы побеждённых для территориального роста.

Объём клетки расширяется или сужается в зависимости от «закачки» воды в клетку через мембрану в процессе диффузии под действием осмотического давления. Осмотическое давление образуется концентрацией растворённых в жидкой среде солей. Соли, в том числе и пищевая поваренная соль как бы «притягивают» к себе воду, и молекулы воды распространяются из области с меньшей концентрацией солей в область с большей их концентрацией.

Поэтому если клетка находится в растворе с низкой концентрацией солей, вода под давлением разности солевой концентрации с растворёнными в клеточном веществе солями будет вливаться в клетку, которая станет набухать, раздуваться, пока попросту не лопнет, что, конечно же, не имеет ничего общего с расширением ресурсной базы. И, наоборот, при утечке жидкости через мембрану в раствор с высокой концентрацией солей клетка сморщится и опять же окажется на грани гибели вследствие недееспособности мембраны. Поэтому для сохранения жизнеспособности клеток их помещают в питательный раствор, именуемый физиологическим, приближающийся по своей солёности к составу сыворотки крови. В этом растворе изолированная клетка не изменяет свой объём и продолжает нормально функционировать. В этом отношении клетки вполне соответствуют своему названию: они запирают живое вещество в определённом, жизненно целесообразном пространстве и придают ему единообразие, которое становится предпосылкой специализации и связанных с ней эволюционно значимых изменений. Клеточные структуры с их единообразием и взаимозаменяемостью, способностью к воспроизведению хранящегося в них порядка являются такими сооружениями «космической инженерии», которое образуют все прочие «строения» живых систем, как своими многообразными сочетаниями, так и возможностью замены устаревших и утративших необходимое качество структур обновлёнными и эффективно функционирующими структурами. Соответственно этому строится «техническая» сторона жизни, приобретая не механический, а органический характер. Это придаёт мобилизационным структурам живых систем не жёсткий, а гибкий характер, избавляет их от всех проблем, присущих жёстким техническим конструкциям, например, собранных из металлических деталей, которые, выигрывая в твёрдости, подвержены беспрестанному истиранию, деформациям и деструкции кристаллических решёток (коррозии и т. д.).