Текст книги "Удивительная биология"

Бактериальный свет достаточно силен. Световые возможности малюток оценены с математической точностью. Чтобы составить о них наглядное представление, достаточно такого примера. Если бы можно было тонким слоем культуры светлячков покрыть купол собора св. Петра в Риме, то на площади перед собором было бы светло, как в лунную ночь. Известны даже случаи, когда залы музеев освещали стеклянными колбами, в которые наливали культуру светоносных бактерий.

Нужен ли свет самим бактериям? По крайней мере, для поддержания жизни он не требуется. Ученые считают свет побочным результатом их основной жизнедеятельности, особым проявлением бактериального дыхания. Иными словами, не светясь, бактерии не могли бы дышать.

«Детективы» микромира

Амебы нередко поедают друг друга. Удавалось наблюдать, как амеба веррукоза заглатывала нитчатые водоросли, превосходившие ее длиной во много раз. При этом амеба помещалась на средней части нити, обволакивая ее, и растекалась по длине водоросли; конец нити она сгибала в петлю. Затем амеба снова растекалась, но уже со всех сторон охваченной нити, и снова ее скручивала; это повторялось до тех пор, пока животное не втянуло в себя целиком всю нить, скрученную в клубок. Американскому биологу Г. С. Дженнингсу (1868—1947) довелось увидеть, как амеба «охотилась» за шаровидной цистой эвглены. Амеба догоняла шарик, а он от нее каждый раз откатывался – и так далее; амеба выпускала то одну тонкую длинную псевдоподию (ложноножку: временный вырост, используемый для увлажнения и захватывания), то две короткие; охота продолжалась некоторое время, причем амеба много раз меняла свою форму; кончилось все тем, что добычу угнала инфузория.

Дженнингс приводит и иллюстрирует такой случай. Одна амеба схватила (если можно так выразиться) другую. Жертва разорвалась пополам, и передняя половина уползла. Поскольку псевдоподии у победительницы сомкнулись не полностью, то, когда она изменила направление своего движения, добыча выскользнула и стала уползать. Нападавшая амеба направилась вдогонку ускользнувшей добыче и начала ее заглатывать. Так было два раза. Наконец, почти заглоченная амеба все же выскользнула и ушла.

Не только высокоорганизованные животные объединяются вместе для охоты на крупную добычу. Крошечные солнечники (одноклеточные организмы), временно соединяясь в группы по 10—20 особей, нападают даже на многоклеточных – коловраток, мелких рачков. Прикасаясь к добыче аксоподиями (у солнечника так называют ложноножки), они парализуют ее, а потом уже поедают. После совместного переваривания добычи солнечники вновь расходятся. Пример жгутиконосцев убеждает, что даже простейшие, эти самые примитивные животные, все тело которых состоит из одной крохотной клетки, могут давать приют еще более мелким и просто организованным живым существам.

Действительно, в простейших сплошь и рядом поселяются водоросли, грибы, бактерии, риккетсии и вирусы. Конечно, не все такие квартиранты приносят хозяевам ощутимую пользу (ведь среди них есть и паразиты!) и могут быть названы добрым именем «симбионты», то есть организмы, находящиеся во взаимно полезных друг для друга отношениях. Чаще всего о пользе вообще ничего не известно по той простой причине, что их еще никто не изучал. Однако и полезные, и вредные, с нашей человеческой точки зрения, сожители ведут себя довольно скромно и внешне мало чем себя проявляют.

Но, изучая жизнь парамеций (род инфузорий) аурелий, исследователи столкнулись с необычным явлением. Некоторые их расы убивали парамеций других рас того же вида, когда их пробовали содержать вместе. Сначала думали, что парамеции из расы «убийц» выделяют в воду какие-то ядовитые вещества, перед которыми их жертвы беззащитны. Однако никаких подобных веществ обнаружить не удалось. Истинное оружие парамеций-убийц открыл американский протозоолог Трейси Соннеборн. Им оказались какие-то загадочные микроскопические существа, погруженные в цитоплазму клетки-хозяина. Приступив к их обстоятельному изучению, Соннеборн вскоре убедился, что по своим свойствам они не могут быть отнесены ни к одной из известных групп микроорганизмов, и назвал их нейтрально – каппа-частицами.

Каппа-частицы бывают двух типов. Частицы одного типа содержат одно или несколько преломляющих телец (R-тела), благодаря которым они так и сверкают под микроскопом. Их называют поэтому В-частицами (от англ. bright – «светлый», «блестящий»). Частицы другого типа таких телец не содержат, выглядят темными и называются N-частица-ми (от nonbright – «неблестящий»).

Оба типа частиц сходны и по строению, и по биохимическому составу. Но способностью убивать «чужие» парамеции обладают только В-частицы, да и то далеко не все. И вот что удивительно: парамецию заражают и превращают в убийцу N-частицы, способные делиться. Из них, очевидно, каким-то образом и образуются блестящие В-частицы.

Поскольку в В-частицы входят R-тела, на них теперь и перекладывают всю вину за «кровожадность» агрессивных рас парамеций. Опыты показали, что заглатывание обычной, «мирной» парамецией преломляющего тельца не проходит безнаказанно: у нее после этого возникают явные признаки «отравления». С помощью электронного микроскопа удалось разглядеть, что преломляющее тельце представляет собой ленту, скрученную в тугую пружину, которая может при определенных условиях мгновенно развернуться и нанести сильный удар. Некоторые специалисты считают, что акт убийства как раз и связан с этим внезапным раскручиванием.

Каппа-частицы задали ученым немало задач. Самый главный вопрос: если это живые организмы (а сомнений в этом, кажется, ни у кого не возникало), то куда их отнести – к водорослям, риккетсиям, бактериям или вирусам? Тут-то, пожалуй, полностью оправдывается поговорка: «Сколько людей, столько и мнений».

Действительно, суждения о природе каппа-частиц были и остаются самыми различными. Говорит это только о том, что перед нами что-то совершенно особое. Многое свидетельствует как будто об их сходстве с бактериями – размер, внешняя форма, химический состав, способность размножаться делением. Как и у бактерий, у каппа-частиц нет ядра. Но в отличие от бактерий у них нет и клеточной оболочки, почти или совсем нет ферментов, а хроматиновые вещества не отделены от цитоплазмы. Получается, что они намного примитивнее бактерий. От рик-кетсий и особенно вирусов каппа-частицы отличаются прежде всего более крупными размерами. Зато их поведение во многом напоминает поведение вирусов бактерий-бактериофагов, точнее, их неинфекционных зачатков – профагов.

Подобно профагам, каппа-частицы прочно соединены с наследственным аппаратом парамеции. Они дают ей иммунитет против угрозы со стороны других парамеций, влияют на ее обмен веществ. Но в отличие от профага, включенного в бактериальную хромосому, каппа-частицы диктуют свою генетическую «волю», находясь в цитоплазме хозяина. Долгое время их считали особыми органеллами парамеций – плазмогенами. Кроме того, новые фаговые частицы появляются на свет ценой гибели взрастившей их бактериальной клетки, а только что образовавшиеся каппа-частицы, выбираясь на волю, оставляют парамецию целой и невредимой. Все это характеризует каппа-частицы как в высшей степени загадочных эндосимбионтов. (Эндосимбиоз – сожительство двух форм, при котором одно животное обитает в теле другого).

Судьбы каппа-частиц и парамеций неразрывны, и, как было сказано выше, эта неразрывность закреплена наследственно. Каппа-частицы стали известны как первые носители так называемой цитоплазмаической наследственности, которой до их открытия не могли найти правильного объяснения. Впрочем, иногда хозяин начинает проявлять независимость, но она оборачивается для него пагубными последствиями. Случается, что под воздействием парамеций размножение каппа-частиц сильно замедляется, отставая от размножения хозяина. Тогда молодые парамеции, освободившиеся от симбионтов, рискуют каждую минуту стать жертвой каннибализма своих зараженных сородичей. Выходит, что каппа-частицы превратились в необходимое средство личной безопасности. Кто их не имеет, обречен на гибель.

У парамеции аурелии были открыты и более крупные, похожие на каппа, частицы, которые получили название лямбда-частиц. Они также выступают в роли убийц, причем остаются смертоносными даже тогда, когда их выделяют из тела хозяина. Но в дополнение к этому основному свойству лямбда-частицы, по-видимому, еще и снабжают парамецию-хозяина витамином – фолиевой кислотой. Возможно, на нечто подобное способны и каппа-частицы. Если это будет доказано окончательно, то загадочный симбиоз каннибалов обогатится мирным, пищевым содержанием.

Содружество с микробоподобными частицами свойственно не одним парамециям. Подобный симбиоз был открыт, например, у флагелляты критидии, которая паразитирует в кишечнике клопов, живущих на латуке. В клетке критидии обычно обитает лишь пара похожих на бактерии телец, которые размножаются простым делением. То, что их не становится больше, объясняется, очевидно, тем, что размножением телец, как и у парамеций, заведует клетка-хозяин. Впрочем, в опытах при определенных условиях их удавалось заставить плодиться с такой быстротой, что, переполнив тело критидии, они приводили ее к гибели. В последнее время в парамециях и других одноклеточных обнаружили массу новых, не менее таинственных частиц. Пожалуй, в простейших их оказалось больше, чем в ядре атома. По традиции эти частицы обозначают греческими буквами альфа, бета, мю, пи, эпсилон и т. д. Есть опасение, что если описание «незнакомок» из симбиотического микромира будет продолжаться такими же темпами, то в греческом алфавите для них скоро не хватит букв.

Из всех существующих в природе микросимбионтов микробные частицы простейших, обозначаемые греческими буквами, – самые интересные. Они влекут к себе исследователей, во-первых, заманчивой перспективой проникновения в сокровенные глубины живого микромира и, во-вторых, вполне реальной возможностью заставить частицы, подобно многим «настоящим» микроорганизмам, служить не только парамециям, но и человеку.

ЧЕРВИ. МОЛЛЮСКИ. ЧЛЕНИСТОНОГИЕ

Дождевые черви – загадка от «носа» до «хвоста»

Дождевые (их еще называют земляные) черви в истории образования земной коры играли гораздо более важную роль, чем это может показаться с первого взгляда. Почти во всех влажных местностях они необыкновенно многочисленны и, сравнительно с собственной величиной, обладают довольно значительной мускульной силой. Во многих местностях Англии на площадь в 1 акр (0,4047 га) ежегодно выбрасывается более 10 т сухой земли, прошедшей через их тело, так что весь поверхностный слой растительной почвы в течение нескольких лет проходит через них. Словом, лучшего комбайна по вспашке, удобрению и вентиляции почвы не найти.

Черви наилучшим образом готовят почву для произрастания растений. Они периодически подвергают ее действию воздуха и разрыхляют до такой степени, что в ней не остается ни одного камешка крупнее тех, которые они могут заглотить. Дождевые черви равномерно перемешивают все, подобно садовнику, готовящему мелкую землю для своих растений. Они таскают в свои норки бесчисленное количество сухих листьев и других частей растений – для закупоривания норок и как пищевой материал. Листья, втаскиваемые червями в норки для пищи, разорванные затем на мельчайшие нити и отчасти переваренные, перемешиваются с большим количеством земли. Эта земля образует тот темный плодородный растительный слой, который почти сплошь покрывает поверхность суши. Черви дают свободный доступ воздуху в глубокие горизонты почвы.

Если бы можно было распределить по всей поверхности суши почву, перепахиваемую дождевыми червями за каждые 10 лет, то получился бы слой толщиной в 5 см.

Извлекая грунт из-под предметов, лежащих на земле, черви способствуют их погружению в почву. Эту работу они проделывают, медленно, но в конце концов с большим эффектом – в землю погружаются и закапываются, например, камни или обломки стен зданий.

В тропических лесах Южной Америки и Австралии встречаются дождевые черви-гиганты длиной в 1-2 м. Например, длина австралийского червя мегасколидеса – 2 м, а его толщина – в палец. Вбуравливаясь передним концом тела в почву, он роет в ней длинные и широкие ходы. В более твердом грунте червь пропускает землю через кишечник и выбрасывает ее наружу в виде кучки экскрементов. Живет мегасколидес в земляных ходах, лишь иногда выставляя наружу переднюю часть тела. Организм червя-гиганта настолько приспособлен к жизни под землей, что, вынутый на поверхность, он оказывается совершенно беспомощным. Есть у этого чрезвычайно полезного создания и другие загадочные и даже с высот сегодняшней науки необъяснимые свойства. Например, если разрезать его пополам, приложить один отрезок к другому и прочно скрепить их, половинки срастутся, и он будет жить. Если взять трех одинаковых дождевых червей и у первого отрезать головной конец тела, у второго – хвостовой, у третьего – середину, а потом сложить все три отрезка так, чтобы каждый занял подобающее ему место, и скрепить их – они не погибнут; такой сборный червь, сложенный из кусков трех разных червей, будет продолжать жить. Через несколько недель раны заживут и отрезки срастутся между собой. «Новый» червь ничем не будет отличаться от своих собратьев: станет жить в земле, буравить ходы, искать пищу, расти и размножаться. Через два-три месяца на нем не останется даже рубцов.

Завидная способность

Способностью к регенерации, то есть восстановлению утраченных частей тела, наделены очень многие животные, но в различной степени: одни – в большей, другие – в меньшей. Есть животные, у которых способность восстанавливаться проявляется особенно ярко. Это дождевой червь – о нем вы уже прочитали выше. Это и небольшой плоский червь – плосковик (или планария), живущий в воде. Если разрезать его поперек на пять-шесть кусков, то каждый из них станет самостоятельным плосковиком, только меньшего размера.

Есть животные очень простые по строению, которые могут восстановиться из сотой части собственного тела. Но природа поражает нас и более удивительными загадками. Одна из них связана с муравьями.

Даже если отрезать у лесных муравьев брюшко, они днями продолжают еще выполнять все функции нормального животного: таскают добычу, коконы, личинок, защищаются… А обезглавленные муравьи в течение целого часа выполняют то, что обычно делает нормальное туловище: ползают, выпрыскивают жидкость и т. д. Грудь без головы и брюшка от получаса до часа ходит вокруг короткими шагами, падает и снова поднимается. Отрезанные головы муравьев тоже долго живут, обнаруживая нормальные реакции.

В одном эксперименте две отрезанные головы муравьев, взятых из разных колоний, поместили близко одна от другой в стеклянную баночку. С помощью усиков-антенн они ощупали друг друга, начали открывать и закрывать жвалы и, приблизившись благодаря этому друг к другу, вступили в ожесточенную схватку, которая при постоянном взаимном ощупывании усиками длилась 50 мин. Головы продолжали жить. Для насекомого потеря головы часто всего лишь незначительное происшествие, которое вовсе не влечет за собой немедленных неприятных последствий. Полужесткокрылые насекомые родниус могут прожить в этом состоянии целый год. Реакции на свет продолжаются, причем это явление общего порядка, обнаруживаемое среди многочисленных групп насекомых: глаза вовсе не служат необходимой основой световой чувствительности, хотя и несут задачу создания зрительных образов. Неясно, где сосредоточена эта загадочная чувствительность: на одном уровне с самим кожным покровом или в нервной системе?

Гигантских муравьев, обладающих мертвой хваткой, в Новой Гвинее часто используют в примитивной хирургии в качестве… зажимов. Сблизив края раны, хирурги-целители прижимают к ним челюсти муравья. Тельце насекомого обрывают, а «зажимы» остаются на ране до тех пор, пока она не заживет.

Еще одно удивительное создание – всем знакомая улитка. На голове ее торчат подвижные щупальца, которые то выступают наружу, то прячутся; на верхушке каждого щупальца расположен глаз улитки. Даже если улитка лишится обеих щупалец с глазами и к тому же кусочка головы, спустя две-три недели у нее снова вырастут и недостающая часть головы, и щупальца, и, что важнее всего, глаза. Будь на месте улитки другое животное, например, лягушка или ящерица, потеря была бы невосполнимой, животное погибло бы.

Вспомните обыкновенного речного рака: у него обе клешни одинаковые. Но есть разновидности раков, у которых правая клешня значительно крупнее левой. Потеряв левую, меньшую клешню, такой рак непоправимого ущерба не получит: недостающая клешня отрастет вновь. Попробуйте, однако, отнять у него правую, большую клешню. Она появится вновь, но будет гораздо меньше по величине. Зато оставшаяся нетронутой левая, маленькая клешня сильно увеличится, и рак станет левшой; теперь он будет выглядеть иначе – левая клешня у него окажется гораздо крупнее правой.

Если по какой-либо причине рак лишится обеих клешней, эта потеря тоже вскоре восстановится: вместо оторванных клешней появятся новые, но они уже будут одинаковые.

Любопытно, что у некоторых высших ракообразных вместо отрезанного глаза иногда вырастает щупальце. Факты подобной ненормальной регенерации достаточно известны. Потерянный глаз восстанавливается, если сохранился глазной нервный узел. А когда одновременно с глазом удаляется и глазной нервный узел, отрезанный глаз заменяется щупальцем.

Ничего не скажешь, завидными способностями наделены эти создания, и разгадка их тайн многое могла бы принести человеку.

Морские звезды – чудо царя Нептуна

Чемпионами по медлительности обычно считают черепах, славу которых оспаривают южноамериканские ленивцы, но, бесспорно, рекордсмены по медлительности – это иглокожие. Когда морские звезды «спешат» к добыче, их скорость может достигать 15 см/ч.

Способ передвижения морских звезд очень оригинален. Так называемые амбулакральные ножки этих иглокожих могут сокращаться и вытягиваться на значительную длину. Звезда выбрасывает ножки вперед и присасывается ими к поверхности дна, а затем сокращает их и таким образом передвигается. Ножки приводятся в движение давлением нагнетаемой в них воды.

На верхней стороне морской звезды между двумя ножками-лучами можно заметить небольшое светлое пятнышко. Это мадрепоровая пластинка – вход в водно-сосудистую систему животного. При большом увеличении видно, что сверху эта пластинка покрыта расходящимися по радиусам бороздками. Приоткрывая щели между бороздками, звезда засасывает воду. Под бороздками находится фильтр – известковая пластинка, пронизанная мельчайшими порами. Они задерживают мелкие организмы, находящиеся в морской воде.

Добычу звезды чувствуют на большом расстоянии. Если положить на дно кусок рыбы, из-под всех камней и расщелин выползет множество разнообразных звезд. Морские звезды – активные хищники и нападают даже на крупных двустворчатых моллюсков. Это кажется просто невероятным – ведь усилие, с которым смыкаются створки моллюска, исчисляется килограммами и в десятки раз превышает вес его самого. Зачастую просунуть между створками лезвие ножа можно лишь с трудом. О том, чтобы раскрыть створки руками, не может быть и речи. Однако звездам это удается – с помощью амбулакральных ножек. Вот как это происходит. Обхватив ножками-лучами раковину с двух сторон, звезда крепко присасывается к ней и начинает методично сокращать ножки. Постепенно мускул, замыкающий створки, утомляется, они приоткрываются, и звезда вводит внутрь раковины свой желудок. Убив моллюска выделениями желудка, она переваривает затем жертву прямо в раковине.

Особенно часто от набегов морских звезд страдают колонии таких ценных промысловых моллюсков, как мидии и устрицы. Если моллюск не очень большой, то звезда втягивает его целиком через рот в желудок, который занимает всю центральную часть диска. Мягкие части перевариваются, а раковина выбрасывается через рот наружу.

Интересно, что еще в начале XX в. ловцы устриц, поймав морскую звезду, разрывали ее на части и бросали обратно в море, считая, что предают хищницу мучительной смерти. Они и не подозревали, что эти иглокожие обладают способностью восстанавливать утраченные органы.

Целое животное может вырасти иногда из одного луча и всего из пятой части диска. Некоторые звезды размножаются, разламываясь пополам, и потом каждая половина восстанавливает недостающие части. Но это наблюдается редко. Обычно морские звезды выпускают половые продукты в воду, где происходит оплодотворение и дальнейшее развитие зародышей. Есть звезды, у которых яйца остаются в организме взрослой особи. Так, у звезды птерастера молодь развивается в особой полости в верхней части туловища, а затем выходит наружу, разрывая кожный покров тела родительницы.

Встречаются и такие звезды, которые вынашивают потомство в особых выводковых камерах желудка, и пока дети растут, их мамы соблюдают строгую голодовку. Все это – приспособления для защиты потомства.

У взрослых морских звезд врагов не так много. Надежной защитой этим беспозвоночным служит кожный покров, который как бы инкрустирован массой известковых пластин, образующих у большинства звезд жесткий скелет.