Текст книги "Эволюционизм. Том первый: История природы и общая теория эволюции"

Глава. 24. Генетика и эволюция. Функционирование генетических структур

Единый порядок, охватывающий всё живое на Земле, был впервые выявлен, когда в 30-е годы XIX века ботаник Маттиас Якоб Шлейден показал универсальность клеточного строения растений, а биолог Теодор Шванн, опираясь на выводы Шлейдена, не только распространил эти выводы на животных, но и убедительно доказал положение о том, что клетки растений и животных принципиально сходны в своём строении (гомологичны). Тем самым были заложены основы клеточной теории.

Эмпирические наблюдения клеточного строения проводились задолго до создания клеточной теории. Правы, поэтому, те исследователи, которые отмечают, что заслуга Шванна заключалась не в том, что он открыл клетки как таковые, а в том, что он научил исследователей понимать их значение. Ячеистое строение живой материи обнаружил ещё Роберт Гук в 1965 г., рассматривая в увеличительное стекло поверхностный слой среза пробки. Он же дал увиденным им стенкам, ограждавшим эти структуры, название клеток, или ячеек (в английском языке оба эти понятия выражаются одним словом).

В конце XVII века А. Левенгук в более совершенный микроскоп с увеличением в 200 раз рассматривал различные одноклеточные организмы, движущиеся на предметном стекле подобно крохотным «зверюшкам». В 1833 г. английский ботаник Броун описал постоянно встречающееся в наблюдениях сгущённое тельце растительных клеток. Это понятие тем самым впервые выявив клеточное ядро. В 1839 г. чешский исследователь Я. Пуркинье ввёл понятие протоплазмы, или содержимого клеток, которое было результатом возникшего в результате длительных наблюдений различных клеток осознания того, что живое вещество содержится не в стенках, а в том, что эти стенки защищают.

В 1855 г. немецкий медик и антрополог Р. Вирхов сформулировал принципиальное положение о том, что всякая клетка может происходить только от клетки. Он рассматривал совокупность клеток одноклеточного организма по аналогии с гражданами государства, в котором каждый гражданин должен играть отведенную ему роль. В книге «Клеточная патология», изданной в 1858 г., Вирхов впервые связал некоторые патологические процессы в организме с нарушениями в жизнедеятельности клеток.

В 1898 г. итальянский экспериментатор К. Гольджи, ввёл в клетки соли серебра, благодаря чему при наблюдениях в микроскоп обнаружил сетчатые структуры, позднее названные в честь первооткрывателя аппаратом Гольджи.

В настоящее время интимные подробности внутреннего строения клеток изучаются с помощью электронных микроскопов, поскольку разрешающая способность световых микроскопов оказывается недостаточной из-за слишком большой длины световых волн. Электронные же микроскопы имеют ту специфику, что они «высвечивают» интересующие исследователей структуры объектов наблюдения чрезвычайно тонким пучком электронов, испускаемым электронной «пушкой». При этом проследить поведение объектов и окружающую их среду, а также взаимодействия структур чаще всего невозможно. Поэтому методы исследования «внутренностей» клеток и других объектов микромира жизни всё более усложняются, а объяснения наблюдаемых процессов становятся всё более теоретизированными и гипотетическими. Тем не менее современные знания о функционировании клеток становятся всё более подробными и детализированными. Электронные микроскопы позволяют увеличивать изображения в десятки и сотни тысяч раз.

Применяя цитохимические методы, исследователи наблюдают реакции между веществами клетки и веществами, вводимыми внутрь клетки, но в естественной среде туда не поступающими. Другой метод, именуемый авторадиографическим, заключается во введении внутрь клеток радиоактивных изотопов и изучения их действия в различных структурах. Цитологические методы очень разнообразны, но через них всё сложнее выявлять естественное функционирование клеточных структур.

Подчёркивая значение клеток в организации порядка жизни, различные авторы называют их атомами строения живого вещества, первокирпичиками, первоисточниками жизни, фабриками жизненных процессов и т. д. Подобно атомам, имеющим плотное и массивное положительно заряженное ядро и окружённым оболочками из отрицательно заряженных электронов, каждая клетка содержит плотное и массивное ядро, погружённое в протоплазму и окружённое оболочками – клеточными мембранами. Такое строение отражает устройство Космоса в нашей Метагалактике, поскольку и солнечная система имеет ядро в виде дарящего энергию светила, и оболочки в виде вращающихся вокруг него планет, которые могут служить ядрами для своих спутников – более мелких планет, составляющих их оболочки. Все эти оболочки обращаются по определённым орбитам и их физико-климатические характеристики зависят от положения по отношению к Солнцу. Сходное устройство имеют и другие звёздные системы, свои «ядра» имеют и галактики, и даже сама Метагалактика произошла из некоего сингулярного ядра. Всякое космическое устройство состоит из мобилизационного ядра и мобилизуемой периферии, складывающейся из набора оболочек. Разница состоит в том, что в косной, неживой материи мобилизационное ядро лишь определяет порядок движения, тогда как в живой материи оно формирует порядок функционирования жизни, мобилизует косную материю на отправление жизненных функций. И то, и другое есть не что иное, как результат «космической инженерии», строящей всякий порядок на взаимодействии организующего движение ядра и тяготеющей к нему периферии. Всё это наводит на мысль о том, что для устройства нашей гравитирующей Вселенной характерен не только антропный принцип, выражающий сходство физических постоянных Метагалактики с условиями, в которых только и мог возникнуть человек, но и, так сказать, биоморфный принцип, выражающий своеобразную устремлённость «космической инженерии» к выработке различных форм устроения жизни. Оба они, и антропный, и биоморфный принципы выступают лишь частными случаями мобилизационного принципа, в соответствии с которым мобилизационное ядро упорядочивает мобилизуемую периферию, а эта последняя, в свою очередь, оказывает обратное воздействие на способ мобилизации и обусловливает мобилизационный потенциал системы.

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.).

В человеческой технике принцип заменяемости приходящих в негодность деталей машин осуществляется искусственным путём: они удаляются человеческими усилиями и на их место вставляются, привинчиваются или запаиваются новые. В клеточном механизме такая замена осуществляется сменой поколений, путём отмирания, умирания всего недееспособного и порождения молодого, бурно развивающегося. Смерть становится орудием техники жизни, естественного удаления нежизнеспособных «деталей» и формирования новой жизни. Смертность клеток и организмов становится источником механизма естественного отбора и преемственности поколений в извечной борьбе за жизнь, беспрестанной работе по её осуществлению и мобилизации жизненных сил на её эффективное протекание. Такова космическая технология постоянного самосотворения и самоусовершенствования жизни. Стандартизированность мобилизационных структур клеток становится предпосылкой постоянной экспансии и соревнования живых организмов, их беспрестанной конкуренции за ограниченные жизненные ресурсы, способствующей повышению их конкурентоспособности и эффективности жизнедеятельности. Перводвигателем этого соревнования на арене жизни является создание оригинальных способов мобилизации, способствующих достижению победы. Ограниченность клеточных мембран и замкнутость внутри них живых комочков протоплазмы становится технологическим средством сборки телесных форм и выработки ими огромного разнообразия способов мобилизации и их структурного обеспечения. От количества клеток зависит величина организма, а от качества – длительность его существования.

В пределах, охватываемых мембраной, тело клетки состоит из цитоплазмы и ядра. Несмотря на большое количество воды, входящей в состав цитоплазмы, внутриклеточная среда представляет собой вязкую, киселеобразную массу. Эта среда бесструктурна, а в неё погружены разнообразные структурные образования – временные цитоплазматические включения и постоянно действующие «органы» клетки, именуемые органеллами (т. е. маленькими «органами»). Вязкость среды (цитоплазмы) меняется в зависимости от впитывания воды от более жидкого состояния к более вязкому, гелевому.

Включения представляют собой пузыри из питательных веществ или отработанных продуктов, выделяемых через мембрану. К числу органелл относятся митохондрии, рибосомы, лизосомы, аппарат Гольджи и т. д. Каждая из органелл защищена своей мембраной, подобно фортификационным сооружениям. Митохондрии были так названы из-за своего строения, имеющего под микроскопом вид скопления нитей, зёрен, палочек и других конфигураций. В переводе с древнегреческого «митос» означает нить, а «хондрос» – зерно. У митохондрий две мембраны – внешняя и внутренняя. Внутренняя мембрана образует складки, именуемые кристами, которые по внешнему виду напоминают стенки причудливого лабиринта. В этом «лабиринте» содержится жидкость, именуемая матриксом. В матриксе находятся самые различные вещества, пригодные для извлечения энергии – ферменты-катализаторы различных реакций, белки, жиры, углеводы, молекулы ДНК и РНК, рибосомы (миниатюрные «фабрики» синтеза белков), ионы неорганических веществ и т. д.

Главная функция митохондрий, вызывающая интерес к ним как у учёных, так и у читающей публики, заключается в извлечении и накоплении энергии для энергоснабжения жизнедеятельности клетки и всех прочих её функций, в том числе и размножения. Энергонасыщение клеток – основа энергонасыщенного функционирования организма. В митохондриях с участием ферментов происходит «сжигание» различных химических веществ, главным образом, углеводородных соединений, служащих биологическим «горючим». Окисление этих веществ в атмосфере кислорода, поступающего в митохондрии в процессе внутриклеточного «дыхания», приводит к выработке энергии, которая немедленно запасается в биологически применимой форме путём синтеза специального «аккумулирующего» вещества с очень сложным и длинным названием – аденозинтрифосфата, сокращённо АТФ. Процесс добывания и аккумулирования энергии в митохондриях получил название окислительного фосфорилирования. Внутренняя мембрана с её кристами способствует окислению путём переноса электронов и накапливает фермент АТФ – синтетазу, который катализирует реакции синтеза АТФ.

Лизосомы представляют собой маленькие пузырьки с ферментами для переваривания белков, жиров, углеводов и даже нуклеиновых кислот. Это миниатюрные химические лаборатории, осуществляющие клеточное пищеварение и утилизацию накопившегося мусора – чужеродных частиц, структур, отмирающих и повреждённых компонентов жизнедеятельности клетки.

Формирование лизосом происходит в комплексах (аппаратах) Гольджи, сетчатой структуры, расположенной вокруг ядра и состоящий из «мешочков» – «цистерн», образуемых мембранами. В «цистернах» происходит накопление веществ, которые затем «дорабатываются» в лизосомах.

Ядра клеток выполняют роль мобилизационных структур, которые на клеточном уровне всё ещё примитивны, не охватывают управленческими воздействиями всего порядка, обеспечивающего функционирование внутриклеточных структур и предоставляют им полную самостоятельность, регулируемую разделением функций. Мобилизующая роль ядра коренится в наличии в нём ДНК, содержащей генетическую программу эволюции клетки, упорядочивающей размножение клеток как форму экспансии их во внешний мир, контролирующей синтез белка и ферментов. Лишение клеток их ядра приводит к потере способности к размножению, к прекращению синтеза белков и к гибели клетки.

Простейшие клеточные организмы, к числу которых относятся бактерии и сине-зелёные водоросли, вообще не имеют ядер. Роль упорядочивающих структур в них играет молекула ДНК, содержащаяся в единственной хромосоме. Такие примитивные организмы получили название прокариотов. Безъядерные клетки прокариотов управляются генетическими структурами, которые расположены непосредственно в цитоплазме. Эти структуры и регулируют обмен веществ, поддержание стабильности, размножение и другие функции клеток.

Ядерные клетки, эукариоты, появились в процессе прогрессивной эволюции около 3 млрд. лет назад. Ядра клеток эукариотов состоят из оболочки, ядерного сока (матрикса), ядрышка и хроматина. Оболочка отделяет генетический материал хромосом от многообразных реакций цитоплазмы. Защита здесь особенно крепка, поскольку оболочка состоит из двух мембран, разделённых околоядерным пространством. Такая двойная линия обороны, тем не менее, пронизана порами, размер которых составляет не более 80–90 нм. Внутреннюю мембрану возле пор укрепляет ещё одно «фортификационное сооружение» – плотная пластинка, состоящая из твёрдых белков. Она играет роль своеобразного каркаса, поддерживающего форму ядра даже в случае разрушения обеих мембран оболочки в ходе гибели клетки. Возможно, что белковый каркас поддерживает упорядоченное расположение хромосом до начала процесса деления клетки. В отличие от студнеобразной клетки ядро имеет плотное строение.

Ведущую часть структуры ядер составляют хромосомы (от греч. «хрома» – краска, цвет). Ещё в 1848 г. немецкий исследователь В. Гофмейстер установил, что при делении клеток их ядра испытывают какие-то превращения, распадаясь на продолговатые образования, которые хорошо окрашивались для наблюдений под микроскопом. Он назвал эти образования хромосомами, т. е. окрашиваемыми телами. Хроматин (вещество) ядра имеет форму гранул или глыбок, окрашенных специальными красителями. Структурные элементы хроматина, хромосомы, представляют собой длинные тонкие нити, которые в периоды деления клеток завиваются в спирали и становятся плотными, прямыми или изогнутыми тельцами. Около 40 % состава хромосом образуют молекулы ДНК и около 60 % – белки.

Строение хромосом принципиально различно у соматических и половых клеток. В соматических клетках хромосомы располагаются парами и их количество вдвое больше, чем у половых клеток, для которых присуще непарное расположение хромосом. Поэтому набор хромосом соматических клеток называется диплоидным, двойным, а у половых клеток – гаплоидным, одинарным. Половое размножение лишило клетки, специализированные на половом взаимодействии обычного для делящихся клеток двойного набора хромосом. Одинарный, гаплоидный набор сделал половые клетки несамостоятельными, неспособными к автоматически действующему порядку деления. Для осуществления экспансии во внешний мир, организуемой ядром, им нужен второй набор хромосом, которые они могут найти только в партнёрской клетке партнёрского организма. Соответственно возникает и специализация хромосом на инициирующие, мобилизующие – мужские и восприимчивые, мобилизованные – женские. Сексуальное тяготение становится великой мобилизующей силой, которое наряду с пищевым рефлексом побуждает живые существа с постоянной биологически целесообразной деятельности для повышения качества жизни, а тем самым – и к повышению качества устройства организма и целесообразного поведения.

Соответственно сложились два принципиально различных способа деления клетки – митоз и мейоз. Митоз присущ соматическим клеткам, он заключается в образовании двух дочерних ядер с наборами хромосом, идентичными тем, что имелись у родительской клетки. Мейоз происходит только у половых клеток вследствие наличия у них одинарного набора хромосом и потребности для деления в партнёрских клетках также с одинарным набором хромосом.

Наборы хромосом постоянны у каждого вида. Например, у ржи диплоидный набор хромосом составляет 14, у человека равен 46 хромосомам, тогда как гаплоидный набор его половых клеток включает 23 хромосомы.

Жизненный цикл каждой клетки определяется её подготовкой к делению и осуществлением процесса размножения. Именно в определении жизненного цикла клеток заключается регулирующая и мобилизующая роль клеточных ядер. При этом клеточное ядро делится с образованием четырёх дочерних ядер, каждое из которых содержит, естественно, вдвое меньше хромосом, чем дочернее ядро. Полный клеточный цикл принято рассматривать от одного деления клетки до другого. Подобно этому цикл человеческой жизни рассматривается от рождения до смерти, а среднесрочные экономические циклы определяются от кризиса до кризиса.

Продолжительность клеточного цикла так же неодинакова, как продолжительность человеческой жизни или продолжительность циклов рыночной экономики. Можно вычислять лишь среднюю продолжительность для тех или иных клеточных структур.

Наиболее длительным периодом в жизни клетки является интерфаза, т. е. фаза её развития между её полным отделением от раздвоившейся материнской клетки и началом её собственного деления, порождающего дочерние клетки. Интерфаза подразделяется на три периода. В первый период клетка растёт, образует органеллы, синтезирует структурные и функциональные белки, ДНК и РНК. На втором этапе клетка взрослеет, вступает в пору зрелости. Происходит раздвоение хромосом по две хроматиды, репликация ДНК, синтез обслуживающих ДНК белков и ферментов. В третий период осуществляется деление митохондрий, накопление энергетических запасов клетки, повышение интенсивности биосинтеза, формируются нитеобразные компоненты будущего веретена деления.

Затем после столь всесторонней подготовки, занимающей более 80 % времени жизненного цикла клетки, начинается сам процесс деления, в котором исследователи выделения пять основных фаз – интерфазу, профазу, метафазу, анафазу и телофазу, а также отдельный период – цитокинез.

В профазе происходит спирализация хромосом, распад оболочки ядра и ядрышка, формирование веретена деления. В метафазе хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления в «экваториальной» зоне клетки, там, где впоследствии пройдёт линия раздела.

В анафазе делится скрепляющая хромосомы центромера, и нити веретена оттаскивают хромосомы к «полюсам» делящейся клетки, вследствие чего эти хромосомы, собравшиеся уже у двух разных «полюсов», принадлежат уже не распадающейся материнской клетке, а формирующимся обеим дочерним клеткам.

В телофазе становящиеся дочерними хромосомы теряют спиральную форму, необходимую для удвоения, разрушаются нити веретена деления, вокруг скопившихся на «полюсах» хромосом формируются новые ядра, оба этих ядра окружаются оболочками, возникают новые ядрышки в обоих ядрах.

После этого прошедшая все фазы деления ядра и образования дочерних ядер клетка вступает в период цитокинеза – окончательного разделения материнской клетки на две дочерние, сосуществующие пока ещё в одном теле преобразованной материнской клетки две ядерные мобилизационные структуры начинают «разламывать» единую цитоплазму, образуя свои собственные территории. На месте прежней «экваториальной зоны», где были выстроены хромосомы, возникает тонкая борозда, затем перетяжка, и, наконец, выросты мембраны смыкаются, образуя новые оболочки и границу, отделяющую дочерние клетки друг от друга. После этого они расходятся пространственно и начинают новую жизнь, повторяя в общем и целом жизненный цикл материнской клетки.

Порядок и последовательность осуществления клеточного цикла регулируется в ядре синтезом специальных белков. Некоторые особенности механизма такого регулирования прояснили Л. Хартуэлл (США), Т. Хант и П. Нурс (Великобритания), которым за это открытие была присуждена Нобелевская премия по биологии 2001 года. Структурные особенности механизма регулирования пока не выявлены. Определены лишь химические стимулы процесса деления клеток. Такими стимулами к запуску размножения клеток являются специальные ферменты – киназы, вырабатываемые постоянно при достижении клеткой зрелости и окончании периода роста. Но для приведения этих ферментов в активное состояние необходим другой белок – циклин, являющийся своеобразным сигналом, передающим сообщение о правильности порядка, необходимого для начала деления.