У морских простейших, обитающих в море, где концентрация солей много выше, чем в пресной воде, пульсирующих вакуолей или вовсе нет, или они сокращаются в более медленном темпе.
«Кроме того, для одной пресноводной амёбы экспериментально доказано, что при медленном приучении ее к морской воде она утрачивает свою сократительную вакуоль; этим ясно показывается связь между функцией вакуоли и осмотическим давлением» (В. А. Догель).
Размножаются амёбы главным образом бесполым путем: каждая делится пополам, и получаются из одной две амёбы, с совершенно идентичной наследственностью. Вот и все размножение.
Амёба. Хорошо видна большая пищеварительная вакуоль и мелкие пульсирующие вакуоли
Если смотреть, конечно, поверхностно. Но когда заглянем в микроскоп, то увидим, какие сложные процессы происходят в ядре клетки амёбы во время ее деления.
Ядра большинства простейших делятся посредством так называемого митоза. Ему предшествует удвоение молекул, несущих наследственную информацию.
Давно уже известны два типа деления клеток: деление митотическое и редукционное. Первое называют также митозом, а второе — мейозом. Первым способом, митозом, делятся все клетки, вторым — только половые.
Сначала — о митозе. Ему предшествует удвоение молекул, несущих наследственную информацию.
Молекулы ДНК, в которых заключен генетический шифр, располагаются в ядре клетки, в особых длинных нитях — хромосомах. У каждого вида животных и растений строго определенное число хромосом. Обычно их несколько десятков. У человека, например, 46. А у одного из червей всего две. У некоторых раков по 200 хромосом. Но рекорд побили микроскопические радиолярии: у одной из них 1600 хромосом!
Когда молекулы ДНК удваиваются, удваиваются и хромосомы. Каждая строит по своему подобию двойника. Значит, какое-то время в наших клетках хромосом бывает вдвое больше, чем обычно.
Между двумя делениями, в так называемой интерфазе, хромосомы в обычный микроскоп не видны. Как будто их нет совсем. В электронный же видно, что они все-таки тут, никуда не делись, но так тонки, что без очень сильного увеличения не заметны. Говорят, что на этой фазе своей деятельности хромосомы имеют вид «ламповых щеток». И в самом деле, они немного похожи на ерши, которыми когда-то прочищали стекла керосиновых ламп.
Митоз: 1–2 — профаза; 3–4 — метафазы; 5–6 — анафаза; 7–8 — телофаза
Между двумя делениями хромосомы должны успеть синтезировать своих двойников с полной копией всех содержащихся в них генов, всех молекул ДНК.
Как только двойники будут готовы, длинные хромосомные нити (и оригиналы, и их копии) начинают сворачиваться в тугие спирали. А те скручиваются в спирали второго порядка. Смысл этого скручивания вполне понятен. До сих пор хромосомы лежали спутанным клубком, и растянуть их по разным полюсам клетки, наверное, было бы нелегко. Теперь же каждая хромосома — спираль, скрученная спиралью, — очень компактный и удобный для транспортирования «багаж».
Итак, перед делением хромосомы сами себя упаковывают в компактные «вьюки». К этому моменту, который в клеточном делении именуется профазой, уже известные нам центриоли, или центросомы, расходятся к противоположным полюсам клетки. Нити так называемого митотического аппарата, или веретена, соединяют между собой эти полюса и каждую хромосому с одним из полюсов.
Затем хромосомы выстраиваются парами (оригинал бок о бок со своей копией) вдоль экватора клетки, как танцоры на балу. Эту стадию деления называют метафазой.
Потом каждая из парных хромосом устремляется к своему полюсу. Партнеры расстаются навсегда, потому что скоро перегородка разделит по экватору старую клетку на две новые. Впечатление такое, будто центриоли тянут к себе хромосомы за ниточки, как марионеток.
И действительно, хромосомы имеют вид, какой бывает у всякого гибкого тела, когда его за ниточку протягивают через жидкость. Место, за которое ее тянут, у каждой хромосомы всегда одно и то же. Его называют кинетохором или центромерой. От того, где у хромосомы кинетохор, часто зависит и ее форма. Если кинетохор посередине, то хромосома, когда во время митоза ее тащат за нитку, перегибается пополам и становится похожа на римскую цифру «пять» (V). Если кинетохор у самого конца хромосомы, то она изгибается на манер латинской буквы «йот» (J).
Одно время думали, что нити митотического аппарата — своего рода рельсы, по которым хромосомы катятся к полюсам. Потом решили, что они скорее похожи на тонкие резинки, миниатюрные мускулы, которые, сокращаясь, подтягивают к полюсам свой хромосомный груз. Но тогда, сокращаясь, нити становились бы толще. И «худели» бы, удлиняясь. Однако этого не происходит. Укорачиваясь и удлиняясь, они не становятся ни толще, ни тоньше.
По-видимому, механика клеточного веретена иная. Возможно, думают некоторые ученые, нити укорачиваются оттого, что часть составляющих их молекул выходит из игры, то есть из нитей. А добавление молекул в одном линейном направлении приводит к удлинению нитей.
Тем или иным способом хромосомы со скоростью около одного микрона в минуту перетягиваются из центра клетки к ее полюсам. С этого момента митоз переходит в стадию, называемую анафазой.
За анафазой следует телофаза. Спирали хромосом раскручиваются. Снова «ламповые щетки» входят в игру. В клетке теперь два ядра-близнеца. Кольцевая перетяжка скоро разделит ее пополам. Каждой половине достанется свое ядро.
Заканчивается клеточное деление удвоением центриолей. Их было четыре — по две на каждом полюсе. Клетка разделилась, и в каждой новорожденной ее половине оказалось лишь по две центриоли.
На экране электронного микроскопа центриоли похожи на полые цилиндрики, сложенные из трубочек. Центриоли всегда лежат под прямым углом друг к другу. Поэтому одну из них мы видим в поперечном, а другую — в продольном разрезе.
В телофазе от каждой из центриолей отпочковывается маленькая центриолька — плотное цилиндрическое тельце. Оно быстро растет, и вот уже в клетке снова четыре центриоли.
Путем митоза из одной получаются две клетки, совершенно идентичные по наследственности, скрытой в их хромосомах (если ни одна из них не подверглась мутации).
Теперь, прежде чем рассказать о втором типе клеточного деления — о мейозе, мы должны ввести несколько новых терминов.
Набор хромосом, заключенный в ядре нормальной соматической (иными словами, не половой, а обычной) клетки тела, генетики называют двойным — диплоидным. У человека диплоидный набор хромосом равен 46. Все они по внешности и величине легко разделяются на идентичные по конфигурации пары (лишь партнеры одной пары — половые хромосомы «X» и «Y» — не похожи друг на друга).
Набор хромосом, в котором из каждой пары присутствует только один партнер, называют гаплоидным или одинарным. Все половые клетки, или гаметы, содержат гаплоидный набор хромосом.
Мейоз, предшествующий образованию спермиев и яйцеклеток, призван наделить гаметы вдвое меньшим, гаплоидным, числом хромосом. А когда гаметы сольются, в зиготе будет уже нормальное, диплоидное число хромосом. Половина от матери, половина от отца.
Понятно теперь, почему все хромосомы в зиготе парные?
Ведь каждой материнской хромосоме соответствует точно такая же по форме, величине и характеру наследственной информации отцовская хромосома. Парные хромосомы называют гомологичными.
Мейоз начинается с того, что однотипные по конфигурации хромосомы объединяются в пары, конъюгируют. Затем каждая из хромосом каждой пары создает из веществ, растворенных в протоплазме, своего двойника. Как и в митозе.
Мейоз: а) лептонема; три пары хромосом; б) зигонема — гомологичные хромосомы сходятся попарно; в) пахинема — конъюгация гомологичных хромосом; г) диплонема: начинается расхождение гомологичных хромосом; д) диакинез — хромосомы укорачиваются; е) метафаза первого деления мейоза; ж) анафаза; з) телофаза первого деления мейоза; и, к, л, м) второе деление мейоза и образование гамет
Теперь однотипных хромосом уже не две, а четыре. Четверками, или тетрадами, плотно прижавшись друг к другу, выстраиваются они вдоль экватора клетки. Нити веретена разъединяют четверки снова на пары, растаскивая их к разным полюсам.
Клетка делится пополам, а потом еще, но теперь в другой плоскости, перпендикулярной к первой. На этот раз хромосомы не удваиваются. Выстроившиеся по экватору пары расходятся поодиночке в разные концы клетки.
У каждого полюса их теперь вдвое меньше, чем при митозе или в первой фазе мейоза. Поэтому, когда клетка разрывается пополам, рожденные из нее две новые гаметы получают гаплоидное число хромосом. Так как в первой фазе мейоза из одной клетки рождаются две диплоидные клетки, то в конце второй его фазы мы имеем четыре гаметы. И в каждой, повторяю, гаплоидное число хромосом.
В кишечнике человека нашли приют разные амёбы. Они кормятся здесь преимущественно бактериями, которых тоже полным-полно в нем. Большинство кишечных амёб безвредны. Но есть среди них одна, которая вызывает тяжелую болезнь — амёбную дизентерию. Эти амёбы, поселившись в толстых кишках, способны проникать в их стенки, поедая и разрушая кишечные ткани. Особенно много заглатывают они красных кровяных шариков (эритроцитов), и поэтому протоплазма таких амёб в изобилии наполнена ими. В стенках кишки дизентерийные амёбы без меры размножаются, отчего в кишках образуются язвы. Человека мучают поносы, часто с кровью.
Сами же амёбы, мало заботясь об этом, продолжают жить и размножаться. Многие выходят в полость кишки и здесь превращаются в круглые цисты. Те вместе с экскрементами выводятся наружу, заражая воду и пищу. Очень стойки. Сохраняют жизнеспособность в воде месяцами и не гибнут, если даже нагреть ее до 70 градусов.