https://zen.yandex.ru/media/id/60892...2736252188090c
Само совершенство
Строение клетки — пожалуй, самая скучная тема школьного курса биологии. По виду клетка напоминает фасолину, в которой плавают разные странные вещи с интригующими названиями: вакуоли, центриоли, лизосомы и загадочный аппарат Гольджи. Но поскольку все это не имеет никакого отношения к инопланетянам или подводным погружениям, ребята (за исключением тех, кто планирует поступать на биофак) быстро теряют интерес к теме. Однако клеточный мир очень даже способен удивить. К тому же основные исследования в этой области относятся к самым перспективным современным научным направлениям.
Начнем с того, что клетки — это те кирпичики, из которых собраны все организмы. Единственные бесклеточные — вирусы. В свою очередь все клеточные формы жизни делятся на два надцарства. Это более простые по строению прокариоты (доядерные), возникшие на заре времен и отличающиеся поразительной живучестью. Они прекрасно себя чувствуют в экстремальных средах вроде кипятка и концентрированных кислот.
Второе надцарство — эукариоты (ядерные). Клетки, составляющие наше тело, как раз и являются эукариотическими. И хотя они не выживут в жерле вулкана, зато имеют другие уникальные свойства, над созданием которых природе и эволюции пришлось изрядно попотеть. И что самое главное — они содержат генетический материал в виде молекулы ДНК. То есть все признаки вплоть до цвета ваших глаз и волос зашифрованы в каждой из триллионов этих малюток. Не так уж и скучно, не так ли?
Более двух столетий полагали, что жизнь эволюционирует, двигаясь от простого к сложному, от менее приспособленного к более приспособленному, а, следовательно, от менее агрессивного к более агрессивному и от слабого к сильному.
Считалось, что вначале на Земле присутствовали лишь простейшие формы жизни, а затем появились более сложные организмы. Причем представление о простейшей форме жизни, а иначе говоря, о живой клетке были ограничены наличием совершенно несовершенных микроскопов.
В семнадцатом веке, в 1665 году, впервые увидел и зарисовал клетки растения известный естествоиспытатель,
Роберт Гук. Гук рассмотрел срез пробки еще совсем допотопным микроскопом.Он надеялся найти ответ на вопрос, почему пробковое дерево хорошо плавает. Но увидел, что тончайшие срезы пробки состоят из мелких ячеек, напоминающих соты.
К началу восемнадцатого века, усовершенствованными микроскопами, ученые разглядели клетки живых организмов и одноклеточные организмы.
Чешский ученый Ян Пуркине в 1825 году открыл наличие ядра в клетке и ввел термин протоплазма.
Долгое время клетка представлялась простым пузырьком, заполненным желе, в котором плавало микроскопическое ядрышко, а из такого представления делался вывод, что все живое обладает такой простейшей структурой. Именно на это предположение опирался Чарльз Дарвин, разрабатывая свою теорию.
С появлением современных электронных микроскопов (МЕТ 3М, ПРЭМ, СТМ, СЗМ, АСМ, БОМ, …), позволяющих получать изображение объектов с максимальным увеличением до 106 раз, имеющих разрешающую способность порядка 0,4 нанометра, содержимое клетки предстало перед учеными, как нечто невероятное.
от допотопного к современному микроскопу
Стало ясно, что сложность одной живой клетки сопоставима, а, по мнению некоторых ученых, гораздо сложнее и загадочней целой системы галактик.
И, вполне возможно, что Живая ЧЕЛОВЕЧЕСКАЯ КЛЕТКА, это вообще, Самое совершенное, что есть во вселенной.
Очень интересно выразил свою мысль о том, что содержит в себе и, как функционирует живая клетка, известный ученый в области микробиологии и биохимии, Макл Дентон (Michael John Denton (born 25 August 1943)), написавший книгу "Эволюция: кризис теории" ("Evolution - A Theory In Crisis"; Burnett Books, 1985, pp. 368).
Из книги М.Дентона:
"Пожалуй, более всего аргументов против ортодоксального дарвинизма даёт современная молекулярная картина клетки. Если рассматривать клетку в микроскоп с увеличением в несколько сот раз (примерно таковы были возможности во времена Дарвина), то зрелище кажется довольно заурядным. Беспорядочное движение частичек - и всё. Чтобы увидеть жизнь на уровне молекулярной биологии, надо увеличить клетку в миллиард раз: до двадцати километров в диаметре, т. е. до размеров большого города. Тогда перед нами предстанет невероятно сложный и великолепно сконструированный механизм, напоминающий космический корабль. Поверхность его покрыта миллионами отверстий, похожих на иллюминаторы. Они открываются и закрываются, впуская и выпуская различные вещества. Проникнув через одно из таких отверстий внутрь, мы окажемся в фантастическом мире сверхсовершенной и сверхсложной техники. Бесконечные коридоры разбегаются во все стороны. Некоторые из них ведут в ядро: к центральному банку данных, другие тянутся к обрабатывающим и сборочным цехам. А вот и ядро - сферический объект диаметром около километра. Внутри ядра хранятся длиннейшие, закрученные спиралями цепи - молекулы ДНК. ПО трубопроводам от поверхности клетки в сборочные цеха непрерывно поступают огромные количества самого различного сырья. В обратном направлении движутся готовые продукты. Система работает как часы. Вокруг снуют какие-то странные автоматы. Это белковые молекулы. При рассмотрении выясняется, что каждый из этих простейших компонентов клетки представляет собою сложнейшую конструкцию из более чем трёх тысяч деталей - атомов. Задумаемся: современной науке не под силу создать и одну белковую молекулу. А для функционирования клетки необходима чёткая и согласованная работа сотен тысяч различных белковых молекул. По ходу экскурсии мы заметим аналоги, чуть ли не всех человеческих изобретений: искусственные языки и системы их расшифровки, банки данных, автоматизированные системы управления производством, системы контроля над качеством продукции, сложнейшие сборочные линии. Сходство так велико, что для описания увиденного нам не обойтись без новейших технических терминов. Клетку можно сравнить с гигантской автоматической фабрикой, выпускающей чуть ли не все виды современной промышленной продукции."
фото из интернета
Но фабрика эта обладает и совсем уж неслыханной способностью: она может, притом всего за несколько часов, создать точную копию самой себя. Такое зрелище, если наблюдать его с увеличением в миллиард раз, способно внушить благоговейный трепет.
Чтобы лучше представить себе, насколько сложна живая клетка, попробуем (мысленно) построить её атомарную модель. Клетка состоит примерно из десяти триллионов атомов. Допустим, мы решили построить модель в масштабе 1: 1, чтобы каждый атом был величиною с теннисный мяч. Если строить один «атом» в минуту, то модель будет готова через 50 миллионов лет. Это и будет та гигантская фабрика диаметром около двадцати километров и объёмом в тысячи раз больше египетской пирамиды. Постройку можно ускорить, если, как в природе, использовать при сборке готовые блоки, подобные небольшим молекулам аминокислот и нуклеотидов. Поскольку в каждой из таких молекул не меньше десяти атомов, это значительно сократит срок. Мы завершим постройку модели всего за 5 миллионов лет.
Кроме того, можно наладить поточный выпуск других типовых компонентов. Они составят около трёх четвертей клетки. Ну, а оставшаяся четверть клетки, т. е. те объекты, которые есть в ней в одном-двух экзeмпляpах? С их аналогами нам придётся немало помучиться. В любом случае модель мы построим не раньше, чем через миллион лет.
Но и клетка покажется примитивной конструкцией по сравнению, скажем, с мозгом млекопитающего. Мозг человека состоит примерно из десяти миллиардов клеток. От каждой клетки отходит до ста тысяч волокон - это её связи с другими клетками мозга.
фото из интернета
« В природе проблема хранения информации решается при помощи молекул ДНК. Способ необыкновенно экономичный. Ёмкость ДНК во много раз превышает ёмкость любого другого носителя информации. Масса этого вещества, фиксирующая всю генетическую информацию о человеке, составляет лишь несколько миллиардных долей грамма. Количество ДНК, вмещающее информацию обо всех видах живых существ, когда-либо населявших нашу планету (а число этих видов, по мнению ДЖ. Г. Симпсона, составляет примерно 1 миллиард), - не заполнит доверху и одной чайной ложки.
Не может не внушить восхищения и способность клетки синтезировать органические соединения. Живой организм умеет синтезировать любое органическое соединение, известное химикам. Каждая реакция, нужная для синтеза того или иного соединения, выполняется специальным ферментом. Фермент - это большая белковая молекула. Состоит она из нескольких тысяч атомов, расположенных именно в том порядке, какой осуществляет данную реакцию. Если для синтеза какого-либо вещества требуется несколько реакций, то различные ферменты группируются так, что продукт каждой стадии процесса переходит от одного фермента к другому. Механизм этот настолько эффективен, что для синтеза некоторых соединений требуется меньше секунды, тогда как в самой современной лаборатории на это уйдут часы или даже недели.
Автоматическая сборка - ещё одно достижение техники, имеющее великолепный аналог в природе. Линии, автоматизированные полностью, - пока большая редкость на заводах. А вот клетка использует для воспроизводства всех своих компонентов, даже самых сложных, именно автоматические сборочные линии. Причём в отличие от автоматизированных заводов, которые всё же не обходятся без контроля и управления извне, в клетке всё работает в режиме самоуправления.
Недавно было сделано ещё одно открытие. Раньше считалось, что некоторые гены в цепочке ДНК сами не несут в себе конкретной информации, а исполняют функцию управления - в нужный момент «включают» и «выключают» тот или иной ген. Такое представление напрашивалось само собой по аналогии, например, с компьютером. Но и тут природа оказалась намного умнее, чем мы думали. Учёные выяснили, что контрольные функции выполняются не отдельными генами, а определённой частью самого контролируемого гена.
Ещё один природный механизм, не имеющий прямых аналогов в технике, - это использование продуктов распада белков для целей, не связанных напрямую с функциями исходного белка. Происходит это так. Синтезируется какая-то белковая молекула. Отработав, она распадается на две меньших белковых молекулы, и каждая из них выполняет уже иные функции. Затем каждая из этих молекул делится на две ещё более мелких, решающих опять-таки другие задачи, - и так до тех пор, пока не будет завершена необходимая операция.
Можно ли представить себе прибор, который, проведя какой-то технический процесс, после завершения его - распадался бы на две части, каждая из которых в свою очередь была бы готовым прибором для выполнения иных функций, а те после этого также разбирались бы на два новых прибора, и т. д.?
Деление клетки.Фото из интернета
Ещё чему современная наука может лишь позавидовать - это способность клетки к самовоспроизводству. В послевоенные годы, с появлением первых компьютеров, учёные всерьёз обсуждали возможность создания самовоспроизводящихся автоматов. Этой проблеме фон Нейман посвятил книгу «Теория самовоспроизводящихся автоматов». Однако преграды на пути осуществления этой идеи оказались непреодолимыми. Как указывал сам фон Нейман, в конструкции любого самовоспроизводящегося автомата должны быть соблюдены три условия: -- хранение информации, -- тиражирование её, -- наличие механизма, способного, по приказам информационного центра, создавать копии всех деталей структуры автомата, в том числе и свою собственную копию. Все три задачи блестяще решены в молекуле ДНК. Раскрытие этой тайны стало одним из триумфов биологии. Решения, найденные природой, на редкость остроумны и эффективны, и трудно отделаться от ощущения, что другим способом эти задачи и не могут быть решены. И всё это - благодаря рибосоме клетки. Рибосома представляет собою группу прочно соединённых друг с другом молекул (их около пятидесяти, в основном белковые). Иначе говоря, это сложнейшая внутриклеточная структура, объединяющая более миллиона атомов. По команде, поступающей от ДНК, рибосома может синтезировать любые белки, и даже те, из которых состоит сама (то есть она воспроизводит самоё себя). Но механизм синтеза белков способен и на дела посложнее. Белки могут выполнять строительные, аналитические и каталитические функции. Например, белки образуют: непроницаемую ткань кожи, сокращающуюся ткань мышц, прозрачное вещество глазного хрусталика. Потенциал белковых молекул в принципе позволяет синтезировать любой биохимический объект.
Таким образом, посредством белкового синтеза можно создать не только самовоспроизводящуюся структуру, но - теоретически - и универсальный живой автомат! Возможности белка почти безграничны.
А ведь эта невероятная машина, способная создать любой биохимический объект - от гигантских деревьев до человеческого мозга - а также за несколько минут воссоздать себя, весит менее граммов! Иными словами, молекула белка в несколько квадриллионов раз меньше самого миниатюрного прибора, созданного человеком.
Человеческий интеллект сам по себе - удивительное техническое достижение, не имеющее равных в современной технике. Несмотря на огромные усилия и кое-какие достижения последних десятилетий, создание искусственного интеллекта по-прежнему остаётся в лучшем случае делом далёкого будущего. В статье, опубликованной недавно журналом «Сайентифик америкэн», Дэвид Уолц замечает, что ни один из созданных учёными приборов даже близко не подходит к познавательным способностям человеческого мозга. Особо трудной оказалась задача технической имитации здравого смысла. По словам Уолца, учёным до сих пор не ясно, как же именно работает человеческий мозг.