Клетки организма

Для того чтобы эффективно жить и размножаться, многоклеточный организм должен состоять из клеток, которые могут выполнять различные функции. Если это животное, то ее клетки должны: двигать тело или отдельные его части; защищать его от механических повреждений и патогенных микроорганизмов, участвовать в пищеварении и выделении; синтезировать биологически активные вещества (гормоны) осуществлять транспортировку веществ или их запасания; регулировать и координировать работу различных органов; размножаться.
Очевидно, что клетки, которые выполняют столь различные функции, должны быть специализированными и приспособленными к решению конкретной задачи. Это достигается путем формирования большого количества клеток, которые отличаются разнообразной строением, размерами и формой (206). Ведь только такой « оркестр », состоящий из большого количества различных « музыкантов », может сыграть сложную симфонию.

Каким образом в одном организме образуются такие клетки. Многоклеточный организм берет начало из зиготы – оплодотворенной яйцеклетки, или из споры – специальной клетки, предназначенной для размножения (вспомните, в каком случае новый организм берет начало ни из споры, ни из зиготы). При дроблении зиготы образуются одинаковые клетки. Однако, по мере увеличения количества клеточных делений и формирование зародыша, происходит специализация клеток. Начинается процесс по формированию трех клеточных слоев, которые называются зародышевыми листками: наружный слой клеток – эктодерма, внутренний – энтодерма и промежуточный – мезодерма. (Вспомните, в каких животных впервые появляется третий зародышевый листок.) Из эктодермы образуются покровы и органы чувств, из энтодермы – органы дыхательной и пищеварительной систем, а из мезодермы – органы, объединяющие тело в единое целое, в частности опорно – двигательная система.
В каждой клетке « работают» далеко не все гены, свойственные данному виду организмов, а только их незначительная часть. Причем в каждой функциональной группе клеток активны как специфические гены, так и такие, что активные во всех клетках организма. Поэтому, несмотря на то, что генетический материал при делении распределяется поровну между двумя дочерними клетками, в процессе развития зародыша в новообразованных клетках проявляют активность те или иные группы генов. Это явление называется дифференциальной активностью генов. Именно таким образом клетки начинают отличаться друг от друга. Следующие клеточные деления приводят к дальнейшей дифференциации работы генов, при этом в клетках останавливается синтез одних белков и начинается производство других. С учетом того, что белки – это не только структурные компоненты клеточной мембраны, но и регуляторы химических реакций, протекающих в клетке (вспомните, как называются биологические катализаторы), набор синтезированных в данной клетке ферментов итоге и определяет состав веществ, присущий данной группе клеток. Эти вещества в свою очередь определяют особенности строения и формы клеток, а также их функции в организме. Таким образом, выборочное « включения» тех или иных генов в процессе клеточных делений зародыша и приводит к появлению клеток со специфической структурой и функциями. Этот процесс образования специализированных клеток называется дифференциацией.

Что значит тотипотентность клитии Если предположить, что каждая диплоидная клетка имеет полный набор генетического материала, а различия между соматическими клетками одного организма на генетическом уровне заключаются только в том, какие гены в них работают и какие белки синтезируются, то теоретически с каждой клетки тела может развиться новый организм. Надо заставить « включиться » нужные гены. Это свойство соматических клеток давать начало новому организму называют тотипотентность (от лат. Тотус – целый, совокупный и потентиа – сила, мощь, возможность). Однако клетки некоторых организмов не теряют способность при определенных условиях восстанавливать тотипотентность, а человеческая зигота не теряет эту способность в течение первых 7 дней своего развития, и в этот период из любой клетки можно вырастить новую полноценного человека.
С тотипотентности клеток возникает такая особенность многоклеточных организмов, как способность к размножению частями своего тела – вегетативное размножение. Поэтому сама возможность такого способа размножения является доказательством того, что в каждой клетке тела сохраняется весь генетический материал. Вегетативное размножение свойственно большинству растений и проявляется в различных формах. (Вспомните способы вегетативного размножения цветковых растений.) У животных размножение частями своего тела (почкования) встречается только в достаточно низькоор – ганизовано животных – губок (207), кишечнополостных, плоских и многощетинковых червей. Животные с надежным и твердым скелетом и развитыми системами внутренних органов (круглые черви, членистоногие, моллюски, позвоночные) не способны к вегетативному размножению.
С явления тотипотентности следует способность организмов к регенерации (от лат. Регенерация – возрождение, восстановление). Так, многие виды растений, в частности бегония, способны воспроизвести целое растение из кусочка листа, а многие садовых растений (роза, смородина) размножают черенками – небольшими побегами с двумя -тремя листьями. Процесс развития нового растения идет особенно быстро, если его стимулировать специальными биологически активными веществами.

И среди животных есть много таких, кто способен полностью восстановить все свое тело из любой его незначительной части. (Вспомните, чем гидра получила такое название.) Большинство животных такими феноменальными способностями не обладают, хотя могут восстановить части своего тела. Карпы или караси без проблем регенерируют отрезаны плавники или содранную чешую, тритоны и ящерицы отращивают хвост. У млекопитающих способности к регенерации не потеряли только ткани, в которых постоянно происходят клеточные деления, – соединительная и эпителиальная, тогда как мышечная и нервная не восстанавливаются. Поэтому у человека регенерирует кожа и печень, срастаются кости, но вырастить себе ногу или даже палец вместо ампутированной она не сможет.
Регенерация – биологический процесс, подлежит обратной пропорциональности: чем примитивнее организована животное, тем больше фрагменты тела она может восстановить. Поэтому, когда вы страдаете в стоматологическом кабинете и рассуждаете о капризности биологии, которая не позволяет человеку регенерировать зуб, утешить себя мыслью о том, что отсутствие регенерации целого органа – это неоспоримое свидетельство того, как высокую ступень эволюционного развития вы занимаете.
Экспериментальные доказательства тотипотентности клеток были получены еще в 50-е годы XX в. В этих исследованиях из клетки эпителия кишечника головастика лягушки с помощью специальных манипуляций изымали ядро, которое затем подсаживали в яйцеклетку лягушки, из которой предварительно удаляли ядро. Если операция проходила удачно, то яйцеклетка начинала делиться, и из нее развивался головастик, а в некоторых случаях даже выходили взрослые лягушки, которые ничем не отличались от тех, что появились на свет обычным путем. Хотя большинство таких клеток – но- инженерных образований имели очевидные аномалии развития и довольно низкую жизнеспособность. Таким образом, на примере лягушек было доказано, что в ядрах соматических клеток хранится вся необходимая для развития организма информация. Похожие эксперименты проводились и на растениях. Например, совсем здоровые растения моркови, которые способны к размножению, получали из небольшого количества клеток флоемнои паренхимы (вспомните из курса ботаники, что это за ткань), которые, однако, необходимо было стимулировать к делению специальными веществами.
Эти манипуляции с клетками, теперь стали обычными для хорошо оснащенной цитологической лаборатории, дают основания считать: если по любой клетки снять ограничения, на нее накладываются целостным организмом, то она может реализовать весь свой генетический потенциал, превратившись в новый организм. Но оказалось, что это не совсем так. Действительно, для растений и многих животных подобные экспериментальные решения вполне реальны, но для впсо – коорганизованих животных, таких, как например млекопитающие, переноса ядра эпителиальной клетки в яйцеклетку с последующим развитием зародыша внутри материнского организма оказалось достаточно сложным. Наиболее известным случаем клонирования млекопитающего из ядер соматической ткани является овца Долли (208). В 277 яйцеклеток были пересажены ядра, которые взяли с эпителия вымени животного – донора. Из них образовалось 29 эмбрионов, один из которых и выжил.
Кажется, как это заманчиво: получить клон – серию генетически идентичных особей с эпителиальных клеток человека, который имеет огромный талант – гениального музыканта, художника или ученого. Но такой путь решения проблем невозможно в принципе. В соматических клетках за период их жизни накапливается столько мутаций, что даже если бы суррогатные матери и выносили детей из клеток гениев человечества, то такие потомки не просто были бы мало похожими со своими гениальными родителями, а, вероятнее всего, имели генетические отклонения, через которые долго не жили. Как и овца Судьбы, которая прожила только 6,5 лет.

Некоторым клеткам многоклеточного организма свойственна тотипотентность – способность давать начало целому организма вследствие клеточной дифференциации. Хотя все они происходят от одной клетки – зиготы, однако отличаются от нее набором работающих генов, и определяют совокупность химических реакций, протекающих в данной клетке и те химические вещества, которые в ней образуются и накапливаются.
Все без исключения клетки, из которых построено тело многоклеточного организма, тотипотентных – они имеют одинаковый набор генов. Именно поэтому из групп соматических клеток растений и некоторых животных в естественных условиях, а из единичных клеток или их ядер – в лабораторных – можно вырастить новый организм.

Теги: вегетативное размножение, дифференциация клеточная, зигота, клон, мезодерма, регенерация, эктодерма, энтодерма