Нескучная биология - Алексей Целлариус

Некогда все произведения природы натуралисты делили на три царства – царство минералов, царство растений и царство животных. Надо сказать, что даже при таком простом разделении в классификации царила изрядная путаница. Скажем, примитивных животных, таких, как губки или актинии, одно время относили к растительному царству. Но, в общем, где-то к концу XVIII столетия границу между растениями и животными удалось провести довольно четко. Однако ненадолго. В дело вмешались микробиологи, точнее, те, кто назывался тогда микроскопистами, и дело опять запуталось. Мало того, что микроскоп позволил обнаружить массу мельчайших существ, невидимых простым глазом, так еще их изучение показало, что разделить их на растения и животных зачастую просто невозможно. Во второй половине XIX века Эрнст Геккель попробовал решить проблему, введя третье царство – царство протист. К протистам стали относить всех одноклеточных созданий.

На этом, однако, дело не кончилось. Изучение протист показало, что они делятся на две четко различающиеся группы. Одни одноклеточные имели ядро, подобное ядру клеток всех растений и животных, а другие – бактерии – обходились без него. Мало того, у бактерий обнаружилось довольно много других особенностей, их строение и физиология имели мало общего со строением и физиологией клеток, обладающих ядром. В первой половине XX века американец Герберт Купеланд предложил ввести четвертое царство – царство бактерий. Довольно быстро стало ясно, что наиболее резкая граница пролегает не между царствами, а между бактериями и всеми прочими. Мир живых существ распался на две части – те, кто обладает клеточным ядром (и некоторыми другими внутриклеточными структурами), и тех, кто этих структур лишен. Первых стали называть эукариотами (полноядерными), вторых – прокариотами (доядерными).

Но и это еще не конец. Систематиков давно смущали грибы, которые с незапамятных времен обретались в царстве растений. С развитием физиологических и цитологических исследований становилось все яснее и яснее, что грибы и прочие растения имеют не больше общего, чем растения и животные. В 1958 году ситуация «прорвалась» – Роберт Виттакер предложил выделить грибы в особое царство, что и было сделано.

Очередной сюрприз человечеству преподнесли бактериологи. Среди бактерий довольно давно была известна группа так называемых метанообразующих бактерий. Они сильно отличаются от всех прочих бактерий строением клеточной оболочки и особенностями метаболизма. В семидесятых годах XX столетия обнаружилось, что у всех этих бактерий последовательность оснований в рибосомной РНК совершенно другая, чем у всех прочих. Эту группу назвали архебактериями. Затем выяснилось, что к архебактериям относится, помимо метанообразующих, и множество других прокариот. Американец Карл Ваус показал, что дистанция между обычными бактериями и архебактериями столь же велика, как между бактериями и эукариотами. Он выделил архебактерий в отдельное царство (и всего царств стало шесть) и, кроме того, предложил ввести новый, высший таксон – домен.

По современным представлениям мир живых существ разделяется на три домена: археи, бактерии и эвкарии. Домены архей и бактерий содержат по одному царству, архебактерии и эубактерии соответственно, а домен эвкарий четыре царства – протисты, грибы, растения и животные. Происхождение эубактерий и архебактерий – вопрос крайне темный. Существует две гипотезы. Согласно одной эти организмы возникли независимо друг от друга, то есть это вообще разные формы жизни. Большинство микробиологов склоняется, однако, к мнению, что архебактерии и эубактерии произошли от одного предка, причем разошлись эти ветви вскоре после возникновения жизни вообще, то есть около четырех миллиардов лет назад. При этом архебактерии сохранили больше древних и примитивных черт, свойственных первым живым существам планеты.

Современные представления о систематике царств и доменов

Ну и, следует сказать несколько слов о еще одной группе, скажем так, органических комплексов, – о вирусах. Вирусы, на первый взгляд не имеют ничего общего с другими живыми существами и находятся, строго говоря, между миром живых организмов и миром минералов. Вирусов, обычно, вообще не включают в систему классификации живых существ. Вопрос – почему не считать их седьмым царством? Дело в том, что вирусы, о которых мы расскажем чуть поподробней в следующей главе, по всей вероятности произошли из каким-то образом получивших независимость «кусков» нормальных клеток. Причем прародителями вирусов являются все три домена.

Строго говоря, вирус не более живой, чем какой-нибудь антибиотик или органический яд, которые вмешиваются в биохимические реакции наших клеток и заставляют их выделывать нечто непотребное. Вирусы могут даже кристаллизоваться, что живому организму совершенно не свойственно. Разница лишь в том, что яды, блокируя одни реакции и вызывая другие, ведут себя в живой клетке как слон в посудной лавке, а вирус заставляет эту клетку производить собственные копии.

Состоят вирусы из молекулы ДНК или РНК и белковой оболочки, которая может включать несколько десятков белковых молекул, а может – и несколько тысяч. Клетка, в которую проникают вирусы, забывает о своих обязанностях и начинает синтезировать совсем другие белки и нуклеиновые кислоты, штампуя новых вирусов. В результате вирусы вызывают самые разнообразные заболевания, от насморка до бешенства, СПИДа и некоторых форм рака. Но, между прочим, даже от вирусов есть польза. Поскольку они умеют профессионально встраиваться в геном посторонних организмов, их используют для «пересадки генов» в генной инженерии.

Развитие вируса в клетке (схема): 1 – прикрепление вируса к мембране клетки; 2 – нуклеиновая кислота вируса; 3 – белковая оболочка вируса; 4 – белки вируса, синтезированные клеткой; 5 – новые вирусные частицы покидают клетку; 6 – ДНК клетки

Откуда взялись вирусы? Среди неспециалистов довольно широко распространено даже не убеждение, а некое смутное ощущение, что вирусы, стоящие на грани живого и неживого, это некий прообраз первых форм жизни. На самом деле – ничего подобного. Вирусы – продукт весьма продвинутых созданий, стоящих на высокой ступени эволюционного развития. Предполагается, что вирусы – это куски генома вполне добропорядочных клеточных организмов, прокариот и эукариот, утерянные в результате различных несчастных случаев.

Хотя эубактерии и архебактерии, как выяснилось, две большие разницы, но по строению клетки, размножению и образу жизни многие из них похожи. Недаром, чтобы понять, что это очень разные формы жизни, пришлось углубляться в молекулярное строение и особенности обмена этих существ. Поэтому для начала мы расскажем об общих чертах прокариот.

Прокариота – клетка, но клетка более примитивная, чем любая клетка нашего с вами организма. Как и у всякой клетки, у прокариоты имеется плазматическая мембрана – это такая хитрая пленка, которая не дает содержимому клетки растекаться, обеспечивает поступление в клетку одних веществ и удаление других, а кроме всего прочего служит местом протекания множества биохимических реакций. Плазматическая мембрана – вещь непрочная и большинство прокариот одето поверх мембраны клеточной оболочкой. Оболочка также имеет сложный состав, и, как и мембрана, это не просто пузырь, предохраняющий клетку от различного рода неприятностей. Клеточная оболочка, скорее, похожа по своему назначению на кожу животного. Она участвует в газообмене, в поглощении и выделении различных веществ. Кроме того в клеточных оболочках часто идут процессы «пищеварения» бактериальной клетки – поглощение и ферментативная обработка питательных веществ. Поверх оболочки многие бактерии имеют еще слизистую капсулу.