Восстановление органов и тканей животного организма

Регенерация органов у низших организмов

Среди позвоночных животных есть одна группа, которая на протяжении вот уже свыше полутораста лет привлекает внимание исследователей своей исключительной способностью восстанавливать утраченные части тела.

Эта группа — хвостатые земноводные животные, обитатели наших пресных вод. К ним относится всем известный тритон — водяная ящерица, небольшое животное, обладающее вытянутой, как у рыбы, уплощенной формой тела, маленькой головой с широкой пастью и четырьмя лапками, удивительно напоминающими руки человека. К этой же группе относится аксолотль— земноводное животное, лет восемьдесят тому назад вывезенное из Мексики и получившее с тех пор широкое распространение в Европе как аквариальное животное.

Способность хвостатых земноводных животных к восстановлению утраченных частей тела поразительна. У тритона или аксолотля можно удалить палец или всю лапку или даже целую конечность — организм животного справится с этим повреждением. Буквально в несколько дней поверхность культи затянется тонкой пленкой покровной ткани. Пройдет неделя — и под этой пленкой появится бугорок зачатка заново возникающей утраченной части. Еще неделя-другая — и бугорок принимает сначала коническую форму, потом превращается в подобие плоской лопатки, внутри которой просвечивают зачатки костей. Начинается развитие пальцев, и через месяц после операции новообразованная часть отличается от утраченной только меньшей величиной.

У тритона или аксолотля восстанавливаются не только конечности. Удалять можно хвосты, челюсти, глаза, оставив на месте только небольшие части этих органов, и спустя месяц-два организм ответит на повреждение полным восстановлением поврежденного органа.

Способность тритона и аксолотля к восстановлению утраченных частей тела кажется безграничной. У одного и того же животного можно повреждать одну и ту же конечность или хвост много раз, отрезая восстановленную часть. И каждый раз, снова и снова, спустя неделю, на поверхности культи появляется бугорок, начинается рост, и через месяц животное передвигается в аквариуме с помощью заново возникших конечностей.

Этот поражающий воображение процесс носит название регенерации — восстановления.

Но способность организма тритона и аксолотля к регенерации удаленных органов поражает не своей силой, не степенью своего развития. Наоборот, простые опыты убеждают в том, что это свойство у тритона или аксолотля в действительности ограничено. Конечность не восстанавливается, если ее удалить вместе с лопаткой и ключицей, к которым она прикрепляется. Хвост не восстанавливается, если его отрезать у самого корня. Глаз не восстанавливается, если его удалить целиком.

Существует множество организмов, неизмеримо превосходящих тритона и аксолотля по способности восстанавливать утраченные части. Можно назвать немало животных, которые восстанавливаются заново после того, как их тело будет разрезано пополам или на две-три, или даже на десять-двадцать частей.

Обыкновенный земляной червь, разрезанный на десять частей, превращается в десять червей. А такие организмы, как маленькое пресноводное животное гидра или плоский червь, живущий в болотах и лужах — планария, — превращаются в целое животное из одной сотой, из крошечного кусочка своего тела.

Но это — низшие животные, простотой своего строения бесконечно уступающие таким животным, как тритон и аксолотль. Одна сотая часть тела, из которой восстанавливается гидра или планария, мало чем отличается от остальных ⁹⁹/₁₀₀ тела этих простых организмов. А аксолотль и тритон — это позвоночные, представители того же типа животных, к которым относятся непосредственные предки человека — млекопитающие. И земноводные — это не низшая группа позвоночных, а довольно высокая ступень их развития, ступень, с которой началось завоевание позвоночными животными суши.

Триста миллионов лет назад началось это могучее движение великой семьи позвоночных — выход на сушу. Рыбы становились земноводными животными, заменяя плавательные конечности конечностями для ходьбы, изменяя строение хвоста, а главное, приобретая орган воздушного дыхания — легкие.

Тогда-то и появились у позвоночных черты строения, которые обеспечили наземный образ жизни, возникли те особенности устройства скелета, мышц, нервной и кровеносной систем, по которым мы в тритоне и аксолотле узнаем ближайших родичей наших далеких предков — первых земноводных животных.

Эти особенности — приспособление к наземному образу жизни, передвижению, поиску пищи и бегству от врагов на твердой почве, в воздушной среде.

Если внимательно рассмотреть строение конечности аксолотля, то ее сходство с той же конечностью человека не оставляет никаких сомнений в нашем родстве с этими животными.

Опору передней конечности тритона или аксолотля составляют кости скелета, имеющие то же рабочее значение, что и соответствующие кости руки человека. В сустав, образуемый передним краем лопатки, упирается плечевая кость, другим концом прикрепляющаяся к костям предплечья — лучевой и локтевой. Последние связаны подвижным суставом с костями запястья, которых у аксолотля оказывается восемь, как и у человека. Дальше идут длинные трубчатые кости пястья, переходящие в фаланги пальцев. Различие между передней конечностью тритона или аксолотля и рукой человека, если не входить в подробности, которыми занимается сравнительная анатомия, заключается в том, что у тритона передняя конечность содержит четыре, а у человека пять пальцев.

Значительное сходство передней конечности тритона и руки человека обнаруживается и в строении мускулатуры. Передняя конечность сгибается в локтевом суставе с помощью мышц-сгибателей, среди которых главную роль играет бицепс — двуглавая мышца плеча, а разгибается с помощью мышц-разгибателей, среди которых выделяется наиболее крупная мышца, прикрепленная одним концом к лопатке и плечевой кости, а другим концом — к отростку локтевой кости — трехглавая мышца плеча. Сходные как у тритона, так и у человека мышцы — сгибатели и разгибатели пальцев — располагаются в предплечье. Нет никаких сомнений в том, что первые наземные позвоночные, приспособившись к наземному образу жизни, приобрели тот тип устройства мускулатуры, который сохранился и при дальнейшем усложнении строения позвоночных, при дальнейшем совершенствовании их организации.

B передней конечности аксолотля мы находим нерв, который образует те же ветви и снабжает те же мышцы, что и в руке человека. Вместе с нервом в конечность входят крупные кровеносные сосуды — артерии и вены, образующие многочисленные ветви ко всем мышцам, костям и другим частям конечности, примерно, те же ветви, какими снабжены все части руки человека.

Казалось бы, сходство строения должно обеспечивать и сходство жизненных свойств, сходство в работе. И действительно, в работе конечности аксолотля мы видим много общего с работой руки человека. По нервам из центральной нервной системы бежит раздражение, вызывающее сокращение мышц. Сокращаясь, мышца тянет за собой те или другие части скелета, вызывая движение конечностей. Работающая мышца потребляет кислород и питательные вещества, приносимые кровью.

Сходство большое. Различие же заключается в том, что земноводные — это низшие позвоночные, а человек — непосредственный потомок самых высших позвоночных животных, млекопитающих. Земноводные — холоднокровные животные, они сравнительно мало подвижны, поэтому и потребление питательных веществ и кислорода работающими органами у них небольшое — в таких случаях говорится о низком уровне обмена веществ. Млекопитающие составляют высшую группу теплокровных позвоночных животных. Поиски пищи и защита от врагов у млекопитающих связаны с большой подвижностью, которая требует значительной затраты энергии, а следовательно, вызывает усиленное потребление питательных веществ и кислорода работающими органами. Вот почему у млекопитающих высокий уровень обмена веществ.

В соответствии с уровнем обмена веществ находится и поведение животных.

Движения земноводных медленны, неуклюжи. Стоит только посмотреть, как ловит свою добычу тритон, чтобы убедиться в низком уровне развития, в несовершенстве его органов движения.

Вот перед мордой тритона, извиваясь, плывет червяк. Животное бросается на свою жертву. Промах! Еще бросок! Червяк схвачен за конец — для заглатывания добычи это совсем неудобно. Тритон трясет головой, приседает на лапках, прыгает, но все напрасно — червяк упорно сопротивляется. Но как ни трудно тритону расправляться со своей жертвой с помощью одних челюстей, он не предпринимает никаких попыток применить к делу свои лапки — те самые лапки, которые по своему строению так напоминают руки человека. Для того, чтобы научиться употреблять конечности так, как их употребляют высшие наземные позвоночные, потребовались сотни миллионов лет развития. Низкий уровень обмена веществ, несовершенство функций органов, сравнительная простота строения — вот что отличает низших позвоночных от высших.

Казалось бы, и восстановительные свойства организма должны соответствовать уровню обмена веществ, высоте строения и функций органов. Но такого соответствия не обнаруживается. Как раз только у низших, у холоднокровных позвоночных животных, у земноводных, к которым относятся аксолотль и тритон, обнаруживается замечательное свойство восстанавливать утраченные хвосты, глаза и лапки. Высшие, теплокровные животные — птицы и млекопитающие — этой способностью не обладают. Вместо утраченной конечности — крыла или лапки— птица или млекопитающее всю жизнь сохраняет остаток поврежденного органа — культю, которая никакому развитию не подвергается.

Чем же объяснить отсутствие у высших позвоночных этого полезного свойства, которым наделены родичи их далеких предков, первые наземные позвоночные — земноводные? Почему потеря лапы млекопитающим или руки человеком оказывается в отличие от потери конечности аксолотлем невозвратимой утратой? Какова причина этих различий?

На протяжении последних пятидесяти лет в науке был только один ответ на этот вопрос: причина заключается в том, что в ходе развития животного мира, по мере постепенного усложнения строения и совершенствования жизненных функций происходит будто бы ослабление способности организмов к самовоспроизведению частей. По мере того как организм входит во все более и более сложные отношения со средой и в зависимости от этого усложняется, специализируется строение его органов, будто бы слабеет, угасает свойство организмов замещать разрушающиеся в результате работы части. Оказывалось, таким образом, что за совершенство строения высшие животные заплатили дорогой ценой: ослаблением основного свойства жизни — способности к самообновлению. А на этой основе и произошла якобы утрата восстановительных свойств у высших организмов. Чем выше, чем совершеннее строение, тем будто бы ниже, тем слабее способность организма восстанавливать утраченные части.

Во всех учебниках и научных трудах, в которых речь шла о развитии и росте организма животных и человека, на протяжении более полувека утверждалось, что свойством замещать разрушенные в результате работы части обладают в полной мере только самые низшие организмы. У высших, сложно устроенных организмов это свойство сохраняется в какой-то мере только в тех частях, которые наиболее примитивно устроены. А части специализированных, сложных органов оказывались обреченными на бессменную службу в течение всей жизни высших организмов.

Получалось, таким образом, что у низших животных специализация частей слабая, поэтому они в течение жизни растут и развиваются. А у высших животных органы выполняют настолько сложную работу и части их настолько специализированы, что развитию этих органов уже нет места. В лучшем случае происходит только увеличение их размеров.

Различия в восстановительных свойствах организмов наука на протяжении многих лет искала в свойствах частей организма, в процессах самообновления тех материалов, из которых состоит тело животных и человека.

Эти материалы еще 150 лет тому назад получили научное наименование тканей.

В те далекие времена сложилось представление, что самые разнообразные органы животных построены из небольшого количества сходных материалов, подобно тому, как разнообразные части одежды шьются из небольшого ассортимента материй: шелка, шерсти, льняных и хлопчатобумажных тканей. И до наших дней в науке различают в качестве основных частей, из которых состоят органы нашего тела, четыре ткани: покровную, соединительную или опорную, мышечную и нервную.

Наиболее просто дело обстоит с самообновлением покровной и соединительной тканей. Покровная ткань, или эпителий, покрывает наше тело, выстилает органы пищеварения, дыхания, выделения. Она состоит из хорошо различимых под микроскопом частиц, комочков полужидкого вещества, плотно прилежащих друг к другу. Это клетки, частицы тела, которые на протяжении почти целого столетия считались кирпичами, из которых сложено все живое, единицами, лежащими в основе строения, развития и жизнедеятельности организмов.

Самообновление покровной ткани происходит путем непрерывного отмирания одних и новообразования других клеток. B течение всей нашей жизни ежедневно, ежечасно миллионы роговых чешуек, в которые превращаются покровные клетки кожи в результате своей работы, слущиваются с поверхности нашего тела, а на смену им из глубоких слоев покрова поступают все новые и новые партии молодых клеток.

Постоянное новообразование клеток обеспечивает самообновление покровной ткани.

Несколько сложнее дело обстоит с соединительной тканью. Эта ткань пронизывает все наше тело, присутствует в любом органе и связывает все части организма воедино. В ней наряду с клетками содержится огромное количество неклеточного материала. Это тончайшие волокна, подстилающие покровную ткань и составляющие ее опору, это плотное вещество сухожилий, хряща и кости, это, наконец, жидкое вещество крови, в котором взвешены кровяные клетки. И если о клетках соединительной ткани, хряща, кости и крови мы определенно внаем, что они размножаются, и новообразованные клетки замещают собой отмирающие, то о способе самообновления межклеточных веществ наука располагает пока самыми скудными сведениями. О том, как отмирает межклеточное вещество и как оно замещается новым, мы знаем еще очень мало.

Значит, старые представления о клетках, как основе строения и развития, к соединительной ткани мало приложимы. Наряду с (клетками в соединительной ткани работает неклеточное вещество, возникают, живут и отмирают волоконца, волокна, пластинки, пленки, жидкие и полужидкие вещества, входящие неотъемлемой частью в состав органов нашего тела. Самообновление соединительной ткани происходит не только путем развития молодых клеток, но и посредством новообразования неклеточного вещества.

Еще труднее, оказывается, разобраться в том, как происходит самообновление мышечной ткани.

Клетки обнаруживаются только в опорной системе мышц — в соединительной ткани и кровеносных сосудах, пронизывающих мышечные органы. А рабочая, сократимая ткань, от которой зависит движение мышц, не имеет клеточного строения. Она состоит из так называемых мышечных волокон — длинных, тонких тяжей, связанных в пучки, отчетливо различимых при расщипывании вареного мяса.

Мышечные волокна не имеют клеточного строения. Отдельные клетки в них неразличимы, хотя каждое волокно содержит большое количество ядер, подобных обычным клеточным ядрам, которые составляют главную часть клетки.

Фигуры деления ядер обнаруживаются здесь крайне редко — да и какое они могут иметь значение, если в мышечных волокнах отсутствует тот элемент, который возникает в результате деления ядра — клетка? С давних пор в науке утвердилось мнение, что с появлением мышечных волокон заканчивается развитие мышечной ткани. Дальше происходит только увеличение размеров мышц за счет роста мышечных волокон в длину и толщину. Таким образом, оказывалось, что мышечные волокна с завершением своего развития, которое заканчивается еще в зародышевом состоянии, обречены бессменно служить нам в течение всей нашей жизни.

На протяжении многих десятилетий, в течение которых шло изучение строения и развития мышечной ткани, наука утверждала, что ни одного мышечного волокна не появляется заново в мышцах нашего тела от рождения и до смерти. Мышечное волокно считалось неизносимой, бессменной частью нашего тела, лишенной основного свойства жизни — способности к постоянному самообновлению.

И самой загадочной, самой непонятной оказывалась нервная ткань нашего тела — ткань, выполняющая самую сложную работу — объединение, связь всех частей организма друг с другом и связь организма с окружающей его внешней средой.

Наличие клеток в органах нервной системы ни у кого особых сомнений не вызывало. Клетки в головном мозге, в спинном мозге, в так называемых нервных узлах были открыты давно, раньше, чем во многих других органах. Открыты, описаны и даже подсчитаны нервные клетки в полушариях головного мозга, мозжечке, спинном мозге.

По первому впечатлению это самые типичные клетки! — комочки полужидкого вещества, распластавшего вокруг себя длинные отростки, с большими круглыми ядрами внутри. Но более внимательное изучение открывает в них такую особенность, которая ставит нервные клетки на совершенно особое место среди всех остальных клеток нашего тела. Это клетки-провода, клетки, распространяющиеся по всему нашему телу. Из отростков нервных клеток складываются нервные пучки и нервы, идущие к- другим нервным клеткам и ко всем частям организма. Тело клетки может располагаться, например, в поясничной области спинного мозга, а отросток этой клетки может заканчиваться в икроножной мышце, распространяясь на расстояние около метра.

При таком устройстве нервной клетки трудно понять, как происходит новообразование нервной ткани. И нельзя сказать, чтобы ученые затрудняли себя исследованиями в- этом направлении. В науке прочно утвердилось мнение о бессменной службе нервных клеток в течение всей жизни животного организма. Подсчитывалось число нервных клеток в коре полушарий головного мозга — и во все учебники — вошло утверждение, что четырнадцать с половиной миллиардов нервных клеток, обнаруженные в этой части нервной системы, обслуживают человеческий организм, не сменяясь до самой смерти. Существовало даже несколько теорий, усматривающих в постепенном одряхлении бессменных нервных клеток причину старения и смерти организма.

Да и все остальные свойства, все сложные приспособления живых тел к условиям жизни старая теория пыталась сводить к свойствам составных частей организмов — свойствам клеток.

Клеточное государство, клеточная система — так изображался сложный организм в учебниках, где говорилось о развитии и строении живых тел. Разделение труда между клетками — так объяснялись различия в строении частей организма. Одни клетки защищают наше тело от соприкосновения с внешней средой — они образуют покровные ткани. Другие — составляют его опору — это различные виды соединительной ткани. Третьи — приводят тело в движение, составляя, мышечную ткань. А четвертые объединяют все остальные ткани, составляя как бы систему управления и связи — нервную ткань. Получалось как бы сложное содружество частей, в котором никак нельзя было разобрать, где же сам организм, где же живое тело, которое разнообразными способами добывает пищу, поглощает и переваривает ее, укрывается от врагов, размножается… Клетки заслоняли собой живые тела, животные и растительные организмы. Клетки оказывались единственными живыми частями в организмах, составляя как бы капли жизни в море безжизненных, полуживых или полумертвых межклеточных и не имеющих клеточного строения частей.

Это называлось клеточной теорией строения и развития организмов. Творцом ее был немецкий патолог Вирхов.

На девяносто лет умами ученых завладела клеточная теория Вирхова. Это было форменное ослепление. Ученые изучали строение тела животных и человека и видели, что клетки составляют не более трети, а может быть, и четверти всех материалов, из которых построено тело. Все остальное приходилось на межклеточные, жидкие и твердые вещества и на такие части, в которых, как, например, в мышечной и нервной тканях, клетки превращались в особые органы, утратившие признаки клеток. Было ясно, что основой строения не может быть такая частица организма, которая теряется в массе других частей неклеточной природы. И тем не менее, на протяжении девяноста лет в науке незыблемо и прочно держались выдвинутые Вирховом положения: все живое — из клеток, клетка — основа жизни.

По теории Вирхова выходило, что полноценные, наделенные всеми жизненными свойствами клетки возникают только из клеток. Клетка питается, растет, достигает предела своего роста — и делится пополам, порождая две дочерние клетки. Сначала делится ядро, потом тело клетки — аккуратно, точно, без малейшего перевеса. Дочерние клетки, как две капли воды, похожи друг на друга и на породившую их материнскую клетку. Из клеток складываются ткани, из тканей — органы. Это называлось развитием.

Казалось бы, к развитию способно все живое. Простой жизненный опыт каждого человека учит, что любое живое существо, будь то растение или животное, зарождается, растет и развивается, порождает новые живые существа, стареет и умирает. Ясно, что в этом и выражаются основные свойства жизни— расти, развиваться, порождать новую жизнь и умирать. А теория Вирхова утверждала, что — в действительности дело обстоит совсем не так. Теория Вирхова наделяла способностью расти, развиваться и размножаться исключительно клетки, предоставляя всем остальным, межклеточным и неклеточным, частям возможность только стареть и умирать.

Наблюдение за жизнью клеток- вносило поправку: далеко не все клетки нашего тела бесконечно сохраняют способность к размножению. В покровной ткани кожи клетки возникают только в самом глубоком слое, в то время как в верхних слоях идет беспрерывное отмирание клеток и превращение их в роговые чешуйки. Клетки крови, попавшие в кровяное русло, перестают размножаться: красные кровяные клетки, например, живут в крови не более тридцати дней. Пополнение запасов кровяных клеток происходит в кроветворных органах. Это костный мозг, селезенка, лимфатические узлы. Здесь, в недрах этих органов, размножаются и развиваются клетки, идущие в кровь.

Значит, далеко не все клетки наделены полнотой жизненных свойств. Одни клетки только размножаются, не обременяя себя никакой работой, укрываясь от нее в глубинах ткани или даже в особых органах. Другие только работают, прекратив размножение и превращаясь в результате работы в мертвые, безжизненные частички.

Выходит, что способность к росту и развитию безвозвратно утрачена не только межклеточным веществом и всеми частями, не имеющими клеточного строения, но огромным большинством клеток нашего тела, собственно, всеми клетками, производящими ту или иную работу в организме.

Получается, что наше тело содержит два совершенно различные тела. Одно — рабочее тело, выполняющее все жизненные функции — питание, дыхание, движение, выделение, кроме одной — воспроизведения. Другое — резервное, запасное тело, не выполняющее никаких функций, кроме одной — воспроизведения рабочих частей. Казалось бы, что может быть лучше такого устройства: одно тело работает, изнашивается, отмирает, другое — постоянно пополняет изношенные части. Но, оказывается, запасного тела не хватает на все срабатывающиеся части. Оно воспроизводит только те части, которые выполняют в организме самую несложную работу, сохраняя при этом клеточное строение. Части, специализированные на выполнении более сложной работы, части, утратившие клеточное строение, такие, как мышечная и нервная, пополнения не имеют. Они обречены служить телу бессменно. Значит, только у самых простых организмов, полностью сохраняющих клеточное строение, возможно, согласно этой теории, воспроизведение рабочего тела за счет резервного. Чем сложнее организм, чем больше специализированы его части на различной работе, чем меньше в нем частей, сохраняющих клеточное строение, тем слабее воспроизведение рабочего тела за счет резервного. Сложность строения, совершенство функций, согласно этой нелепой теории, оказываются связанными с утратой особого, запасного вещества, ответственного за воспроизведение отмирающих рабочих частей тела, которое будто бы сохраняется только в резервных, неработающих клетках организма.

Нетрудно видеть, что эта теория полностью совпадает с вымыслом о строении и развитии организмов, внесенным в науку другим немецким ученым — Вейсманом. Он тоже изображал организм в виде двух тел — воспроизводящего и рабочего, из которых одно он называл зародышевой, другое — телесной плазмой.

Зародышевая плазма, по Вейсману, не работает и не изменяется в течение всей жизни, несмотря ни на какие изменения жизненных условий. Она только хранит в себе наследственные зачатки, из которых развивается телесная плазма, составляющая все остальные части организма.

Телесная плазма работает и изменяется под влиянием условий жизни, но к воспроизведению нового организма, а значит и к передаче приобретенных свойств потомству не способна. Так и получается вместо одного тела, составляющего организм, два тела: смертная и изменчивая телесная плазма, неспособная к воспроизведению, и бессмертная, неизменная зародышевая плазма, обеспечивающая воспроизведение новых организмов. Сходство вирховской теории с теорией зародышевой плазмы Вейсмана не вызывает никаких сомнений. И то, и другое — лженаучные вымыслы, с которыми в науку незаметно проникли старые представления о неизменности мира, о сотворении жизни в виде частиц зародышевой плазмы или видё клеток.

Эти вымыслы утвердили в науке ложную идею о том, что совершенство строения, сложность и разнообразие функций ведут к ослаблению и утрате основного свойства жизни — способности к самообновлению. Создалась теория, получившая значение догмы — непогрешимой истины, не нуждающейся в доказательствах, так как доказательствами эта теория не располагала.

Согласно этой антинаучной вейсманистской догме в ходе развития животного мира совершается постепенное ослабление способности к восстановлению утраченных частей, в связи с уменьшением запасов зародышевой плазмы в органах, выполняющих сложную работу.

Австрийский зоолог Пржибрам увековечил вымысел Вейсмана изображением дерева с отсыхающими верхними ветвями. Корни и ствол этого дерева хранят, не растрачивая, запасы зародышевой плазмы. Это простейшие, кишечнополостные, плоские черви — организмы, восстанавливающие все тело из любой части. Толстые нижние ветви — это кольчатые черви и иглокожие, образующие все тело из некоторых его кусков. Повыше располагаются мягкотелые, ракообразные, насекомые, восстанавливающие только придатки тела. На этих ветвях зародышевой плазмы в рабочих органах становится все меньше и меньше. Еще выше — земноводные, хранящие запас зародышевой плазмы в своих хвостах и конечностях. Потом — пресмыкающиеся, среди которых только ящерицы еще не утратили свойства восстанавливать оторванный хвост. И, наконец, самые верхние, отсыхающие ветви — птицы и млекопитающие, высшие позвоночные, у которых всего запаса зародышевой плазмы хватает только на заживление ран.