Я познаю мир. Биология

Откуда берутся клетки

Один из первых рассказов этой книги познакомил вас с одной из главных особенностей живых организмов, состоящей в том, что тела всех живых существ без исключения — лягушки и жирафа, червяка и кита, одуванчика и гигантского дерева — секвойи, крохотной амебы и гигантского кальмара состоят из клеток. Количество клеток в теле крупного организма исчисляются миллиардами, но совершенно очевидно, что тело слоненка состоит из гораздо меньшего числа клеток, чем тело взрослого слона. Откуда же берутся эти дополнительные клетки, которые появляются в теле растущего организма? В природе существует только один способ образования клеток: любая клетка растительного или животного организма может произойти только от другой клетки. Это, естественно, относится и к человеку. Как и все другие организмы, человек развивается из одной клетки — зиготы, или оплодотворенной яйцеклетки.

Процесс образования клеток кажется простым: когда клетка вырастет до стандартной величины, так сказать, полностью закончит свое развитие, она делится на две половинки, из которых образуются две самостоятельные клетки.

У одноклеточных организмов вроде амёбы, инфузории — туфельки, бактерий при наличии микроскопа убедиться в этом нетрудно. Можно увидеть, как в клетке возникает перехват. Он растет, углубляется и, наконец, приводит к разделу клетки на две половинки. Обычно эти половинки бывают меньше давшей им жизнь материнской клетки. Но «двойняшки» растут и обычно скоро достигают нормальной величины. При этом новообразованные клетки амеб, инфузорий, бактерий и других одноклеточных организмов расходятся по своим делам, а клетки многоклеточных животных остаются жить вместе.

Благодаря делению, в многоклеточном организме увеличивается число клеток, а сам организм растет.

Весело было нам, все делили пополам

На первый взгляд образование новых клеток путем деления кажется достаточно простым процессом — перетянул клетку пополам, и вот их уже две. Но на самом деле этот процесс чрезвычайно сложен. Возьмем хотя бы для примера необходимость разделить между вновь образующимися клетками органеллы, то есть органы исходной клетки. С некоторыми из них, если их в клетке много, никаких проблем не возникает. Митохондрий в клетке много, и они сами способны размножаться, поскольку, как вы уже прочитали (см. с. 71), по происхождению митохондрии и хлоропласты являются симбиотическими бактериями. Так что эти органеллы можно делить и не строго поровну: если их окажется мало, они быстро размножатся до необходимого числа.

Другое дело — клеточное ядро. Оно (за редкими исключениями) одно и при этом содержит важную наследственную информацию, которую просто так, кому что достанется, делить нельзя. Это все равно, что поделить между двумя путешественниками карту, просто разорвав ее пополам — в результате каждый путешественник получит не свой экземпляр карты, а никому не нужные обрывки бумаги.

Чтобы информация, содержащаяся на карте, не пропала, карту, если она необходима нескольким путешественникам, надо не порвать, а скопировать — напечатать или перерисовать копии этой карты, причем желательно как можно более точные. Так и с генетической информацией, содержащейся в ядре, — ее надо не просто поделить поровну между образующимися дочерними клетками, а сначала изготовить два экземпляра копий и затем «раздать» их потомкам. Иначе через несколько делений от генов останутся одни обрывки и клетки просто погибнут.

Носителями генетической информации, как мы уже говорили в разделе, посвященном строению клетки, в клеточном ядре являются хромосомы.

Обычно их в ядре много, и при этом у каждого организма их строго определенное число: у комнатной мухи — 12, у щуки — 18, у дождевого червя — 32, у гадюки — 36, у человека — 46, у шимпанзе — 48, у воробья — 76, у карпов — 104. В обычном состоянии клетки они в ядре не видны. Только когда клетка собирается делиться, их можно увидеть и подсчитать.

Чтобы понять, каким образом клеткам удается «снимать копии» со своих хромосом, нам нужно разобраться, что они представляют собой с химической точки зрения, то есть как они устроены.

Хромосомы — это гигантские молекулы вещества, которое называется дезоксирибонуклеиновой кислотой. Чтобы не ломать каждый раз язык, ученые придумали сокращенное название — ДНК. Во время деления молекулы ДНК вместе с поддерживающими их вспомогательными белками закручены в тугой жгут — вот тогда их и можно увидеть в обычный микроскоп. Во время нормальной работы клетки молекулы ДНК разворачиваются, перестают быть видимыми, но зато с них может считываться и использоваться генетическая информация.

Развернутая молекула ДНК похожа на длиннющую веревочную лестницу с частыми перетяжками — «ступенями». Каждая половинка этой «лестницы» или, как чаще говорят, двойной спирали представляет собой длинную цепочку сложных молекул, называемых нуклеотидами. (Слова «нуклеотиды» и «нуклеиновая» кислота происходят от латинского слова nucleus — ядро.) Всего в ДНК встречается 4 типа нуклеотидов: аденин, гуанин, цитозин и тимин, которые принято обозначать буквами А, Г, Ц и Т. В последовательности нуклеотидов цепочки ДНК зашифрована вся наследственная информация; это как бы «буквы» генетического алфавита.

Нуклеотиды одной половинки ДНК соединяются с нуклеотидами другой половинки, и самое главное, соединяются не как попало, а по строгим правилам. Аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), и никогда не соединится с нуклеотидами Ц или Г, а цитозин (Ц), как вы уже догадались, соединяется только с гуанином (Г). Соответственно, Т устанавливает пару с А, а Г — с Ц.

Способность нуклеотидов соединяться только со своим «напарником» и позволяет копировать ДНК без потери информации. Вот как это происходит: молекула ДНК раскручивается и расщепляется продольно на две половинки. Каждая половинка этой удивительной молекулы достраивает потерянную часть (при этом каждый нуклеотид подбирает себе пару строго по правилам, описанным выше) и вновь становится двойной спиралью.

Расщепление начинается с одного конца, и по мере того, как молекула распадается на две половинки, каждая энергично достраивается, присоединяя к себе недостающие фрагменты. Таким образом, обе половинки становятся двумя молекулами ДНК. При этом обе молекулы, образовавшиеся из половинок исходной, будут полностью идентичны. Теперь надо только каждую из них распределить между образующимися дочерними клетками и можно не беспокоиться: каждая из них получит полноценный набор генетической информации.

Мальчик или девочка?

Итак, хромосомы — важнейшие молекулы организма. Они несут всю генетическую информацию и ответственны за все наследственные свойства и особенности организма. Более того, у большинства животных (о забавных исключениях из этого правила мы поговорим чуть позже) именно хромосомы определяют пол особи.

Встретив примеры различного числа хромосом (см. с. 55), вы, возможно, заметили определенную закономерность: число хромосом во всех приведенных случаях было чётным. Случайность? Нет, если посчитать число хромосом у любого вида животных или растений, оно всегда (за редкими исключениями, куда уж без них) будет кратно двум. Дело в том, что у многоклеточных организмов (кроме грибов) набор хромосом в каждой клетке двойной — по два экземпляра каждой хромосомы. А вот в половых клетках набор хромосом одинарный и, соответственно, их число может быть и нечётным. При образовании половых клеток каждой из них достается только один набор хромосом, а при их слиянии — оплодотворении — одинарные наборы складываются и новый организм опять получает положенный ему двойной набор хромосом. И так из поколения в поколение. Если бы перед образованием половых клеток число хромосом в них не уменьшалось, то в каждом поколении их становилось бы в 2 раза больше, и очень скоро они бы просто не помещались в ядре и вообще в клетке.

Каждая пара хромосом любого организма по своей величине и форме чем — то отличается от других пар хромосом того же организма.

Но в каждой паре обе хромосомы совершенно одинаковы и только в одной паре (в одной из 87 пар хромосом балтийской миноги, или в одной из 4 пар дрозофилы, или в одной из 23 пар хромосом человека) могут быть соединены разные хромосомы. Ученые называют их половыми хромосомами, так как именно они определяют пол их владельца.

В клетках женского организма хромосомы каждой пары, в том числе половые, идентичны. Они содержат две так называемые «X» (икс) хромосомы. У самцов пара половых хромосом содержит одну «X» и одну «Y» (игрек) хромосомы.

У некоторых животных ситуация обратная: у бабочек, ручейников и птиц половые хромосомы одинаковы не у самок, а у самцов. Например, у петуха все клетки тела содержат две мужские половые хромосомы — у птиц их обозначают буквой «Z», а у курицы клетки тела содержат хромосомы: «Z» и «W» (так обозначают женскую половую хромосому у птиц).

Y — хромосома у млекопитающих обычно гораздо мельче женской и несет совсем мало генетической информации. А у некоторых животных, например у кузнечиков, мужской хромосомы может и вовсе не быть. В таком случае у самок набор хромосом — XX, а у самцов не XY, а ХО, и этот «ноль», т. е. отсутствие второй половой хромосомы и заставляет молодой организм становиться самцом.

При образовании половых клеток каждой клетке, как мы уже говорили, достается одинарный набор хромосом. При этом все хромосомы делятся «честно», но половые, если они у этой особи разные (скажем, это мужчина), в принципе невозможно разделить поровну — половине сперматозоидов достанется Х — хромосома, а половине — Y.

Теперь нетрудно догадаться, как решается вопрос о том, какой организм разовьется из оплодотворенной яйцеклетки — мужской или женский. Пол зародыша определяется в момент оплодотворения. Если яйцеклетку оплодотворит сперматозоид, несущий Х — хромосому, то в каждой клетке тела зародыша будет две женские Х — хромосомы и разовьется девочка. Другое дело, если яйцеклетку оплодотворит сперматозоид, несущий мужскую Y — хромосому. Тогда в каждой клетке развивающегося зародыша будут разные половые хромосомы — «X» и «Y» и зародыш будет мужского пола.

Женщина по обязанности

У человека и других млекопитающих пол определяется набором хромосом, то есть фактически в момент оплодотворения. Но можно привести немало примеров, когда пол животных определяется не генетически, а в результате воздействия внешних условий, при которых происходит развитие. У кольчатого червя бонеллии появившиеся на свет* личинки еще не имеют пола. У них есть право выбрать, кем быть, и всем хочется получить мужской пол, правда, далеко не всем это удается. Почему мужской? Сейчас разберемся, но сначала нужно рассказать, кто такая бонеллия и какие у этих червей взаимоотношения между полами.

Живет бонеллия в Средиземном море. Этот удивительный червь не похож на «обычного» в нашем представлении червя. Больше всего бонеллия похожа на лимон, подвешенный на длинной веревке. «Лимон» — это мешковидное тело бонеллии, а «веревка» — ее хоботок длиной более метра. Хоботок наверху разделен на две лопасти. Вместе с хоботком бонеллия может иметь в длину 115 сантиметров.

Тело бонеллии обычно спрятано в грунте и практически всю жизнь сохраняет неподвижность, лишь хоботок торчит наружу. В теле червя есть обширная полость, а в хоботке два внутренних канала и одна внешняя бороздка, играющая роль незамкнутого канала. Когда вода из полости тела нагнетается во внутренние каналы, они превращаются в гидравлический скелет и хоботок распрямляется. Питается бонеллия илом.

Так выглядит взрослая самка бонеллии. Самцы всю жизнь остаются маленькими и на самку совсем не похожи.

Чтобы стать «мужчиной», личинка должна оказаться на хоботке бонеллии. Если ей это удастся, то уже через три дня она превратится в маленького, почти микроскопического самца.

Тело самцов покрыто многочисленными ресничками, с помощью которых они могут плавать и ползать по твердому субстрату. Теперь новоявленным самцам необходимо отцепиться от хоботка и по его бороздке спуститься вниз к половому отверстию самки. Пробравшись через него в полость тела, самцы забираются в орган, где хранятся зрелые яйца самки. Тем, кому удастся пробраться внутрь, обеспечена спокойная жизнь. Здесь самцы живут на полном иждивении у супруги. У них даже отсутствует кишечник и некоторые другие органы. Всё, что необходимо для жизни, они получают от самки. От них требуется только оплодотворять ее яйца. Неудивительно, что все личинки «мечтают» стать самцами. (Что — то подобное мы уже наблюдали у удильщиков, с той лишь разницей, что у них пол личинки все — таки жестко определялся генами.)

В одиночку малышу трудно справиться со своими «мужскими» обязанностями, но самка предоставляет и стол, и дом многим самцам. Находили бонеллий, в теле которых обитало до 85 самцов. Вероятно, это рекорд многомужества. Тем же личинкам, которым не повезло столкнуться со взрослой самкой, уготована другая судьба. Они обязаны сами превратиться в самок, добывать свой хлеб, обороняться от врагов и думать о детях и многочисленных нахлебниках — мужьях.

От чего вымерли динозавры?

Пол большинства ящериц и змей, как и млекопитающих, зависит от половых хромосом. Однако в некоторых группах рептилий, в частности у большинства черепах и всех крокодилов, пол определяется температурой, при которой развиваются яйца. Если кладка черепахи развивалась при температуре не выше +28 °C, то все вылупившиеся из яиц этой кладки черепашки окажутся самцами.

Для развития самок нужна более высокая темйература: +32 °C и выше. Только в интервале температур от 28 °C до 32 °C появляются и те, и другие. Правда, изредка из этого правила бывают исключения. В яйцах каймановых черепах самки появляются, если яйца развиваются при температуре ниже +20 °C или выше +30 °C.

У крокодилов «неженками» бывают самцы. Они появляются на свет из яиц, которые развивались при температуре 34 °C и выше, а самки — при температуре 30 °C и ниже. Эксперименты показали, что для определения пола зародышам необязательно весь период развития находиться при ключевой температуре. Достаточно, чтобы такая температура держалась в течение не очень продолжительного чувствительного периода. Его длительность колеблется от двух недель до одной трети периода развития яиц.

Ученые пока не знают, какую выгоду получают животные от температурного регулирования пола. Скорее всего, это должно приносить им одни неудобства. Представьте себе, что там, где обитает какой — нибудь вид черепах, много лет подряд летом стоит жара с очень высокой температурой, и из яиц вылупляются только самки. Это определенно грозило бы черепахам вымиранием. В связи с этим родилась даже гипотеза: а не вымерли ли динозавры из — за того, что на Земле изменился климат, произошло временное потепление или похолодание, и у динозавров в потомстве стали появляться только самцы или только самки, которые из — за отсутствия особей противоположного пола не смогли оставить потомства? Правда, никто не знает, как определялся пол у динозавров (хотя они родственны крокодилам, так что вполне возможно, что у них были сходные механизмы определения пола), а кроме того, эта гипотеза не объясняет, почему же вместе с динозаврами не вымерли черепахи и крокодилы, у которых пол точно определяется температурой.

Зачем так сложно?

Не только примитивные амёбы, но и высокоразвитые позвоночные животные иногда размножаются бесполым путем. На Кавказе, например, обитает примерно 15 видов скальных ящериц, у которых нет самцов. То есть вообще нет, никогда и нигде! Эти скальные ящерицы все до единой являются самками. И ничего: каждый год весной самостоятельно производят на свет множество вполне здоровых детей.

Мы уже говорили о черве бонеллии и глубоководных рыбах удильщиках, у которых самцы в целях экономии драгоценной пищи стали карликовыми придатками своих жен. Так ведь скальные ящерицы, казалось бы, придумали еще лучше — вообще обходиться без «дармоедов» — самцов. Почему же таким образом не размножаются все другие животные? Почему большинство видов «согласно» тратить дефицитные ресурсы на самцов, от которых всего — то и требуется, чтобы они доставили сперматозоиды к яйцеклеткам? Еще понятна роль самцов у общественных животных. У волков, например, самец охотится и кормит самку и детенышей, пока те еще беспомощные и их нельзя оставить в логове одних. Кормление и воспитание потомства входит в число «мужских» обязанностей и у многих других видов зверей и птиц. Но у большинства — то животных самцы не принимают никакого участия в заботе о детях, более того — при встрече могут и закусить сыном или дочерью, не успевшими вовремя убраться с дороги отца.

Чтобы ответить на вопрос, зачем нужны самцы, нужно поставить вопрос шире: зачем вообще нужен половой процесс, почему большинство существ не могут обойтись только бесполым размножением?

А дело тут вот в чем: бесполые существа менее приспособлены к жизни в переменчивом мире. Дети скальных ящериц, как и других животных, среди которых отсутствуют самцы, удивительно похожи друг на друга, а также на свою маму, бабушку, прабабушку и так далее. Почему так происходит известно давно. Каким будет зарождающийся организм, зависит от того, какие гены он получил от родителей. От них зависит внешний вид и размер ррганизма, цвет его волос и глаз, группа крови, возбудимость нервной системы, в общем — все особенности. Эти гены новый организм получает от родителей, причем половину от отца, половину от матери, поскольку, как вы помните, половые клетки содержит одинарные наборы хромосом, а у образующейся при их слиянии зиготы восстанавливается нормальный двойной набор.

Дети двуполых организмов получаются немного (а иногда и не немного) разными, ведь часть генов они получили от мамы, а часть от папы. Например, один ребенок может получить гены цвета волос и формы носа от мамы, а гены формы зубов и интенсивности обмена веществ — от папы, а его брат — наоборот или вообще другую комбинацию. Не существует никаких правил или законов, которые определяли бы, какие гены ребенку следует получать от отца, а какие от матери. Здесь действует слепой случай. Благодаря этому дети двуполых организмов бывают немножко похожи на папу и немножко на маму и при этом хоть в чем — то, да отличаются друг от друга. (Исключение, конечно, составляют однояйцевые близнецы, о которых мы уже говорили (см. с. 182).)

Другое дело — скальные ящерицы. У них у всех совершенно одинаковые гены, ведь без второго пола и полового размножения они никак не могут их «перетасовать». Все ящерицы когда — то давным — давно получили этот набор генов от своей далекой прародительницы, так сказать, от Евы скальных ящериц, и с тех пор без изменений (за исключением редких и, как правило, вредных мутаций) передают их своим дочкам, внучкам и правнучкам.

Что лучше, когда у всех животных данного вида совершенно одинаковые гены или когда каждый организм имеет собственный неповторимый набор? Совершенно очевидно, что второй вариант предпочтительнее. Случись, например, на Кавказе резкое изменение климата в сторону похолодания, и все скальные ящерицы вымрут, так ни у одной из них не найдется генов, обеспечивающих возможность приспособиться к более суровому климату. Двуполые ящерицы, например агамы, живущие на том же Кавказе, могут выжить, так как среди них обязательно найдутся те, у кого имеются такие гены. Носители и носительницы этих генов не погибнут и постепенно расплодятся, снабдив большинство своих детей нужным геном. Вот почему приспосабливаться к резким изменениям жизни способны лишь двуполые животные, каждый представитель которых обладает собственным уникальным набором генов. Оказывается, самцы предназначены для того, чтобы обеспечить данному виду организмов высокую устойчивость к изменениям окружающей среды, обезопасить его от всяких случайностей.

Кроме того, обмен, «перетасовка» генов в процессе полового размножения позволяет не толькр. приспосабливаться к меняющимся условиям, но и эволюционировать, даже если условия остаются неизменными: ведь при перекомбинации генов могут возникнуть их новые сочетания, повышающие приспособленность.

Хорошо ли когда много?

Ответ на этот вопрос, как кажется, очевиден. Если неприятностей, то лучше, чтобы их было поменьше. Ну а если чего — то хорошего, то можно и побольше!

Для зиготы, в ядре которой оказалось хромосом больше нормы, это обстоятельство чревато большими неприятностями. А такое иногда случается. Появление лишних хромосом в зиготе может произойти даже при оплодотворении яйцеклетки одним сперматозоидом, но только чуть позже, когда клетка начинает делиться. Случается так, что во время деления яйцеклетки хромосомы ее ядра не разделятся и попадут в одну из двух образовавшихся клеток. При этом бесхромосомная и безъядерная клетка погибнет, а вторая станет нести не двойной, а четверной набор хромосом. И у всех остальных клеток организма, если он разовьется из этой клетки, будет четыре набора хромосом.

Если такое несчастье происходит с яйцеклеткой какого — нибудь животного, она, как правило, гибнет, в крайнем случае, успеет сделать несколько делений. Может быть, это объясняется путаницей при определении пола. (Помните о половых хромосомах X и Y?) Нормального расхождения хромосом при этом не происходит, деление яйцеклетки нарушается, и она гибнет. А вот яйцеклетки однополых животных и растений, если в них окажется больше хромосом, чем нужно, развиваются нормально, как будто с ними ничего необычного не произошло.

Растения и животные, развившиеся из яйцеклеток с четверным набором хромосом, называются полиплоидными. Соответственно, организмы с двойным набором — диплоидными, а с одинарным — гаплоидными. Особенно широко полиплоидия развита у растений. Для них увеличение числа хромосом обычно оказывается очень полезным. Клетки полиплоидных растений крупнее, чем у обычных. Это приводит к тому, что размер растений, в том числе его семян и плодов, тоже сильно увеличивается. Полиплоидные растения особенно широко распространены в горах и других экстремальных районах. Видимо, большое число хромосом способствует более интенсивному протеканию всех процессов обмена веществ.

Полиплоидами является и большинство культурных растений (а вот их дикие и малоурожайные предки — чаще диплоидные), причем у них может быть не только 4, но и 6, и 8, и 100, и даже 1000 наборов хромосом!

Как сделать «красную книгу» зеленой?

Не секрет, что люди практически повсеместно теснят всё живое. Причем вымирание животных чаще всего происходит не потому, что их кто — то специально уничтожает. Для вымирания большинства видов живых существ достаточно нарушить их привычную среду обитания: построить на реке плотину, осушить болото, обводнить пустыню, распахать целинную степь, вырубить лес или построить город.

Многие люди полагают, что когда каких — то животных становится на Земле слишком мало, им нужно отвести кусок земли, на котором создать заповедник, — и они спасены. Оставшаяся в заповеднике часть некогда многочисленных животных сможет там жить, благоденствовать и размножаться. Увы, далеко не всегда создание заповедника способно спасти исчезающий вид животных.

К числу существ, которым особенно нужна наша помощь, относится большая панда. Живут эти звери в немногих сохранившихся бамбуковых лесах Китая. Считается, что там осталось около тысячи панд. Для их спасения в горах Китая создано с десяток резерватов. Сейчас уже ясно, что простое выделение заповедных территорий не спасет панду. Резерваты расположены так далеко друг от друга, что переходить из одного в другой панды не могут. А это бывает необходимо.

Панды питаются почти исключительно молодыми побегами бамбука. Казалось бы, у обитателей бамбуковых лесов не может возникнуть недостатка в этом деликатесе и голод животным не грозит. Действительно, бамбук непрерывно образует новые побеги, поднимающиеся от находящегося в земле толстого корневища. На протяжении многих десятилетий бамбук обеспечивает пандам сытую жизнь. Но в бамбуковых рощах бывают и голодные годы. Они случаются редко, но неотвратимо.

Бамбук относится к цветковым растениям, но немногие люди могут похвастаться, что видели, как он цветет. В этом заключается одно из необычных свойств бамбука — он цветет очень редко. У каждого вида бамбука свой жизненный цикл. В среднем цветение бамбука происходит один раз в 50 лет.

Зато цветут растения чрезвычайно дружно. Уж если бамбук решил зацвести, то разом цветет вся роща, весь бамбуковый лес, каким бы большим он ни был. Это и понятно, ведь каждая роща — это по сути одно растение, клон (см. с. 156), имеющий (или имевший) общее гигантское разветвленное корневище. И когда это растение — роща отцветет, оно полностью отмирает. Для самого бамбука в этом нет ничего страшного, ведь перед смертью роща произвела множество семян, из которых вырастут новые растения. В конце концов лес восстановится на прежнем месте, но для этого требуется около 7 лет. Раньше панды в таких ситуациях просто переходили в соседние рощи, но теперь, когда между остатками бамбуковых лесов раскинулись рисовые поля, деревни и города, им просто некуда деваться.

В 1983 году в Китае зацвело и отмерло сразу два вида бамбука. Хорошо, что специально созданные спасательные отряды помогли перевезти животных на новые места.

Но и помощь людей не сможет спасти панду, а лишь замедлит темпы вымирания зверей. Даже там, где пищи достаточно и отмирания бамбука в ближайшие годы не предвидится, численность панд все равно не растет. Причину понять нетрудно. В маленьком лесу, где обитает в лучшем случае несколько десятков взрослых животных, широкое распространение получает близкородственное скрещивание.

А это нежелательно, так как близкородственное скрещивание приводит к снижению разнообразия генов у потомства и накоплению генов с вредными мутациями. В результате у животных снижается устойчивость к болезням, плодовитость, потомство оказывается неполноценным. Уменьшение генетического разнообразия ослабляет способность животных приспосабливаться к изменениям условий жизни. А восстановление генетического разнообразия — дело не простое и самостоятельно произойти не может. Для этого необходимо вмешательство людей, но пока оно не всегда возможно с точки зрения современного уровня развития генной инженерии.

С генетической точки зрения панды пока не изучены. Если обитатели отдельных резерватов сохранили свою генетическую индивидуальность, то путем переселения части животных из одного леса в другой и создания смешанных групп из неродственных между собой панд можно усилить их генное разнообразие и спасти уникальных животных, но если генное разнообразие между животными из разных резерватов утрачено, панды обречены.

Судьба пятнистых красавцев

Среди животных, находящихся под угрозой вымирания, в такой же ситуации, как панды, оказался гепард. Некогда в Восточном полушарии Земли эти кошки были широко распространены. Еще сравнительно недавно с ними можно было встретиться на Кавказе и в среднеазиатских пустынях. Звери не были редкими. В XVI веке при дворе Акбара, Великого могола Индостана, жило больше тысячи охотничьих гепардов. А сегодня эти звери сохранились лишь в некоторых пустынных и саванновых районах Африки.

Чтобы выяснить причину вымирания гепардов, были предприняты специальные исследования. Зоологи выяснили, что далеко не все взрослые самки приносят потомство, а у тех, что участвуют в размножении, 70 % молодняка гибнет от болезней и от более сильных хищников.

Зоологи пытаются размножить животных, живущих в зоопарках, но обычно в неволе гепарды размножаются плохо. Еще Великий Акбар старался получить потомство от своих питомцев. Ради этого им дозволялось бегать по обширным дворцовым садам, но Акбару удалось получить только один помет. За последующие 400 лет вплоть до 1956 года не известно ни одного достоверного случая рождения гепардов в неволе. Даже сейчас лишь 10–15 % самок, живущих в клетках, рожает детенышей, но треть этих малышей гибнет еще в младенческом возрасте.

Мало того, среди пятнистых красавцев нередко случаются эпидемии и они гибнут даже от т$ких болезней, которыми другие кошки, и львы, и изнеженные домашние мурки, заражаются редко. Это свидетельствует о том, что у современных гепардов резко ослаблен иммунитет.

В чем причина ослабления жизненных сил у королевских кошек? Ученые пришли к выводу, что из — за падения численности и распадения некогда единого ареала на отдельные участки у гепардов участились случаи близкородственного скрещивания, что, в свою очередь, привело к потере генетического разнообразия.

При близкородственном размножении у всех животных данного вида гены оказываются совершенно одинаковыми. Ученым давно известны пагубные последствия такого однообразия, но до сих пор не был изучен генетический фонд ни у кого из живущих на воле животных. Впервые такому изучению решено было подвергнуть гепардов.

Для проявления любого свойства организма, для производства каждого белка в любом организме существует два одноименных гена. Они могут быть абсолютно одинаковыми, а могут немножко отличаться друг от друга. Тогда соответствующий белок будет синтезироваться в двух вариантах. У всех обследованных живых существ от 10 до 60 % белков представлены хотя бы в двух вариантах. Однако у всех обследованных гепардов белки крови были абсолютно одинаковыми. Это удивительный результат. Он говорит о поразительном генном однообразии.

Есть еще один надежный способ выявить наличие генетического однообразия. Если пересадить кусочек кожи, взятой у человека с бедра, на плечо или на лицо, он прекрасно приживется, но кожа другого человека уже через несколько дней или недель будет отторгнута.

Этот тест применили и к гепардам. У шести зверей было взято по два кусочка кожи. Один из них подшивали обратно тому же зверю, а второй пересаживали другому гепарду. Ожидалось, что собственные кусочки кожи приживутся у всех животных, а чужие через 10–12 дней будут отвергнуты. Однако у всех шести гепардов и свои, и чужие кусочки кожи прижились одинаково хорошо. Эти результаты еще раз подтвердили удивительное генетическое однообразие гепардов.

Так что же, гепарды обречены? Увы, это весьма вероятно. Однако у зоологов еще остается надежда на то, что гепардов удастся спасти. Дело в том, что все описанные выше исследования были проделаны на животных, родившихся на просторах Южной Африки. Другой обширный регион, где еще обитают гепарды, — Восточная Африка. Если южные и восточные звери хоть немножко отличаются друг от друга (а, по крайней мере, окраской шкуры они отличаются), то шанс у них есть. Для этого потребуется перевезти часть животных из Южной Африки в Восточную и наоборот — тогда, будем надеяться, генетическое разнообразие гепардов сможет восстановиться.

Наследство

По законам большинства государств дети наследуют имущество своих родителей. Что можно получить в наследство? Дом, автомашину, дачу, яхту, мебель, собрание книг? А можно ли получить в наследство ум, знание иностранного языка, умение сочинять музыку или играть в шахматы?

Впервые о наследуемости растениями и животными присущих им признаков серьезно задумался французский ученый Жан — Батист Ламарк. Он изложил свои научные представления в книге «Философия зоологии», опубликованной в 1809 году. В ней он подверг критике широко распространенное в те годы представление о том, что виды растений и животных неизменны, что они остаются такими же, как их создал когда — то Творец.

Ламарк проповедовал весьма плодотворную мысль, что живые организмы способны к прогрессу, к развитию от простого к сложному. В этом он не ошибся. Его эволюционные идеи имели огромное значение для развития биологии. Однако о причинах эволюции у него были лишь догадки, причем неверные. Он полагал, что в живых организмах заложено «стремление» к прогрессу, заставляющее их изменяться к лучшему. Поэтому дети просто «обязаны» быть совершеннее родителей, а внуки — совершеннее своих родителей и дедов.

По представлениям Ламарка, если их изложить очень упрощенно, выходило, что если вы найдете в лесу дикую яблоню с мелкими и кислыми плодами и пересадите ее в хорошую землю, а затем вырастите из ее семян новую яблоню, у нее плоды будут крупнее и более сладкими. У следующего поколения яблоки будут еще чуть лучше, и если вы вырастите последовательно много поколений, то в конце концов у вас вырастет такая яблонька, плоды которой окажутся удивительно вкусными.

Ламарк предполагал, что изменения в организме, возникшие под влиянием внешних условий или в результате упражнений, наследуются. Он считал, что если человек будет систематически тренировать свои мышцы или мозг, приспосабливаться к жизни в условиях жаркого или холодного климата, к недостатку кислорода или особой пище, то его сын унаследует эту особенность отца. Мышцы его рук будут от рождения развиты лучше, жару он будет переносить легче, а в крови у него будет вдвое больше эритроцитов, и в высокогорье он будет чувствовать себя превосходно.

На самом деле подобные признаки организма, приобретенные в течение жизни, не передаются по наследству. Сын чемпиона мира по подъему тяжестей, если он не будет тренироваться, вырастет слабым. Отрубая собакам хвосты (например, доберманам и некоторым другим породам собак) из поколения в поколение, еще никому не удалось вывести таким способом бесхвостую породу собак. Дело в том, что наследоваться могут лишь те признаки, что зафиксированы в химической структуре молекул ДНК половых клеток. Сколько ни накачивай мышцы рук, сколько ни отрубай собачьих хвостов, на молекулах ДНК это никак не отразится.

Но как же тогда происходят изменения в наследственной информации? Ведь если бы она была абсолютно неизменной, эволюции бы не было, и Землю до сих пор населяли бы одни бактерии. Изменения структуры ДНК возникают под влиянием факторов внешней и внутренней среды и называются мутациями. Чаще всего мутации возникают при воздействии лучами Рентгена и других видов ионизирующей радиации, некоторыми химическими веществами.

Способность к изменению структуры ДНК, то есть мутациям, — одно из основных свойств генов. В обычной жизни организма мутации возникают нечасто. И слава Богу — большинство мутаций оказываются вредными для организма и его потомков. Однако для эволюции живых организмов они имеют основополагающее значение. Если новый признак, возникший в результате мутации, оказался вредным — ну что ж, его носитель погибнет и унесет с собой в могилу этот вредный ген. Зато, если мутация вдруг окажется полезной, новый организм оставит больше потомков, они оставят еще больше потомков и в итоге новый ген распространится среди всех животных или растений этого вида.

Так что умение играть в шахматы или знание иностранных языков по наследству передать нельзя, и стремление к совершенствованию, свойственное, кстати, только людям, да и то не всем, эволюции помочь не может. Эволюция идет путем проб и ошибок: каждая мутация — это проба, а уж окажется она ошибкой или нет, решает естественный отбор.