Я познаю мир. Биология

Что такое развитие?

Организм — не простое скопление клеток, расположенных в случайном порядке. Поэтому совершенно очевидно, что развитие любого существа не может состоять в простом увеличении числа входящих в него клеток.

Развитие включает в себя целый ряд процессов. В первую очередь — развитие самих клеток, их дифференциацию и специализацию. По мере развития клетки становятся «специалистами», способными выполнять конкретную работу, но плохо или вовсе не выполняющими другие функции. В организме человека встречается примерно 200 типов клеток, и, значит, по меньшей мере, две сотни клеточных «профессий».

Кроме того, специализированным клеткам следует определенным образом расположиться друг относительно друга, занять «предназначенные» им места и образовать ткани, а из тканей — органы. Затем необходимо создать систему управления этими органами. Только после этого организм может считаться самостоятельным. Однако на этом развитие не заканчивается. Организм растет, приспосабливается к окружающей среде, набирается сил и готовится приступить к размножению. Практически у всех растений и животных можно выделить периоды детства, молодости, зрелости и старости. Да, старение — это тоже развитие. Так что развитие фактически продолжается всю жизнь организма и заканчивается, увы, смертью.

Родительское тепло

Развитие многоклеточных организмов начинается с оплодотворения яйцеклетки. Оплодотворенную яйцеклетку принято называть зиготой, подчеркивая употреблением нового слова, что это уже не отдельная клетка материнского организма, а новая особь, пусть пока еще маленькая и беззащитная.

Для развития оплодотворенных яйцеклеток — зигот — необходимо тепло. Большинство животных, особенно низкоорганизованных, полагаются в этом деле на природное тепло. Рептилии, например, как правило, закапывают яйца в теплый песок, где они благополучно развиваются. Но более высокоорганизованные существа не бросают яйца на произвол судьбы, а проявляют удивительную заботливость.

Птицы чаще всего используют тепло собственного тела, насиживая яйца. Однако перья — плохой проводник тепла. Одна из самых важных функций перьев — как раз уменьшение теплопотерь. Но, защищая тело птицы от охлаждения, перья также и не дают ей возможности отдать свое тепло развивающимся зародышам. Пернатые нашли выход из этого противоречия.

В период размножения у птиц на нижней части тела появляются особые наседные пятна. В этих местах пух частично выпадает, подкожный жир исчезает, а приток крови к коже усиливается. Поэтому она становится особенно теплой. Садясь на гнездо, птица раздвигает брюшные перья, чтобы яйца могли соприкасаться с кожей наседных пятен.

Наседных пятен бывает от одного до трех. Возникают они, естественно, только у тех птиц, которые занимаются насиживанием. У многих воробьиных птиц насиживание — обязанность самок, соответственно только у них и бывают наседные пятна.

Если высиживанием занимаются самцы, как это бывает у американских нанду или новозеландских киви, то наседные пятна развиваются лишь у самцов. А у цапель, крачек, куликов, насиживающих яйца по очереди, наседные пятна бывают и у самок, и у самцов.

Некоторым птицам наседное пятно не понадобилось. У крупных пингвинов — королевского и императорского, обитающих в самой холодной части земли на побережье Антарктиды и размножающихся в самое холодное время года — антарктической зимой, наседных пятен нет. Эти птицы передвигаясь по льду и отдыхая, принимают вертикальную позу. Если бы у них на животе были наседные пятна, они при 30–60–градусных морозах мигом бы выстудили организм пингвинов.

Крупные пингвины свое единственное яйцо закатывают себе на широкие перепончатые лапы и закрывают складкой кожи на животе, почти заворачивают в нее яйцо. Это отлично его согревает, да и лапы пингвина не мерзнут. Нет наседных пятен и у олушей. Их заменяют перепончатые лапы. «Наседка» накрывает яйца своими большими лапами и ложится на них.

У уток пух на брюхе выпадает не сам — готовясь к размножению, самки его выщипывают и — не бросать же добро — выстилают им гнездо; В таком гнезде яйца не мерзнут даже тогда, когда наседки отправляются кормиться. Покидая гнездо, утка прикрывает яйца пухом.

Некоторые крупные змеи, живущие в тропиках, не полагаются на природное тепло. Они способны, как птицы, насиживать собственные яйца. Для этого они обвиваются вокруг кладки и согревают их своим теплом. Это может показаться странным, ведь всем известно, что змеи существа холоднокровные. Однако температура тела змеи все — таки выше температуры окружающего воздуха, а, кроме того, когда змея. немножко «побегает», она может сильно разогреться. Когда температура воздуха достаточно высока, питон лежит неподвижно, но стоит ему озябнуть, как у него начинает работать поперечная мускулатура тела. При этом тело змеи то становится тонким, то опять утолщается. Движения осуществляются в быстром темпе, и со стороны это выглядит так, как будто змея дрожит. Питон трудится старательно, а силой он обладает немалой, пока не согреется сам и не согреет яйца.

Топим печи

Сорные куры совсем освободились от скучной обязанности насиживания яиц. Те из них, что живут на вулканических островах, греют яйца у этой естественной «печки». Они находят места, где из глубин Земли выделяется тепло, и самки откладывают туда яйца, оставляя их затем под присмотром самца, который следит за тем, чтобы развивающиеся эмбрионы не перегрелись. Сорные куры острова Сулавеси, живущие вдали от вулканов, на время размножения переселяются поближе к побережьям, где самки откладывают яйца в черный песок пляжей, который хорошо прогревается. Аналогичным образом поступает египетский бегунок, больше известный как крокодиловый сторож. Самки этих птиц откладывают яйца в песок на берегах Нила, закапывая их на глубину 10 см. За яйцами приглядывают самцы. Когда возникает опасность перегрева, они смачивают песок над кладкой своими мокрыми перьями, для чего регулярно бегают купаться.

Самцы других видов сорных кур сооружают для яиц инкубаторы. Они представляют собой огромные кучи лесного мусора до 15 метров в диаметре и высотой до 1,5 метра. Такую кучу листьев и прелой травы самец сгребает самостоятельно. В ней поселяются сонмища бактерий, вызывающих гниение, и согревают яйца, закопанные в эту кучу.

Чтобы поддерживать процессы гниения на необходимом уровне, самцу весь растянутый период размножения, 11 месяцев в году, приходится трудиться не покладая рук. Он постоянно ворошит мусор, позволяя кислороду проникать внутрь кучи, постоянно подбрасывает в нее «дровишки» — новые порции мусора — или разгребает кучу, чтобы предохранить яйца от перегревания. Для точного определения температуры у самцов есть градусник: измеряя температуру, он засовывает в мусор клюв.

Согревать растущих и развивающихся детей теплом собственного тела умеют многих виды животных. Теплокровным животным согревать зародыш, развивающийся в теле матери, нетрудно. Ведь температура их тел постоянно держится на уровне 37° или выше. Однако этим занимаются даже холоднокровные существа.

Весной в разгар размножения амфибиям тепла не хватает. Трудно выбрать в водоеме место, где солнце весь день согревает воду.

Выход из этого положения — переход к живорождению, чтобы все развитие икринок проходило в теле матери. Вот почему чёрная, или альпийская, саламандра, живущая в суровых горных условиях, вынашивает детенышей в утробе. На это у нее уходит около года, а в высокогорьях иногда целых три. Это абсолютный рекорд продолжительности беременности среди всех позвоночных животных!

Клубок змей

Про человеческий коллектив, в котором постоянно происходят ссоры, говорят, что это «клубок змей». Оказывается, настоящие змеи действительно иногда могут свиваться в большие клубки. Раньше случалось находить 50, 100 и больше змей, переплетенных друг с другом. Никто не знал, с какой целью они это делают, но совершенно очевидно, что не вражда друг к другу, не желание нанести вред своим соплеменникам толкает их на это. Оказавшиеся в клубке змеи ведут себя по отношению друг к другу вполне доброжелательно.

Клубок змей — явление настолько необычное и редкое, что далеко не всем специалистам по змеям случалось наблюдать это явление. Неудивительно, что в конце XIX — начале XX столетия, когда о встрече со свившимися в клубок змеями иногда появлялись сообщения в печати, многие зоологи считали их обычными охотничьими байками. В последние десятилетия также никто не хвастался, что наблюдал в нашей стране или даже в Средней Азии, где змей много, подобное поведение змей. Впрочем, змей стало так мало, что трудно представить, чтобы вместе собралось хотя бы 20 представителей этих существ, яростно преследуемых человеком.

Однако «клубок змей» — не плод человеческой фантазии. Зоологи некоторых стран, где змей еще много, иногда с этим явлением сталкиваются. Австралийские ученые решили выяснить, что заставляет змей собираться вместе. Им помог случай: однажды удалось подсмотреть, с чего начинается образование клубка.

В то утро на глазах у молодого сотрудника зоологической лаборатории Сиднейского университета из расщелины в скале медленно выползла змея и стала взбираться на камень с очевидной целью погреться на солнышке, а за нею стройными рядами выползло еще штук 15 змей. Забравшись на камень, змеи устремились к своему «предводителю» и стали обвиваться вокруг него. Зоолог выловил виновника этой кутерьмы и унес в лабораторию, чтобы выяснить, что же в нем такого необычного, что заставляет других змей собираться вокруг него и льнуть к нему.

Выловленная змея оказалась самцом, но при этом интенсивно выделяла женский феромон, особое пахучее вещество, которое в брачный период выделяют самки, чтобы самцам легче было их разыскивать. В Южной Австралии зимой бывает прохладно, и змеи впадают в спячку. Весной они покидают подъемные убежища не одновременно. Первыми появляются на поверхности самые сильные и здоровые. Через несколько дней вслед за ними выходят хилые. Им очень трудно отогреться, особенно если погода пасмурная. Вот они — то и «притворяются» самками и начинают выделять брачный феромон. Вышедшие первыми и уже успевшие отогреться самцы спешат на призыв обманщиков и, когда их собирается много, возникает клубок. Самки в это время еще не готовы к брачным играм и брачный феромон не выделяют, поэтому все самцы и устремляются к обманщикам.

Известно, что пчелы, сбившись зимой в живой шар, так поднимают внутри него температуру, что матка, которая там находится, не мерзнет даже в сорокаградусные морозы.

Ученые прикрепили к 24 змеиным самкам миниатюрные термометры и пустили их в клубок. В окружении самцов температура этих самок за 30 минут увеличилась на 16 С. Выходит, что сильные здоровые самцы помогают своим хилым братьям отогреться и приобрести спортивную форму. Вот, оказывается, для чего слабые самцы змей притворяются самками.

Процесс пошел!

Зиготам, развивающимся в теле матери, хорошо — они защищены от внешнего мира. Другое дело — яйца, развивающиеся вне материнского организма. Они подвергаются различным опасностям и невзгодам. Таким клеткам требуются особые защитные приспособления, предохраняющие яйцо, а потом и зародыша от механических повреждений, нападения вредителей и высыхания. Ярким примером таких приспособлений служат яйца акул, рептилий и птиц. Строго говоря, большая часть того, что мы называем «яйцом», — его «белок», пленки и скорлупа или кожистый футляр — это яйцевые оболочки, и только желток является истинным яйцом, то есть оплодотворенной яйцеклеткой.

Оплодотворенному яйцу, чтобы начать деление, необходима серьезная подготовка. Вот почему между оплодотворением и началом первого деления проходит определенный отрезок времени от 3 часов до полутора суток. А у некоторых животных, например у северных летучих мышей или у соболя, у которых оплодотворение яйцеклеток происходит в осенне — зимний период, развитие зародыша начинается лишь весной, когда будущие матери получают возможность охотиться и хорошо питаться.

Развитие начинается с того, что зигота начинает делиться. Сначала она делится на две клетки. Затем каждая из этих клеток тоже делится на две клетки и так далее. У ланцетников, примитивных хордовых животных, первые 7 делений происходят строго синхронно у всех клеток, в результате образуется пузырек из 128 клеток, полость которого заполнена жидкостью.

Так начинают развитие мелкие яйцеклетки. Куриное яйцо сразу разделиться на несколько клеток не может. В крупных яйцеклетках амфибий, рептилий, птиц и акул содержатся большие запасы питательных веществ — желток. Ядра таких яйцеклеток обычно находятся с краю. Отсюда и начинается его дробление. Поначалу между половинками разделившегося ядра возникает крохотный кусочек клеточной мембраны, как бы ширмочка, и только позже, при последующих делениях вновь образуемых ядер, разделение этих клеток завершается.

На той стороне желтка, где находится клеточное ядро, дробление происходит быстрее, но клетки бывают мелкими. На противоположной стороне они более крупные, перегружены желтком и делятся медленнее. У лягушки в процессе деления образуется около 4000 клеток, из которых примерно 3000 мелких. В этот момент зародыш имеет шарообразную форму с большой внутренней полостью. Стенка этого шара состоит из одного, а у других животных из нескольких слоев клеток. После этого начинается процесс образования первичных органов: зародышевой кожи и кишки.

Этот процесс может происходить несколькими способами. У более развитых животных клетки шара (его называют бластулой) начинают делиться таким образом, что одна из разделившихся клеток остается наверху, а вторая оказывается внизу, формируя второй внутренний слой клеток шара. Из верхнего слоя формируется зародышевая кожа, из нижнего — зародышевая кишка.

Другие животные используют иной способ формирования этих органов. Он состоит в том, что в одном из участков бластулы начинается усиленное деление клеток и вселение их внутрь шара. Они постепенно заполняют всю его полость, а затем внутри них появляется новая полость. И в этом случае из наружного слоя шара формируется кожа, а из внутреннего скопления клеток — кишка.

Еще один способ образования зародышевой кишки заключается в том, что стенка шара впячивается внутрь, смыкаются и отшнуровываются от верхнего слоя клеток, а полость шара постепенно уменьшается. Эта часть внедрившейся стенки шара и становится кишкой. Возникает овальный зародыш с отверстием на заднем конце, ведущим в полость кишки.

Затем на верхней стороне зародыша опять происходит процесс впячивания. В результате отшнуровавшаяся часть превращается в нервную трубку, а между ней и кишкой появляется длинное образование — хорда. Таков процесс формирования зародыша ланцетника — примитивного существа, которое из всех живущих сейчас на Земле животных, видимо, стоит ближе всех к предкам позвоночных.

Они узнают друг друга «в лицо»

Мы познакомились с тем, как начинается развитие оплодотворенной яйцеклетки. На начальном этапе развития зародыша его клетки просто делились и оставались «жить» там, где появились на свет. Можно подумать, что эти первоначальные структуры формируются совершенно случайно и образующим их клеткам совершенно безразлично, где они оказались и кто их соседи. Однако это не так. Помогли это выяснить лягушки. Их зародыши обладают удивительным свойством. Если их икринки развиваются в воде, куда добавлено немножко пищевой соды, клетки зародыша между собой не слипаются, как им полагается. Это свойство позволило «разобрать» зародыши лягушки на отдельные клетки. Если эти клетки поместить в специальный питательный раствор, они не погибают, а вновь приобретут способность слипаться между собой.

Разборку на «кирпичики» ученые осуществляли, когда в зародыше было уже три слоя клеток. Верхний, как вы уже знаете, — зародышевая кожа (эктодерма). Внутренний слой предназначен для создания кишечника и его производных (энтодерма). А из промежуточного слоя клеток (мезодермы) образуются мышцы, кости, соединительные и другие ткани.

Как вы думаете, что произойдет, если клетки двух или трех слоев зародыша смешать между собой и поместить в питательный раствор?

Оказалось, что в этом случае клетки рассортируются на два или три сорта и при этом каждый сорт клеток займет соответствующее ему место, то, которое они занимал в зародыше. Так, если смешать клетки всех трех слоев, то из них образуется шарик, похожий на зародыш. Внутри этого шарика окажется крохотный шарик из слепившихся клеток энтодермы. Сверху он будет окружен, хотя, скорее всего, не очень полно, клетками мезодермы. А снаружи шарик окажется покрыт слоем клеток эктодермы.

Интересно, что если взять клетки только двух слоев — наружного и внутреннего, клетки каждого сорта слепятся между собой по отдельности, а друг друга замечать не будут, не проявляя никакого интереса к соседям.

Теперь вернемся к нашему искусственному зародышу из клеток трех слоев. Если клетки среднего слоя не сумели создать вокруг шарика из внутренних клеток сплошной оболочки, то и клетки наружного слоя эту часть шарика, не покрытую мезодермой, тоже оставят голой. Оказывается, клетки зародыша не только способны узнавать своих бывших соседей, но и знают, как им следует относиться к клеткам других слоев зародыша. Клетки верхнего и внутреннего слоев способны вступать в контакт только с клетками промежуточного слоя, зато промежуточные клетки охотно вступают в контакт и с теми, и с другими. Благодаря этому зародыши всегда образуются правильно, и клетки не «путают», где им следует находиться.

Они не домоседы

В зародыше довольно рано появляются клетки, являющиеся узкими специалистами в каком — либо виде деятельности. Интересно, что появление этих клеток, их формирование часто происходит не там, где им придется работать, а где — нибудь на стороне, иногда довольно далеко от места будущей работы. Когда потребность в их деятельности созреет, этим клеткам приходится перебираться на новое место жительства, к месту будущей работы. Может показаться удивительным, но этот процесс происходит даже у человека.

О миграциях клеток тела в ходе развития организма ученые знали уже достаточно давно, но о том, как путешествующие клетки находят дорогу к месту работы, выяснить было непросто. Проще всего было предположить, что клетки находят дорогу по «запаху». Однако доказать, что именно запах помогает им найти дорогу, крайне трудно. Такая возможность бесспорно доказана лишь в одном — единственном случае: так находят дорогу клетки — предшественники лимфоцитов, белых клеток крови, из костного мозга, где они образуются, в вил очковую железу — тимус, находящуюся у нас между трахеей и грудиной.

Конечно, клетки крови не обладают обонянием. Речь идет о химической чувствительности клеток, об их способности реагировать на определенные химические вещества. Чтобы доказать, что незрелые клетки костного мозга активно разыскивают вилочковую железу, их помещали на границе двух крохотных камер. Если в обеих камерах была плазма крови, клетки костного мозга так и оставались там, куда их помещали. Иначе вели себя эти клетки, когда в одной из камер оказывалась жидкость, взятая из вилочковой железы. Тогда клетки перебирались в эту камеру.

Как происходит поиск нужного органа? Почувствовав присутствие нужного вещества, клетки начинают передвигаться в его сторону, а попав туда, начинают двигаться в ту сторону, где его концентрация выше, пока не обнаружат орган, из которого оно выделяется, и проникают в него. Попав в вил очковую железу, клетки — предшественники лимфоцитов проходят там «специализацию», превращаясь в Т — лимфоциты, которые играют важную роль в формировании иммунитета.

Кто отдает приказы?

Представьте себе станок — автомат для изготовления гвоздей. Что нужно для того, чтобы он приступил к их изготовлению? Во — первых, металл — чтобы было из чего делать гвозди. Во — вторых, электроэнергия — чтобы станок мог работать. А в — третьих… нужно включить станок.

А кто «включает» процесс дифференцировки клеток?

Каждая клетка любого организма имеет полный объем информации о том, как устроен организм, в котором она находится, а также о том, какие функции и каким образом должны выполнять клетки данного организма. Действительно, клетки умеют делать то, что им положено, но кто — то должен им дать команду. Оказывается, команду дают клетки — соседи из тех, кто появился раньше и успел сформироваться.

Вы уже знаете, что у зародыша довольно рано формируется нервная трубка. Затем на ее переднем конце возникает утолщение — зачаток головного мозга, а чуть позже по бокам этого зачатка возникают глазные пузырьки, зачатки будущих глаз.

Всё, что в глазу непосредственно относится к восприятию света, создается клетками нервной трубки, но создать глазодвигательные мышцы, глазной хрусталик и роговицу, тем более веки и ресницы, клетки нервной трубки не могут. Обязанность создать хрусталик и роговицу возложена на клетки верхнего слоя зародыша, его эктодерму. Естественно, эктодермальные клетки сами решить, когда им надо заняться этой работой, не могут и ждут указаний. Они получают их от глазного пузырька. Создание хрусталика начинается, когда глазные пузырьки подрастут и приблизятся к эктодерме зародыша. Пузырьки и дают команду начать строительство хрусталиков.

Если один из глазных пузырьков удалить, будьте уверены, ни глаз, ни хрусталик на той стороне головы у зародыша лягушки не вырастет. Другое дело, если пересадить глазной пузырек на новое место, скажем, на шею будущего зародыша, — такие операции у них легко удаются, хрусталик будет создан. Сначала клетки оболочки зародыша станут впячиваться внутрь. Затем они замкнутся в пузырек и отшнуруются от образовавших их клеток. Этот крохотный пузырек станет зачатком хрусталика. Позже клетки наружной оболочки зародыша создадут над хрусталиком роговицу.

Итак, порядок работ на этом участке строительства глаза следующий. Хорда стимулирует создание у зародыша нервной трубки. Глазные пузырьки, возникшие из нервной трубки, вступают в контакт с наружной оболочкой зародыша, заставляя ее создать хрусталик. В свою очередь хрусталик дает команду на создание роговицы.

Годятся и чужие приказы

Удивительно, но клеткам и тканям организма в их деятельности по созданию организма годятся и чужие приказы. Во всяком случае, ткани кожи охотно выполняют такие распоряжения.

Знаете ли вы, как устроена кожа высших позвоночных? Она состоит из трех слоев: наружного — эпидермиса, среднего слоя — дермы и подкожной клетчатки. Собственно кожей является дерма. Во всяком случае, так переводится это слово с греческого языка. Приставка «эпи» переводится как «на», «над». Следовательно, эпидермис — это то, что над кожей.

Происхождение этих кожных слоев различно. Эпидермис образуется из эктодермы, а дерма — из мезодермы. В дерме проходят тонюсенькие кровеносные и лимфатические сосуды, нервы и находятся кожные железы.

Кроме того, кожа формирует волосы, перья, ногти и когти.

Кожа цыпленка формирует три типа покровных структур: широкие перья крыла, узкие перья, которые покрывают большую часть тела курицы, и чешуйки на лапах, а, кроме того, когти. Как вы думаете, что будет, если эктодерму цыпленка, которая при контакте с хрусталиком вырабатывала роговицу глаза, пересадить на другое место к тому же цыпленку? Теперь она будет формировать перья. Мало того, если всё тот же участок эктодермы цыпленка скомбинировать с мышиной кожной мезодермой, она и в этом случае создаст перья.

Способность понимать и выполнять приказы таких далеких друг другу существ, как курица и мышь, свидетельствует о том, что они, хотя и очень далекие, но родственники. Мышиная ткань дает команду куриной: «Образовать покровные структуры!», и куриная ткань выполняет эту команду как умеет. Она не умеет создавать волосы. Таких генов в куриной ткани нет. Ведь птицы и млекопитающие произошли от совершенно разных групп рептилий, их предки разошлись задолго до того, как впервые в эволюции появились волосы.

Другое дело — зубы. У первых птиц они еще были. Когда ученые скомбинировали эктодерму пятисуточного куриного эмбриона, взятую из области головы, где формировались челюсти, с мезодермой 16–суточного зародыша мыши, из области, где формируются зубы, куриная эктодерма создала зубы. Клетки куриного зародыша, не создававшие зубов в течение 10 миллионов лет, еще не забыли, как это делается.

Обзаводимся связями

В мозговом зачатке эмбрионов любых животных нервные клетки (нейроны) еще не имеют отростков. Они развиваются позже и, что самое интересное, добираются именно до тех нейронов, с которыми обязаны обмениваться информацией. В сравнении с размером тела нервной клетки длина ее отростков кажется огромной, ведь им часто приходится тянуться через весь мозг или через всё тело животного. Как «узнает» растущий отросток, в какую сторону ему следует пробираться? Как он находит ту нервную клетку, с которой ему полагается образовать связь?

У лягушки можно перерезать зрительные нервы, передающие информацию от глаз в соответствующие отделы мозга. Подопытная лягушка, естественно, ослепнет, но инвалидом она будет недолго. Вскоре зрительные нервы регенерируют, и зрение восстановится полностью. Лягушка снова будет хорошо разбираться в обстановке, «узнавать» по внешнему виду врагов и дичь и даже сумеет отличить ядовитых животных от пригодных в пищу. Полное восстановление зрения возможно потому, что все 500 тысяч волокон зрительного нерва, идущих от каждого глаза, находят «свои» нервные клетки, которым они обязаны передавать информацию, и устанавливают с ними прежние деловые контакты.

Подсмотреть, как нервные волокна прокладывают в мозгу путь, помогли насекомые. Рост отростков нервных клеток изучали в мозгу саранчи и плодовой мушки — дрозофилы. Их центральная нервная система состоит из головного мозга — главного нервного ганглия, в котором содержится около 50 тысяч нейронов, — и тянущейся от него цепочки соединенных между собой более просто устроенных нервных ганглиев. У саранчи ганглии цепочки содержат по 1000 нейронов каждый. Их устройство очень удобно для изучения. Тела нейронов находятся на нижней поверхности ганглия, а в середине и сверху он сплошь состоит из нервных волокон, отростков нервных клеток, находящихся в данном ганглии или в других участках нервной системы насекомого.

Сильные микроскопы позволили рассмотреть детали роста нервных волокон. Сначала из тела нервной клетки начинает выпячиваться отросток, чуть — чуть утолщенный на переднем конце. Его называют конусом роста. Он, как корешками, покрыт тонюсенькими, но очень длинными выростами, которые быстро развиваются, вытягиваются и глубоко проникают в окружающую ткань. Эти выросты и являются проводниками для растущего волокна. Они тянутся ко всем ближайшим клеткам, их отросткам, даже к выростам, этих отростков и прикрепляются к ним.

Обычно соединения с соседними клетками бывают непрочными, и когда через некоторое время вырост, как сильно растянутая пружина, начинает сокращаться, то легко от них отцепляется. Только когда вырост наткнется на нужный ему нейрон или его волокно, он вбуравливается в его оболочку и так прочно закрепляется, что отцепиться уже не может. Теперь, сокращаясь, он подтягивает конус роста к облюбованной клетке. В общем, выросты для нервного волокна играют такую же роль, как поводок для воспитанной собаки: куда он ее потянет, туда она и бежит. Когда развитие нейрона закончится, выросты атрофируются.

Как же «узнает» вырост ту клетку, к которой ему необходимо прочно прикрепиться? Оказывается, обследуя соседние клетки, вырост ищет на их теле белковые молекулы — метки. Они и помогают выросту закрепляться на клеточной оболочке. Опознают метку специальные молекулы, имеющие к ней сродство. Они находятся в оболочке кончика выроста. Интересно, что нервные клетки мозга даже таких мелких созданий, как мушки — дрозофилы, используют сотни, а может быть, и тысячи типов молекул — меток и такое же количество опознающих их белков.

Наличие этих молекул для каждой нервной клетки может быть временным явлением. Дотянулся конус роста какого — то нейрона до определенного участка мозга, и сразу значение приведших его сюда молекул — меток и опознающих белков утрачивается. Теперь на конусе роста появляются новые выросты, снабженные совершенно другими опознающими элементами, которые будут искать дорогу дальше, ориентируясь с помощью молекул — меток нового типа.

Механизм поиска растущего нейрона работает безукоризненно. Вот несколько зарисовок из истории развития нервной системы саранчи. У крохотного эмбриона имеются зачатки 17 нервных ганглиев. Большинство из них содержит по 30 зачаточных клеток. Они многократно делятся, и каждая дает начало целому семейству из 6–100 нейронов. В результате формируется ганглий, содержащий положенную тысячу нервных клеток. К восьмому дню жизни эмбриона около 100 его нейронов успевают вырастить свои отростки, которые объединяются в 25 пучков, образующих прямоугольную структуру, напоминающую лестницу.

Ученые сумели проследить, как в этом, уже достаточно сложном ганглии растущий отросток нервной клетки, взятой под наблюдение, находит предназначенный ему путь. Оказалось, что его выросты обследуют практически все нервные волокна, пока не найдут нужный им пучок из четырех аксонов, Представляете, какая точность: выбор из 25 возможных вариантов! Но на этом дело не кончается. Выросты аксона изучаемой нервной клетки интересуются не всеми четырьмя волокнами обнаруженного пучка, а только двумя из них. Они растут рядом, тянутся в том же направлении и обвиваются вокруг этих волокон, пока не окажутся в том районе, где им положено находиться.

Изоляция

Развитие многоклеточного организма заключается не только в увеличении числа его клеток и овладении ими разными «профессиями». Оказывается, и сами клетки, если они хотят стать настоящими «профессионалами», должны развиваться. Особенно это касается нервных клеток, которые в будущем возьмут на себя функцию проводников нервных импульсов на большие расстояния.

Работа нервных клеток сопровождается электрическими реакциями. В наших квартирах и на производстве все проводники, по которым течет ток, надежно изолированы. Это абсолютно необходимо. Нервным клеткам мозга тоже требуется надежная изоляция. В нервной системе для этого используется жироподобное вещество — миелин. Он служит изоляцией для нервных волокон, входящих как в состав нервов, так и в состав мозга.

У высших позвоночных животных белое вещество мозга, представляющее собой скопление нервных волокон, больше чем наполовину состоит из миелина. Нарушения в образовании миелина приводят к тяжелым заболеваниям.

Миелин покрывает длинный отросток нервной клетки — аксон — надежной оболочкой, предотвращающей электрические контакты между плотно упакованными нервными волокнами в нервах.

Оболочку образуют не сами нервные волокна, а особые шванновские клетки, которых в мозгу примерно раз в десять больше, чем нервных. Когда нервное волокно установит контакт с какой — то из клеток мозга, с каким — нибудь нервным волокном или мышцей, оно начинает воздействовать на ближайшие к нему шванновские клетки, которые тут же начинают расти, уплощаются и накручиваются на нервное волокно примерно так же, как мы бинтуем руку или палец. На один виток шванновская клетка затрачивает около 45 часов. Так идет этот процесс в пробирке, когда в особом бульоне находятся нервные и шванновские клетки. Возможно, в организме этот процесс осуществляется быстрее.

По мере образования новых витков цитоплазма шванновской клетки сжимается. Зрелая миелиновая оболочка состоит из нескольких слоев этого живого «бинта». Каждая шванновская клетка изолирует всего лишь 1–2 миллиметра нервного волокна. Между его защищенными участками всегда остаются маленькие промежутки — перехваты Ранвье, где волокно остается ничем не защищенным.

Миелин играет в работе нервной системы важную роль. Он ускоряет проведение по нервному волокну нервного импульса. В состоянии покоя внутренняя сторона оболочки нервного волокна заряжена отрицательно, а наружная — положительно. Происходит это благодаря скоплению внутри волокна отрицательно заряженных, а снаружи положительно заряженных атомов (ионов).

Возбуждение нервного волокна, вызванное каким — либо раздражителем, выражается в том, что в мембране нервной клетки открываются особые белковые каналы и положительно заряженные ионы натрия лавинообразно устремляются внутрь волокна.

При этом, естественно, происходит перезарядка оболочки волокна: оно внутри заряжается положительно, а снаружи — отрицательно. Такое изменение зарядов само по себе становится раздражителем для соседнего участка нервного волокна. В результате на соседнем участке тоже открываются белковые каналы, ионы натрия устремляются внутрь — и так возбуждение мембраны распространяется по всей нервной клетке. Распространение возбуждения по нервной клетке и называется нервным импульсом.

1 — тело нейрона; 2 — аксон; 3 — поток ионов натрия и калия; 4 — график измененения электрического потенциала на мембране; 5 — раздражитель

Продвигаясь по волокну, нервный импульс осуществляет перезарядку одного микроскопического участка оболочки нервного волокна за другим. По немиелинизированным нервным волокнам импульс продвигается не спеша — со скоростью 2 метра в секунду.

В покрытых миелиновой оболочкой нервных волокнах перезарядка мембраны невозможна. Она происходит только в его неизолированных участках, поэтому нервный импульс продвигается скачками: от одного перехвата Ранвье до другого. При этом скорость его распространения увеличивается в 50–70 раз, достигая 120 метров в секунду.

Кроме того, вернуть нервную клетку в состояние покоя — то есть закрыть каналы и выкачать из клетки весь натрий — легче, если проникновение натрия происходит только на отдельных участках. Таким образом, миелиновая оболочка экономит время и энергию не только на проведение нервного импульса, но и на возвращение клетки к состоянию покоя.

Немиелинизированные волокна вынуждены быть более толстыми — иначе нервный импульс по ним шел бы совсем медленно. Так что миелин позволяет мозгу быть более компактным — если бы у нас в организме не было миелина, спинной мозг был бы со ствол дерева средней толщины.

Развитие продолжается

Развитие и рост организмов не заканчиваются в яйце. Это особенно заметно у крупных млекопитающих и у человека, чьи дети после рождения еще долго растут. Однако развитие после рождения само по себе не происходит. Чтобы орган научился справляться со своими обязанностями, он должен время от времени функционировать. Развитие происходит только в процессе деятельности.

Учиться приходится всему. Мы обучаемся даже пользоваться глазами! Если на новорожденных щенят надеть матовые очки, пропускающие только рассеянный свет, но не позволяющие видеть какое — нибудь изображение, они не научатся пользоваться своими глазами. Воспитанные без зрительных впечатлений, молодые собаки не могут с помощью зрения догадаться о существовании на их пути преграды и натыкаются на все встречные препятствия. Молоденькие обезьянки, которых со дня рождения заставляли жить в таких же очках, не узнавали ни яблоки, ни бананы. Чтобы освоить эти премудрости, им приходилось долго учиться пользоваться своими глазами.

Однажды был проделан интересный опыт. Котят с первых дней жизни содержали в полной темноте. Свет включали только на время опыта, когда малышей сажали в специальные корзиночки на игрушечной карусели. Одна из них имела прорезь только для головы животного, другая — еще и для лапок. При вращении одной из корзиночек вращалась и другая, так что оба котенка всё время видели одинаковые картины. Вращал корзинки котенок, лапки которого касались пола. Зрение сформировалось только у него. Пассивное животное, не имевшее возможности соотнести свои зрительные впечатления с ощущениями ног, осталось слепым.

Лет 60–70 назад научились оперативным путем возвращать зрение слепым от рождения людям, роговица которых не пропускала свет. Им долго приходилось учиться пользоваться своими глазами. Многие поздно прозревшие люди так и не смогли достичь сколько — нибудь значительных успехов. Нередко, несмотря на определенные положительные результаты, они переставали пользоваться зрением и возвращались к прежней жизни в мире осязания.

Особенно трудно дается таким людям узнавание сложных предметов. Один прозревший человек долго не мог научиться отличать петухов од лошадей. К путанице приводил хвост, одинаково пышный и у лошадей, и у петухов. Другой не сразу научился отличать вилку от ложки со схожими черенками и суп черпал вилкой, а в отбивную пытался вонзить ложку.

Особенно трудно для восприятия оказывалось то, что ранее не было осязательно известно больному. Человеку, прозревшему в возрасте 48 лет, через полгода после операции предложили нарисовать трехэтажный дом, весь нижний этаж которого занимала кондитерская, и костел, построенный в готическом стиле. Оба; (Дания ему были знакомы с детства, но лишь на высоту поднятой руки. В пределах знакомой зоны он справился с заданием достаточно успешно, а чуть выше рисунок обрывался. Никаких представлений о верхних частях зданий этот человек, оказывается, не имел.

Еще через полгода на повторном рисунке над кондитерской появилась вывеска, а еще позже фасад поднялся выше, и на нем появились не очень уверенно изображенные окна и крыша. Костел же и позже дорисован не был. Прозревший человек так и не сумел по — настоящему увидеть силуэты остроконечных крыш, шпилей и башенок.

Уже научившись узнавать основные предметы, прозревшие люди при малейшем изменении ситуации путаются. Привыкнув есть с тарелки с синей каемочкой, такой человек не признает тарелки в фарфоровом предмете с золотым ободком. Он не узнает ложки, если ее положить не перпендикулярно к краю стола или не тем концом к едоку.

Обычно судьба поздно прозревших людей трагична. Многие из них в конце концов отказываются пользоваться зрением и впадают в сильнейшую депрессию, хотя до обретения зрения были вполне жизнерадостными людьми.

Сколько должно быть пальцев?

Из позвоночных первыми обзавелись настоящими конечностями амфибии. У них они были пятипалыми. Позже число пальцев стало меняться. У современных лошадей сохранился лишь один третий палец, у оленей два — третий и четвертый, у носорога три пальца — второй, третий и четвертый, у волков четыре — второй, третий, четвертый и пятый, но у медведей и обезьян остались все пять. Зато у вымерших ихтиозавров их было семь. Интересно отметить, что к увеличению числа пальцев стремятся и современные китообразные. Среди белух и некоторых других китообразных частенько попадаются животные, у которых в передних ластах четвертый или пятый палец расщеплен на два.

Различные модификации конечностей четвероногих, возникавшие за последние 300 миллионов лет, изучены достаточно хорошо, но многие теоретически возможные модификации так и не были обнаружены. Например, никогда не встречались животные с первым, вторым, четвертым и пятым или только со вторым и четвертым пальцами. Оказывается, возможных или, правильнее, разрешенных способов изменения конечностей не так уж и много. Запреты распространяются не только на пальцы, но и на другие кости. Длина конечностей животных на протяжении эволюции то уменьшалась, то увеличивалась. В этом случае в передних конечностях удлинялась плечевая кость. Но никогда на месте одной плечевой кости не возникало двух, соединенных последовательно, хотя нетрудно представить, насколько при этом увеличилась бы подвижность конечности.

Недавно выяснилось, что процессом образования пальцев можно управлять искусственно. Если у пятипалого аксолотля, личинки американской хвостатой амфибии, почку задней конечности обработать колхицином, веществом, препятствующем делению клеток, на этой лапке вырастет лишь 4 пальца. Если провести более серьезную обработку, разовьются только 2 пальца.

То же самое в природных условиях происходит у некоторых неотенических саламандр, то есть у таких, которые размножаются на стадии личинок, не переходя во взрослое состояние. Можно сказать, что у них развитие (в частности, половое) опережает рост (в том числе деление клеток в зачатках конечностей). Видимо, так возникло большое семейство четырехпалых саламандр — и семейство протеев — безглазых пещерных хвостатых амфибий, имеющих на задних лапках всего по 2 пальца. Происходит это, видимо, потому, что к моменту, когда у эмбрионов этих животных должны закладываться пальцы, у них не успевает накопиться достаточного количества клеток, чтобы дать возможность развиться даже четырем пальцам.

Если замедлить процесс созревания эмбрионов, но стимулировать их рост (чтобы рост опережал развитие), это при благоприятных обстоятельствах может привести к увеличению числа пальцев или даже конечностей. Подобный удивительный эксперимент осуществила природа у небольшого городка Санта — Крус. Однажды в тамошнем пруду ученые обнаружили многоногих лягушек и саламандр.

Амфибии этого пруда были сильно заражены плоскими паразитическими червями — трематодами. Видимо, в тот период, когда у головастиков закладывались почки задних конечностей, яйца этих паразитов разделяли их на две или большое количество частей. Тем не менее головастики росли нормально, но их метаморфоз, то есть процесс превращения в лягушек и саламандр, замедлялся. Поэтому в каждой части расщепленной почки количество клеток оказалось достаточным для развития из нее отдельной конечности. Этот природный эксперимент показал, что клетки любой части почки задней конечности способны сформировать лапку.

Динозавр в пробирке

Откуда на Земле взялись живые организмы? Возникли ли они сами по себе или занесены на нашу планету из космоса?

Сторонники земного происхождения жизни усиленно пытались создать в пробирке условия, похожие на те, что когда — то существовали на нашей планете, надеясь воспроизвести начальные стадии возникновения жизни, и выяснить, как она возникла. Они не думали, конечно, что сумеют создать живой организм, но надеялись добиться самосборки белковых молекул или понаблюдать, как белковые молекулы воспроизводят подобные себе белковые молекулы, как они дублируют свое строение. Увы, настолько буквально их мечты не осуществились.

Однако ученые — люди упорные. Они сумели разобраться, как устроены самые простые организмы и научились искусственно синтезировать некоторые белковые молекулы. В секретных лабораториях некоторых стран работали над созданием биологического оружия, пытаясь создать вирусы опасных болезней. А недавно Би — би — си сообщило, что ученые США сумели синтезировать один из наиболее простых вирусов — вирус полиомиелита!

Вирусы занимают промежуточное положение между неживыми веществами и живыми организмами. У них нет обмена веществ, но в живых клетках других организмов они способны размножаться.

Что же это такое — вирус? Вне клетки — хозяина вирусы являются просто веществом, могут даже образовывать кристаллы, но попадая в клетку, молекула нуклеиновой кислоты вируса ведет себя так, как ведут себя молекулы нуклеиновых кислот в живых организмах.

Таким образом, в жизненном цикле вирусов чередуются две фазы — внеклеточная и внутриклеточная. Во время внеклеточной фазы вирус представляет собой инертную инфекционную частицу, состоящую из одной, реже нескольких молекул нуклеиновой кислоты, которая заключена в белковую капсулу, а у вирусов животных еще и в специальную липидную оболочку.

Проникнув в клетку живого организма, вирусная частичка «раздевается» и в клетке хозяина оказывается свободная («голая») нуклеиновая кислота. С этой нуклеиновой кислоты сначала считываются гены, необходимые для создания ферментов, а с их помощью строятся новые молекулы нуклеиновой кислоты. Затем синтезируются белки, и из них происходит самосборка вирусной капсулы. Новоиспеченные вирусные частицы, покидая создавшую их клетку, разрушают ее и тут же могут проникнуть в другую.

Вирусологам неоднократно удавалось наблюдать за процессами самосборки вирусной частицы из приготовленных клеткой — хозяином компонентов. Но, как утверждало Би — би — си, в описываемом случае ученые США сами синтезировали вирусную молекулу нуклеиновой кислоты и белки, идущие на изготовление капсулы. То есть химическим путем создали что — то такое, что обладает многими свойствами живых организмов. Ничего особо удивительного в этом нет. Я уверен, что лет через 20–25 ученым удастся воссоздать кого — нибудь из динозавров, а к концу XXI века они будут способны создавать новые живые организмы, каких на Земле никогда и не было.

Трехголовые монстры

Видели ли вы когда — нибудь многоголовых животных? Думаю, что только на картинках. Однако в природе встречаются яды, с помощью которых можно кое у кого вырастить вторую, третью и даже четвертую голову. Не удивляйтесь, что такое чудодейственное волшебное вещество я назвал ядом. Не спешите с выводами, прочитайте этот рассказ до конца!

Люди используют яды с незапамятных времен, задолго до изобретения пороха и огнестрельного оружия. Отравленные стрелы и дротики широко использовали американские индейцы, многие африканские племена и полинезийцы. Это было страшное оружие: отравленная стрела убивала человека, в какую бы часть тела она ни впилась.

То, что химическое оружие использовалось главным образом в тропиках, объясняется двумя причинами. Во — первых, именно там встречаются особенно ядовитые животные и растения. Вторая причина — жаркий климат. В Тропиках невозможно носить кольчуги и панцири. А по обнаженным людям можно стрелять самыми легкими стрелами: для яда достаточно любой царапины.

Когда испанские конквистадоры открыли Южную Америку и отправились в дебри Амазонии в поисках Эльдорадо — легендарной страны Золотого короля, они вынуждены были в сорокаградусную жару пробираться по непролазной, часто затопленной разливами рек чащобе, закутавшись в толстые ватные халаты, дающие некоторую защиту от отравленных стрел, которыми осыпали их индейцы, уже познавшие европейских завоевателей.

Естественно, растения и животные также с успехом пользовались своим химическим оружием: как на охоте, так и для защиты от врагов. Далеко не всегда природные яды смертельны. Чтобы избавиться от врага, не обязательно его убивать. В этом отношении растения оказались изобретательнее животных.

В американских пустынях саранча порой съедает всю растительность подчистую, но не трогает небольшое растение дубровку удлинённую. В тканях этого растения находится вещество, само по себе не способное убить отравившихся им насекомых. По своим свойствам оно напоминает обычный гормон роста насекомых. Пока личинка травяной совки питается дубровкой, вещество химической защиты растения просто накапливается в ее организме, не оказывая на нее никакого воздействия.

Но вот личинке приходит время окукливаться. Большие запасы ложного гормона роста не дают ей возможности сразу превратиться в куколку, заставляя по нескольку раз прерывать и заново начинать процесс окукливания. Однако при повторных попытках окуклиться она больше не сбрасывает твердые покровы тела, как это необходимо. В результате остатки предыдущей шкурки образуют новые головы, которые, как и положено сегментам тела насекомого, сидят одна за другой, словно бусины ожерелья. В результате личинка становится двух— или трехголовой. Могли бы появиться и четвертая, и пятая головы, но на это обычно не хватает «строительного материала».

Ложный гормон роста сам по себе не убивает личинку, но она погибает от голода. Поскольку каждый раз, приступая к повторному метаморфозу, личинка свою оболочку не сбрасывает, первая и вторая голова отделены друг от друга сплошной хитиновой стенкой: лишние головы как бы затыкают рот настоящей головы и пища попасть в кишечник личинки не может. Двух— и трехголовые личинки не в состоянии что — нибудь съесть и в итоге гибнут от истощения.

У каждого растения свой подход к защите. Некоторые вырабатывают ювенильный гормон насекомых. Он тоже не убивает ни личинок, ни взрослых насекомых. Задача этого гормона — руководить линьками личинки, не давая ей окуклиться. Когда личинка накопит достаточную массу, концентрация ювенильного гормона падает и очередная линька превращает ее не в личинку большего размера, а в куколку. При избытке же гормона гусеница будет линять раз за разом и в итоге вырастет в гигантского монстра, но не сможет окуклиться, а значит, не станет взрослым насекомым и не оставит потомства.

Поддельный ювенильный гормон действует на насекомых избирательно. Выработанный бальзамической пихтой, этот гормон нарушает развитие красноклопов и совершенно не действует на клопов родственного семейства лигеид.

Удивительным химическим оружием пользуется небольшое растение агератум, или долгоцветка, которую частенько высаживают на клумбах в виде бордюра. Оно вырабатывает вещество, которое действует на многих насекомых, но действует на них по — разному. У одних оно прекращает выработку ювенильного гормона, и «отравленные» этим веществом маленькие гусеницы, которым предстояло еще расти и расти, окукливаются. При этом они перестают питаться, а значит, и повреждать долгоцветку, а из маленькой куколки выходят крохотные неполноценные взрослые насекомые.

Американские тараканы, полакомившись соком долгоцветки, перестают вырабатывать вещества, с помощью которых самки привлекают самцов, в результате тараканы перестают плодиться. Жуки, наевшись листьев этого растения, надолго замирают и становятся легкой добычей для любого хищника. Наконец, самки многих других насекомых, поедающие долгоцветку, начинают откладывать неоплодотворенные яйца, из которых никто не вылупится.

Вот как — оказывается, вредителей не обязательно убивать. Достаточно изменить их развитие или поведение.

Регенерация

В переводе с позднелатинского это слово означает «возрождение», другими словами — восстановление организмом утраченных или поврежденных органов или даже восстановление целого организма из его небольшой части. Если, например, пресноводную гидру разрезать на 100 частей, из каждого кусочка может развиться по целой совершенно нормальной гидре.

Более высокоразвитые организмы не способны к такой полной регенерации. Однако из морского многощетинкового червя нереиса, если его тело разрезать пополам, без особого труда образуются две особи. При этом у заднего конца отрастет новая голова.

У позвоночных животных регенерация головы произойти не может, от таких травм они погибают. Но кое — что из менее важных органов у них все — таки восстанавливается. Например, лапа или хвост у тритонов и саламандр. У птиц и млекопитающих ничего подобного не происходит. Отрезанный у собаки хвост уже никогда не вырастет. Однако регенерация есть и у млекопитающих.

Регенерацию человека и высших животных подразделяют на репаративную, заключающуюся в замене структур, погибших в результате повреждения, и физиологическую, то есть постепенную замену тканей в процессе нормальной жизнедеятельности. Как пример физиологической регенерации можно назвать обновление изношенных клеток кожного эпителия или эритроцитов — красных клеток крови, продолжительность жизни которых исчисляется днями или неделями.

В основе регенерации лежат закономерности, сходные с теми, которые обеспечивают обычное развитие организмов. Очевидно, что в регенерирующем органе происходит увеличение числа клеток. Ученые давно заметили, что в этом случае размножаются как специализированные клетки, то есть типичные «взрослые» клетки поврежденной ткани, так и малодифференцированные, то есть клетки более просто устроенные и мало похожие на клетки регенерирующего органа. Эти малодифференцированные клетки называются стволовыми тканевыми клетками. Регенерация с помощью этих клеток особенно похожа на развитие органа у эмбриона.

Стволовые клетки есть в каждом органе и каждой ткани, их можно назвать «собственными» стволовыми клетками ткани. Но есть и «общие» стволовые клетки, расположенные в костном мозге. Впрочем, стволовые клетки костного мозга тоже бывают двух сортов. Из гемопоэтических клеток костного мозга всю жизнь развиваются клетки крови, а из стромальных (от греческого слова строма, означающее «подстилка») могут образовываться любые другие, даже нервные клетки, еще недавно считавшиеся невозобновляемыми. К сожалению, их в костном мозге относительно немного, а с возрастом становится совсем мало.

Плохое срастание костей при переломах у пожилых людей, видимо, связано с недостаточным количеством или полным отсутствием стромальных клеток. Эти клетки относятся к клеткам — бродягам — они постоянно пробираются в кровяное русло и, отдавшись на волю волн, путешествуют с током крови по организму, всегда готовые остаться там, где есть какие — нибудь повреждения тканей, нуждающиеся в восстановлении.

Таким образом, в регенерации у человека всегда участвуют два вида клеток: стволовые тканевые и стволовые стромальные клетки костного мозга. Первые годятся только для восстановления тех тканей, среди клеток которой они живут, вторые — универсалы. Они способны принимать участие в восстановлении любых тканей организма, так как могут превращаться в нужные организму специализированные клетки.

Если при тяжелых повреждениях организму не хватает собственных стромальных клеток, ему можно помочь, введя такие клетки извне. Во всяком случае, у мышей, которым химическим путем разрушили мышцы передних ног, а затем ввели стволовые стромальные клетки, через некоторое время мышцы частично восстановились. Новые мышечные клетки образовались именно из этих введенных клеток.

Чудо — клетки, введенные свиньям в зону инфаркта сердечной мышцы, полностью ее восстановили. А введенные в головной мозг мышам, у которых перед этим был вызван инсульт (повреждение мозга, связанное с нарушением мозгового кровообращения), привело к его частичному восстановлению. То же самое совершили стромальные клетки, оказавшиеся в поврежденной печени.

Есть первые успехи в применении стромальных клеток и у больных людей. Введенные в место перелома девяностолетнему старцу, эти клетки привели к срастанию костей, которые в предшествующие 13 лет не срастались. В другом случае у семи десятилетнего пациента, перенесшего инфаркт, удалось добиться частичного восстановления отмершего участка сердечной мышцы.

Может быть, уже в самые ближайшие годы мы научимся лечить многие пока неизлечимые болезни человека, в том числе повреждения спинного мозга. Однако где взять необходимые для этого стволовые стромальные клетки? Их, конечно, можно было бы вырастить из стромальных клеток самого больного, но процесс этот длителен и к тому времени, когда запас их окажется достаточным для лечения, лечить будет уже поздно.

Есть ли из этого положения выход? Есть! Стромальные клетки можно получать из пуповины новорожденных детей и хранить в течение всей жизни их владельцев. Они должны послужить резервом на случай чрезвычайных ситуаций и в случае экстренной необходимости использоваться для восстановительных работ.

Мозг требует развития

Некоторые сведения о развитии головного мозга и мышления ученые получили при анализе ужасных случаев бесчеловечного обращения с детьми. Подобные эксперименты, конечно, ни один ученый не стал бы проводить специально, однако изучение этих трагических происшествий позволяет понять важность правильного развития детей в раннем возрасте.

Вот что произошло однажды в Америке. Психопат — отец, видимо, ненавидящий детей, с 20–месячного возраста держал свою дочь в маленькой комнатке, из которой она никогда не выходила. Ее нагишом привязывали к стулу с дыркой посредине, так что она могла двигать только кистями рук и ступнями ног. С девочкой никто не разговаривал, а кормили ее только молоком и детским питанием.

Девочку обнаружили, когда ей исполнилось 13 лет. Она была истощена и весила всего 25 килограммов. Несчастная не могла выпрямить. руки и ноги, не умела жевать, была не в состоянии сознательно контролировать функцию мочевого пузыря и кишечника. Она не понимала человеческую речь и совершенно не могла говорить.

Несчастную девочку врачи и психологи взяли под постоянное наблюдение. Ее учили всему, что должны были знать двух — трехлетние дети. За первые 6 лет, направленные на то, чтобы всесторонне развить девочку, она стала кое — что понимать из обращенной к ней речи, если с ней говорили короткими предложениями из двух — трех слов. Джини даже научилась говорить, но ее речь оставалась на уровне, который здоровые дети достигают к двум — трем годам. Ее речь состояла или из отдельных слов или словосочетаниий, типа «хочет молоко», «два рука».

Девочка научилась пользоваться некоторыми предметами, в том числе фломастерами, и «рисовать», но эти рисунки оставались на уровне каракулей двух — трехлетних детей. Наконец, она научилась ориентироваться в обстановке, находить свою комнату, а в ней шкаф, где хранились ее игрушки. Однако дальнейшее развитие застопорилось. Особенно это было заметно в отношении речи: никакого прогресса не наблюдалось.

Почему так произошло? Что мешает Джини наверстать упущенное и научиться тому, чему она не научилась в раннем детстве? Человеческий мозг развивается в течение всей жизни человека, но особенно интенсивно в первые 6–7 лет. Если в эти годы отсутствуют условия для развития мозга, как это было у Джини, участки мозга, предназначенные для обеспечения речевой и мыслительной деятельности, не только не развиваются, но даже деградируют.

Развитие речи — очень важный этап, определяющий дальнейшую судьбу человека, так как без речи не может быть мышления. Видимо, первые 20 месяцев жизни Джини провела в относительно нормальной обстановке, и у нее началось развитие речевых центров мозга. Если бы этого не было, девочка, возможно, вообще не научилась бы произносить ни одного слова и не смогла бы понять их значения.

Прочтя этот рассказ, не подумайте, что мозг глухонемых детей неполноценный. Ведь говорить можно не только звуками. Овладение речью в любой ее форме развивает мозг. Если глухонемого ребенка вовремя обучают языку жестов, а потом и письму, мозг его развивается нормально. Нередко систематические уроки жестового языка глухонемых способствует более интенсивному развитию мозга, и глухие от рождения дети по уровню психического развития частенько обгоняют нормальных здоровых детей.