Беркинблит, Глаголева - Электричество в живых организмах (Квант) - 1988 (947484), страница 58

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 58)

У них в крови появились антитела, способные склеивать флагеллин. Антитела прикрепили к стеклу специального сосуда. Бактерии, помещенные в втот сосуд, приклеивались жгутиком к стеклу. В этом п состояла идея опыта. 272 А все остальное — рецепт приготовления «клея» для ловли бактеряи за хвост. Теперь жгутик приклеен к стеклу и можно видеть, что начинает вращаться сама бактерия. Часто говорят, что природа изобрела многое, но не изобрела колесо.

Теперь вы видите, что как раз колесото и было изобретено еще на заре я<изин. Но если действительно движение бактерии зависит прямо от мембранного потенциала, то бактерии изобрели не только колесо, но и электромотор! Такую идею стоило проверить. В лаборатории В. П. Скулачева на другом виде бактерий — на пурпурной бактерии Л. Н. Глаголевым было показано, что скорость движения бактерий действительно зависит, как и предполагал Скулачев, не от содержания ЛТФ в клетке, а от ее МП. В лаборатории был поставлен такой эффектный опыт.

Бактерии были отравлены ядами, устраняющими потенциал, зависящий от попов Н". А затем в среду был добавлен еще один яд— валпномицпн, который повышает проницаемость мембраны бактерий для ионов калия. Калий начинал выходить наружу, возникал МП. И дважды отравленные бактерии оживали и начинали плыть! Интересно, что электромотор бактерий обладает реверсом: если жгутик вращается по часовой стрелке, то бактерия плывет жгутиком вперед, а если против часовой стрелки, то жгутиком назад.

Придумано несколько конкретных моделей, которые объясняют, как электроэнергия преобразуется в механическое вращение жгутика. Показано, что МП, при котором работает мотор, порядка 200 мВ, что мощность мотора примерно 10 "' Вт, что через жгутик входит внутрь бактерии примерно 1000 протонов в секунду. Изменение направления вращения жгутика пытаются объяснить поворотом угла «лопастей турбины».

Однако подлинный механизм работы этого мотора пока не выяснен. Мы видели, что МП может быть использован клетками в самых разных целях: в митохондриях, хлорапластах, бактериях — для синтеза ЛТФ; бактериями — для вращения жгутиков; в самых разных клетках — для транспорта веществ, например, у животных — для транспорта сахаров, в мнтохондриях для поглощения Са++ (митохондрии поглощают Са+' из клеток), у бактерий для поглощения К+ и т.

д.; при «коротком замыкании» для выработки тепла. Все эти факты привели Скулачева в 1975 г. к следующему обобщению: в энергетике клеток есть два универсальных носителя, а не один, как думали раньше,— ато АТФ и МП. А тем самым ясно, что МП необходим каждой клетке, а не только нервному волокну. Как правило, клетки используют в качестве источника энергии МП, создаваемый выкачиванием ионов водорода.

Однако мы уже видели, что зто не принципиально. Отравленная бактерия начинала плыть и в том случае, когда МП создавался К+. В связи с атим у Скулачева возникла идея, что любой МП вЂ” зто клеточный резерв энергии, который она в случае надобности может использовать. В очень яркой форме выражается запас энергии у бактерий — обитателей соленой воды, которые накачивают внутрь много К~. На свету они за счет бактериородопсина вырабатывают АТФ и поддерживают МП. Но если их поместить в темноту и в среду без кислорода, то они быстро переставали двигаться в среде, содержащей много КС1,— нет источников энергии. Но если их помещали в раствор с ЫаС!, то за счет возникающего МП их дви>кение поддерживалось в течение 9 часов.

Таким обравом, улье бактерии имеют аккумулятор электроэнергии, который они заряжают либо от солнечных батарей, либо от етепловых электростанций». Но и это еще не все. Существует особая аамечательнав группа бактерий — цианобактерии (раньше их называли сине-зеленымн водорослями). Это дРевнейшие обитатели Земли, обладающие рядом особенностей.

Они способны к фотосинтезу, могут сами усваивать атмосферный азот и т. д. Среди цианобактерий есть многоклеточные существа, похожие на дождевого чеРвя, у которого каждый членнк — отдельная клетка. Эти клетки имеют немного разные функции и соединены межклеточными отверстиями. Сходство с червем усиливается тем, что такие бактерии умеют ползать. Они обладают положительным фототаксисом, т. е, ползут к свету. Сопротивление мембраны у них, так же как у большинства других бактерий и у митохондрий, очень велико, а длина — всего несколько миллиметров. Работами В. П. Скулачева, Л.

М. Чайлахяна и их сотрудников было показано, что цнанобактерии умеют передавать злектрознергию на расстояние. Это было показано так. Выло показано, что и вти бактерии могут ползти без АТФ за счет энергии МП, Затем бактерии были помещены в такие условия, что источником потенциала был только свет. В темноте бактерии не ползли, а при освещении нескольких клеток на одном конце двигатели начинали Работать вдоль всей длины бактерии 27ч (рис. 70, б). При атом была зарегистрирована разность потенциалов во внеклеточной среде между «головой» и »хвостом» бактерии. Читатель может сказать, что мы уже говорили о передаче электрической энергии в нервном волокне, Конечно, передача нервного импульса связана с энергетическими процессами. Но смысл импульса— это передача информации. Через химический синапс к нейрону энергия не передается, передается сигнал, который включает собственные источники энергии клетки- получателя.

Совсем другое дело — цианобактерии. У них передается от освещенного места к электромоторам других клеток именно электроэнергия, так же, как она передае .я от электростанции по проводам к моторам электричек или пылесосов. Так что бактерии умеют вырабатывать, передавать и аапасать электроэнергию. Квартирант превращается в электростанцию В этом параграфе не случайно оказались под одной крышей митохондрии, хлоропласты и бактерии. Многие иа биологов считают, что все онн — близкие родственники, что когда-то на заре лгпзни, когда на Земле только-только появилось достаточное количество кислорода, бактерии, умеющие его использовать, вступилн в симбиоз с амебоподобными клетками и поселились внутри них.

Этн бактерии вырабатывали АТФ и снабжали им клетку-хозяина, которая заботилась о доставке пищи и защите своих квартирантов. Согласно этой гипотезе точно так я~е иа фотосинтезирующих бактерий возникли хлоропласты. Эта гипотеза насчитывает около 100 лет существования. Опа забывалась, возрождалась, осмеивалась и возрождалась вновь. В 20-х годах пользовалась поддержкой ряда русских ботаников, возможно, потому, что прежде всего на ботаников произвело особенно сильное впечатление открытие, что лишайники — зто симбиоз гриба и водоросли. Новую жизнь этой гипотеае дала современная» в частности молекулярная, биология.

Оказалось, что, например, у митохондрий, как и у бактерий, имеются две мембраны. Наружная имеет довольно крупные поры. Но у бактерий эта наружная стенка прочная, так как она должна аащищать клетку от возможности осмотического раарушения, а у митохондрии она потеряла механическую прочность, так как клетка-хозяин заботится о поддержании постоянных осмоти- 275 ческих условий. Митохондрии имеют внутри себя ДНК, которая, как и у бактерий, имеет кольцевую форму. Есть внутри митохондрий и свои фабрики белка — рибосомы.

Оказалось, что зти рибосомы похожи на бактериальные, а не на рибосомы клеток-хозяев. Например, антибиотики стрептомицин и тетрациклин останавливают работу рибосом бактерий и митохондрий, но не влияют на рибосомы хоаяипа, а вот циклогексимид — наоборот. Митохондрии способны к размножению внутри клетки. Можно привести и другие аргументы в пользу втой гипотеаы (а также н аргументы, говорящие против нее), но это увело бы нас в сторону от нашей основной темы. Практически все»кивотные, растения и грибы, которые дышат, имеют очень сходные митохондрии.

А исключение только подтверждает правило. Например, существуют амебы, не содержащие митохондрий, зато в них живут бактерни-симбионтыа выполняющие те»ке функции. Согласно крапней точке зрения„клетки высших оргапизмовв весьма сборные образования: электростанции для дыхания и фотосинтеза они получили от бактерий, а органы движения (жгутики, реснички) — от симбиотических спирохет, Электричество и условные рефлексы Все со школы знают о замечательных работах И.

П. Павлова по выработке рефлексов у животных. Если собаке подают звуковой сигнал, а потом дают пищу и повторяют зто сочетание несколько раз, то у нее начинает выделяться слюна в ответ на авуковой сигнал, хотя до выработки условного рефлекса звук такой реакции не вызывал. Естественно было поставить вопрос; что произошло внутри мозга прн выработке условного рефлексау Каким образом сигнал стал попадать от слуховых рецепторов к слюнной железе, к которой он сначала не проходилу К сожалению, вместо ответа биологи могли предложить в основном образные выражения, говоря, что в мозгу «проторяются новые пути» или «замыкаются новые связи».

Лишь в последние годы появились экспериментальные факты, приближающие нас к ответу на зти вопросы. Изучение механизмов условных рефлексов ведется на самых разных животных, в том числе и на таких, у которых немного нейронов. Мы расовая<ем про результаты, полученные на морском брюхоногом моллюске Хермиссенде. Эти моллюски днем двигаются в сторону света„ 276 как говорят, обладают положительным фототаксисом„ т.

Характеристики

Список файлов книги