Самое удивительное животное

Последняя редакция 06.09.2022

Какое животное на Земле является самым удивительным? В ответ на этот вопрос можно услышать множество вариантов ответов.

Действительно, однозначно выбрать сложно. Можно удивляться размерам кита, скорости гепарда, зрению сокола и другим чудесам животного мира.

Но все же есть одно животное, которое превосходит всех других своими невероятными способностями.

О нем мы вспоминаем крайне редко. Возможно потому, что увидеть его собственными глазами мы не может. Оно настолько мало, что для его рассмотрения необходим сильный микроскоп.

Что это за животное? Ответ прост. Это - живая клетка.

Все животные и растения в мире состоят из крошечных живых клеток. И мы тоже состоим из них. Поэтому мы относимся к многоклеточным. Но есть и одноклеточные животные, состоящие всего из одной клетки. К ним относятся все бактерии, некоторые растения и некоторые грибы.

Что же удивительного есть в живой клетке?

Первая удивительная особенность клетки состоит в том, что каждая клетка организма содержит информацию обо всем организме.

Это просто невероятно. Наш организм состоит из сотен миллиардов клеток. И каждая клетка знает о нем все. Это как если бы каждый кирпич дома мог дать информацию о том, какой дом из него был построен. Конечно, не все клетки в организме одинаковые. Клетки мозга, желудка и крови отличаются друг от друга и выполняют совершенно разные функции. Тем не менее, каждая клетка знает все о том организме, которому она принадлежит, и о своем месте в этом организме. Таковы специализированные клетки.

Кроме этого, в организме существуют универсальные клетки, которые могут превращаться в другие виды клеток. Такие клетки называют стволовыми. И, наконец, есть сверхуниверсальная клетка, которая может создать все другие клетки и, в конечном счете, стать полноценным многоклеточным организмом - яйцеклетка.

Вторая удивительная особенность клетки заключается в количестве информации, которая содержится в этом крошечном, невидимом организме.

Эта информация содержится в молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты). Чтобы представить себе размер этих молекул, нужно разобрать их поподробнее.

Основными веществами, составляющими ДНК, являются 4 соединения: аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц). Из них строится 20 аминокислот, состоящих каждая из 3 вышеназванных соединений. Эти 20 аминокислот являются своего рода буквами в алфавите ДНК.

Аминокислоты связаны в последовательности, обычно по нескольку сотен. Каждая последовательность описывает определенную молекулу белка или молекулу РНК (рибонуклеиновой кислоты, более простого предка ДНК). Такая последовательность называется ген.

Гены собираются в молекулы ДНК. При этом каждая молекула ДНК содержит в себе 2 полные копии в виде двойной спирали. Наличие второй копии позволяет исправлять мутационные ошибки при воспроизводстве ДНК.

Полный "сборник" всех молекул ДНК в клетке, т.е. набор всех генов организма называется геномом. Геном человека состоит из 46 молекул ДНК. Молекулы ДНК разбиты на пары. Пара молекул ДНК называется хромосомой. Каждая хромосома несет определенный набор генов, например, в 18 хромосоме заложены гены, кодирующие цвет глаз. Хромосомы различаются друг от друга по длине и форме. Самые распространенные формы в виде Х или Y, но имеются и другие.

Самый простой геном у бактерии Carsonella, он содержит всего 182 гена. Геном человека содержит 28 тысяч генов, из которых жизненно необходимыми считаются 3230.

Надо заметить, что человеческий геном - не самый большой. Геном риса содержит 40 тысяч генов.

Нужно также сказать, что ДНК содержит не только сами гены, но и управляющие последовательности, показывающие, участвует ли данный ген в производстве белков или нет.

В молекулах ДНК хромосом человека насчитывается от 50 до 245 миллионов пар азотистых оснований (А, Г, Т, Ц). Объем информации в геноме человека оценивается в 1,5 гигабайта. При этом часть, которая делает уникальным каждого отдельного человека занимает всего 1 мегабайт, что соответствует 0,065% всего объема информации.

Суммарная длина всех ДНК из одной клетки человека составляет порядка 2 метров. При этом ядро клетки человека занимает объем около 110 куб. мкм, а хромосома человека не превышает 5-6 мкм.

Подобная компактизация возможна благодаря наличию высокоорганизованной системы укладки молекул ДНК. Хромосомная ДНК компактизуется в 10 тысяч раз по сравнению с линейной длиной ДНК.

Поверить сразу в это довольно трудно. Однако есть простой пример, наглядно демонстрирующий возможность подобной компоновки. Это катушка с нитками. На катушку намотаны десятки метров ниток, но при этом сама катушка имеет довольно маленький размер. Конечно, в клетке используется другой механизм компактизации. Но этот пример показывает, как длинное можно сделать компактным.

И этот набор гигантских молекул, описывающих весь организм, находится в каждой клетке организма.

При каждом делении клетки геном копируется практически всегда со 100%-ной точностью.

Разве это не замечательно?

Третья удивительная особенность клетки состоит в том, что каждая клетка представляет собой биохимическую фабрику, которая производит довольно сложные химические вещества - белки.

В геноме человека, как уже было сказано, 28 тысяч генов. Однако не каждый ген используется для производства белков. В начале каждого гена находится "префикс", показывающий, "включен" или "выключен" данный ген в данной клетке. "Выключенные" гены называют молчащими, причем, по некоторым данным, они составляют до 95% нашего генома. Однако у других животных эти же гены могут быть активно работающими. Некоторые гены могут быть "включены" в раннем возрасте и "выключаются" по мере взросления и наоборот.

Более того. Гены ведут себя в чем-то подобно компьютеру с его файловой системой. Было обнаружено, что любой отдельный ген - в смысле единого, читаемого слитно фрагмента ДНК-текста, хранится не в одном месте. Если прочитать фактические символы кода, как они расположены на хромосоме, то окажется, что осмысленные фрагменты, называемые экзонами, разделены фрагментами “бессмыслицы”, называемые интронами. Любой ген раздроблен на последовательность фрагментов (экзонов) разделенных бессмысленными интронами. Словно каждый экзон, заканчивается указателем, говорящим “продолжение смотри по такому-то адресу”. А весь ген оказывается составленным из серии экзонов, которые оказываются объединенными вместе только тогда, когда они в свое время будут прочитаны операционной системой, транслирующей их в белки.

Клетка содержит огромное количество механизмов. Каждый механизм - это белковая молекула, собранная под воздействием специфического участка ДНК. Белковые молекулы, называемые ферментами - это механизмы, каждый из которых обеспечивает проведение специфичной для него химической реакции, порождая большие количества специфичного для него химического продукта. Для производства этого продукта он использует сырье, которые плавает в клетке, и, в частности, является продуктом других белковых механизмов. Каждый фермент построен примерно из 6000 атомов, что очень много по молекулярным стандартам. Всего таких аппаратов в клетке порядка миллиона, и их более 2000 различных видов, каждый из которых специализирован на исполнении специфической операции в клетке. Химические продукты таких ферментов придают клетке ее форму и поведение.

Для производтства белка с участка ДНК снимаются копии в виде РНК. РНК играют роль рабочих наборов инструкций. Далее по "инструкциям" РНК собираются белки. Как только молекула белка готова, она отсоединяется от "копирующего механизма" и определенным образом сворачивается в пространственную структуру. Форму этой структуры определяют аминокислоты, из которых состоит белок.

В клетке есть и другой специальный механизм - белковая молекула, которая делает копии РНК с других копий РНК. Такой механизм называется молекулой РНК-репликазы.

Невероятно то, что крошечная клетка содержит в себе столько механизмов и способна производить настолько сложные органические соединения, что многие из них не под силу синтезировать современным химикам. Невероятно, но факт.

Разве все перечисленное не позволяет сказать, что крошечная живая клетка является поистине самым удивительным животным на Земле?