Поговорим об изменчивости живых существ.
Существуют два понятия: фенотип – совокупность телесных признаков (анатомических, морфологических, функциональных и др.) и генотип (совокупность наследственных факторов организма, в узком понимании – генов). Нет, неправильно начал, так не допрыгнуть. Начну издалека.
На Земле существует две империи живых существ: доклеточные и клеточные организмы. Доклеточные, к которым относятся вирусы и фаги, к живым относятся условно, поскольку не в состоянии обеспечить собственное существование и размножение. Они 100-процентные (облигатные) паразиты, в ходе Эволюции либо избавившиеся от хлопотного внутриклеточного хозяйства, либо не сумевшие им обзавестись. Вирусы и фаги представляют собой нечто вроде бутылок с запертыми внутри джинами, где роль тары играет белковая оболочка (капсид), а злого духа – цепочки ДНК, РНК, или той и другой вместе. Существуют и еще более простые образования: инфицирующие белковые молекулы (прионы) и инфицирующие нуклеиновые кислоты (вирионы) – но это уже и вовсе не живые существа, а именно что «образования».
Клеточные организмы выделены в два «надцарства»: безъядерные и ядерные. Первые (прокариоты) – много древней вторых (эукариотов), генетический аппарат – нуклеиновые кислоты – не отграничен от окружающего клеточного пространства, а располагается рыхлым комком, плохо различимым при микроскопии. Иногда выделяют отдельную группу прокариотов – археобактерии – одноклеточные организмы, приспособившиеся к самым суровым условиям существования: часть из них выживает при температурах до 150 градусов Цельсия, часть – в кислых средах при pH 1-5, часть, напротив, в резко щелочных при pH 9-11, при давлениях до 700 атмосфер, в соляных растворах с концентрацией до 25-30 процентов NaCl, в почти безводных средах…
Ядерные организмы бывают одноклеточными и многоклеточными, подразделяясь на царства растений, животных и грибов.
Прямо жду вопроса: к чему столь отвлеченный пассаж, посвященный сухой и скучной классификации? А вот анекдот, тоже старенький, на эту тему:
Однажды сын-школьник подошел к отцу и задал вопрос: «Папа, что такое «окисление железа»?» Отец отвечает: «Это очень просто. Например, ты откусываешь яблоко, и железо, находившееся внутри него, контактирует с воздухом. Молекулы кислорода присоединяются к железу, окисляя и превращая в ржавчину – оксид железа. Понял?» Сын, внимательно слушавший отца, кивнул и спросил: «Пап, а ты с кем сейчас разговаривал?»
Так вот, я просто хочу быть уверенным, что говорю на понятном языке, и неизвестный мне одинокий читатель, увидев в тексте выражение «ядерная клетка» не представляет в уме помещение из сварной арматуры с атомным реактором посередине…
Принципиальным фактором отличия многоклеточных организмов от одноклеточных является специализация составляющих его клеток. Действительно, есть одноклеточные, живущие тесными колониями, но при этом сохраняющие способность к самостоятельному размножению. Как только в сообществе клеток выделяются единицы, ответственные за образование новых поколений (генеративные), а остальные теряют такую способность полностью или в значительной степени (называясь после этого соматическими, т.е. телесными) – можно говорить о едином организме.
Высшие животные, растения и грибы в значительной степени сохранили эту первичную дифференциацию, появившуюся более 2-х миллиардов лет назад. Известно выражение, например, что «Нервные клетки не восстанавливаются». На самом деле, это не совсем так. Сами зрелые клетки мозга (их 3 вида: нейроны, астроциты и олигодендроциты), действительно, после созревания могут лишь расти и отмирать, но не делиться. Однако в области мозговых желудочков еще с зародышевой стадии хранятся нейрональные стволовые клетки, в полной мере сохраняющие способность к размножению и последующему превращению во все типы клеток мозга. Что и постоянно происходит: нейрональные стволовые клетки делятся, дифференцируются, мигрируют внутри полужидкого мозга на довольно большие расстояния (измеряемые в сантиметрах!), встраиваются в его ткань и начинают работать.
Наиболее ярко специализация клеток на соматические «рабочие» и генеративные «материнские» видна, конечно, на примере кроветворения. Со школьной скамьи должно быть известно, что клетки крови образуются не в сердце или сосудах, за гемопоэз (образование форменных элементов крови) ответственны совсем другие органы: красный костный мозг (выработка эритроцитов, лейкоцитов и тромбоцитов), лимфатические узлы (лимфоциты и плазматические клетки), и селезенка (образование лимфоцитов, а также захват и утилизация старых эритроцитов). В процессе образования красных кровяных телец происходят последовательные метаморфозы и деления (стволовая клетка – базофильные проэритробласты – макробласты – нормобласты - ретикулоциты – эритроциты), в результате которых из 1-й начальной клетки получается 32 эритроцита. Они настолько «заточены» под единственную функцию переноса молекул кислорода и углекислого газа, что оказываются полностью лишены ядра – средоточия наследственного материала. Безусловно, это сказывается на продолжительности существования эритроцита (практически нет возможности поддерживать внутриклеточный синтез – расти, вести ремонт внутренних и наружных мембран), но зато была приобретена форма двояковогнутого диска, обладающая максимальной площадью поверхности при минимальном внутреннем объеме, - а эритроцит работает именно поверхностью.
Итак, должно быть ясно, что каждая из составляющих живой организм клеток непрерывно изменяется как в процессе роста и созревания, так и в процессе жизнедеятельности. Биологические системы относятся к открытым, и непрерывно обмениваются с окружающей средой энергией (теплом) и материей (поглощают и выделяют газы, минеральные и/или органические вещества). Но эти явления направлены либо на поддержание гомеостаза – некоего баланса внутренней среды, либо на адаптацию – приспособление конкретной особи к изменяющимся условиям внешней среды в узких рамках имеющихся в организме возможностей. Так, при похолодании человеческая кожа покрывается «мурашками» и бледнеет – попытка сэкономить внутреннее тепло за счет сокращения притока к наружным покровам; затем начинается дрожь – почти неконтролируемые мышечные сокращения и расслабления для активизации обмена и усиления выработки тепла; если действие холода не прекращается, происходит остановка периферийного кровообращения – кровь перераспределяется в пользу жизненно важных органов: сердца, мозга, почек… На последних стадиях замерзания наступает охранительное торможение центральной нервной системы: исчезает болевая чувствительность, падает артериальное давление, мозг погружается в сноподобное состояние, а вскоре может наступить и смерть. Но ни отрастить в случае мороза шерсть, ни покрыться пухом, ни превратить мышцы в толстый подкожный жировой слой, ни даже переработать в тепло все имеющиеся в теле запасы жира и углеводов человек не может – это выходит за рамки адаптации. Барьеры же установлены на много более глубоком уровне, нежели органы и системы, ткани и клетки – на уровне генетического материала, сосредоточенного в клеточных ядрах.
Но далеко не все генетические изменения попадают в поле действия Эволюции.