Реферат на тему «Открытие животной клетки у колониальных животных»

Введение

Антони ван Левенгук торговал сукном в Делфте, учёной степени не имел и латыни не знал. Зато шлифовал линзы лучше всех в Европе и писал в Лондон длинные письма обо всём, что увидел. В одном из них, датированном 1700 годом, есть зелёные шарики из канавы: они катятся, вертятся, а внутри у них, как матрёшки, сидят шарики поменьше. Что перед ним колония клеток, Левенгук, понятно, не подозревал. Через полвека Линней дал этим шарикам имя Volvox, «катящийся», и сейчас вольвокс есть в любом учебнике биологии.

История открытия клетки обычно рассказывается как история одиночек: пробка Гука, «зверушки» Левенгука, теория Шванна. Колониальные организмы в этой истории стоят чуть в стороне, хотя именно они задают самый интересный вопрос. Где кончается сообщество клеток и начинается единый многоклеточный организм? Над этим думали Эрнст Геккель, Илья Мечников и многие зоологи после них.

Тема у реферата двойная, и это честно стоит признать сразу. Половина её — история науки: кто и когда догадался, что лягушка, полип и человек сложены из клеток. Вторая половина — зоология, причём довольно тонкая. Клетка в колонии живёт не сама по себе, но и не растворяется в организме целиком, и описать это промежуточное положение не так просто, как кажется.

Цель работы мы сформулировали так: понять, как устроены клетки колониальных организмов, и сравнить их с клетками прочих многоклеточных. Объект исследования — колониальные животные (и колониальные жгутиконосцы, которых зоологи по традиции держат при себе), предмет — строение и функции их клеток. Читали мы для этого учебники зоологии беспозвоночных и общей биологии, а ещё книги по истории клеточной теории, где сюжеты порой интереснее детектива.

Глава 1. Строение животной клетки у колониальных животных

1.1 Основные компоненты клетки

Слово «клетка» придумал англичанин Роберт Гук. В 1665 году он срезал тонкий ломтик пробки, положил под микроскоп и увидел соты, которые напомнили ему монашеские кельи, cells. Однако пробка мертва, и Гук разглядывал пустые коробочки, оставшиеся от растительных клеток, а к животным его открытие поначалу не имело никакого отношения, и мышцу или печень под тем же микроскопом он описать бы не сумел: там просто муть.

Сдвинулось дело в конце 1830-х, и, как рассказывают, за ужином. Ботаник Маттиас Шлейден поделился со своим приятелем, зоологом Теодором Шванном, наблюдением: в растительных клетках всегда есть ядро. Шванн вспомнил, что видел похожие ядра в хорде головастика, побежал в лабораторию, и в 1839 году вышла его книга, где клеточное строение распространялось уже на животных. Само ядро несколькими годами раньше описал Роберт Браун, тот самый, чьим именем названо броуновское движение.

Так долго это не удавалось по простой причине: животная клетка не имеет жёсткой оболочки, границы между клетками в ткани размыты, а красителей, которые позже выделят ядра и мембраны, у микроскопистов первой половины XIX века почти не было. Растения в этом смысле честнее: стенки у них толстые и видны даже в слабую лупу.

Таблица 1 – Вехи в изучении клетки и колониальных организмов

Примечание — Составлено по книгам по истории биологии и учебникам общей биологии.

Набор деталей у животной клетки, что у нашей, что у полипа, один и тот же, его изучают в девятом классе: мембрана, ядро, митохондрии, в которых идёт клеточное дыхание, а также рибосомы, эндоплазматическая сеть, комплекс Гольджи и лизосомы. Чего нет, запомнить ещё проще: ни жёсткой стенки, ни хлоропластов, ни огромной вакуоли с клеточным соком, которыми так гордится растительная клетка.

Колониальные простейшие вроде вольвокса в эту схему вписываются не до конца. Каждая их клетка несёт хлоропласт и два жгутика, а снаружи одета студенистой оболочкой. Ботаники считают вольвокс зелёной водорослью, зоологи по традиции разбирают его в разделе «Жгутиконосцы». Для нашей темы это даже удобно: на вольвоксе видно, как одинаковые клетки начинают делить работу.

Совсем иначе устроены колонии настоящих многоклеточных животных. Морской гидроидный полип обелия выглядит как ветвистый кустик, и каждая веточка заканчивается отдельной особью. Каждая такая особь сама по себе многоклеточная: у неё два слоя клеток, эктодерма и энтодерма, щупальца со стрекательными клетками и рот. Объединяет особей общая полость, по которой пища расходится по всей колонии.

1.2 Особенности строения клеток в колонии

Посадите рядом хламидомонаду и вольвокс, и сначала разницы почти не заметишь: те же зелёные клетки с парой жгутиков. Потом бросается в глаза поведение. Одиночная хламидомонада мечется, как ей вздумается. Шар вольвокса, где тысячи таких клеток, плывёт к свету ровно и неторопливо, вращаясь вокруг оси, будто кто-то им рулит. Рулят цитоплазматические мостики: тонкие тяжи между соседними клетками, по которым, судя по опытам, бегут сигналы, и жгутики бьют в такт.

Дальше начинается арифметика, и она очень показательна. В пластинке гониума обычно шестнадцать клеток, все равноправны, любая может отпочковать себе новую колонию. Эудорина собрана из 32 клеток, плеодорина из 64–128, и у плеодорины несколько клеток на переднем полюсе уже не размножаются, только гребут. У вольвокса клеток сотни и тысячи, и потомство там дают считаные крупные клетки, а «гребцы» отдельно от шара погибают, как отрезанный палец.

Ряд гониум — пандорина — эудорина — плеодорина — вольвокс давно стал классическим примером в учебниках. Эти организмы не происходят друг от друга по прямой, это современные родственники. Но они наглядно показывают, как могло идти дело: число клеток растёт, клетки начинают различаться, а колония всё больше похожа на одно существо.

У колониальных кишечнополостных разделение труда заходит ещё дальше, только делятся им уже целые особи. В колонии обелии одни полипы ловят и переваривают добычу, другие отпочковывают медуз для полового размножения. Сифонофоры, например «португальский кораблик» физалия, довели это до предела. Пузырь-поплавок, ловчие щупальца длиной в несколько метров, пищеварительные и половые части — всё это видоизменённые особи одной колонии, хотя на вид перед нами одно животное.

И вот что удивительно: под микроскопом клетки физалии ничем особенным не блещут. Стрекательная клетка у неё та же, что у пресноводной гидры из школьного аквариума, — капсула, свёрнутая внутри ядовитая нить, чувствительный волосок-«курок». Клетки кишечной полости тоже знакомые, они обволакивают кусочки пищи ложноножками, совсем как амёба. Новизна колонии не в деталях клетки, а в распределении обязанностей.

Купальщики на побережьях тёплых морей знают физалию с другой стороны. Ожоги от её щупалец очень болезненны, и на пляжах Австралии и Флориды при её нашествии вывешивают предупреждения. Хватать её руками нельзя даже выброшенную на песок: стрекательные клетки срабатывают ещё долго.

Немецкий зоолог Эрнст Геккель смотрел на шар вольвокса и видел в нём предка всех животных. По его мысли, такой шар когда-то вдавился внутрь, как проколотый мячик, и получилась двуслойная «гастрея», прообраз кишечнополостных. Илья Мечников, работавший тогда в Одессе и Мессине, с ним спорил: внутренний слой, по Мечникову, возник иначе, из клеток, которые заползали внутрь колонии и там переваривали пищу. Эту гипотезу назвали фагоцителлой. Кто прав, спорят до сих пор, но исходная точка у обоих одна и та же — колония.

Где же проходит граница между колонией и организмом? Учебник прямого ответа не даёт, и, по-видимому, его нет. Колония гониума — ещё содружество, вольвокс почти организм, физалия — организм, сложенный из бывших особей. Так что вопрос, с которого начинался реферат, остаётся открытым, и во второй главе мы попробуем подойти к нему через сравнение с клетками «настоящих» многоклеточных.