VicRus
Administrator
Что такое партнерский материал?
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВСЕГО
Элементарная живая система: почему клетка — основа жизни
СМОТРЕТЬ МУЛЬТИК
Евгений Шеваль
доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ
Что отделяет жизнь от нежизни, как образуются новые клетки и почему опухоль — это бунт против многоклеточности
БИОЛОГИЯДНККЛЕТКАРАКФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ БЕЛКИ
Вторая половина ХХ века прошла под знаменем биохимии, молекулярной генетики и молекулярной биологии. Люди научились наблюдать за молекулами в искусственных системах. Сейчас мы можем изучать то же самое в живой клетке, и это кардинально изменило представление о том, как она работает. До сих пор остается много всего неизвестного, и это привлекает исследователей.
В последние годы несколько Нобелевских премий дали за методы, которые в значительной степени способствовали расцвету клеточной биологии: за криоэлектронную микроскопию, за микроскопию с высоким разрешением, за флуоресцентные белки, за индуцированные плюрипотентные клетки. Мы находимся в самом разгаре революции в биологии клетки, и это очень волнительно. Новые Нобелевские премии в этой области еще ждут своих лауреатов.
Как устроена клетка
Представление о том, что клетка — это нечто очень стабильное и структурированное, возникает только на основе человеческого восприятия. Ошибочно сравнивать клетку с машиной или механизмом. Любой механизм обязательно кем-то проектируется, моделируется, разрабатывается, у него всегда есть четко выверенная схема, где все на своих местах. Машина не работает без человека: кто-то должен ее собрать, контролировать ее работу, чинить, если что-то пошло не так. Поэтому в природе системы не формируются по заранее заданному плану, и клетка не исключение. Здесь особой стабильности не нужно, и это скорее вредно. И никакого генерального плана строения тоже быть не может.
Часто говорят, что все прописано в ДНК. Действительно, в геноме указан состав всех белков, которые могут быть синтезированы клеткой. Но на этом все и кончается. Нигде не описано, сколько надо того или иного белка, нигде не записано, в каких клетках будут эти белки синтезироваться, а в каких — нет. Представим, что есть документ, в котором указано, что для постройки дома нужно сто кирпичей, десять окон и две батареи. Достаточно ли этого, чтобы построить дом? Конечно нет. Этого достаточно, чтобы собрать груду мусора, но не более того. Как только речь идет о более-менее сложной системе, появляется очень много дополнительной информации: где должны находиться кирпичи, а где окна, в какой последовательности надо собирать части системы и многое другое. В геноме этого как раз нет. Только кирпичи, а вот как собрать дом — об этом ни слова.
Физики и химики уже давно знакомы с феноменом самоорганизации. При определенных условиях открытые системы — такие, в которые поступает вещество и энергия, — умеют повышать порядок внутри себя. Изолированные системы могут только увеличивать беспорядок (увеличивать энтропию), а поток энергии в открытую систему может локально увеличить внутри нее порядок, уменьшить энтропию. Живая клетка — это открытая система, которая постоянно поглощает энергию Солнца или еще чего-то вкусного, что есть на Земле, и за счет этого уменьшает свою энтропию. Таким образом, принципы, по которым создаются дома, и принципы, по которым создаются живые клетки, совсем разные.
Самоорганизация — процесс упорядочения элементов одного уровня в системе за счет внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия. Гипотеза об упорядочении в системе за счет ее внутренней динамики высказывалась философом Р. Декартом в пятой части «Рассуждения о методе».
На любом уровне жизни мы сталкиваемся с самоорганизацией. Классический пример самоорганизации в живой природе — это почвенные амебы Dictyostelium discoideum. Они существуют как свободноживущие амебы, но в какой-то момент начинают сползаться и образовывать плодовое тело, поэтому раньше их даже считали родственниками грибов. Этот процесс очень организован: волны маленьких амеб ползут и сливаются друг с другом. А начинается сползание с того, что отдельные амебы начинают вырабатывать и выделять в окружающее пространство специальные сигнальные молекулы.
ПОДЕЛИТЬСЯ
Dictyostelium discoideum — клеточный слизевик, относящийся к типу MycetozoaИзображение: © wikipedia.org
На самом деле принципы самоорганизации реализуются и в обществе. Кажется, что все прописано в конституции, но все не предусмотришь. Чем больше в обществе самоорганизации, тем оно стабильнее. Почему в современном мире демократические общества существуют дольше, чем авторитарные? Как только кто-то пытается создать жесткую структуру, это дает сбой при малейших изменениях условий. Создать можно только что-то простое, а простое неустойчиво и не умеет изменяться. Самоорганизация позволяет системе реагировать на внешние воздействия гибко.
Как появилась многоклеточность
Даже одноклеточные организмы научились довольно эффективно общаться. У бактерий есть чувство кворума, когда они вместе понимают, что им хорошо. Общение происходит за счет выделения в окружающую среду определенных химических соединений. Сейчас довольно модная тема исследований — биопленки — скопления бактерий, вместе проявляющих свойства, которых нет у одиночных клеток. Часто на такие биопленки не действуют антибиотики, которые легко убивают те же бактерии в культуре. Это, по-видимому, происходит потому, что в биопленках клетки находятся в другом состоянии. В какой-то степени это можно считать подготовкой к многоклеточности.
Чтобы появился многоклеточный организм, клетки должны взаимодействовать постоянно. Значит, нужно создавать межклеточное вещество. Одного гена многоклеточности, конечно же, нет, но существует целый набор генов, которые при совместной работе создают новые качества.
Следующий этап — это дифференцировка. Одни клетки защищают организм от проникновения вредных веществ из окружающего пространства, другие переносят кислород внутри организма, третьи перемещают сам организм. В человеческом теле сотни разных типов клеток, и их продолжают открывать. Но поразительно, что гены в этих клетках одинаковы, различается только их работа.
...
...
КРАТКАЯ ИСТОРИЯ ВСЕГО
Элементарная живая система: почему клетка — основа жизни
СМОТРЕТЬ МУЛЬТИК
Евгений Шеваль
доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ
Что отделяет жизнь от нежизни, как образуются новые клетки и почему опухоль — это бунт против многоклеточности
БИОЛОГИЯДНККЛЕТКАРАКФЛУОРЕСЦЕНТНЫЕ БЕЛКИ
Вторая половина ХХ века прошла под знаменем биохимии, молекулярной генетики и молекулярной биологии. Люди научились наблюдать за молекулами в искусственных системах. Сейчас мы можем изучать то же самое в живой клетке, и это кардинально изменило представление о том, как она работает. До сих пор остается много всего неизвестного, и это привлекает исследователей.
В последние годы несколько Нобелевских премий дали за методы, которые в значительной степени способствовали расцвету клеточной биологии: за криоэлектронную микроскопию, за микроскопию с высоким разрешением, за флуоресцентные белки, за индуцированные плюрипотентные клетки. Мы находимся в самом разгаре революции в биологии клетки, и это очень волнительно. Новые Нобелевские премии в этой области еще ждут своих лауреатов.
Как устроена клетка
Представление о том, что клетка — это нечто очень стабильное и структурированное, возникает только на основе человеческого восприятия. Ошибочно сравнивать клетку с машиной или механизмом. Любой механизм обязательно кем-то проектируется, моделируется, разрабатывается, у него всегда есть четко выверенная схема, где все на своих местах. Машина не работает без человека: кто-то должен ее собрать, контролировать ее работу, чинить, если что-то пошло не так. Поэтому в природе системы не формируются по заранее заданному плану, и клетка не исключение. Здесь особой стабильности не нужно, и это скорее вредно. И никакого генерального плана строения тоже быть не может.
Часто говорят, что все прописано в ДНК. Действительно, в геноме указан состав всех белков, которые могут быть синтезированы клеткой. Но на этом все и кончается. Нигде не описано, сколько надо того или иного белка, нигде не записано, в каких клетках будут эти белки синтезироваться, а в каких — нет. Представим, что есть документ, в котором указано, что для постройки дома нужно сто кирпичей, десять окон и две батареи. Достаточно ли этого, чтобы построить дом? Конечно нет. Этого достаточно, чтобы собрать груду мусора, но не более того. Как только речь идет о более-менее сложной системе, появляется очень много дополнительной информации: где должны находиться кирпичи, а где окна, в какой последовательности надо собирать части системы и многое другое. В геноме этого как раз нет. Только кирпичи, а вот как собрать дом — об этом ни слова.
Физики и химики уже давно знакомы с феноменом самоорганизации. При определенных условиях открытые системы — такие, в которые поступает вещество и энергия, — умеют повышать порядок внутри себя. Изолированные системы могут только увеличивать беспорядок (увеличивать энтропию), а поток энергии в открытую систему может локально увеличить внутри нее порядок, уменьшить энтропию. Живая клетка — это открытая система, которая постоянно поглощает энергию Солнца или еще чего-то вкусного, что есть на Земле, и за счет этого уменьшает свою энтропию. Таким образом, принципы, по которым создаются дома, и принципы, по которым создаются живые клетки, совсем разные.
Самоорганизация — процесс упорядочения элементов одного уровня в системе за счет внутренних факторов, без внешнего специфического воздействия. Гипотеза об упорядочении в системе за счет ее внутренней динамики высказывалась философом Р. Декартом в пятой части «Рассуждения о методе».
На любом уровне жизни мы сталкиваемся с самоорганизацией. Классический пример самоорганизации в живой природе — это почвенные амебы Dictyostelium discoideum. Они существуют как свободноживущие амебы, но в какой-то момент начинают сползаться и образовывать плодовое тело, поэтому раньше их даже считали родственниками грибов. Этот процесс очень организован: волны маленьких амеб ползут и сливаются друг с другом. А начинается сползание с того, что отдельные амебы начинают вырабатывать и выделять в окружающее пространство специальные сигнальные молекулы.
ПОДЕЛИТЬСЯ
Dictyostelium discoideum — клеточный слизевик, относящийся к типу MycetozoaИзображение: © wikipedia.org
На самом деле принципы самоорганизации реализуются и в обществе. Кажется, что все прописано в конституции, но все не предусмотришь. Чем больше в обществе самоорганизации, тем оно стабильнее. Почему в современном мире демократические общества существуют дольше, чем авторитарные? Как только кто-то пытается создать жесткую структуру, это дает сбой при малейших изменениях условий. Создать можно только что-то простое, а простое неустойчиво и не умеет изменяться. Самоорганизация позволяет системе реагировать на внешние воздействия гибко.
Как появилась многоклеточность
Даже одноклеточные организмы научились довольно эффективно общаться. У бактерий есть чувство кворума, когда они вместе понимают, что им хорошо. Общение происходит за счет выделения в окружающую среду определенных химических соединений. Сейчас довольно модная тема исследований — биопленки — скопления бактерий, вместе проявляющих свойства, которых нет у одиночных клеток. Часто на такие биопленки не действуют антибиотики, которые легко убивают те же бактерии в культуре. Это, по-видимому, происходит потому, что в биопленках клетки находятся в другом состоянии. В какой-то степени это можно считать подготовкой к многоклеточности.
Чтобы появился многоклеточный организм, клетки должны взаимодействовать постоянно. Значит, нужно создавать межклеточное вещество. Одного гена многоклеточности, конечно же, нет, но существует целый набор генов, которые при совместной работе создают новые качества.
Следующий этап — это дифференцировка. Одни клетки защищают организм от проникновения вредных веществ из окружающего пространства, другие переносят кислород внутри организма, третьи перемещают сам организм. В человеческом теле сотни разных типов клеток, и их продолжают открывать. Но поразительно, что гены в этих клетках одинаковы, различается только их работа.
...
...
