Деннис Тейлор – Биология. В 3-х томах. Т. 3 (страница 62)

Многие зимнеспящие животные запасают энергию в виде липидных капелек, накапливаемых в особой жировой ткани — буром жире. Клетки этой ткани содержат много сферических митохондрий, которые и придают ей характерную темную окраску. Липиды рассеяны по всей цитоплазме в виде капелек, а не в твердом состоянии. Животное расходует эти резервные липиды понемногу на протяжении всего периода спячки, но как только оно просыпается, метаболическая активность клеток жировой ткани резко возрастает. Используя освобождающуюся при этом энергию, животное начинает сильно дрожать и генерирует тепло, которое разносится по организму кровью благодаря учащению сердечного ритма. В первую очередь тепло поступает в сердце, головной мозг и легкие; это достигается благодаря сужению сосудов, идущих к другим частям тела, под воздействием симпатической нервной системы. Постепенно весь организм разогревается и его нормальные метаболические и физиологические функции в конце концов возобновляются.

Некоторые мелкие птицы и млекопитающие, у которых отношение поверхности тела к его объему велико, отличаются крайне интенсивным метаболизмом; поэтому по ночам, когда они не могут потреблять корм, им приходится, для того чтобы избежать гибели, понижать температуру своего тела. Это явление, наблюдаемое у колибри и у мелких насекомоядных летучих мышей, известно под названием оцепенения.

Глава 22. Непрерывность жизни

В начале главы 7 говорилось о создании клеточной теории Шлейденом и Шванном. Рудольф Вирхов расширил эту теорию, провозгласив в 1855 г.: "omnis cellula е cellula" ("каждая клетка из клетки"). Признание непрерывности живого побудило ученых второй половины XIX века заняться исследованием строения клетки и механизмов клеточного деления. Совершенствование гистологических методов и создание микроскопов с более высокой разрешающей способностью позволило выявить важную роль ядра и в особенности заключенных в нем хромосом как структур, обеспечивающих преемственность между последовательными поколениями клеток. В 1879 г. Бовери и Флемминг описали происходящие в ядре события, в результате которых образуются две идентичные клетки, а в 1887 г. Вейсман высказал мысль о том, что при образовании гамет происходит деление иного типа. Эти два типа деления называют соответственно митозом и мейозом. Происходящие при этом процессы почти идентичны, однако они приводят к совершенно разным результатам.

Митоз — это такое деление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом, идентичными наборам родительской клетки. Вслед за ядерным делением обычно сразу же происходит деление цитоплазмы на две равные части, восстановление клеточной (плазматической) мембраны и клеточной стенки (у растений) или одной только клеточной (плазматической) мембраны (у животных) и разделение возникших таким образом двух дочерних клеток. Весь этот процесс и называют клеточным делением. Митотическое деление клеток приводит к увеличению их числа, обеспечивая процессы роста, регенерации и замещения клеток у всех высших животных и растений. У одноклеточных организмов митоз служит механизмом бесполого размножения, ведущего к увеличению их численности.

Мейоз — это процесс деления клеточного ядра с образованием четырех дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Его называют также редукционным делением (от лат. reductio-уменьшение): число хромосом в клетке уменьшается с диплоидного (2n) до гаплоидного (n). Значение мейоза состоит в том, что он обеспечивает сохранение в ряду поколений постоянного числа хромосом у видов с половым размножением. Мейоз происходит только при образовании гамет у животных и при образовании спор у тех растений, которым свойственно чередование поколений (см. разд. 20.2). В результате мейоза получаются гаплоидные ядра, слияние которых при оплодотворении ведет к восстановлению диплоидного числа хромосом.

Хромосомы играют главную роль в процессе клеточного деления, так как они обеспечивают передачу наследственной информации от одного поколения другому (см. разд. 23.2) и участвуют в регуляции клеточного метаболизма. В состав хромосом эукариотических клеток входят ДНК, белки и небольшие количества РНК (см. разд. 5.6). В неделящихся клетках хромосомы представлены чрезвычайно длинными тонкими нитями, распределенными во всем объеме ядра. Отдельные хромосомы неразличимы, но хромосомный материал окрашивается некоторыми основными красителями (см. Приложение 4.2) и поэтому был назван хроматином. В начале клеточного деления хромосомы укорачиваются и окрашиваются более интенсивно, так что становятся видимыми по отдельности. В диспергированном растянутом состоянии хромосомы участвуют в регуляции всех процессов биосинтеза, протекающих в клетке, но во время клеточного деления эта их функция прекращается.

При всех формах клеточного деления ДНК каждой хромосомы реплицируется, так что образуются две идентичные двойные полинуклеотидные цепи ДНК (см. разд. 22.4.2). Эти цепи окружаются белковой "оболочкой" и в начале клеточного деления имеют вид двух идентичных нитей, лежащих бок о бок. Каждая нить носит название хроматиды и соединена со второй нитью неокрашивающимся участком — центромерой (кинетохором).

22.1. Клеточный цикл

Последовательность событий, происходящих между образованием данной клетки и ее делением на дочерние клетки, называют клеточным циклом. Этот цикл состоит из трех главных стадий.

1. Интерфаза. Период интенсивного синтеза и роста. В клетке синтезируется много веществ, необходимых для ее роста и осуществления всех свойственных ей функций. Во время интерфазы происходит репликация ДНК.

Рис. 22.1. Клеточный цикл

2. Митоз (кариокинез). Это процесс деления ядра, при котором хроматиды отделяются одна от другой и перераспределяются в виде хромосом между дочерними клетками.

3. Цитокинез — процесс разделения цитоплазмы между двумя дочерними клетками[7].

Весь цикл показан на рис. 22.1.

Продолжительность клеточного цикла зависит от типа клетки и от внешних факторов, таких как температура, питательные вещества и кислород. Бактериальные клетки могут делиться каждые 20 мин, клетки кишечного эпителия — каждые 8-10 ч, клетки в кончике корня лука — каждые 20 ч, а многие клетки нервной системы не делятся никогда.

Опыт 22.1. Изучение фаз митоза

Обычно хромосомы можно наблюдать только во время деления ядра. Подходящим материалом для этого служит апикальная меристема кончиков корня чеснока (2n = 16), лука (2n = 16) и конских бобов (2n = 12). Этот материал помещают в такие условия, чтобы началось развитие корешков, кончики корешков срезают, фиксируют, окрашивают и мацерируют, после чего хромосомы можно изучать под микроскопом.

Булавки

Пробирка с водой Скальпель

Маленькие пробирки с пробками Пинцет

Две чашки Петри

Водяная баня и пробирки

Предметное стекло

Покровное стекло

Пара тонких иголок

Несколько листков фильтровальной бумаги

Зубчик чеснока

Дистиллированная вода

Уксусная кислота

Одномолярный раствор соляной кислоты

Реактив Фёльгена

1. Проткните зубчик чеcнока булавкой и подвесьте его вверху пробирки с водой так, чтобы основание зубчика находилось в воде. Оставьте на 3-4 дня в покое, так как любое постороннее воз-действие может временно подавить клеточное деление.

2. После образования нескольких корешков длиной 1-2 см отрежьте от них концевые участки длиной 1 см.

3. Поместите отрезанные участки корешков в небольшую пробирку с уксусной кислотой, заткните ее пробкой и оставьте на ночь при комнатной температуре для фиксации.

4. Ухватив корешки пинцетом за верхний конец, перенесите их в чашку Петри с дистиллированной водой и отмывайте в течение нескольких минут для удаления фиксатора.

5. Перенесите кончики корешков в пробирку, содержащую одномолярный раствор соляной кислоты, и выдержите 3 мин при 60°С (для корешков лука, горошка или бобов — 6-10 мин). При этом срединные пластинки, удерживающие клетки вместе, разрушаются, а ДНК хромосом гидролизуется с образованием альдегидных форм дезоксирибозы, способных взаимодействовать с красителем (реактивом Фёльгена).

6. Кислоту вместе с кончиками корешков вылейте в чашку Петри. Перенесите корешки в другую чашку Петри, содержащую дистиллированную воду, и отмойте кислоту. Оставьте на 5 мин.

7. Перенесите корешки в маленькую пробирку с реактивом Фёльгена и заткните ее пробкой. Поставьте в прохладное темное место (лучше в холодильник) минимум на 2 ч.

8. Выньте один кончик и поместите его в капле уксусной кислоты на чистое предметное стекло.

9. Отрежьте концевой участок длиной 1-2 мм и отбросьте остальное.

10. Растреплите кончик корешка с помощью двух тонких иголок и накройте покровным стеклом. Поместите препарат на плоскую поверхность, накройте несколькими листками фильтровальной бумаги и сильно нажмите через нее на покровное стекло подушечкой большого пальца. Не допускайте смещения покровного стекла в стороны.

11. Изучите препарат под микроскопом при малом и большом увеличении и найдите клетки, находящиеся на разных стадиях митоза.

12. Зарисуйте ядра в разных фазах митоза и надпишите рисунки.

22.2. Митоз

События, происходящие в ядре во время митоза, обычно наблюдают на фиксированных и окрашенных клетках (см. Приложение 2.4.2). Такие препараты позволяют увидеть фазы, через которые проходят хромосомы при клеточном делении, но не выявляют их последовательность. Методы фазово — контрастной микроскопии и цейтраферной съемки дали возможность наблюдать, как происходит деление ядра в живой клетке. При быстром прокручивании пленки митоз предстает как непрерывный процесс, включающий четыре стадии. Изменения, происходящие на этих стадиях в животной клетке, показаны на рис. 22.2.