Клетка и наследственность

Поразительное разнообразие ныне живущих форм растений - отличное пособие для биолога-эволюциониста, пытающегося восстановить картину истории развития зеленого царства. Ведь сегодняшние одноклеточные, колонии водорослей, мхи, папоротники и все другие формы растительной жизни - это отражение определенных этапов эволюции и конкретных путей ее.

Одно из главнейших проявлений жизни - размножение. Каждый живой индивидуум представляет собой слишком хрупкую и, в общем, недолговечную конструкцию. Только воспроизводя себе подобных, живые существа могли завоевать планету.

Первыми представителями жизни на Земле были одноклеточные, населявшие океан.

Одиночные клетки размножались делением. Кажется, простой способ. Однако механизм размножения должен обеспечивать воспроизведение существ, себе подобных. А для этого нужно, чтобы в каждой из дочерних клеток наследственный материал оставался качественно и количественно таким же, как в материнской.

Рис. 6. Организм непрерывно растет и обновляется. Это происходит потому, что непрестанно удваиваются, делятся клетки, его составляющие. Простое деление клетки - митоз

Такое непрямое деление клетки называется митозом. Детали этого сложного процесса описаны в школьном учебнике, а если кто и забыл их, то легко вспомнить, поглядев на рисунок. Здесь важно лишь помнить, что наследственные свойства организма - программа его развития и функционирования - "записаны" в структурах ядра клетки, называемых хромосомами. В ходе подготовки к митотическому делению каждая из хромосом удваивается, создает рядом с собой свою точную копию - "двойника". При делении клетки "двойники" расходятся и включаются в ядра дочерних клеток. Так обеспечивается одинаковое число хромосом и одинаковость наследственного материала в каждой из них. Посредством митоза происходит также деление клеток многоклеточного - животного или растительного - организма при его росте. В результате такого деления каждая дочерняя клетка имеет двойной набор хромосом и является точной копией материнской клетки.

Но вернемся к одноклеточным. Иногда в массе клеток, по-видимому, происходил и противоположный митозу процесс - слияние их. Это могло быть благоприятно для одноклеточных организмов, так как жизненные возможности таких удвоенных слиянием клеток были выше, чем у предшественников. Может быть, именно по этой причине слияние стало случаться все чаще и, наконец, превратилось не только в обычное, но и необходимое явление.

Рис. 7. В половых клетках содержится вдвое меньшее количество хромосом, чем в соматических. Иначе в каждом новом поколении непрестанно и до бесконечности происходило бы удвоение их числа. Поэтому при образовании половых клеток - гамет - идет процесс редукционного, 'уменьшительного' деления - мейоз

Предположение о том, что слияние клеток могло происходить часто и даже постоянно, доказывается лабораторными наблюдениями над культурами одноклеточных организмов и культурами тканей. Здесь - это довольно обычное явление.

Но подобные удвоения породили свои проблемы. Каждая клетка обладает строго определенным числом хромосом, а следовательно, определенным запасом наследственного материала и информации. При одном слиянии количество наследственной информации удваивается и это способствует повышению жизнеспособности клетки. Последующие слияния могут привести к дезорганизации жизни клетки или по крайней мере к значительному изменению ее свойств в каждом новом поколении, что далеко не всегда желательно.

У живых организмов в процессе эволюции выработался механизм, препятствующий бесконечному "удвоению" клетки - редукционное, "уменьшительное" деление, или, иначе, мейоз.

В итоге мейотического деления образуются половые клетки - с половинным по сравнению с материнскими клетками количеством хромосом. Впоследствии отцовские и материнские "половинки" сливаются воедино и дают начало новому организму, в клетках которого будет двойной набор хромосом, как и в клетках каждого из родителей.

Процесс мейоза состоит из двух последовательных делений: первого, собственно редукционного, и второго, происходящего по типу митоза.

Каждой хромосоме соответствует вторая хромосома, парная - гомологичная, сходная по строению и характеру наследственного материала. Перед началом первого, редукционного деления обе хромосомы объединяются в пары. Потом, подобно тому как это происходит при митозе, каждый из двух членов пары расходится к противоположным полюсам клетки. По завершении процесса деления оказывается, что в каждом дочернем ядре остается вдвое меньшее число хромосом, чем было в родительской клетке.

Второе деление следует сразу за первым. Все здесь идет по типу митоза: каждая хромосома в новых клетках строит своего "двойника", после чего они расходятся к разным полюсам. Потом клетка делится. В итоге из начальной клетки образуются четыре, каждая из которых содержит сходный и вдвое меньший, чем в начальной клетке, набор хромосом. Сходный, но не одинаковый по наследственным свойствам.