Было бы разумно полагать, что если бы мы поняли, как клетка делится на две клетки, сохраняя все свои особенности, то это могло бы стать отправной точкой для изучения того, как эти особенности передаются у более крупных организмов, существ, например у людей.
Простейшие состоят из одной-единственной клетки. Животные большие, чем простейшие, состоят из множества клеток, тесно прилегающих друг к другу. Так как каждая из этих клеток имеет приблизительно тот же размер, что и клетка protozoa, то для того, чтобы образовать крупное животное, их требуется достаточно много. Человек, например, состоит из триллионов и триллионов микроскопических клеток. Каждая человеческая клетка состоит из протоплазмы; каждая окружена клеточной мембраной. Животные, состоящие из множества клеток, называются metazoa. Человек тоже принадлежит к metazoa.
Единственная клетка protozoa — своего рода мастер на все руки. Она может сделать все понемногу. В metazoa клетки имеют разную специализацию. В человеке, например, есть длинные тонкие клетки, составляющие мускульную ткань, которые становятся короткими и толстыми, когда мускул напрягается. Есть нервные клетки с неровным контуром, которые передают сообщения от одной части тела к другой. Есть клетки кожи, которые служат упругой защитой для остальных частей тела.
Некоторые из этих различных клеток, например, те, которые составляют мозг и нервы, стали настолько специализированными, что потеряли способность делиться. Другие виды клеток, однако, продолжают делиться в течение жизни или, по крайней мере, могут делиться всякий раз, когда это становится необходимым. Например, внешние клетки кожи постепенно изнашиваются на протяжении жизни. По этой причине клетки более глубоких слоев кожи непрерывно растут и делятся, чтобы заменить утерянные клетки.
Процесс деления человеческих клеток является почти таким же, как и процесс деления клеток protozoa. Человеческие клетки сохраняют свои характеристики после деления так же, каю и клетки protozoa. Фактически, процесс деления приблизительно одинаков во всех клетках. Чтобы исследовать этот процесс, давайте поближе обратимся к клетке.
Вначале все клетки, которые растут и делятся, состоят из двух частей. Где-то в пределах клетки, часто около ее центра, имеется маленькое пятно протоплазмы, отделенное от остальной части клетки мембраной еще более тонкой и нежной, чем внешняя мембрана клетки. Эту внутреннюю часть клетки называют ядром. Протоплазма, окружающая ядро, называется цитоплазмой.
Из этих двух частей клетки ядро является наиболее важным. Предположим, что амеба разделена надвое микроскопическим острием иглы таким способом, что одна половина содержит целое ядро, в то время как другая половина не содержит ядра. Половина с ядром сможет восстановить отсутствующую часть и будет после этого продолжать жить обычной жизнью, растя и делясь. Половина без ядра живет лишь в течение короткого времени, но после этого высыхает и умирает. Она не растет и никогда не делится.
Итак, теперь давайте остановимся поподробнее на самом ядре. Если мы сделаем очень тонкие срезы тканей некоторых органов и разместим их под микроскопом, то сможем увидеть отдельные клетки и даже, возможно, клеточные ядра в пределах клеток. Если мы ограничимся только рассматриванием, то ничего особенного мы в ядре не увидим. Но мы не будем этим ограничиваться.
Ядро, как и клетка в целом, составлено из большого числа различных веществ. Некоторые химические вещества при добавлении в воду, в которую помещена пластина с тканью, могут проникнуть в клетки и соединиться с некоторыми, но не со всеми веществами, которые там находятся. Полученные химические соединения иногда окрашены в тот или иной цвет. Добавляя необходимое химическое вещество в клеточную ткань, мы окрашиваем некоторые части клетки и оставляем нетронутыми другие ее части. Когда, например, препарат под названием реактив Feulgen добавляется в клетку, рассеянные части ядра приобретают ярко-красную окраску (окраска по Фельгену). Эти части называют хроматином (от греческого слова, означающего «цвет»). Если препарат добавляется в клетки на различных стадиях деления, поведение хроматина может стать видимым для нас, и именно его поведение и является ключом к интересующей нас ситуации.
Как делятся клетки
В самом начале процесса деления клетки хроматин ядра начинает собираться в маленькие нитевидные формы. Эти нити хроматина называют хромосомами. Число хромосом разное в клетках различных видов животных. У мухи, например, только восемь хромосом в ее клетках, а у лангуста — более ста. Все клетки любого животного одного вида (об исключениях мы будем говорить в следующей главе) имеют то же самое число хромосом. В человеческих клетках, например, хроматин во время процесса деления клетки собирается ровно в 48 хромосом.
Поскольку хроматин в течение деления клетки собирается в небольшие нитевидные формы, процесс деления клетки называется митозом, от греческого слова «нить».
После того как сформировались хромосомы, ядерная мембрана исчезает, и вещества из ядра смешиваются с цитоплазмой. Хромосомы тем временем вытягиваются поперек клетки посередине.
Это — решающий момент. Его называют метафазой. Хромосомы остаются в середине клетки, и через некоторое время каждая хромосома внезапно дублируется хромосомой-компаньоном, выстраивающейся в линию рядом с первоначальной хромосомой. В делящейся клетке человека число хромосом, таким образом, увеличивается с 48 до 96 в метафазе.
После метафазы все происходит довольно-таки быстро. Сначала хромосомы отделяются друг от друга. Один набор в 48 хромосом (в человеческих клетках) перемещается в один конец клетки. Другой набор в 48 хромосом — в другой конец клетки.
Хромосомы в каждом конце клетки затем охватываются новыми ядерными мембранами. В течение короткого времени клетка обладает сразу двумя ядрами. В пределах каждого ядра хромосомы начинают развертываться и теряют свою нитевидную форму. Но они не распадаются и не растворяются. Это можно сравнить с тем, как если бы сильно натянутая струна, после того как ее отпустили, вдруг ослабла и стала бы длинной и закручивающейся. Именно так хромосомы развертываются в хроматин и пребывают в ожидании следующего разделения клетки, когда они еще раз формируют хромосомы.
После того как эти два ядра сформировались в противоположных концах клетки, клетка начинает в середине суживаться. Середина становится все более и более узкой, пока клетки не обособятся. У protozoa две получившиеся клетки отсоединяются друг от друга и становятся двумя отдельными индивидуумами. У metazoa две дочерние клетки остаются на месте. Новая клеточная мембрана, однако, теперь отделяет две части того, что когда-то было одной клеткой.
Теперь вернемся к метафазе. Одна необычная вещь, которая может нас заинтересовать в процессе митоза, — удвоение хромосом. Все остальное — просто вопрос деления вещества клетки на две равные части и отделение их друг от друга мембраной.
Вы можете спросить: «Не происходит ли то же самое и с хромосомами? Не делится ли каждая хромосома просто по ее длине, становясь двумя хромосомами?»
Чтобы ответить на этот вопрос, нам недостаточно заниматься рассмотрением только самой клетки или даже ядра. Мы должны обратить наше внимание на саму хромосому.
