Протисты – эукариотические организмы. Их клетки крупнее, чем у бактерий, и содержат сложные структуры, в том числе ядро. Растения, животные и грибы – многоклеточные эукариоты. А тело протистов состоит всего из одной клетки – или иногда из колонии клеток – и это невероятно разнообразные организмы, такие как простейшие, водоросли и амебы. Одни протисты передвигаются с помощью одного или двух жгутиков, а другие используют реснички – похожие на волоски отростки, – которые при движении создают потоки вокруг клетки. Третьи же передвигаются путем деформации клетки. Существуют протисты, больше похожие на животных тем, что потребляют пищу, тогда как другие, подобно растениям, получают энергию от фотосинтеза. Дрожжи, хотя и являются одноклеточными, относятся к грибам.
Круговорот азота
Для производства белков и ДНК всем растениям и животным нужен азот. Большинство организмов не могут получить азот из воздуха в чистом виде и поэтому полагаются на цикл обмена азота, который обеспечивает живые организмы пригодной для потребления формой.
Азот важен для всего живого, и от него зависит пищевая цепочка. Проблема в том, что хотя этот элемент присутствует в природе в изобилии, его газообразная форма очень инертна, поэтому он не может быть использован напрямую. Животные получают необходимое, когда едят растения, поглощающие азот в виде нитратов (NO3) и других соединений из почвы. Но как эти вещества вообще попадают туда? Большой прорыв в понимании названных процессов сделал голландский микробиолог Мартин Бейеринк в 1885 г., выделив азотфиксирующие бактерии. Эти прокариоты, живущие в почве, берут газообразный азот из воздуха и преобразуют так, чтобы им могли пользоваться растения. Растения впитывают азот через корни и с его помощью производят аминокислоты, строительный материал для белков, и сырье для многих других важных соединений, таких как хлорофилл. Животные, которые едят растения, получают из пищи соединения азота вместе с другими питательными веществами. Кроме того, нитраты получаются при ударе молнии. Сильный разряд запускает в воздухе реакцию азота с кислородом, и возникают оксиды азота. Они растворяются в дождевой воде и формируют нитраты, которые попадают в почву.
БОБОВЫЕ
На корнях бобовых (это многочисленное семейство, включающее почти 25 тыс. видов, также называют мотыльковыми) расположены узелки, заполненные азотфиксирующими клубеньковыми бактериями. В обмен на место для жизни эти полезные микробы обеспечивают растение постоянным запасом азотистых соединений. Фермеры сажают бобовые, такие как клевер, чтобы снабдить почву поля дополнительным запасом азота перед следующим урожаем.
Система переработки
Испражнения и моча животных содержат азотистые питательные вещества. Их расщепляют деструкторы, в частности грибы и бактерии, и азот возвращается в почву в виде аммиака (NH3). Кроме того, деструкторы, в число которых входит множество беспозвоночных животных, перерабатывают умершие растения и животных, опять же возвращая азотистые соединения в почву. Там уже другие бактерии превращают их в полезные нитраты. Уровень азота в воздухе не меняется, так как денитрифицирующие бактерии преобразуют нитраты обратно в газообразный азот, который возвращается в атмосферу.
Азот постоянно циркулирует в биосфере, так как живые существа производят с его помощью важные соединения.
Хромосомы
Хромосомы – это нитеобразные структуры в ядре клетки. Они состоят из нитей ДНК, плотно свернутых вокруг белков гистонов. Хромосомы несут генетический код.
В середине 1880-х гг. в серии опытов с круглыми червями немецкий ученый Теодор Бовери показал, что хромосомы распространяют данные о наследственности, передавая генетическую информацию из поколения в поколение. Молекула ДНК – это очень длинное и тонкое химическое образование. Каждая человеческая клетка, например, содержит около 2 метров ДНК, и это средняя длина. Все ДНК аккуратно свернуты вокруг гистонов – так формируются хромосомы, защитные структуры для хранения ДНК. Слово «хромосома» происходит от более раннего термина «хроматин», которым обозначался подкрашенный участок, заметный в ядре клетки. Позже выяснилось, что оттенок ему придают хромосомы, которые на этом этапе пребывают в развернутой форме. При делении клетки хромосома компактно и туго сворачивается, что Бовери и другие и увидели в микроскоп.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛА
Пол человека определяется двумя половыми хромосомами. У женщин эти хромосомы одинаковые (XX), а у мужчин разные (XY). Похожим образом устроено большинство животных. Однако пол крокодилов и черепах определяется температурой. Яйца, оказавшиеся в более жарких или прохладных участках крокодильего гнезда, – женские; мужские развиваются при средних температурах.
Организмы, которые размножаются половым способом, содержат диплоидные клетки. То есть в ядре большинства клеток существует два комплекта хромосом. Только гаметы, или половые клетки, имеют лишь один набор и называются гаплоидными. Один комплект хромосом передается от женской клетки, и один – от мужской. Человеческие диплоидные клетки содержат 46 хромсом в 23 парах, у обычных плодовых мушек восемь хромосом (четыре пары), у домашних кошек – 38 (19 пар), а у садовых улиток – 54 (27 пар). ДНК в каждой хромосоме разделена на множество секций – генов, – в которых содержится код конкретных характерных признаков организма.
Органеллы
Клетки растений и животных содержат внутри более мелкие образования, которые называют органеллами. Они окружены цитоплазмой и выполняют разнообразные метаболические функции.
Все формы жизни можно разделить на эукариотов – организмов, в клетках которых имеется ядро, – и прокариотов, клетки которых не имеют ядра. Животные и растения, а также амебы и аналогичные одноклеточные организмы – это эукариоты. Кроме ядра их клетки содержат и другие покрытые мембраной образования – органеллы. У прокариотов таких четко ограниченных структур нет. Ядро содержит почти весь генетический материал клетки, организованный в виде молекул ДНК, сплетенных в хромосомы. Главная их функция – защитить ДНК от ферментов и прочих активных химических веществ в клетке. Похожим образом органеллы создают микросреду, отделенную от содержимого клетки, и обеспечивают условия для конкретных процессов.
Митохондрии
Митохондрии – еще один тип органелл, открытый в 1890 г. немецким анатомом Рихардом Альтманом (ученый назвал их «биобластами»). Они отвечают за клеточное дыхание – процесс, при котором глюкоза окисляется и, высвобождая энергию, преобразуется в углекислый газ и воду. Эти сложные реакции в основном происходят на складках мембраны внутри митохондрии. Энергия хранится в форме аденозинтрифосфата (АТФ) и используется для любой энергоемкой деятельности клетки. Наиболее активные клетки содержат десятки митохондрий, а мышечное волокно, требующее много энергии, – несколько тысяч. Митохондрия несет некоторое количество собственных ДНК. Митохондриальная ДНК (мтДНК) в сперме не передается яйцеклетке при оплодотворении, и все особи всегда наследуют мтДНК от матери.
