Клеточная мембранна
Каждая клетка – и бактерия, и яйцо страуса (а желток – это одна клетка, очень большая) – окружена внешней оболочкой, называемой цитоплазматической мембраной. Внешняя преграда и аналогичные мембраны внутри клетки состоят из двойного слоя жиров, или липидов (от греч. λίπος – жир).
У первых клеточных биологов не было оборудования, позволявшего разглядеть цитоплазматическую мембрану. И они были убеждены, что все живые клетки ограничены стенками. Они действительно есть у клеток растений и грибов (и бактерий), но это дополнительные внешние структуры, обеспечивающие прочность и защиту. Клетки животных стенок не имеют. Внутреннее пространство любой клетки, крошечная камера, где происходит метаболизм, защищено мембраной. Ее открыли в конце XIX в. Тогда же обнаружили, что она полупроницаемая. Другими словами, она пропускает, например воду, но сопротивляется некоторым другим веществам. В 1925 г. выяснилось, что эта примечательная структура состоит из двойного слоя липидов. Этим термином обозначаются жиры и жироподобные вещества.
Билипидный слой
Молекулы липидов чем-то напоминают медуз. От глицеролового «тела» отходят три цепочки жирных кислот. К глицеролу в составе липидов мембраны прикреплен фосфат, или соль фосфорной кислоты, который делает вещество гидрофильным, то есть способным взаимодействовать с водой. Жирные кислоты гидрофобны: они отталкивают воду и не растворяются в ней. Сочетание этих двух свойств создает вокруг клетки прочный барьер толщиной примерно в семь нанометров. Липиды формируют двойную прослойку между верхним и нижним слоями глицерола. Внутри клетки глицерол смешивается с жидкостью цитоплазмы, снаружи – с прочими жидкостями. Внутреннюю область мембраны формируют жирные кислоты, которые смешиваются друг с другом, но не пропускают внутрь воду.
Мембраны не только ограждают жидкую среду клетки, но и хранят химические вещества, которые нельзя смешивать со всеми прочими. Они содержатся внутри пузырьков, или везикул. Они могут «сливаться» с цитоплазматической мембраной, чтобы освободить содержимое. Жиры переносятся кровью в форме более простых по строению мицелл.
Еще сложнее
Современные биологи описывают клеточную мембрану как избирательно проницаемую. Липидосвязанные белки действуют как поры и обеспечивают доступ к клетке и вовне определенных химических веществ. Разница в размерах между бактериями и другими клетками также обусловлена составом клеточной мембраны. Мембраны эукариотов содержат холестерин: он добавляет им прочности и позволяет формировать более крупные клетки, чем бактериальные. Сегодня мы справедливо считаем холестерин причиной некоторых заболеваний, но без него мы бы никогда не перешагнули в развитии микробов.
Пищевые цепочки
Животные питаются другими живыми существами, чтобы обеспечить энергией свои организмы. Но их точно так же могут съесть. Этот круговорот энергоресурсов очевиден на примере пищевых цепочек.
Каждая экосистема содержит множество пищевых цепочек, и их совокупность формирует крупную пищевую, или трофическую, сеть. Сегодня такой взгляд устоялся. Впервые же его предложил британский зоолог Чарлз Элтон в 1920-х гг. Ученый стал одним из основоположников экологии как науки: он анализировал взаимодействие живых существ со средой. В своей книге «Экология животных» (1927) Элтон использовал термин «пищевой цикл», который экологи позднее заменили на термин «пищевые цепочки».
Основу пищевых цепочек формируют живые существа, самостоятельно преобразующие неорганические вещества в органические. Их называют производителями, или автотрофами. Вне всякого сомнения, самые распространенные автотрофы – это фотосинтетические растения и водоросли, преобразующие углекислый газ и воду в глюкозу при помощи солнечного света. (Некоторые глубоководные автотрофные бактерии получают энергию из химических веществ в камнях и горячих источниках; они называются хемосинтетиками.)
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПИРАМИДА
Экологические пирамиды позволяют анализировать поток энергии внутри пищевых цепочек. На рисунке изображена пятичастная пирамида, характерная для экосистемы степей. На каждом уровне часть энергии теряется, поэтому на следующий ярус ее попадает меньше. В большинстве пищевых цепочек чем выше ярус, тем меньше количество организмов – плотоядных меньше, чем травоядных, но больше, чем высших хищников.
Вверх по цепи
Растениями питаются гетеротрофы, в том числе животные и грибы. Так, следующее звено пищевой цепочки формируют травоядные; их называют первичными потребителями. Они становятся добычей плотоядных животных, или потребителей второго порядка. Тех могут съесть более сильные плотоядные, или потребители третьего порядка. И так далее – до хищников высшего порядка.
Цепочка на этом не обрывается. Деструкторы, или детритофаги, – это организмы, питающиеся мертвыми растениями и останками животных. К ним относятся животные-падальщики, грибы и многие бактерии. Их задача – вернуть питательные вещества в почву или воду, чтобы их могли вновь использовать растения. Таким образом питательные вещества циркулируют внутри пищевой цепи, а энергию, необходимую для их переработки, дает солнечный свет.
На рисунке слева показана часть многоуровневой пищевой цепочки морей. Производители, то есть фитопланктон и водоросли, питают зоопланктон, который потребляется более крупными животными, и так далее – до акул.
Лысенковщина
Лысенковщина – политическая кампания, развернувшаяся в Советском Союзе в конце 1920-х гг. Ее сторонники отвергали устоявшиеся научные концепции, в том числе генетику и естественный отбор.
Вдохновителем лысенковщины был агробиолог Трофим Лысенко. Он заявил, что разработал революционные технологии, способные резко повысить урожайность. В то время ситуация с продовольствием в Советском Союзе была крайне неблагополучной, и советские власти наградили Лысенко ролью спасителя. Агробиолог и главная фигура советской пропаганды осуждал и даже опровергал законы наследования и дарвинизм. До 1960-х гг. лженаучный подход не встречал сопротивления, но затем позицию биолога поставило под сомнение новое поколение советских ученых, придерживавшихся общепринятых научных взглядов.
Трофим Лысенко.
