Александр Харс - Я познаю мир. Биология

image l:href="#image186.png"

Сальмонеллы при небольшом увеличении

Несмотря на свои микроскопические размеры, жгутики имеют достаточно сложное строение. Характерной особенностью их внешнего вида является «крючок», изгиб жгутика недалеко от места его прикрепления.

Самая важная часть жгутика – его основание. Оно находится в толще клеточной мембраны сальмонеллы, которая, как и все мембраны, состоит из наружного и внутреннего слоев.

У основания жгутика, извлеченного из мембраны, удается рассмотреть два надетых на него кольца. Когда жгутик находится на своем законном месте, одно из колец погружено в толщу внутреннего слоя мембраны, второе располагается снаружи от него. Чуть дальше на жгутик надета втулка. Ей полагается быть вмонтированной в наружный слой мембраны.

image l:href="#image187.png"

Строение жгутика: 1 – микротрубочки; 2 – «спица»; 3 – продольные тяжи.

Мотор, приводящий жгутик в движение, находится во внутреннем слое. Два кольца, находящиеся у основания жгутика, – это ротор, то есть вращающаяся деталь двигателя. Что заставляет ротор вращаться, выяснить пока не удалось.

Благодаря изгибу жгутика, его кончик совершает широкое вращательное движение. Он может двигаться по часовой стрелке или в обратном направлении, приостанавливать вращение и вновь возобновлять работу. Скорость его вращения не велика – 15 оборотов в минуту, но вполне достаточная, чтобы вызвать поступательное движение бактерии.

Выходит, колесо изобрела природа, опередив человечество не меньше чем на миллиард лет!

image l:href="#image188.png"

О существовании тяжелой воды ученые узнали сравнительно недавно. Около 100 лет назад американский ученый Юри обнаружил, что, кроме обычного водорода, существует еще значительно более тяжелый водород, атомы которого в два раза тяжелее нормальных. Это так поразило ученых, что новому водороду присвоили название дейтерия, словно это был не водород, а совсем другое вещество.

Как известно, молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Когда в ее состав входят атомы тяжелого водорода, образуется тяжелая вода. Позже выяснилось, что существует еще более тяжелый водород, названный тритием, и два вида тяжелого кислорода. Из разных комбинаций атомов этих веществ и строятся молекулы воды. Поэтому любая вода представляет собой смесь 18 различных соединений, 17 из которых являются разновидностями тяжелой воды.

В нормальной воде примесь тяжелой ничтожно мала. Молекул с самым тяжелым кислородом встречается 1000 на миллион, а с дейтерием – 200 на миллион обычных молекул. Выделять тяжелую воду в чистом виде научились только перед Второй мировой войной.

Что же представляет собой тяжелая вода? Лучше всего изучена вода, содержащая дейтерий. По цвету, запаху, вкусу она ничем не отличается от обычной воды, но совершенно непригодна для живых, организмов. Вот как неожиданно воскресли народные сказки о живой и мертвой воде. Тяжелая вода в самом прямом смысле этого слова оказалась мертвой. Она неспособна поддерживать жизнь.

Семена растений, помещенные в тяжелую воду, не прорастают. Рыбы, одноклеточные животные и даже бактерии в тяжелой воде быстро погибали. Мыши и крысы, которых поили тяжелой водой, жили недолго. Если им давали разбавленную тяжелую воду, они оставались живы, но испытывали страшную жажду. Тяжелая вода всюду сеяла смерть. Возникла даже теория, объясняющая старение организмов накоплением тяжелой воды, но убедительных доказательств такого предположения пока никто не представил.

А не вредна ли для нас примесь тяжелой воды, которая всегда содержится в нормальной? Видимо, нет. В очень небольших количествах она, скорее всего, даже полезна, так как усиливает жизненно важные процессы, зато в больших – замедляет их. Тяжелая вода'тсама по себе не является ядом. Гибельным, видимо, оказывается сильное замедление жизненно важных процессов, наступающее при замене обычной воды на тяжелую.

Как вы думаете, пьют ли рыбы? Я уже вижу вашу улыбку. Ведь стоит рыбе открыть рот, и он полон воды. А вместе с пищей неизбежно, хочет того рыба или нет, известное количество воды попадает в желудок. Достаточно ли ее? Испытывают ли рыбы жажду? На эти вопросы ответит этот рассказ.

Современные рыбы освоили практически все природные водоемы Земли. Однако каждый вид рыб способен жить только в привычных для себя условиях. Переходить из пресной воды в соленую и обратно без существенного вреда для здоровья могут очень немногие. Виртуозами в этой области можно считать угрей. Детство они проводят в соленой воде, затем переходят в пресную, а в конце жизни, когда наступает пора размножения, снова выходят в море.

Однако если обычная пресноводная или морская рыба попытается сменить среду обитания, она очень быстро погибнет. Что же мешает рыбам свободно переходить из пресной воды в соленую и обратно? Кожные покровы, покровы полости рта, жабр и других частей тела, а так же оболочки отдельных клеток всех органов и тканей рыб проницаемы для воды. Она свободно сквозь них просачивается, а для солей и большинства других веществ эти оболочки непроницаемы.

image l:href="#image189.png"

Речной угорь и его личинка

Куда же будет просачиваться вода: из водоема в тело рыбы или из рыбы в водоем? Процессом диффузии управляет осмотическое давление растворов, которое создается растворенными в ней веществами. Чем их больше растворено в воде, тем выше осмотическое давление такого раствора и тем сильнее раствор всасывает в себя воду.

В пресной воде осмотическое давление практически равно нулю, а в крови и в тканевых жидкостях рыб много солей и белковых веществ. Они создают осмотическое давление, равное 6–10 атмосферам. С такой силой организм пресноводных рыб всасывает воду из водоема. Если бы у них не существовало приспособлений для быстрого выведения из организма излишков воды, они бы разбухли и просто лопнули. Таким образом, у пресноводных рыб никогда не возникает потребность пить воду. Им главное – избавиться от ее излишков.

Другое дело – морские рыбы. В морской воде солей гораздо больше, чем в тканях рыб. Осмотическое давление морской воды равно 32 атмосферам, тогда как в организме морских рыб оно достигает всего 10–15 атмосфер. Поэтому ненасытный океан с жадностью высасывает воду из их тел. Возникает на первый взгляд парадоксальное явление: морская вода «подсушивает» плавающих в ней рыб. Неудивительно, что они постоянно испытывают жажду.

Не всем морским рыбам приходится пить воду. Самые древние из них, акулы и скаты, иначе приспособились к жизни в соленой воде. Они научились сохранять в крови довольно вредное вещество – мочевину, от которой все другие животные спешат как можно быстрее избавиться. Для этого им пришлось одеть жабры в специальную оболочку, непроницаемую для мочевины. В результате осмотическое давление крови акул и скатов значительно выше, чем морской воды. Их тела, как и у пресноводных рыб, сосут воду из океана, поэтому акулы и скаты озабочены только тем, как от нее избавиться.