Евгений Романцев - Закономерные чудеса

Поверхность мембран огромна. Площадь мембран митохондрий, которые содержатся в печени обыкновенной белой лабораторной крысы, составляет солидную величину — 40 квадратных метров! Если выделить все митохондрии из сердца этого неутомимого труженика и рассчитать поверхность их мембран, получим еще более впечатляющую величину — 250 квадратных метров! Ну а если ткань живого организма работает очень интенсивно, какова тогда поверхность мембран? В летательной мышце синей мясной мухи, например? Фантастически велика — 400 квадратных метров!

Нетрудно заметить в этом и определенную общебиологическую закономерность. Чем интенсивнее работа, которую должны совершать клетки, чем больше затраты энергии, тем больше и поверхность мембран. Это, в свою очередь, связано с необходимостью увеличить "площадь" для так называемых "ферментных ансамблей", тесно связанных между собой групп ускорителей химических реакций.

В последнее время возник вопрос о сферических частицах, сидящих на тонких ножках на внутренней поверхности мембран. Известный исследователь энергетических процессов в живой клетке Е. Рэкер и его сотрудники провели серию убедительных экспериментов.

В митохондриях, выделенных из сердца быка, содержится вещество, которое ученые назвали "фактор Ф 1". Это белок с довольно-таки большим молекулярным весом. Если лишить митохондрии сердца быка фактора Ф 1, то образования энергии в них не происходит. В электронный микроскоп в этом случае сферические частицы не видны. Когда к митохондриям вновь добавляют фактор Ф 1процессы образования энергии восстанавливаются. И удивительное дело — на электронных микрофотографиях снова видны крошечные сферические тельца.

Мы совершили нечто вроде путешествия внутрь митохондрий. Чтобы не попасть в положение человека, не увидевшего за деревьями леса, полезно рассмотреть митохондрии в живой клетке. Если эти наблюдения сопровождать специализированной микросъемкой, то можно увидеть интереснейшие вещи. Прокрутив кинофильм, можно заметить, что митохондрии "шевелятся" и перемещаются из одного места клетки в другое. Они способны набухать и сокращаться в объеме.

Изменение внешних условий, добавление химических веществ вызывают сжатие или набухание митохондрии. Они меняют форму и объем и при заболеваниях. Если лабораторных белых крыс заставить поголодать несколько дней, то митохондрии печени этих животных набухают, а число внутренних перегородок уменьшается. Если кормление возобновляется, митохондрии очень скоро приобретают прежний нормальный вид.

Форма митохондрий довольно-таки изменчива. Обычно они имеют вид нитей, у некоторых организмов — гранул. При определенных изменениях внешней среды митохондрии чем-то напоминают дубинку доисторического человека, а иногда очень смахивают на вполне современную теннисную ракетку. Пеструю картину можно наблюдать у рыб через несколько часов после кормления. Обычно нитевидные митохондрии принимают и форму пузырьков, и теннисных ракеток, и дубинок. Через двое суток после приема пищи картина снова меняется: большинство митохондрий опять имеет форму нитей.

Вопрос о происхождении митохондрий оказался довольно-таки сложным. Во всяком случае, тут еще широкое поле деятельности для исследователей. Считается, что за 5-10 дней половина митохондрий в клетках печени обновляется. Если это так, то возникает законный вопрос: откуда берутся новые?

Существует несколько гипотез происхождения этих универсальных генераторов энергии. А когда гипотез много, это свидетельствует, что экспериментальных фактов все еще не хватает и многое еще неясно.

Одна группа ученых допускает возможность их образования из старой, материнской митохондрии. Новые митохондрии возникают в результате деления ранее существовавших.

Другие ученые полагают, что митохондрии возникают всякий раз заново из простейших составных частей клетки. Их мнение основывается на опытах с популярным объектом для биологических исследований — морским ежом. Когда яйца морского ежа подвергали центрифугированию, то получали фракцию, не содержащую митохондрий. Однако через некоторое время в этих фракциях появились митохондрии.

Наконец, третья группа считает, что митохондрии образуются из полупроницаемых оболочек, пронизывающих внутреннее содержимое клетки. И эти представления опираются на экспериментальные факты. Подобную картину можно наблюдать, например, на бактериях. Сравнительно недавно к такому же заключению пришли исследователи, работающие с нервными окончаниями термолокаторов змей — специальных органов, воспринимающих инфракрасные лучи,

В 1890 году в Лейпциге была опубликована книга немецкого исследователя А. Альтмана "Элементарные организмы и их роль в клетке". А. Альтман был цитологом, специалистом по изучению строения и жизни клетки. Рассматривая клетку под обыкновенным световым микроскопом, исследователь пришел к заключению, что митохондрии очень напоминают простейшие микроорганизмы, которые способны к саморазмножению.

Прошло почти восемьдесят лет. Цитологи были теперь вооружены самой современной научной техникой. И вот в 1969 году американский исследователь М. Насса провел опыты, которые произвели сильное впечатление в мире ученых.

М. Насса работал с живыми клетками соединительной ткани лабораторной мыши, фибробластами. Эти клетки обладают одной необычной особенностью: они способны "поедать" чужеродные частицы. Фибробласт как бы обволакивает чужеродную частицу, образует вокруг нее пузырек и постепенно ее переваривает. Когда к фибробластам добавляли митохондрии, убитые нагреванием, клетки так и поступали. Образовывали вокруг мертвых митохондрий пузырек и переваривали их. Но если к клеткам соединительной ткани добавляли живые митохондрии, картина менялась: фибробласты захватывали живые митохондрии, но не переваривали их.

В растительных клетках есть образования, подобные митохондриям, — хлоропласты. Если к клеткам соединительной ткани добавляли хлоропласты, то они чувствовали себя там превосходно. Никаких попыток к их перевариванию не предпринималось, и через пять суток существования в чреве клеток соединительной ткани хлоропласты были по-прежнему жизнеспособны.

Возникает вопрос: насколько независимы от целой клетки митохондрии и хлоропласты? Ведь недаром некоторые исследователи полагают, что современные митохондрии из клеток млекопитающих — это далекие потомки одних из самых древних обитателей нашей планеты — бактерий. А хлоропласты? У них тоже есть столь же древние предки — простейшие водоросли. Такое предположение далеко не случайно. Между митохондриями и бактериями немало общих черт. Химический состав мембран бактерий и внутренних мембран митохондрий весьма близок.