Николай Курчанов - Поведение: эволюционный подход

Современная цитология (наука о клетке), которая стала одной из самых синтетических наук, неразрывно связана со всеми биологическими дисциплинами. Именно проникновение на уровень клетки позволило понять многие фундаментальные закономерности, сделав биологию «настоящей» наукой, а не «коллекционированием марок». На клеточном уровне представлены и основные механизмы поведения, скрыты главные тайны мозга и психики.

Клеточная форма организации свойственна всем живым организмам. Если не касаться вопроса о приложимости понятия «живое» к вирусам (тем более что ответ, пожалуй, следует дать отрицательный), то клетку нужно признать атрибутом жизни.

В эволюционной систематике общепризнана версия независимого происхождения трех ветвей жизни: архей, бактерий и эукариот. Первые две ветви характеризуются прокариотным типом организации клеток. Есть версия, что существовала еще одна ветвь прокариот – хроноциты, которая не оставила прямых потомков (Hartman H., Fedorov A., 2002).

Принципиальными отличиями обладают эукариоты. Для эукариотических клеток характерны хромосомная организация генетического материала и разделение на обособленные участки – компартменты.К эукариотам относится подавляющее большинство организмов, живущих на Земле.

Происхождение эукариот загадочно. В настоящее время все большую популярность приобретает версия многократных симбиозов архей, бактерий и, возможно, хроноцитов в ходе эволюции (Мосевицкий М. И., 2008).

Внутри эукариот природа создала разные варианты организации клеток. У некоторых одноклеточных организмов клетка достигла исключительно высокого уровня сложности, со структурами, аналогичными органам многоклеточных. Свои особенности имеют клетки грибов и растений. Не касаясь вопроса о типах организации клеток, мы рассмотрим только клетки животных, обладающих нервной системой.

Клетки животных демонстрируют удивительное морфологическое разнообразие, что обусловлено разнообразием их функций. Процессы клеточной дифференцировки в ходе онтогенеза многоклеточного организма приводят к формированию разных тканей.

Тканьюназывается совокупность клеток и межклеточного вещества, обладающих общими морфофункциональными признаками. В гистологии (науке о тканях) обычно выделяют четыре основных типа тканей: эпителиальная, мышечная, соединительная и нервная.

Нервные и мышечные клетки, которые в дальнейшем мы рассмотрим более подробно, являются часто приводимыми примерами уникальной морфологии. Вместе с тем, клетки животных характеризуются не менее удивительной общностью структурной организации. Эту структурную организацию необходимо представлять, если мы хотим знать закономерности работы нервной системы, управляющей поведением, проникнуть в тайны мозга и психики.

Любая эукариотическая клетка включает в себя три взаимосвязанных отдела: плазматическую мембрану, цитоплазму, ядро.

Плазматическая мембрана( плазмалемма) окружает клетку, отделяя ее содержимое от внешней среды. Внутри клетки мембраны окружают органоиды цитоплазмы, которые можно рассматривать отдельными компартментами со специфической биохимической средой. Мембраны играют ключевую роль в межклеточных взаимодействиях, в проведении сигналов, особенно нервного импульса. В связи с особой важностью мембран, в биологии клетки даже выделился особый раздел – мембранология.

Все мембраны построены по единой схеме, хотя могут различаться деталями строения и биохимическими особенностями. К 1972 г. С. Зингером и Г. Никольсоном была разработана жидкостно-мозаичная модель, которая удачно объясняла и динамичность, и устойчивость мембраны (Singer S., Nicolson G., 1972). Эту модель признают в настоящее время большинство цитологов. Согласно жидкостно-мозаичной модели, основу плазматической мембраны составляет двойной слой молекул липидов, в который особым образом встроены молекулы различных белков.

Все липиды представляют собой сложные эфиры жирных кислот и различных спиртов. В составе мембран обнаружены липиды трех классов: фосфолипиды, гликолипиды и стероиды. В мембранах животных клеток большую часть всех липидов составляют фосфолипиды – глицерофосфолипиды (спирт – глицерин ) и сфингофосфолипиды (спирт – сфингозин ). Гликолипиды представлены цереброзидами, сульфатидами и ганглиозидами , а стероиды – в основном холестерином . Из жирных кислот в мембранах животных клеток преобладают пальмитиновая, олеиновая и стеариновая кислоты . Основную структурную роль в биологических мембранах играют фосфолипиды. У них можно выделить гидрофобные «хвостики» из остатков жирных кислот и гидрофильные «головки» из остатка фосфорной кислоты и присоединенной к нему полярной группы. Они обладают выраженной способностью формировать двухслойные структуры. В водной среде фосфолипиды расположены таким образом, что «хвосты» обращены внутрь бислоя, а гидрофильные «головки» – наружу. Образующие бислой липиды могут перемещаться в различных направлениях, придавая динамичность структуре мембран. Холестерин придает мембранам определенную жесткость за счет увеличения плотности «упаковки» молекул фосфолипидов. В различных клетках дополнительные липиды характеризуются большим разнообразием.

Не меньшим разнообразием характеризуются и входящие в мембрану белки. Именно специфические белки определяют наиболее важные характеристики мембран. Периферические белки не проникают внутрь бислоя, а соединены с ним за счет электростатического взаимодействия. Интегральные белки погружены в бислой или проходят его насквозь. Молекулы белков, как и молекулы липидов, находятся в динамическом состоянии, проявляя разнонаправленную подвижность.

На поверхности мембран выделяют особую структуру – гликокаликс.Она образована углеводами, которые находятся в соединении с белками. Углеводные цепи гликокаликса представляют собой ветвистые полимеры, в состав которых входят глюкоза, галактоза, нейраминовая кислота, фукоза, манноза и другие моносахара. Они образуют на поверхности мембран множество клеточных рецепторов.