Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

ЖИВЫЕ ВИБРОДВИГАТЕЛИ

Опубликовал Сергей 22 января 2011 в рубрике Наука.

В воздухе живые существа для своего передвижения используют в основном крылья. Другое дело водная среда. Хотя огромные скаты-манты и ряд других рыб движутся, используя плавники как крылья, киты и большинство рыб предпочитают перемещаться за счет колебательных движений тела.  Не забыли подводные жители и реактивного движения. Так передвигаются под водой медузы, кальмары и осьминоги, а также личинки всем известных стрекоз. Многим рачкам и водным насекомым хорошую службу оказывают ноги-весла. А кое- кто не прочь погрести и усиками, расположенными на голове.

Микроскопические жители подводного царства любят использовать для движения жгутики и реснички. Жгутик чаще всего впереди, работает как пропеллер с такой скоростью, что даже в микроскоп его не видно. А тело инфузорий покрыто ресничками, которые при движении сокращаются волнообразно, как рожь в поле под силой ветра. Бегут волны сокращений ресничек по поверхности одноклеточного, и все это дает возможность инфузориям-туфелькам носиться в поле зрения микроскопа с такой скоростью, что их даже трудно рассмотреть, если они не остановятся на миг.

Есть у подводных микроскопических жителей и необычные для сухопутных животных движители, например коло- вращательный аппарат. На голове у коловраток, так называются эти животные, реснички расположены так, что бьют по воде и создают что-то наподобие маленького смерча. В образовавшейся в воде воронке осаждаются мелкие организмы, которыми питаются коловратки, да и двигаться можно за счет этого вихря

Однако есть у микроскопических и мелких водных организмов такой двигатель, который не использует ни весел, ни ресничек, ни плавников. Смотришь в микроскоп, никаких движущихся выступов у таких существ нет, а клетки и даже многоклеточные организмы перемещаются.

Вот первый из таких одноклеточных организмов — диатомовая водоросль навикула, что в переводе с греческого означает лодочка. Навикула действительно похожа на лодочку, но оба конца ее заостренные, и движется она то в одну, то в другую сторону не переворачиваясь, просто меняет движение на противоположное.

Нам удалось установить, что навикула и некоторые диатомовые водоросли способны перемещаться в пространстве, скорее всего, за счет колебаний, создаваемых панцирем. В последнем случае следует предположить наличие колебательных процессов, различных по частоте и амплитуде на концах клетки из-за пьезоэлектрического эффекта, что вполне возможно, так как панцирь навикулы построен из чистого кварца, а в зоне узелков может создаваться переменный электрический потенциал, частота которого диктуется цитоплазмой клетки. При переходе движения на противоположное видно изменение в цитоплазме около узелка, в сторону которого движется клетка.

Движение такого «вибродвигателя» не очень быстрое, но зато оно стабильное и очень напоминает то, что происходит в нашем микромире. Например, из-за разности частот у нас в лаборатории постоянно перемещался по стеклу вибрирующий микрокомпрессор, предназначенный для аэрации воды в аквариуме. Иногда разно- частотная вибрация на концах предмета приводит даже к курьезам. Так у моего друга был коврик с ворсом, который под влиянием вибраций пола от домашнего холодильника в буквальном смысле слова «лез на стены», пока не падал и не переворачивался.

Сине-зеленые водоросли, или цианобактерии, древнейшие представители жизни на Земле, также способны к движению за счет колебательных процессов. Таким способом перемещаются в пространстве колониальные нити осциляторий и афанизоменона. Мы считаем, что движение происходит за счет разницы частот колебательных процессов в передних и задних клетках нити-колонии. При этом даже фрагмент нити способен к перемещению в пространстве. Объяснение движения за счет колебательных процессов у представителей сине- зеленых водорослей и эксперименты, проведенные нами по изучению движения колоний этих водорослей, также позволяют говорить о совершенно новом типе движения, который открыт нами у одноклеточных животных, водорослей и даже в половых клетках некоторых многоклеточных, например, у круглых червей.

Примером использования колебательных процессов для перемещения в пространстве у гамет многоклеточных организмов могут служить спермин аскарид, строение которых изучено мной на гистологических препаратах среза матки аскариды, где можно найти десятки спермиев, проникших туда после осеменения. Спермии аскариды не имеют жгутика, но зато в передней конусообразной части находится кристаллоид, построенный из особого вещества аскаридина, способного как кристалл к колебательным процессам при изменении электрических потенциалов в тонком слое цитоплазмы, окружающем ядро. Это тоже своеобразный пьезоэлектрический «вибродвигатель», который в эволюционном плане использовался для движения гамет раньше, чем появились жгутики у сперматозоидов.

Среди простейших движение за счет разности частот и фаз на концах клетки может возникать у грегарин, паразитов из кишечника членистоногих. Цитоплазма грегарин разбита тонкой перегородкой примерно на 1 /3 и 2/3 части. По этой причине колебательные процессы не совпадают в передней и задней частях тела. Грегарина движется всегда только вперед, что соответствует законам колебательных процессов, так как и по частоте и по амплитуде колебательные процессы в задней части клетки будут отличаться от передней. Выдвинутое нами положение заставляет по-иному посмотреть на механизм движения грегарин. Ранее предполагалось, что эти простейшие движутся, используя реактивную силу, развиваемую за счет выбрасывания слизи из заднего конца, так считал, например, известный исследователь простейших В.А. Догель. Сходным образом ранее объясняли и движение навикул за счет выбрасывания слизи из щели между створками панциря.

Но не только одноклеточные растения и животные применяют колебательные процессы для перемещения в пространстве. Вибрация некоторых клеток используется и многоклеточны ми организмами для построения своего тела в пространстве (морфогенез).

1.         Навикула, или лодочка. Возможно перед нами пьезоэлектрический двигатель. Навикула движется в ту сторону, где в узелке (справа) отмечается темная точка.

2.         Даже фрагменты колонии сине-зеленой водоросли осциллятории движутся в сторону переднего конца за счет плавного скользящего движения.

3.         Спермий аскариды с вибрирующим кристаллоидом движется вперед, ищет яйцеклетку и проникает в нее:

1 — кристаллоид; 2—ядро спермия;

3 — энергетические станции — митохондрии.

4.         Паразитическое простейшее, обитающее в кишечнике насекомых—грегарина, плавно движется вперед без каких-либо изменений формы тела и не применяя никаких ресничек. Уж не для этой ли цели у этого одноклеточного образовалась перегородка, поделившая тело на неравные части. При вибрации каждой части частоты будут разные, и грегарина пойдет вперед.

5.         Попытка использовать гипотезу Гудвина для объяснения образования фиксированного числа сомитов у зародышей позвоночных за счет вибрации центров S j и S2 (сомиты образуются там, где наблюдается резонанс колебаний, — отмечено стрелками)

В настоящее время теория регуляции пространственной организации, или морфогенеза, у животных окончательно не разработана, хотя и имеются несколько новейших концепций, стоящих очень близко к разгадке этого явления. Наиболее прогрессивным направлением можно считать теорию позиционной информации, разработанную такими учеными, как К. Валь- перт и Б. Гудвин. По их мнению, в пространственной организации живых организмов важную роль играют морфогены, химические вещества, определяющие работу генов и отвечающие за формирование крупных блоков тела животного, в том числе и у человека.

Наряду с этим, остаются большие трудности в объяснении морфогенеза мелких структур, тем более на клеточном и субклеточном уровне, где химические градиенты, отвечающие за морфогенез, уже не смогут создать сложных структур за счет позиционной информации. К тому же известно, что миграция клеток при эмбриональном морфогенезе играет существенную роль, а следовательно, химические морфогены могут быть использованы только в регуляции пространственного расположения в пластах клеток, но не в перемещении отдельных клеток. Так уж устроено, что между наружным и внутренним листками клеток у зародыша располагаются так называемые мезенхимные клетки. Эти клетки участвуют в построении мышц, скелета, соединительной ткани. И что характерно для этого, они перемещаются, группируются и образуют ткани большинства органов. Возникает вопрос, как же происходит регуляция пространственной организации вот этого, рассыпанного на отдельные клетки живого организма?

Роль колебательных процессов в морфогенезе изучалась и ранее. Английский исследователь Б. Гудвин еще в 1971 г. выдвинул гипотезу образования сомитов (будущих мышечных сегментов) вдоль оси зародыша за счет прохождения по мезодерме двух колебательных сигналов в направлении от головного конца зародыша к хвосту. Было высказано предположение, что зоны, в которых разные по частоте сигналы давали резонанс, служили центрами образования сомитов, так как в них наблюдается наивысший энергетический подъем. Получается формирование одинаковых структур, расположенных вдоль оси зародыша с равномерными промежутками. Не вызывает сомнений, что подобные морфологические структуры возникают за счет колебательных процессов в нескольких активных центрах зародышей за счет интерференции волн, образования стоячих волн и проявления эффекта Слайдера. Так эмбриолог Л.В. Белоусов придает большое значение колебательным процессам в морфогенезе, и я его в этом полностью поддерживаю.

Движению клеток и клеточной миграции в процессе морфогенеза отводится особая роль, так как большинство процессов происходит за счет накопления клеток в одних областях зародыша и исчезновения в других. После вздутия, изгибания клеточных пластов и миграции клеток происходит клеточная дифференцировка, которая очень важна для построения того или иного органа в пространстве. Однако первым и наиболее важным процессом в морфогенезе следует считать миграцию клеток. Перемещение клеток внутри зародыша часто осуществляется за счет амебоидного движения. Для более быстрого преодоления пространства вне организма клетки используют для движения жгутики и реснички, например, жгутиками пользуются сперматозоиды для приближения к яйцеклетке, а также они присутствуют у простейших. На наш взгляд, наиболее древним и наименее изученным способом движения клеток, а возможно и вирусов, является использование колебательных процессов клеточных органоидов или белковых кристаллоидов и перемещение в пространстве за счет разности фаз, частот и амплитуд в различных зонах клеточных структур.

У ряда народов существовали лекари, шаманы, колдуны, которые для излечения болезней применяли различные вибрирующие приспособления. Это могли быть бубны, свистки, погремушки, задающие определенный ритм колебательных процессов в тканях, пораженных болезнью. Такое своеобразное навязывание ритма, характерного для здоровой ткани, вероятнее всего, способствует излечению, потому что вслед за этим могут восстановиться биохимические реакции, характерные для здоровой ткани, и происходят органические перестройки, ведущие к выздоровлению. Так что странные действия колдунов и шаманов, отработанные веками, которые иногда у нас вызывали усмешку, на самом деле были зачатками «вибрационной» медицины будущего. В настоящее время складывается впечатление, что проникновение вирусов через мембраны клеток непосредственно связано с колебательными процессами, а внешние ритмы, заданные человеком и нарушающие механизмы проникновения вирусов через мембрану клеток, могут помочь организму без применения интерферона и антивирусных препаратов справиться с непрошенными гостями.

Таким образом, колебательные процессы широко используются как при морфогенезе организмов, так и при движении вирусов и клеток в пространстве. Ранее исследователи либо не рассматривали механизмы движения клеток за счет колебательных процессов, либо объясняли непонятные в биологии способы движения клеток за счет реактивной силы. Они не задавались даже вопросом, как неэкономично простейшим организмам и гаметам синтезировать слизеподобные вещества, либо другие продукты метаболизма, чтобы выбрасывать их в окружающую среду для развития реактивной тяги. Вспомним, что многие клетки движутся почти постоянно. Скорее всего, они используют слизь только для гашения турбулентных завихрений, ведь для смазки и уменьшения сопротивления среды требуется значительно меньше слизи и пектинов, чем для создания реактивного движения. Что же касается вирусов, то говорить о реактивной тяге здесь не приходится. Однако они движутся точно в заданном направлении и находят клетки тех органов, которые способны специфически поражать. Конечно же, колебательные процессы помогают патогенным «вибродвигателям» проникать в здоровые ткани, но наша задача сбить этот ритм и сделать их беспомощными.

Читайте также:

ПОСМЕРТНЫЙ выдох ОГНЕДЫШАЩЕГО ДРАКОНА-2
КТО ЛОРЕНЦ, А КТО ЛОНЕНТЦ
Азбука вкуса.
Нанооптика. Двенадцатый диапазон.


Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.