Размножение и деление клеток


Итак, тела растений и животных состоят из многих клеток, межклеточных веществ и более сложных соединений клеток. Но различные клетки в организме приспособлены к различным видам жизнедеятельности. Однако живой организм — не простая совокупность клеток. Все клетки, ткани и органы тесно связаны между собой и составляют единое целое. Именно потому, что различные клетки специализированы в различных направлениях, они не могут жить без других клеток. Мускульное волокно или нервная клетка, как и многие другие клетки организма, не могут питаться непосредственно. Пища переваривается в кишечнике, оттуда поступает в кровь и кровью доставляется клеткам мускулов и нервов в усвояемом виде. Клетки корня и многих других органов зеленого растения не могли бы жить без зеленых клеток мякоти листа. Вот почему клетки многоклеточных животных и растений, выделенные из организма, не могут долго жить и неизбежно погибают. В этом их отличие от одноклеточных и некоторых низших многоклеточных растений и животных (см. ст. «Простейшие животные»).

 

РАЗМНОЖЕНИЕ КЛЕТОК

Строение ядра клетки: п —протоплазма, яо — ядерная оболочка, я — ядрышко.
Строение ядра клетки: п —протоплазма, яо — ядерная оболочка, я — ядрышко.

Сколько клеток в теле взрослого человека или крупного животного? Сколько их у дуба или липы? Многие миллионы. Но и человек, и собака, и дуб начали свое существование с одной оплодотворенной яйцевой клетки. Пока организм растет и развивается, размножаются и его клетки, да и позже, когда организм достигнет предельного роста, размножение клеток не останавливается, так как молодые клетки необходимы для замены отмирающих. Многолетние растения обладают, кроме того, неограниченным ростом. Множество клеток сбрасывает дерево в опадающих осенью листьях, но еще больше клеток появляется весной в новой листве.

Это возможно только потому, что клетки размножаются. Однако к размножению способны далеко не все клетки многоклеточного организма. Многие из них приспособлены к определенным ограниченным видам жизнедеятельности и утратили способность размножаться. У животных не размножаются, например, нервные и мускульные клетки, эритроциты крови. Новые же такие клетки образуются из особых неспециализированных клеток.

У красных кровяных телец — эритроцитов нет ядра, и размножаться они не способны. В крови человека они живут всего около 30 дней, а затем погибают. Между тем эритроциты нужны организму в огромном количестве, так как они доставляют кислород из легких во все части тела. Достаточно сказать, что в кубическом миллиметре крови здорового человека около 5 млн. эритроцитов.

Как же пополняется число эритроцитов в крови? Эритроциты образуются в так называемых кровотворных органах, а именно в костном мозгу, в результате размножения особых клеток, имеющих ядра.

У высших растений делящиеся клетки сосредоточены преимущественно в определенных местах растений или в определенных тканях. Так, например, почки и новые побеги образуются размножением клеток только в точке роста растения: корень растет в длину размножением клеток кончика корня, стебель утолщается за счет размножения клеток особой ткани — камбия.

 

ДЕЛЕНИЕ КЛЕТОК

Чтобы понять процесс размножения клеток, необходимо ознакомиться подробнее со строением клеточного ядра, так как его роль в делении клетки особенно велика.

Ядро и протоплазма есть в каждой живой полноценной клетке. Многочисленные опыты расчленения клеток показали, что ни протоплазма без ядра, ни ядро без протоплазмы существовать не могут и погибают.

Понятно поэтому, что на строение ядра ученые обращали особое внимание.

Изучение ядра показало, что на различных этапах жизни клетки оно выглядит неодинаково. У ядра в неделящейся, но растущей клетке иное строение, чем во время деления. Строение ядер неделящихся клеток довольно разнообразно. В наиболее типичных случаях различают в ядре ядерную оболочку и жидкое содержимое ядра, в котором часто заметны одно или несколько плотных телец — ядрышек. Кроме того, в ядре можно иногда наблюдать тончайшую сеть переплетающихся нитей.

Фазы деления клетки
Фазы деления клетки

По-другому выглядит строение ядра перед началом деления клетки. В ядре происходит ряд изменений, закономерно следующих одно за другим, и, что особенно важно, эти изменения происходят очень сходно у всех растений и животных.

Под микроскопом в начале деления клетки можно различить в ядре нити, спутанные в плотный клубок (1).

Немного позже клубок становится более рыхлым, и отчетливо видно, что он действительно состоит из отдельных нитей (2). Эти нити получили название хромосом, что в переводе с греческого означает «окрашивающиеся тельца». (Следует сказать, что при изучении ядра применяют особые краски, которые по-разному окрашивают разные части ядра.) На следующей стадии деления клетки хромосомы становятся короче и толще (3, 4). При этом обнаружено замечательное явление. В клетке каждого вида растения или животного определенное количество хромосом. Так, например, в клетке червя аскариды 4 хромосомы, в клетке ржи — 14, в клетке человека — 48 хромосом. В одной и той же клетке хромосомы могут отличаться друг от друга формой и величиной. Но во всех делящихся клетках определенного вида животного или растения набор хромосом одинаков.

Индивидуальные различия между хромосомами дали возможность установить, что для каждой хромосомы есть в клетке парная ей. В клетках ржи 14 хромосом — семь пар; у человека в клетке 48 хромосом — 24 пары.

На следующей стадии деления клетки оболочка ядра растворяется. К этому времени в протоплазме образуется так называемое веретено деления. Оно состоит из тончайших протоплазматических нитей, сходящихся к двум противоположным полюсам клетки. Хромосомы располагаются по экватору веретена (5). В это время становится заметным, что каждая из хромосом начинает расщепляться продольно на две дочерние. Расщепившиеся хромосомы прикрепляются к нитям веретена и расходятся к полюсам, так что из каждых двух дочерних хромосом одна отходит к одному полюсу, а другая — к другому (6). В результате к каждому полюсу отходит столько хромосом, сколько их было в материнской клетке. Если в ней было 48 хромосом, то к каждому полюсу веретена отойдет также 48 хромосом. Другими словами, каждому размножению клетки предшествует закономерное размножение хромосом.

Затем хромосомы удлиняются, становятся более тонкими и собираются в клубок. Одновременно вокруг хромосом формируются ядерные оболочки двух дочерних ядер (7), а там, где был экватор веретена, появляется перетяжка (5), делящая материнскую клетку на две дочерние (9).

Двойное и одинарное количество хромосом в клетках растения наяды.
Двойное и одинарное количество хромосом в клетках растения наяды.

Так происходит деление подавляющего большинства клеток растений и животных.

Изучение деления клеток показало:

1. Клеткам каждого вида животного или растения свойственно определенное число хромосом.

2. Хромосомы парны, т. е. в одном и том же ядре каждой клетки хромосомы представлены двумя подобными образованиями.

3. Перед делением клетки каждая хромосома размножается, расщепляясь продольно, в результате чего ядра дочерних клеток получают то же количество хромосом, какое было в материнской клетке.

Все это приводит к выводу, что хромосомы — очень важная часть клетки. Между протоплазмой и ядром происходит постоянное взаимодействие, связанное с обменом веществ и сложнейшими биохимическими процессами, происходящими в клетке. Размножение хромосом при делении клетки показывает, что в результате этого процесса в клетке формируются хромосомы, подобные существующим.

Многочисленные опыты дают основание полагать, что хромосомы представляют собой те части клеток, от которых зависят наследственные особенности каждого вида растений или животных.

Пожалуй, самое замечательное в органическом мире состоит в том, что всякое живое существо начинает свою жизнь с одной клетки — оплодотворенного яйца. И вот в тысячах тысяч поколений клеток сохраняется определенное количество хромосом и индивидуальность каждой из них.

Чем же объясняется парность хромосом в клетках? Почему каждая хромосома представлена в клетке двумя подобными образованиями? Каков биологический смысл этого явления? В живых организмах происходят и такие деления клеток, при которых число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое — из каждой пары остается одна хромосома. Это происходит при созревании половых клеток. Поэтому в обычных условиях в зрелом яйце и в зрелом сперматозоиде животного имеется половинное количество хромосом — по одной из каждой пары. При оплодотворении, т. е. при слиянии двух созревших половых клеток, сливаются и их ядра. В результате в оплодотворенном яйце будет снова полное (парное) количество хромосом.

Значит, в оплодотворенном яйце половина хромосом — отцовские, а половина — материнские. Это соотношение сохраняется во всех клетках развивающегося организма, так как при всех делениях клеток хромосомы размножаются.