Увлекательная анатомия - Алексей Пахневич

Вирус, попадая в клетку бактерии или ядерного организма, встраивает свою ДНК в ДНК «хозяина» и «заставляет» клетку делать с вирусной ДНК все новые и новые копии. Выходя из клетки, вирусные ДНК могут «прихватить» с собой некоторые гены ДНК хозяина. Эти фрагменты ДНК попадают в новые организмы, в том числе неродственные изначальному. Такой процесс получил название «горизонтального переноса», в отличие от «вертикального переноса» наследственной информации, который осуществляется от предка к потомку. Так, с помощью вирусов, фрагменты ДНК одних организмов могут попасть в другие, порой относящиеся к другому семейству, классу, типу, а то и царству.

«Горизонтальный перенос» у бактерий: 1 – вирус; 2 – бактерия вида А; 3 – ДНК вируса; 4 – ДНК бактерии; 5 – вирус проникает в клетку; 6 – ДНК вируса встраивается в ДНК бактерии; 7 – клетка производит вирусные частицы, которые «захватывают» с собой фрагменты бактериальной ДНК; 8 – новая вирусная частица; 9 – бактерия вида Б; 10 – вирус проникает в клетку; 11 – ДНК вируса встраивается в ДНК бактерии, принося гены бактерии вида А; 12 – перенесенный фрагмент ДНК

Наиболее хорошо этот процесс изучен на примере бактерий. Иногда значительная часть ДНК бактерий несет встроенные чужие (как правило, вирусные) участки. Например, в ДНК бактерии Pseudomonas aeruginosa доля «чужой» наследственной информации составляет 14,8 %. Не случайно считается, что горизонтальный перенос играет далеко не второстепенную роль в видообразовании у бактерий.

А насколько распространен горизонтальный перенос у животных? Этот вопрос пока не исследован. Хотя известно, что, например, у человека целые участки хромосом являются «молчащими», то есть с них не происходит никакого синтеза РНК, а значит, и белков. Возможно, среди этих «молчащих» участков и находятся вирусные и другие чужие ДНК. Также не исключено, что часть генов, которые функционируют в нас, вовсе не наши, а «чужие».

В течение дня мы едим, спим, ходим, едем в транспорте, читаем, пишем и т. д. При этом ни на секунду не задумываясь о том, что мы ещё и дышим. Процесс этот регулируется самыми разными способами. В стволе головного мозга находятся нервные центры, которые посылают импульсы к мышцам грудной клетки, заставляя их или сокращаться, или расслабляться. В зависимости от сокращения или расслабления мышц происходит вдох или выдох. Процесс этот обладает определенным ритмом. Но это не единственный регуляторный механизм дыхания.

Если кто-нибудь из вас нырял под воду, то наверняка помнит, что при этом приходится задерживать дыхание. Ритмичный процесс, регулируемый стволовыми нервными центрами, нарушается. В принципе, задержать дыхание или, наоборот, сделать очень глубокий вдох можно не обязательно под водой, а просто тогда, когда захочется. При желании мы можем дышать часто, редко, глубоко, поверхностно, – получается, что, кроме непроизвольной, есть и произвольная регуляция дыхания.

Есть и другие механизмы регуляции легочного дыхания – химические. В основе их лежит величина концентрации веществ в крови. Особенно активным веществом в этой регуляции является один хорошо знакомый всем газ – углекислый (CO2). При увеличении его концентрации в крови центры дыхания посылают сигнал мышцам, участвующим в дыхании, что необходимо сделать вдох. Недаром, когда мы задерживаем дыхание, через небольшое время нам нестерпимо хочется сделать вдох. Поэтому углекислый газ ещё называют физиологическим стимулятором дыхания.

Большинство органов дыхания животных устроены по одному принципу: это орган, пронизанный густой сетью сосудов, поверхность которого всегда должны быть влажной. Высыхание приведет к остановке диффузии газов, и животное погибнет от удушья.

Типичный орган дыхания – это жабры. Они есть и у моллюсков, и у червей, и у ракообразных, и у рыб, и даже у личинок амфибий. Жабры – незаменимый орган дыхания в воде. Но стоит обладателю жабр попасть на сушу, его ждет неминуемая смерть от высыхания жабр. Одно из хорошо известных вам исключений – мокрица. У этого ракообразного жабры располагаются на брюшной стороне и прикрыты жаберными крышками, под которыми сохраняется высокая влажность. Но все же и мокрица живет только в сырых местах, не решаясь контактировать с сухим воздухом.

Поверхность легких, через которую идёт газообмен, также должна быть постоянно влажной. Но в данном случае эта задача облегчается тем, что поверхность легких «ввернута» внутрь тела.

Для увеличения этой поверхности лёгкие внутри разделены на множество маленьких пузырьков – альвеол. Их внутренняя поверхность тоже влажная, пронизанная густой сетью сосудов. И таких пузырьков в наших легких тысячи. При этом легкие также боятся высыхания, как жабры, но у сухопутных животных, в том числе человека, существует эффективная система экономии влаги.

Альвеолы легких: 1 – кровеносные сосуды; 2 – бронхиолы; 3 – альвеолярные пузырьки

Воздух, несущий кислород, попадает сначала в нос, где происходит его очищение от всевозможных бактерий и вирусов. Далее, проходя по лабиринтам носоглотки, он увлажняется и нагревается, поэтому даже зимой поступает в легкие теплым. Из гортани по трахее, а затем бронхам и бронхиолам он поступает в альвеолы. И когда при выдохе воздух, обогащенный углекислым газом, проходит весь этот путь в обратном направлении, те же структуры задерживают влагу, уменьшая её потери. Поэтому наши легкие в условиях наземной среды не высыхают. И не только у нас, но и у всех четвероногих позвоночных.

Особую систему дыхания приобрели насекомые. У них нет ни жабр (своеобразные жабры есть только у некоторых личинок водных насекомых), ни легких. И тем не менее они прекрасно чувствуют себя на суше, активно передвигаются и даже летают. А ведь полет требует большого расхода энергии и, следовательно, большого количества кислорода. Решение оказалось простым и оригинальным.

Трахеи насекомых: А – участок трахеи; Б – участок трахеи при сильном увеличении; В – концевая клетка трахеи; 1 – эпителий; 2 – хитиновая кутикула; 3 – кольцевые или спиральные утолщения; 4 – трахея; 5 – трахеолы (тончайшие ответвления, подводящие кислород к каждой клетке)

В качестве органа дыхания послужили покровы насекомых. Но не сами они, а их производные. На поверхности тела этих членистоногих есть отверстия, называемые дыхальцами. Через них воздух поступает в тело животного. Далее он следует по часто ветвящимся трубочкам, в основе которых, как и в основе панциря, находится полисахарид – хитин. Хитиновые трубочки настолько сильно ветвятся, что кислород из воздуха поступает буквально в каждую клетку тела. Чтобы противоположные стенки трубочек не спадались, на всем их протяжении есть хитиновые кольца-утолщения, также они добавляют прочности.