Клетка - основа жизни

Поначалу устройство клетки казалось ученым не таким уж сложным: пузырьки, заполненные клеточным соком. Только после того, как чешский ученый Ян Пуркинье, рассматривая под микроскопом зародыш куриного яйца, впервые обнаружил в прозрачном клеточном соке плотное зернышко, стало ясно, что клетка - не простая структура. Пуркинье назвал зернышко ядром, а студенистую жидкость вокруг него - протоплазмой. Потом внутри ядра разглядели маленькое ядрышко, а в протоплазме нашли включения - вакуоли.

Биография клетки полна удивительных открытий. И по сей день в ее жизнеописании не поставлена последняя точка. Но не будем забегать вперед. Вернемся на минутку к тем временам, когда англичанин Роберт Гук перочинным ножом впервые срезал тончайший пласт с пробки и положил его под линзы микроскопа. Это случилось в 1667 году, и с тех пор успехи науки в постижении деталей портрета клетки оказались неразрывно связанными с усовершенствованием микроскопов и техники тонких срезов. Специальные приборы-микротомы и ультрамикротомы, срезающие тончайшие пласты тканей, - теперь незаменимые спутники цитологов^*. Под микроскопом в таком срезе можно рассмотреть однослойную ткань, если... если, конечно, она будет окрашена.

^* (Цитология - наука о клетке.)

Дело в том, что увидеть под микроскопом детали живой клетки невероятно трудно, почти невозможно. Лучу света не на чем задержаться. Ядро, протоплазма, несколько вакуолей, оболочка - вот, пожалуй, и все, что можно разглядеть в стекловидном теле клетки, да и то не всегда.

Схема строения клетки по данным светового микроскопа: 1 - центросома, 2 - ядрышко, 3 - ядро, 4 - хромосома, 5 - вакуоль, 6 - цитоплазма, 7 - оболочка

Для цитолога, как для живописца, краски - средство познания мира. И не беда, если этот мир ограничен окошечком микроскопа.

В историю познания тайн жизни каждый новый краситель вписывал свою особую страницу. Красители не только помогли ученым обнаружить в протоплазме клетки особые органы, вернее органоиды - аппарат Гольджи, хлоропласта и др., но и раскрыли химический состав некоторых из них. А когда в 1925 году немецкий ученый Фельген предложил краситель, способный выявить дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК), где бы она ни находилась, - это произвело прямо-таки переворот в науке о клетке. Оказалось, что ДНК входит только в состав ядра и начисто отсутствует в цитоплазме. Мало того, в ядре выявились ярко окрашиваемые участки, получившие название хроматина (по-гречески хрома - краска). Хроматиновые глыбки погружены в ядерный сок - нуклеоплазму. Так его называют в отличие от цитоплазмы - остального вещества клетки.

Краски рассказали ученым, в каких частях клетки содержатся белки и в том числе ферменты (биологические катализаторы), нуклеиновые кислоты, жиры и углеводы - главные составные части живого.

Краски обнаружили в цитоплазме "легкие" клетки - зерна, названные митохондриями. Митохондрии были последними органоидами, которых увидели с помощью обычного микроскопа. Следующий шаг в глубь клетки помог сделать электронный микроскоп.

Очень интересно сейчас понаблюдать за работой цитолога в его лаборатории.

Внимание! Вот исследователь маленьким пинцетом берет изящную, еле видимую сеточку, покрытую тончайшей пленкой - подложкой, и легким движением прикасается к ультратонким срезам ткани, плавающим в ванночке на поверхности воды. Толщина этого среза - около двух сотых микрона (микрон - одна тысячная доля миллиметра).

Сеточка с тканью помещается в трубку электронного микроскопа, ученый плотно закрывает ее и включает мощные вакуумные насосы. Минута, другая... Теперь в трубке вакуум. Подается напряжение, и вот уже в микроскопе стремительно несется незримый поток электронов. Мягким зеленоватым светом вспыхивает экран. Появляется изображение: перекладинки, покрытые переливчатыми полосочками срезов. Поворот винта, другой... Смотрите. Все окошечко экрана закрыла чудовищно (в 10 000 раз!) увеличенная клетка (фото 1). Но что это? Неужели ядро? Оно занимает почти третью часть экрана и заполнено ясно видимыми зернами. Ядро окутано двойной оболочкой - мембраной, со множеством мельчайших отверстий, в которые впадают тяжи. Это дороги для "депеш" из ядра в цитоплазму и обратно.

Фото 1. Так выглядит клетка печени мыши, увеличенная в 10 000 раз. Видно ядро (N), митохондрии (M), каналы протоплазмы (ER)

Но больше всего новых мазков нанес электронный микроскоп на цитоплазму. Подобно бесконечным оврагам и речушкам прорезают цитоплазму каналы. И все они стремятся к ядру, как извилистые улочки на центральную площадь города. По ним движется поток веществ. Дороги клетки идут не только в ядро, но и сквозь оболочку в окружающую среду. Клетка - это "государство", открытое в мир.

Среди густой сетки мембран, подобно маленьким озерам, мелькают округлые тельца - митохондрии. Но до чего же они стали неузнаваемы. Они похожи на "раковые шейки" - так исчерчены их продолговато-круглые тела. Митохондрии - это "кочегарка", куда клетка бросает вещества для поддержания огня жизни. В митохондриях совершается чудо возникновения энергии.