Энциклопедия пчеловодства

Энциклопедия пчеловодства - библио.

СТРОИТЕЛЬНАЯ ИНДУСТРИЯ РАСТЕНИЙ И ПЧЕЛ.

- Кто построил зеленый лист и украсил цветы растений.

- Иерархия молекул в клетке.

Как было сказано ранее, у медоносных пчел достигнут потолок в оптимизации их восковых сооружений. Столь совершенных построек нет ни у пчел-одиночниц, ни у видов, представляющих это многочисленное племя, которые ведут жизнь небольшими группами.

Какова технология этого блистательного опыта.

Мы уже отмечали в случае с глюкозой, стремящейся откристаллизоваться от своей вечной спутницы в меде - фруктозы, что склонность чистых веществ к энергетичеекому покою и образованию литых форм в среде обитания живых организмов не несет им блага. Там вещество за исключением, пожалуй, того случая, когда оно включено в опорную скелетную часть организма, находится в постоянном движении и обновлении, и ему приходится забыть про уютные и красивые покои кристаллической решетки.

Еще в большей степени эти требования относятся к строительному материалу, привлекается ли он к построению тела растения или к созиданию ажурных пчелиных построек.

В каком же состоянии должно быть вещество, чтобы удовлетворить взыскательные требования живого организма в его строительной деятельности? Очевидно, лишь в антиподном кристаллическому - аморфном состоянии. В веществе, пребывающем в таком состоянии, молекулы располагаются в вольном порядке, хотя само вещество может и не быть жидким. В природе примерами таких аморфных тел служат янтарь, различные смолы и камеди, образующиеся в виде натеков на стволах деревьев и их почек, вулканическая лава.

Важнейшее свойство таких неорганизованных на молекулярном уровне тел - изотропность, то есть одинаковость свойств в любом выбранном направлении, в противоположность анизотропности, свойственной кристаллам.

Вот эта изотропность, или безразличие вещества к форме, Равно одатливость любому прилагаемому к нему усилию и делает аморфные тела бесценными как строительный материал.

Недаром самые распространенные из них, испольвуемые сейчас человеком, и представляют собой аморфные смеси веществ: глина, стекло, бетон, сплавы металлов, различные пластики. Все они в определенный момент, Д° придания им окончательной формы, выдерживаются либо в виде расплава, либо незатвердевающей массы.

Овладев этими материалами, человек необычайно расширил и укрепил свою сферу обитания. Чтобы сде; лать это, он привлек огонь и разжег горн, подавляя силу устремления любого вещества к образованию своей формы, и путем творческого труда придал ему ту форму, образ которой он заранее создал в своем воображении.

Как обстоит дело у других живых существ с поиском и применением веществ в качестве строительного материала? И в первую очередь, у растений, которые обеспечивают живым органическим веществом всех остальных жителей планеты.

За тем, как сооружается восковой град у пчел, можно проследить в наблюдательном улье. но увидеть, как работают ферменты-сборщики в живой клетке растения, собирая его из отдельных молекул, непосредственно невозможно: наш орган зрения не способен различать столь малые размеры.

Однако наука сумела создать приборы и методы, позволившие понять основные принципы строительной индустрии растений. Мы знаем, что конечные результаты этого строительства занесены нами в список естественных эталонов прекрасного и совершенного. Вспомним внешний вид цветущих растений и их ароматные, сочные и привлекательные плоды и ягоды.

По плану какого зодчего и силами каких работников ведется великая стройка? Обо всем этом стало многое известно в последние годы.

Основным отличительным свойством строительной индустрии растений является то, что работа ведется на молекулярном уровне и идет она под неукоснительным и строгим генетическим надзором. Уже одно это настраивает нас на ожидание, что молекулы, склонные к созданию гармоничных структур и узоров, в полной мере реализуют свои способности, работая и в клетке. Однако показать им себя там нелегко: клетка буквально напичкана тысячами различных видов молекул, у каждого из которых свои строительные пристрастия. В таком многоликом коллективе не могут идти процессы, подобные стихийному росту кристаллов, зато развиваются другие, еще более поразительные в своей согласованности.

В любой клетке выстраивается целая иерархия молекул. Причем одни из них выступают в роли ведущих, а другие - ведомых. Последним приходится повиноваться, подчиняясь молекулам с более сложной структурной и функциональной организацией. Те, в свою очередь, выполняют предписания более высокого иерархического уровня, а именно генетического плана.

Главные среди молекул - дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Эти молекулы представляют собой очень длинные цепи, сотканные из более простых и повторяющихся звеньев - нуклеотидов. Их последовательность и кодирует всю накопленную в бесчисленных ранее живших поколениях химическую память вида, конкретный путь построения и функционирования лю.

бой части растения и всего его организма в целом. Они и есть молекулярная основа генов, которые сосредоточены в мозговом центре клетки - ее ядре. В процессах воспроизводства эта закодированная на языке нуклеотидов программа молекулярных строек, упакованная в закручивающиеся спирали хромосом - смысловыми участками - генами, и передается от растения к растению с созревшей пыльцой. Микроскопическую пылинку пыльцы - эту изящную капсулу, где в цветной упаковке находятся гены, и переносят на ворсинках своего тела пчелы-труженицы.

Однако гены - лишь матрица, они еще не жизнь, а один из ее инструментов. Чтобы считать и исполнить записанную в них информацию, им нужны другие, невидимые для человеческого взгляда помощники и реализаторы. В живом организме их роль выполняют информационные и транспортные рибонуклеиновые кислоты (сокращенно: и- и тРНК). Они сделаны практически из того же материала, что и ДНК, но их нити не столь длинны, да и функции у них менее глобальные. Информационные РНК передают конкретный план на место, где ведутся молекулярные работы, в то время как транспортные РНК опознают и выбирают те аминокислоты из внутриклеточного раствора, которые необходимы для построения основной рабочей силы клетки - молекул ферментов.

Удивительно уже в клетке видеть такую специализацию молекул, которые ведут себя, словно одушевленные существа, как назвал их крупнейший французский химик-теоретик Лионель Салем В клетке, где организованный микромир вовсю трудится, ученый видит высоко согласованное поведение различных типов молекул. В иерархической пирамиде молекул клетки, помимо ДНК и РНК, одно из центральных мест занимают ферменты - клеточные биороботы. Все неисчислимое количество функций и дел, которые приходится выполнять стремящейся жить клетке, осуществляют эти неутомимые молекулы-труженики. По парадоксальному механизму жизни в конечном счете онихтвоят и собшмют самих себя.

Молекулы ферментов по сравнению с молекулами таких простых веществ, как вода, спирт или сахар, - настоящие гиганты. Под стать этому и место ферментов в иерархической лестнице. Каждый фермент собирается из 80-100 и большего числа остатков аминокислот, которые среди органических веществ относятся к соединениям со средней молекулярной массой. Часто ферменты имеют вставки от элементов структур других молекул, не являющихся аминокислотами, что придает им особые свойства, например способность улавливать свет, запах.

Такие молекулы - уже очаги живого, они способны скручиваться и раскручиваться, узнавать, запоминать, останавливать реакции либо их ускорять, ловить кванты света и делать тысячу других дел. Практически ни одно мало-мальски серьезное химическое событие в клетке, да и за ее пределами, если речь идет о целых специализированных объединениях клеток - организмах, не обходится без участия этих всемогущих и универсальных химических работников живой материи. Нельзя не удивиться прозорливости Ф. Энгельса, который задолго до современных великих открытий в химии опознал сверхзначнмость белковых веществ в явлениях жизни. Он определил ее как способ существования белковых тел. И время не поколебало точности его формулы.

При помощи верных помощников - молекул белка - и идет в растении великая стройка. Каждая фаза строительства доведена до высшей степени совершенства. Ошибки, которые иногда случаются при выполнении генетического плана, тут же немедленно опо знаются другими контролирующими ферментами и мгновенно устраняются, что исключает в итоге какиелибо серьезные отклонения от плана, могущие привести к уродствам во внешних формах или другим отклонениям. Такие отклонения, или мутации, столь редки, чхо экспериментатор, задавшись целью их вызвать, подвергает живую клетку очень сильному воздействиго: бомбардирует ее потоком особых веществ (мутагены), облучает рентгеновскими лучами, помещает в стрессовую ситуацию (низкие и высокие температуры, дефицит влаги и т. д.). Большинство таких вызванных вмешательствами человека изменений нежелательны для клетки и ведут ее к гибели, и только ничтожная часть их может быть использована селекционером для создания жизнестойких мутаций. Однако и эти мутации происходят, как правило, в разрешенных самой клеткой участках генома.

Итак, из высшего оперативного центра или центров, куда стекается информация от рецепторов о состоянии окружающей, а также внутренней среды и природа которого пока еще недостаточно изучена, на генетические матрицы с записанной на них информацией поступает сигнал-приказ. Его роль исполняют пе большие подвижные молекулы-гормоны. Гормон включает механизм молекулярной индустрии. Последовательно вырабатывается весь каскад управляющих и осуществляющих молекул, которые, имея во внутриклеточной среде необходимый строительный материал, возводят структурно-морфологический каркас растения, строят отдельные органы, занимаются цветовой отделкой лицевых сторон и осуществляют множество других необходимых построек.

Скелетный каркас растений, на долю которого у древесных пород приходится основная биомасса, строится в основном из двух биополимеров - целлюлозы и лигнина. Целлюлоза собирается из молекул глюкозы, а лигнин - из молекул кониферилового спирта. Ввиду важности этих молекул в стройках растении их формулы приведены.

Свойства исходных блоков-молекул, или мономеров, существенно сказываются на конечных результатах ферментативной сборки.

Каждый молекулярный робот - фермент - обычно способен на одну, реже две операции, но выполняет их сопредельной точностью. Нить целлюлозы формируется путем сшивания двух соседних участков молекулы глюкозы. Делается это за счет гидроксильных групп, находящихся в определенном положении (при углеродных атомах 1 и 4). Фермент от этих гидроксильных групп отщепляет элементы воды (Н и ОН), образовавшиеся при этом остатки глюкозы сразу же склеиваются в дисахарид. К этому звену точно таким же путем пришивается еще молекула глюкозы. Ферменты действуют очень быстро, в результате чего нить биополимера целлюлозы стремительно растет (см. схему). Как видно из уравнения реакции, в процессе такого скоростного шитья выделяется вода, но она, как известно, не только не загрязняет зону строительства, но и снабжает ее очищающей влагой.

Предмет небескорыстных устремлений животных, не способных иа сс изготовление. Часть из них употребляет целлюлозу в пищу, другие - используют тоже как строительный материал, поэтому растение - вечная приманка множества видов, и как только строительство закончено, а иногда и ранее того, бегающие, летающие ,и ползающие существа устремляются к растению брать с пего химический оброк.

Основной биополимерный продукт растения-созидателя - целлюлоза - играет важную роль во всей биосфере, и к этому мы еще возвратимся позднее, сейчас же пновь подчеркнем необычайную чистоту строительных работ, ведущихся на внутриклеточном и межклеточном уровнях. На более высоких эволюционных этажах биологического мира строительные работы далеко не всегда отличаются такой чистотой и строгостью исполнения. Если в несовершенстве построек мы не можем упрекнуть пчел, то их ближайшие родственники по классу - шмели, как и пчелы питающиеся нектаром п пыльцой, более вольно относятся к своим гнездовым сооружениям.

Шмели, живущие небольшими колониями, для складывания нектара сооружают сосуд, похожий внешними очертаниями на желудь. Такой кувшин с медом, не блещущий геометрическим совершенством, шмели используют не только для хранения запасов пищи на время непогоды, но и для выращивания молоди. Шмели - очень красивые и миролюбивые насекомые, однако их гнездо не поражает ни симметрией, ни порядком: ячейки разного размера но нагромождены одна возле другой, часть из них разрушена. Шмели не используют дважды одну и ту же ячейку для выращивания молоди. Воздвигать же новые им приходится среди руин ранее брошенных.

Оставить свой отзыв - мнение или совет.