Как прооперировать микроба

Наверное, самые удивительные «операционные» находятся в руках микробиологов — трудно представить, что живое существо, размером меньше пылинки, плавающей в воздухе можно вскрыть и прооперировать, почти так же, как хирург оперирует обычного человека.

С помощью игл, слишком тонких, чтобы ими можно было работать руками, и сверхточных инструментов, биологи препарируют одноклеточных животных, которых можно увидеть только в сильный микроскоп — вводят в их тело различные вещества, так же, как терапевт делает укол человеку — и наблюдают за реакцией.

Зачем оперировать клетки

Достижения такой «хирургии» удивительны и сами по себе — достаточно взглянуть на совершенную технику производства этих операций. Но главное, это даже не разработка новых методов лечения инфекционных заболеваний и способов продления жизни. Главное — эти исследования приближают нас к открытию величайшего секрета — загадки возникновения и развития жизни. Эти опыты дают нам новый взгляд на то, как устроены и функционируют эти крошечные кусочки желеобразного вещества. Из очень похожих клеток состоит всё живое на Земле, и вы, и я, каждый человек — совокупность 100 миллиардов их.

Учёные, избравшие предметом своего научного интереса изучение жизни простейших, получили огромное количество интереснейшей информации об этих микроскопических животных. Они открыли, например, что клетки простейших и отдельные клетки тела животных и человека — потенциально бессмертны; при соблюдении некоторых условий, они могут оставаться живыми неограниченно долгое время. А за старение клеток отвечают изменения в обмене их веществ, строении хромосом и нарушения внутренней структуры.

Живые клетки существуют в тысячах разновидностей. На низших уровнях развития, отдельные клетки существуют сами по себе — это отдельные комочки студенистой массы, плавающие в толще морской воды или копошащиеся на дне луж и канав со стоячей водой. К одноклеточным формам жизни, иногда собирающимся в колонии, относятся и болезнетворные бактерии.

Но у высших форм жизни — растений и животных — тела состоят из многих миллионов и миллиардов микроскопических клеток. В общей структуре отдельные группы клеток специализируются на выполнении определённых функций и находятся в определённых местах организма. Каждая кость, капелька крови, кусочек кожи — состоянии из громадного количества таких специализированных клеток.

Каждая клетка наполнена прозрачной вязкой субстанцией, напоминающей белок куриного яйца — протоплазмой. На первый взгляд клетка простейшего организма кажется бесформенной капелькой, лишённой органов, тканей и вообще — организации. Но это не так. Каждая клетка представляет собой сложный организм, которому свойственны все свойства живого — чувства, питание, размножение, обмен веществ и движение. И в самом деле, по большей части тела животных состоят из на первый взгляд, безвольной протоплазмы, но они способны видеть, слышать, чувствовать, расти и совершать сложные действия. А также к тому, что мы называем «мышлением».

В протоплазме каждой клетки содержатся маленькие «живые электростанции». Если живой организм получает достаточное питание и находится под действием достаточно сильных стимулов, эта энергия высвобождается для совершения полезной работы. Под микроскопом можно наблюдать, как отдельные клетки постоянно выполняют своё главное предназначение — обновление себя и продолжение своего рода. Две клетки появляются на том месте, где до того была одна, которые, в свою очередь, тоже делятся, и так далее, снова и снова — живое всегда стремится к размножению.

Таким же образом растёт любой живой организм. Так растут и наши тела — из одной клетки они развиваются в гигантские комплексы органов и тканей, способные к мышлению и сложным осознанным действиям. Когда одна клетка, помещённая в подходящие условия, менее чем за год становится человеком, это вкратце повторяет тот путь, который жизнь прошла за миллиарды лет эволюционного развития.

В основном инструментарий для оперирования отдельных клеток был разработан в начале прошлого века, когда клетки представлялись учёным некими аккумуляторами, а все процессы протекающие в живых организмах — электрическими. Именно для изучения этих явлений которые, как тогда казалось, являются основой жизни и были созданы тончайшие инструменты и приборы.

В лабораториях компании Дженерал Электрик даже демонстрировали схожесть между работой человеческого нерва и токами, протекающими в «электрическом нерве» фотоэлемента. В нервах глаза лягушки, на который направлен яркий электрический свет, тоже возникает электрический ток, который легко обнаружить с помощью гальванометра. Фактически, все живые ткани в ответ на стимулирование отвечают появлением электрических импульсов.

«Бессмертные» клетки

Начало современным методам выращивания изолированных тканей и клеточных культур было положено в 1913 года, когда в Рокфеллеровском институте взяли кусочек сердца куриного эмбриона и поместили его в подходящую питательную среду, заставив эту крупинку ткани жить «в банке». Изначальные клетки постепенно исчезли, но спустя годы их потомки продолжали жить, расти и размножаться и, кажется, могли это делать бесконечно. А зародыш, клетки которого были взяты для эксперимента, к тому времени успел развиться в цыплёнка, вылупиться, вырасти в курицу и попасть в суп.

Другой эксперимент, в котором из зародышевых тканей был выращен куриный глаз, нормальный и функциональный, позволил подтвердить, что клетки животных и человека бессмертны, если они изолированы и помещены в подходящие условия — питательную среду подходящего состава и температуры, из которой будут удаляться продукты обмена.

Но если отдельные клетки могут жить так долго, сменяясь новыми здоровыми поколениями, почему бы целому организму не быть бессмертным? Причина их гибели в том, что смерть — это плата за сложное устройство нашего организма. Наши мышцы, нервы, кости и кровь состоят из мириадов клеток, каждая из которых не может жить своей отдельной маленькой жизнью. При делении в них накапливаются ошибки, которые они передают своим наследникам при делении. Повреждение, отравление или заболевание одного органа неизбежно оказывает действие на все клетки тела.

Микроинструменты

Инструменты, с помощью которых и в наше время работают с отдельными клетками, появились более ста лет назад и с тех пор мало изменились. Человек, которому удалось их создать — американский учёный, доктор Барбер, в то время работавший в Канзасском университете. Когда он начал эксперименты с простейшими оказалось, что игл которыми можно манипулировать клетками, не существует. Работать с отдельным микробом при помощи тончайшей и остро заточенной стальной иглы, всё равно что пытаться наколоть горошину ломом.

Игла, которой воспользовался доктор Барбер была стеклянной — кончик капилляра вытянутого до толщины меньшей толщины человеческого волоса. Для этого центр стеклянной трубки нагревали над газовой горелкой до размягчения, а затем очень быстро растягивали её, а образовавшуюся перемычку разламывали.

Следующей задачей было найти способ работы такой иглой с микроскопическим объектом. Очевидно что даже самая твёрдая рука не может обеспечить нужную точность. Решением доктора Барбера стал набор трубок, наполненных ртутью. Лёгкое нажатие на поверхность ртути очень плавно и медленно двигало иглу в нужном направлении, а снятие давления — возвращало в исходное положение.

Но когда понадобилось вскрывать клетки, брать пробы их внутреннего содержимого и впрыскивать в них различные вещества, этот прибор оказался очень грубым. Взамен его был разработан микроскоп с микроманипуляторами, в которых были зажаты две или три иглы, изготовленные по способу Барбера, но вместо трубок со ртутью их двигали микрометрические винты. Одна из игл могла служить пипеткой для отбора проб или иглой для внутриклеточных инъекций, для чего её соединяли гибким шлангом со шприцом, укреплённым на штативе микроскопа.



Знаете ли вы ответы на эти вопросы?

Знаете ли вы ответы на эти вопросы?

1. Какое озеро самое большое в мире? 2. Где рыбаки заставляют рыбу выпрыгивать к ним в лодки? 3. Какой город знаменит своим желе из гуайявы? 4. Какое дерево самое лёгкое...

Не верьте глазам своим: Миражи

Не верьте глазам своим: Миражи

Не верьте и половине того, что видите собственными глазами. Природа всегда готова сыграть с вами шутку — у неё в запасе имеется масса трюков для обмана зрения. * * *

Уксус и уксусная кислота

Уксус и уксусная кислота

Уксусная кислота — бесцветная прозрачная жидкость кислого вкуса с резким специфическим запахом. Уксусная кислота чрезвычайно распространена в быту, входит в состав препаратов, оказывающих прижигающее действие и применяемых для выведения бородавок,...

Брачные игры земных обитателей

Брачные игры земных обитателей

Когда молодой человек дарит свой избраннице цветы и конфеты, он поступает очень «по-человечески». Или нет? Ведь мы легко можем найти примеры того, что животные, птицы и даже насекомые, так же...

Консервы: Сплошная польза

Консервы: Сплошная польза

Пятьдесят лет прожила бабушка в своём собственном сельском домике, сама готовила и делала припасы на зиму, консервируя фрукты и овощи. Они были по вкусу и ей, и её родственникам. Но...

Шеллак

Шеллак

Шеллак, называемый также «чистый лак» — очищенный продукт получаемый из смолистых выделений крошечного насекомого — лакового жучка Laccifer lacca Karr., которое обитает на ветвях различных деревьев растущих в Индии и...