Category: животные

Category was added automatically. Read all entries about "животные".

...

Что-то в последнее время вокруг меня участилось употребление странной конструкции "мышь-полёвка". Люди, это разные семейства! Всё равно, что сказать "кошка-собака".

Введение в биологию — пост №15


XV
Мембраны. Мембранный транспорт


Итак, мембрана — в определённом смысле главная структура клетки, структура, определяющая существование клетки как таковой. Мембрана в норме всегда образует замкнутую поверхность (то есть у неё нет краёв, «обрывки» мембраны запрещены) и она не ветвится (запрещены устойчивые во времени «перегородки», примыкающие к другим).

Как уже говорилось, структурной основой мембраны является двойной слой фосфолипидов (билипидный слой). Кроме того, в состав мембраны в обязательном порядке входят различные белки. Молекулы белков «встроены» в билипидный слой различными способами: есть белки, лежащие на поверхности мембраны, есть погружённые, и есть белки, пронизывающие мембрану насквозь. Функции этих белков могут быть разнообразными: это и каналы, по которым осуществляется транспорт каких-то веществ, и рецепторы, и ферменты, и т. д. Толщина клеточной мембраны составляет 7-8 нм (нанометр — миллиардная часть метра).




Collapse )

Введение в биологию — оглавление

Введение в биологию — пост №14


XIV
Размер имеет значение


Клетки, из которых построено всё живое, обладают одним важным свойством, которое хорошо известно даже младшеклассникам: они очень маленькие. Разные клетки могут довольно сильно отличаться размерами: диаметр клеток бактерий может составлять единицы мкм (микрометр — 10-6 м, или тысячная доля миллиметра), диаметр клеток животных и растений обычно составляет десятки и сотни мкм. Но клетки никогда не бывают по-настоящему большими — ну хотя бы размером с кролика, не говоря уже чтобы со слона. Почему так?

Всем нам знакомо понятие масштаба: глядя на рисунок, я в общем случае не могу определить, какого размера изображённый на нём предмет. Нарисована ли табуретка или её уменьшенная копия? Или какого размера планета, которую я вижу в телескоп? Просто так сказать нельзя — нужно знать масштаб. Ничто не запрещает предположить, что объект, имеющий такую форму и строение, намного больше или намного меньше. Из геометрии мы знаем понятие подобия — мы можем представить себе такую же штуку, но больше. Или меньше.




Но есть одна важная вещь, которая состоит в том, что геометрическое подобие не означает подобия физического. На самом деле «такая же штука, но больше» — уже не такая же. Давайте представим себе конкретный пример. Пусть у меня есть дом. Ну или дворец. (Ну или на худой конец сарайчик.) Пусть он для простоты (так будет удобнее для наших целей) имеет форму правильного куба. Ну, и пусть он по каким-то причинам должен стоять на сваях — эдаких курьих ножках (возможно, мне не дают покоя лавры Бабы-Яги, ну, или просто мой дворец стоит в подтопляемой местности). Я нанимаю инженера, чтобы он рассчитал необходимую толщину свай. Что он делает? Очевидно, нагрузка на сваи тем больше, чем больше масса моего сарайчика. Вся эта нагрузка «опирается» на площадь, равную суммарной площади сечения свай. Именно из этих соображений инженер и сделает мне расчёт — площадь сечения свай определяется исходя из приходящейся на них нагрузки.

Теперь представим себе, что я, посмотрев на избушку соседа, и увидев, что она больше, говорю: «Нет, стой, сделай-ка мне точно такую такую же, но чтобы всё было в два раза больше! А в остальном чтобы точная копия». Что скажет мне на это инженер? Если мы увеличиваем длину стороны кубического дворца в два раза, объём увеличится в восемь раз. (Представьте себе, сколько маленьких кубиков помещается в полученный «большой» куб.) Значит, и нагрузка увеличится в восемь раз. Значит, и площадь сечения опор должна увеличится в восемь раз. А если я, как мне хотелось, увеличу диаметр свай в два раза, площадь их сечения увеличится всего в четыре раза, так как она, как и всякая площадь, пропорциональна квадрату (второй степени) линейных измерений. Масса пропорциональна объёму, а объём пропорционален кубу (третьей степени) линейных измерений. Вывод? Опоры придётся делать толще, и вместо увеличенной копии у меня будет избушка с непропорционально толстыми ногами.




Collapse )

Введение в биологию — оглавление

Введение в биологию — пост №9


IX
Разнообразие белков


Итак, мы выяснили, что важнейшее свойство белков, определяющее их функциональное значение — это их разнообразие. Белки вступают в самые разнообразные взаимодействия с различными молекулами, и благодаря им происходят разнообразные процессы в живых клетках. В одной лишь клетке работают тысячи ферментов, а мы знаем, что в других клетках набор ферментов может (и должен, если это по-настоящему другие клетки) отличаться. Это означает, что всего в природе должно существовать огромное количество разных белков.

Строение белков подразумевает такую возможность. Поскольку белки являются гетерополимерами, за счёт изменения порядка аминокислот в цепях мы можем получить огромное разнообразие вариантов. Если я переставлю местами, скажем, остатки глюкозы в молекуле целлюлозы, то целлюлоза останется ровно той же самой целлюлозой. Изменение же порядка аминокислот приводит к появлению нового белка, с потенциально новыми свойствами.

У нас имеется 20 стандартных аминокислот, из которых строятся белки (иными словами — 20 «одноаминокислотных» последовательностей. Если к одной аминокислоте добавлять вторую, то у каждой аминокислоты возникает 20 вариантов окончаний, получается 20 × 20 = 400 вариантов дипептидов. Чтобы посчитать число вариантов возможных трипептидов, нужно умножить ещё на 20, так как каждый из 400 вариантов дипептидов имеет 20 вариантов окончания. Получится 20 × 20 × 20 = 8000.




Сколько существует вариантов полипептидов длиной, ну, хотя бы 100 аминокислот? (Реальные белки могут быть и существенно длиннее.) Согласно нашей формуле, должно получиться 20 × 20 × 20 × ... × 20 (сто раз), то есть 20100. Кажется, это довольно много. Если избавиться от двойки, то получится приблизительно 20100 = (2 × 10)100 = 2100 × 10100 ≈ 1030 × 10100 ≈ 10130.

Но много — понятие растяжимое. Насколько это много? 10130 — это число со 130 нулями. Кажется, это больше, чем людей на Земле? Людей на Земле несколько миллиардов, это 9 нулей. А, скажем, если по сравнению с числом песчинок на всех пляжах мира? Тут уже не так очевидно. Попробуем прикинуть. Если принять массу песчинки порядка 1 мг, то в килограмме песка будет 106, то есть миллион песчинок. Масса Земли составляет около 6×1024 кг, так что даже если бы вся Земля начисто состояла из песка, песчинок на ней поместилось бы всего порядка 1030. Масса Солнца больше массы Земли в сотни тысяч раз, получается, что, если бы объект с массой Солнца состоял бы из песка, песчинок в нём поместилось бы порядка 1036. Это пока, как видим, ещё очень далеко от нашего числа 10130.

Увеличение всего лишь на единичку показателя степени интуитивно кажется чем-то не очень существенным. Но ведь речь идёт о приписывании к числу лишнего нуля, то есть об умножении в 10 раз. Если мы умножим что-то в сто миллиардов раз, мы должны приписать 11 нулей. В нашей галактике порядка 300 миллиардов звёзд. Значит, прибавляем 11 к показателю степени в массе Солнца. Всего 11. Когда же мы доберёмся до 10130?

Никогда. По современным оценкам специалистов (вы можете попробовать сделать это самостоятельно, большая точность нам не нужна) число порядка 1088 у нас получится, если мы пересчитаем число всех элементарных частиц во Вселенной. То есть считать каждый протон, каждый электрон… Вот таких частичек получается 1088. Иными словами — никаких материальных объектов в нашей Вселенной не насчитается больше, чем 1088. Если я буду ставить точки на бумаге, то я не смогу поставить столько точек, даже если пустить на чернила всю материю Вселенной. Точки для этого слишком большие. Даже отдельных атомов получится меньше, они тоже слишком большие. Как же тогда получается 10130 белков? Очень просто — это не число белков, а лишь число возможных вариантов белков. В природе, разумеется, реализована лишь очень небольшая часть из этого мыслимого разнообразия.
Collapse )

Введение в биологию — оглавление

Введение в биологию — пост №8


VIII
Функции белков


Функции белков, прежде всего, очень разнообразны. Обычно в учебниках они перечисляются примерно таким списком: транспортная функция, сигнальная, структурная, ферментативная, двигательная, защитная. Здесь надо прежде всего иметь в виду, что на самом деле речь идёт о категориях функций, внутри каждой из которых есть значительное разнообразие. Например, один белок, выполняющий функцию, нам уже известен: это гемоглобин, который переносит кислород к разным органам нашего организма. Но есть и куча других транспортных белков, которые что-то куда-то переносят, каждый своим особенным способом. Сигнальная функция — белки могут быть рецепторами на поверхности клетки, они избирательно связываются с какими-то веществами и передают информацию об их присутствии внутрь клетки; белки могут также передавать информацию от одних органов к другим на уровне многоклеточного организма (гормоны). Структурная функция — означает, что из белков что-то построено. Здесь тоже много разных вариантов, в пример можно привести кератин, из которого состоят ногти и волосы. Двигательная — есть белки, которые способны, извлекая из каких-то источников энергию, изменять свою форму и совершать таким образом механическую работу (например, белки мышц). Защитная функция — речь может идти, например, об антителах, защищающих нас от болезней, они тоже бывают разные.

Но самое большое разнообразие белков мы встретим среди ферментов. Ферментами называются белки, выполняющие каталитические функции. Катализатором в химии называется вещество, которое вступает в реакцию, но в результате выходит из неё в изначальном виде, и поэтому не расходуется, и с которым реакция идёт существенно быстрее, чем без него. Иными словами — вещество, ускоряющее химическую реакцию. На самом деле, слово «ускорять» здесь — некая формальность, на самом деле без катализатора некоторые реакции идут настолько медленно, что на макроуровне можно сказать, что они не идут вовсе. А с катализатором идут. Это явление довольно распространено в неорганической химии, к примеру, очень многие реакции могут катализироваться платиной или палладием.

Живые организмы, понятное дело, осуществляют кучу разнообразных химических реакций. Более того — большинство этих реакций не идут самопроизвольно. Вот, например, мы говорили, что углеводы могут использоваться как источник энергии. Как именно будет извлекаться энергия, какие именно превращения будут происходить? Подробнее об этом чуть позже, но вот на рисунке ниже несколько реакций, объясняющих, что в нашем организме будет происходить с глюкозой (это, разумеется, только очень малая часть всего нашего метаболизма).
Collapse )

Введение в биологию — оглавление

Введение в биологию — пост №7


VII
Аминокислоты. Белки


Аминокислотой будет называться любое органическое вещество по факту наличия в его молекуле карбоксильной группы и аминогруппы — то есть являющееся одновременно амином и карбоновой кислотой. Внимательные читатели могли заметить, что вообще-то мы уже сталкивались с такими веществами — на картинках в разговоре про изомерию встречался аланин. Вот он (трёхмерная структура здесь не отражена):




Здесь аминогруппа соединена с тем же атомом углерода, что и карбоксильная группа. Такие аминокислоты называются α-аминокислотами (буквой α здесь обозначается первый атом в углеродной цепи, начиная от карбоксильной группы). В принципе возможны, разумеется, и другие варианты, но именно α-аминокислоты будут интересовать нас в первую очередь, так как именно из них состоят белки.

Каким же образом они из них состоят? Вот общая формула всех α-аминокислот:




Буква «R» обозначает радикал, то есть на её месте в принципе может быть что угодно. Но для белков пригодятся не любые α-аминокислоты, а только вполне определённые. Существует 20 стандартных аминокислот, из которых живые организмы строят белки (в принципе, есть ещё кое-какие их производные, но это уже детали). Вот они:
Collapse )

Введение в биологию — оглавление

Мифы об эволюции – 4


Миф №4: «Переходные формы так и не обнаружены».

На самом деле палеонтологические музеи просто забиты этими самыми переходными формами, в чём каждый может легко убедиться самостоятельно. Их количество столь велико, что даже не имеет смысла приводить примеры – чтобы не создать впечатления, что этими примерами дело ограничивается.

Часто при обсуждении переходных форм часто приходится слышать, что, мол, какую ни возьми, оказывается, что это не предок, а «боковая ветвь». Но требование найти буквально предка означает практически то же самое, что требование найти какого-то конкретного пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра-пра…дедушку. На это палеонтология рассчитывать не может. В норме останки живых организмов разлагаются, возвращаясь в круговорот веществ, и тот факт, что у нас вообще есть палеонтологический материал, имеет место благодаря редким исключениям из этого правила. Если бы у палеонтологов была информация обо всех когда-либо живших на Земле организмах, тогда, безусловно, можно было бы проследить конкретные генеалогии. Но этого нет и не должно быть.

Если же под «переходной формой» мы подразумеваем не обязательно непосредственного предка каких-то ныне живущих организмов, то что тогда имеется в виду? Всё очень просто – речь идёт о формах, по своим признакам занимающих промежуточное положение между другими. Может показаться, что это банально – наличие таких форм в принципе неизбежно и без всякой эволюции; просто невозможно придумать биоразнообразие, в котором одни зверюшки по каким-то признакам не займут промежуточного положения между другими (и это касается в равной степени и вымерших, и ныне живущих форм). Но дело не в самом наличии этих переходных форм, а в том, какие именно переходные формы имеют место. Эволюционная биология, предполагая определённые сценарии происхождения тех или иных групп, предсказывает, с каким набором признаков могут быть найдены ископаемые организмы, а с какими – нет. Например, представления о происхождении птиц предсказывали, что в принципе могут быть обнаружены динозавры с перьями. И они обнаружены! А лягушки с перьями (или пауки с перепончатыми крыльями, или обезьяны с осьминожьими щупальцами), согласно этому сценарию обнаруживаться не должны, и мы их и не находим.

Более того – эволюционная биология предсказывает не только примерные характеристики тех ископаемых, которые мы можем рассчитывать найти, но и в слоях какого возраста их следует искать, и иногда даже в каких именно географических областях. И эти предсказания замечательным образом подтверждаются. И не беда, что археоптерикс оказался не прямым предком птиц – именно предположение о происхождении птиц от рептилий позволяет предсказывать появление «боковых веточек» на этом пути, и поэтому подтверждается таким образом.

...

Все так обсуждают эксперимент Сёрла, как будто он на самом деле возможен. Мне так кажется, что у Сёрла примерно столько же шансов в своей комнате реально имитировать китайский язык, сколько у черепахи убежать от Ахиллеса.