Организм и среда

Всякое живое тело в процессе свойственного ему обмена веществ, самообновления, совершает цикл индивидуального развития. Завершением этого развития является процесс размножения. Рассматривая ряд сменяющих друга друга поколений как изолированных от условий жизни, естествоиспытатели—метафизики считали, что последующие поколения являются бесконечным повторением предыдущих. Мичуринское учение, включая понятие среды в понятие живого тела, видит в условиях среды могучий фактор развития, ведущий к видовой изменчивости.

Разные живые тела требуют для своего развития разных условий среды. Однако легко видеть, что разные живые тела, находясь в одинаковых условиях среды, развиваются каждое на свой лад. Из условий окружающей внешней среды они усваивают не все, а лишь то, что соответствует их природе. Таким образом, разные живые тела, находясь в одинаковых условиях среды, избирают из среды лишь подходящие Для них вещества и, усваивая их, развиваются. Избирательность есть свойство живого тела требовать тех условий среды, в которых протекало развитие предыдущих поколений. Избирательность есть отражение истории развития организма в определенных условиях среды.

Но может быть, что живое тело не найдет в окружающей среде нужных ему для развития условий, всех подходящих элементов среды, усваиваемых в процессе самообновления. Такие условия легко осуществить в эксперименте, например, с хорошо изученными бактериями, несколько изменяя обычную для посева среду. Тогда может случиться, в особенности если новая среда значительно отличается, что микроорганизм не будет взаимодействовать с новой предложенной ему средой, обмена веществ не будет происходить, и тело бактерии разрушится.

То же можно наблюдать, выращивая растения в измененных условиях. Эти изменения могут касаться температуры, влажности, освещения, питания растений. Растение может не. усвоить новых предлагаемых ему условий, и тогда оно раньше или позже погибнет, не дав потомства.

Но может быть, что живое тело, не находя обычных условий, станет усваивать необычные условия среды, и тогда развитие будет протекать по-иному: поглощая в процессе самообновления эти новые условия среды, организм с необходимостью изменится.

Такие наблюдения были сделаны еще в прошлом столетии. Так, Пастер показал, что если вирус бешенства, развивающийся у собак, привить обезьянам, то в теле обезьян вирус бешенства изменяется,— его вирулентность, способность вредить организму, носителю вируса, слабеет. Если же проводить вирус несколько раз через кроликов, то его вирулентность, наоборот, значительно возрастает. Воспитывая холерный вибрион последовательно в голубях, обычно невосприимчивых к заболеванию, наш известный микробиолог Гамалея значительно усилил его вирулентность. В настоящее время можно считать установленным, что размах изменчивости низших живых форм очень велик и срок, необходимый для переделки их природы, много короче, чем думали ранее. Наблюдения над изменчивостью возбудителей заболеваний под влиянием условий внешней среды были использованы для изготовления живых вакцин-культур микроорганизмов ослабленной вирулентности, для предохранительных прививок. Так наши советские микробиолога получили живую противочумную вакцину, вакцину против туляремии, бруцеллеза, инфекционной анемии лошадей и др. (Вирусом называется невидимое в обычный микроскоп живое начало, вызывающее заболевание. Известны вирусы бешенства, гриппа, оспы и др. Изобретение электронного микроскопа позволило увидеть вирусы, применяя увеличение в 30—50 тысяч раз. Советский ученый Бошьян приводит убедительные доказательства того, что вирусы представляют лишь форму существования видимых микроорганизмов и при соответствующей методике культивирования превращаются в последние. В свою очередь микробные формы при изменении условий могут превращаться в невидимые, фильтрующиеся формы.)

Мичуринское учение подняло наблюдения над изменчивостью организмов на высоту общебиологической теории и создало из нее могучее оружие управления природой растений и животных.

Мичуринское учение показало, что новые, необычные условия среды усваиваемые в процессе самообновления организмом, изменяют его. Эти изменения могут быть вначале незначительными, но, накопляясь, они ведут к изменениям коренным, глубоким, к качественным изменениям. Изменения эти всегда приспособительны, т. е. соответственны условиям среды. Так, суровый климат с сильными морозами зимой воспитывает морозоустойчивые растения, наоборот, мягкий, влажный климат изнеживает их, делает неустойчивыми к морозам.

Воспитанные в новых условиях растения в дальнейшем будут требовать уже этих новых условий. Их избирательность изменится, отражая путь развития.

Умело воспитывая организмы в соответствующих условиях среды, можно изменять их природу соответственно требованиям человека.

Замечательна история создания мичуринского сорта Северный абрикос. Северная граница распространения нежной южной культуры абрикоса проходила на 700 с лишним километров юго-западнее г. Козлова Тамбовской губернии, где жил и работал Мичурин. Но И. В. Мичурин знал огромное воспитательное значение внешней среды, этого могучего фактора в развитии организма, и решил создать новый выносливый сорт абрикоса. Предыдущие его работы показали, что молодой организм более пластичен и легче поддается воспитательному влиянию среды, поэтому отказавшись от попыток акклиматизировать черенки взрослых, уже плодоносивших деревьев, он перешел к выращиванию растений из семян. Но перенос даже молодого растения к северу на такое расстояние водной генерации невозможен. «Природа таких скачков не делает», — писал И. В. Мичурин.

Северный абрикосОн решил накапливать изменения под влиянием климата путем постепенного переноса семян на север и воспитания все более суровым климатом нескольких последовательных поколений. Так как выполнить эту работу, ввиду ее длительности, одному Мичурину представлялось невозможным, он стал искать, нет ли в ближайших губерниях к югу и юго-западу от Тамбовской в садах любителей-плодоводов абрикосовых деревьев, перенесенных ранее посевом из семян, хорошо развивающихся и плодоносящих. Он нашел уже плодоносящие деревья в средней части Воронежской губернии и в северной части области Войска Донского. Из сеянцев, полученных из семян этих деревьев, и был выращен знаменитый мичуринский сорт Северный абрикос, продвинутый на 700 с лишним километров к северо-востоку от прежней границы его распространения (рис. 1).

 

Многолетняя работа с плодовыми деревьями показала И. В. Мичурину, как устойчива природа растения, как упорно они отказываются усваивать новые, необычные условия среды, но он нашел путь изменения этой консервативной природы, используя пластичность молодого сеянца. «Нужно уметь заставить растение принять в свой строительный материал такие части, которые раньше растением не употреблялись»,— писал И. В. Мичурин. Всем известен гордый мичуринский девиз: «Мы не можем ждать милостей от природы, взять их у нее — наша задача».

Не менее замечательно создание Т. Д. Лысенко новых морозоустойчивых сортов зерновых культур. Исходя из теории стадийного развития растений на основе взаимодействия со средой, Т. Д. Лысенко пришел к выводу о возможности переделки озимых растений в яровые и яровых в озимые. Озимые растения, как уже указано выше, требуют пониженных температур при прохождении стадии яровизации, яровые же хорошо развиваются при более повышенных температурах. Создавая растениям требуемые ими условия среды, угождая им, мы направляем их путь развития по обычному для них руслу, — природа их практически не меняется. Если же поместить растение в новые, необычные условия, оно может, как указывалось выше, погибнуть, не дав потомства.

Т. Д. Лысенко нашел путь принудить растения усваивать новые, необычные для них условия.

Воздействуя повышенной температурой в конце стадии яровизации, Т. Д. Лысенко изменил природу озимых растений, превратил их в яровые. Действуя пониженной температурой на яровые растения в стадии яровизации, Т. Д. Лысенко изменил и их природу, заставил их требовать вместо повышенных температур в стадии яровизации— пониженные, т. е. превратил их в озимые растения. Вновь полученные озимые растения, воспитанные в нескольких поколениях в новых условиях среды стали настолько морозоустойчивыми, что, будучи высеяны в суровых условиях, в некоторых случаях оказались даже более зимостойкими, чем имеющиеся зимостойкие сорта. Так, в сортоиспытании в Одесском институте генетики и селекции весной 1940 г. было выяснено, что полученная из яровой озимая пшеница более морозостойка, чем любая пшеница, происходящая из украинских степей. Озимый ячмень, полученный из ярового, во время суровой зимы 1939/40 г. пострадал меньше, чем стандартные озимые сорта ячменя.

Воспитание умело подобранными условиями среды применимо и к высшим животным организмам. Так, при выведении новой Костромской породы крупного рогатого скота введение холодного содержания молодняка способствовало развитию выносливости породы.

В дикой природе происходящие изменения окружающей среды, усваиваемые организмом, направленно его изменяют. Энгельс еще в прошлом столетии указал на такую изменчивость. «Но необходимо строго ограничить от этого (от борьбы, происходящей от перенаселения) те условия, при которых виды изменяются — старые вымирают, а их место занимают новые, более развитые без наличия такого перенаселения, например, при переселении растений и животных в новые места, где новые климатические, почвенные и прочие условия вызывают изменения. Если здесь приспособляющиеся индивиды выживают и, благодаря все возрастающему приспособлению, преобразуются, далее, в новый вид, между тем как другие более стабильные индивиды погибают и, в конце концов, вымирают вместе с несовершенными промежуточными формами, то это может происходить и происходит фактически без всякого мальтузианства.

То же самое при постепенном изменении географических климатических и прочих условий в какой-нибудь данной местности (высыхание Центральной Азии, например). При этом безразлично, давит ли здесь друг на друга или не давит животное или растительное население: вызванный изменением географических и прочих условий процесс развития организмов происходит и в том, и в другом случае».

Таким образом, в индивидуальной жизни организма в результате его взаимодействия с окружающей средой накопляются изменения. Новые поколения, развиваясь из предыдущих, будут развиваться уже на новой основе. Вот почему, хотя мы и будем наблюдать повторение прежнего цикла развития,—это повторение будет совершаться на новой ступени. Здесь не будет уже повторения в смысле вечного движения в неизменном кругу, как представляли себе метафизики, а развитие, поступательное движение, движение по спирали. Каждый оборот спирали как бы повторяет предыдущий оборот, но он находится выше предыдущего. Движение по спирали—восходящее, поступательное движение.

Итак, умело организуя условия среды, советские биологи-мичуринцы направленно изменяют природу организма. Развитие организма есть результат его взаимодействия со средой. Организм изменяется, усваивая новые условия среды. Среда также не остается неизменной, так как в ней постоянно имеют место физические и химические процессы, имеет место жизнедеятельность организмов, изменяющая среду.

Рассмотрим, как отражаются на жизнедеятельности простейших живых тел те изменения среды, которые совершаются под их влиянием. Вернемся еще раз к хорошо изученному, уже рассмотренному ранее процессу спиртового брожения. Дрожжевой грибок, внесенный в соответствующие условия среды — сок плодов, вступает во взаимодействие с этой средой и изменяет ее, поглощая сахар и другие продукты питания и выделяя спирт и другие вещества. Давно известно, что спирт, накопляясь в среде в процессе брожения до определенной концентрации (10—14%), прекращает брожение. Спирт является продуктом жизнедеятельности дрожжевого грибка, тем не менее в известной концентрации он прекращает обмен веществ организма, его выделившего. Среда, в которой накопляется спирт, становится токсичной для дрожжевого грибка, прекращает его жизнедеятельность.

Таким образом, жизнедеятельность дрожжевого грибка сама создает условия прекращения этой жизнедеятельности. То же явление наблюдается и при молочнокислом брожении: накопление молочной кислоты до 0,54—1,25% останавливает жизнедеятельность молочнокислых бактерий.

Исследуя жизнедеятельность почвенных микроорганизмов, академик В. Р. Вильямс показал, что выделяемые почвенными бактериями и грибками вещества токсичны для них. Их жизнедеятельность может осуществляться лишь при условии удаления этих веществ, вымывания их из среды или связывания их в другие соединения. Так органическая кислота, продукт выделения грибков, разлагающих мертвые деревянистые органические вещества, прекращает жизнедеятельность этих грибков; другие органические кислоты прекращают соответственно жизнедеятельность других групп почвенных бактерий, продуктом выделения которых они являются.

Накопление в процессе обмена веществ организмов продуктов, прекращающих этот обмен веществ,—общебиологическое явление. Оно имеет значение и для высших организмов и давно известно в практике человеческой деятельности. Если жизненный процесс протекает в условиях невозможности удаления веществ, образовавшихся в этом процессе, он затухает, прекращается; организм погибает. В микробиологических лабораториях это явление обусловило применение особых приемов культуры микроорганизмов. Так, необходимость пересева на свежую среду вызвана накоплением продуктов выделения, прекращающих развитие культур.
 

Споры, цисты, семена. Некоторые микроорганизмы — бактерии, грибы — способны образовывать споры, имеющие плотную оболочку. В виде споры микроорганизмы очень устойчивы к неблагоприятным условиям среды. Они долго считались наиболее устойчивыми образованиями среди всего органического мира. Споры некоторых бактерий выдерживают кипячение в течение нескольких часов, а также сухой жар в 120—140°. Они переносят длительное высыхание, действие химических веществ, безусловно убивающих вегетативные неспоровые формы (рис. 2).
Спорообразующая палочка
Споры образуются в культурах в результате изменения обмена веществ микроорганизмов, связанного с накоплением продуктов выделения. Если не пересевать спорообразующие бактерии на свежую среду, в них развиваются споры, и дальнейший рост культуры прекращается. Хотя споры могут длительное время сохранять свою жизнеспособность в неблагоприятной среде, в некоторых случаях десятки лет, но, как мы увидим далее, если они не попадут вновь в соответствующие условия среды, они рано или поздно погибают. Если же споры попадут в благоприятную среду, то они прорастают, и рост микроорганизмов возобновляется.

Среди патогенных бактерий спорообразующими являются сибиреязвенная палочка, палочка столбняка и другие.

Явления, сходные с образованием спор, можно наблюдать у низших животных организмов. В неблагоприятных условиях среды они образуют цисты с толстой оболочкой, также очень устойчивые к неблагоприятным воздействиям. Цисты формируются в конце цикла развития микроорганизма, когда накопившиеся продукты жизнедеятельности препятствуют дальнейшему взаимодействию со средой. Высыхание водоемов способствует образованию цист, увеличивая концентрацию продуктов выделения в среде (рис. 3).

Вегетативная форма и цисты амебы (Entamoeba histolytica) (по Павловскому).

В органах высших растений также можно наблюдать прекращение жизнедеятельности в результате изменений, вызванных самым процессом обмена веществ. Так, зрелая пыльца растений находится в состоянии, тождественном с состоянием споры. Семена растений морфологически очень отличаются от спор: это многоклеточные образования, содержащие в большинстве случаев уже диференцированный зародыш. Тем не менее их состояние весьма сходное состоянием спор. Вначале семена интенсивно развиваются, затем они теряют влагу и могут длительное время сохранять свою жизнеспособность в таком состоянии.

Обычно такие жизнеспособные споры, цисты, семена называют покоящимися, так как внешне они не изменяются. Это не значит, однако, что в них не происходит никаких изменений.

И. В. Мичурин поставил следующий опыт. Семена, полученные от оплодотворения цветов яблони Апорт пыльцой яблони Китайки, были разделены на две части. Одна из них была высеяна в ту же осень прямо из снятых плодов в грядку и зимовала под снегом. Вторая часть была вынута из плодов лишь зимой и хранилась в жилой отапливаемой комнате; после того как снег весной стаял, семена были высеяны в грядку. Те и другие семена дали всходы с незначительной разницей во времени, но довольно значительный процент (10) семян весеннего посева не взошел. Однако вскоре уже стало заметно, что сеянцы из семян, хранившихся в помещении, значительно отличаются от сеянцев осеннего посева по тучности развития всех своих частей. С началом плодоношения этих деревьев оказалось, что, хотя деревца весеннего посева и ранее начали плодоносить, но их плоды по величине и по весу значительно уступали плодам деревцев осеннего посева. Таким образом, сухие, так называемые покоящиеся, семена при хранении способны изменяться

Новое освещение этот вопрос получил в результате замечательной работы Т, Д. Лысенко, выполненной в первый год Великой Отечественной войны. Весна в этом году была поздняя, холодная. Временная оккупация Украины привела к перемещению главной продовольственной базы нашей Родины в северные и восточные районы. Поэтому в связи с поздней весной и коротким летом этих районов возникло опасение, что главная культура —яровая пшеница — не успеет вызреть. Известно, что если мороз застанет хлеб неснятым, то живые зародыши семян будут убиты. Такое морозобойное зерно мертво, дать всходов оно не может. Т. Д. Лысенко посоветовал закончить косьбу хлебов к 15 сентября. Зерновки снятой пшеницы были внешне вполне здоровыми, хотя и не достигли съемной зрелости.

Однако, когда осенью 1941 г. стали проверять всхожесть зерна, оказалось, что она очень низка, иногда 5—10%. Такое зерно по положению необходимо было обменять на зерно с требуемой производственными нормами всхожестью. Однако перевозка зерна в условиях загруженности транспорта во время войны была тяжелой задачей.

Т. Д. Лысенко разрешил эти затруднения. Он предположил, что семена не всхожи не потому, что они мертвы, а потому, что они еще не приобрели всхожести. Это предположение блестяще подтвердилось дальнейшими исследованиями. Прогревая семена в лабораторных условиях, Т. Д. Лысенко повысил всхожесть зерна до 95%. Далее был найден способ повышения всхожести и в производственных условиях. Путем воздушно-тепловой обработки зерна колхозники восточных районов получили необходимое для посевов зерно высокой всхожести.

Эта работа Т. Д. Лысенко имеет большое практическое значение для северных районов и высокогорных местностей как способ повышения полевой всхожести, а также и урожайности зерновых. Ее практическая значимость вытекает из биологических обобщений. Эти исследования показывают, что в уже вымолоченных семенах, не связанных с материнским растением, идут изменения, превращения, ведущие к зрелости семян. На основе этих работ Т. Д. Лысенко в лаборатории цитологии Академии наук УССР были проведены морфологические исследования, которые показали, что в таких дозревающих зерновках протекает процесс формирования зародыша, вплоть до той ступени развития, на которой он находится в зрелой зерновке.

Таким образом, понятие «покоящиеся семена» имеет теперь иное значение, чем то, которое вкладывали в него в метафизический период. В покоящихся семенах все же идут превращения, но обмен веществ в них происходит по-иному. В вымолоченных семенах обмен веществ происходит внутри самого семени, и лишь кислород в незначительном количестве поступает из внешней среды. В связи с этим сохранение жизнеспособности семян ограничено теми условиями, которые осуществляются в покоящемся семени. Рано или поздно семена теряют свою всхожесть— умирают. Длительность периода сохранения жизнеспособности семян у разных растений резко различается. Так, семена видов тополя теряют всхожесть вскоре после их созревания (15—30 дней). Семена других растений всхожи в течение нескольких лет, а иногда и десятков лет после их созревания (семена некоторых сорняков). В течение периода хранения всхожесть семян постепенно снижается. Длительность периода сохранения жизнеспособности семян зависит от условий хранения.

Есть, однако, и такие семена, которые не имеют стадии покоя и прорастают вскоре после опадения плодов с материнского растения и даже на самом материнском растении. Это — семена некоторых так называемых живородящих тропических растений. Такие семена содержат большое количество воды (до 92% в семенах некоторых амариллисовых).

Надо думать, что живое вещество спор и цист находится в таком же состоянии, как и в семенах, так как после длительного хранения в сухом состоянии споры и цисты также теряют способность прорастать.

Итак, исследования показали, что на основе взаимодействия организма и среды происходит развитие организма, но это взаимодействие изменяет и среду, в которой организмы находятся, что не может не отразиться в свою очередь и на самом организме. Рассматривая организм в единстве со средой, мы видим единый закономерный процесс развития.

 


Практические занятия медицинские биологические препараты для профилактики и лечения инфекционных заболеваний

Занятие 1-е. Вакцины и анатоксины.

Вопросы для обсуждения. 1. Искусственный иммунитет, активный и пассивный. 2. Препараты для создания искусственного активного иммунитета: вакцины и анатоксины. 3. Виды вакцин: живые, убитые и химические. 4. Способы приготовления вакцин. 5. Анатоксины нативные и очищенные, их получение и титрован...


Практические занятия вирусы

Занятие 1-е. Методы вирусологических исследований.

Вопросы для обсуждения: 1. Особенности биологии вирусов. 2. Принципы классификации вирусов. 3. Вирион, его строение, размеры и химический состав. 4. Микроскопические методы изучения морфологии вирусов. 5. Методы культивирования вирусов на культурах клеток, куриных эмбрионах, лаб...


Препараты для профилактики и лечения вирусных заболеваний

Препараты для профилактики и лечения оспы. Оспенная вакцина сухая — Vaccinum variolae siccum является живой вакциной. В зависимости от субстрата, на котором культивируют вирус, различают дермальную (культивирование на коже животных), тканевую (культивирование в клеточных культурах) и яичную или ововакцину (культивирование на куриных эмбрионах).

Возбудители основных вирусных заболеваний

Возбудитель оспы. Возбудитель оспы является одним из самых крупных вирусов (200—350 нм). Этот вирус может быть обнаружен в оптическом микроскопе при применении специальных методов окраски (тельца Пашена).

При натуральной оспе в эпителиальных клетках обнаруживаются внутриклеточные включения — тельца Гуарниери.



Категория: Общие вопросы биологии
Просмотров: 29 | Теги: общая биология, среда биология, Организм и среда биология, организм биология | Рейтинг: 0.0/0