2.3. Ткани, органы, системы органов (Панина)

Рассмотренные в разделе 2.2 виды изменчивости (мутационная и комбинативная) являются наследственными. Они обусловлены изменением информации в ДНК, находящейся в клетке. Однако в течение жизни любого организма его внешний вид и строение изменяются, хотя ДНК клеток может оставаться неизменной.

Приобретённая ненаследственная изменчивость характерна и для одноклеточных, и для многоклеточных организмов.

Одноклеточными являются все бактерии, а также низшие представители растений (одноклеточные водоросли), животных (различные типы простейших) и грибов (например, дрожжевые грибы). Классификация одноклеточных эукариот очень трудна. Например, эвглена зелёная имеет признаки и растений, и животных. Иногда всех одноклеточных эукариот объединяют в особую систематическую категорию — протисты. После деления клетки одноклеточного организма обычно происходит разрушение части структур, принадлежавших материнской клетке, затем каждая дочерняя клетка достраивает нужные части и растёт.

Многоклеточные организмы имеются только среди эукариот. Переход к многоклеточности явился крупным эволюционным шагом. Клетки объединились, чтобы улучшить приспособленность организмов и более эффективно использовать ресурсы окружающей среды. Это достигается специализацией и взаимопомощью клеток. Чем более высокоорганизованными являются организмы, тем большей специализацией отличаются его ткани. Ткань — группа клеток, сходных по строению, происхождению и выполняемым функциям, вместе с межклеточным веществом.

Уже у колоний, таких, как вольвокс, наблюдается некоторая специализация (наружных клеток на контактах с внешней средой, внутренних — на размножении). У нитчатых водорослей появляется разделение на базальную бесцветную клетку, обеспечивающую прикрепление на хорошо освещённом месте, и фотосинтезирующие клетки, обеспечивающие её питание.

Формирование истинных тканей у растений связано с выходом на сушу. Выброшенные на берег водоросли быстро высыхают, поэтому первой задачей, с которой они столкнулись в новой среде, было сохранение воды. Покровные клетки, став прозрачными, специализировались выделять на поверхность клетки воскоподобное вещество, препятствующее испарению воды; контролируемое испарение и газообмен осуществляются через специальные устьица. Водоросли на суше не могут стоять, поскольку в них нет твёрдых опорных элементов. Такие элементы — механическая ткань, состоящая из прочных волокон, — сформировались из клеток с утолщёнными стенками, расположенными одна над другой. У первых ископаемых наземных растений — риниофитов — отмечено начало формирования проводящих тканей, служащих для перемещения воды и растворённых веществ по растению. Клетки проводящих тканей расположены друг над другом и имеют утолщённые боковые стенки. Риниофиты, как и современные мхи, всасывают воду и минеральные соли всей поверхностью тела, их ризоиды служат только для прикрепления к субстрату.

Всасывающая ткань и соответственно настоящие корни формируются у папоротникообразных. Клетки всасывающей ткани имеют выросты — корневые волоски, которые увеличивают их всасывающую поверхность. Каждая такая клетка, располагаясь вблизи кончика корня, живёт недолго.

У современных цветковых растений ткани хорошо развиты. Проводящие ткани представлены ксилемой — совокупностью сосудов, состоящих из мёртвых клеток, поперечные перегородки между которыми разрушены, и флоэмой — совокупностью ситовидных трубок, состоящих из живых клеток, поперечные перегородки между которыми имеют многочисленные отверстия и похожи на сито. По сосудам вверх движутся вода и соли, по трубкам движутся из листьев растворы органических веществ, образованных в процессе фотосинтеза. Жилки листьев представляют собой сосудисто-проводящие пучки, у древесных растений древесина состоит из сосудов и механических волокон, а ситовидные трубки и волокна образуют особый слой в коре — луб.

1 Особенности тканей животных и человека см. в блоке IV.

Образовательные ткани у цветковых растений располагаются в кончике корня, почках и семенах, у древесных растений образуют кольцо камбия под корой. Эти ткани состоят из мелких неспециализированных клеток, которые делятся и обеспечивают рост растения, регенерацию повреждённых частей и размножение.

Основные ткани заполняют органы и могут выполнять функции фотосинтеза, опоры, перемещения и запасания веществ. Фотосинтезирующая ткань имеется во всех зелёных частях растений, прежде всего в листьях, где она заполняет внутреннее пространство листовой пластинки. Её содержащие хлоропласты клетки расположены компактно под верхней кожицей (столбчатая ткань) и рыхло с нижней стороны (фотосинтез, см. табл. 5, разд. 2.1). Запасающая ткань располагается в плодах и семенах, сердцевине древесных стеблей, корневищах, луковицах и клубнях (табл. 1, разд. 3.4). В их клетках содержатся запасы углеводов, белков и жиров, клетки клубней картофеля, например, запасают крахмал в бесцветных пластидах.

Благодаря специализации клеток у высших растений и большинства животных можно наблюдать следующие уровни организации: молекулярный, клеточный, тканевый, органный (органом называют часть тела определённой формы, состоящую из разных тканей и выполняющую определённые функции в организме). Органы взаимосвязаны и образуют целостный организм или особь.

Так, корень растения — орган, в котором имеется образовательная ткань, обеспечивающая его рост, всасывающая ткань, поглощающая на основе осмоса воду и минеральные соли, и основная ткань, которая запасает питательные вещества и помогает перемещению воды от корневых волосков к центральному цилиндру корня. В центре располагаются сосуды и ситовидные трубки проводящей ткани и механические волокна. Корень благодаря механической ткани укрепляет растение в почве, по сосудам из корня в растение под давлением поступают вода и соли из почвы.

Листья покрыты прозрачной защитной кожицей с устьицами для газообмена и транспирации. В основной ткани листьев происходит фотосинтез: образование органических веществ из воды, полученной от корня, и углекислого газа, проникающего через устьица. Образующиеся в листьях органические вещества по ситовидным трубкам перемещаются во все органы растения, в том числе в корни. Клетки корня в процессе дыхания окисляют присланные из листьев органические вещества и за счёт полученной при этом энергии могут осуществлять различную работу: всасывать воду для всего растения, обеспечивать собственные процессы жизнедеятельности.

Стебель в основном включает ткани, обеспечивающие опору и связь между органами прежде всего за счёт транспорта веществ по проводящим тканям. Главная ткань почек растений — образовательная, так же, как в генеративных органах.

У животных также выделяют системы органов — т. е. объединения органов для выполнения каких-либо функций. Например, пищеварительную систему, дыхательную, выделительную, нервную, эндокринную, опорно-двигательную, репродуктивную (см. блок IV).

Эволюционные изменения, благодаря которым сформировались ткани и органы, возникали путём мутаций и естественного отбора в течение миллиардов лет.

В ходе онтогенеза — индивидуального развития организма — у многоклеточных можно наблюдать, как возникают отличия между делящимися клетками. Известно, что благодаря митозу в генетическом отношении все клетки тела одинаковы и отличаются только от гамет, образующихся путём мейоза (см. «Гены и хромосомы», разд. 2.1). В каждой клетке есть гены, ответственные за все признаки целого организма, однако в разных клетках идёт считывание информации с разных генов, а остальные гены не действуют. Специализация клеток определяется цитоплазмой и межклеточными взаимодействиями, т. е. тем, в какой части зародыша оказывается клетка, с какими частями взаимодействует.