Гаметы размножаются простым редукционным делением, или мейозом. При этом хромосомы каждой пары разделяются. В результате дочерние клетки имеют половину нормального числа хромосом. У человека их 23. Они являются гаплоидными клетками. Когда происходит слияние мужской и женской гамет, то образуется одна диплоидная клетка с полным набором хромосом и цитоплазмой. Сразу же после этого происходит митоз. В результате каждая пара, которая была образована соответствующими хромосомами сперматозоида и яйцеклетки, воспроизводит себе подобную. Эмбрион начинает расти и развиваться.
Вся информация о свойствах нового организма содержится в ДНК. Сама же наследственность передается неделимыми «партиями» (в физике порции энергии называют квантами). Эти кванты называют генами. Поскольку в клетке имеются два набора хромосом, то и гены там имеются в двух экземплярах. Такие парные гены называются аллелями. Случаи бесполого развития неоплодотворенных яиц высших организмов очень редки. В результате этого процесса получаются гаплоидные особи. Примером таких гаплоидных особей являются трутни. Это по сути гаплоидные пчелы, которые развились из неоплодотворенных яиц. Процесс может развиваться и по-другому: одно яйцо может быть оплодотворено двумя или более сперматозоидами. При этом образуется аномальная особь, у которой вместо двух будет три или больше наборов хромосом. В этих ненормальных условиях эмбрион будет развиваться более или менее нормально. Но избыток хромосом неизбежно приведет к различным отклонениям и неправильностям. Известно, что болезнь Дауна вызывается именно наличием третьего набора хромосом.
Несмотря на все это «супружество» аллелей может быть удачным. Если они одинаковы, то ничего плохого не произойдет. В результате потомство будет характеризоваться тем же геном. Независимо от того, как распределены хромосомы в процессе мейоза, один аллель всегда будет присутствовать. Если же два аллеля различны, то возможны два варианта. Или они будут сотрудничать и оказывать на особь совместное влияние, или же они будут антагонистами. В последнем случае один ген (доминантный) будет господствовать над другим, подавляя его. Этот подавленный ген называют рецессивным. Но этот подавленный ген не сдается. Он ждет благоприятного случая для своего высвобождения. Это вполне возможно при следующем мейозе. В том случае, если гены несовместимы, их союз остается бесплодным.
Ген в хромосоме занимает определенное место. Его можно проследить вплоть до химического состава части молекулы ДНК. Это показано на рисунке 4. Если гаметы мухи дрозофилы подвергнуть радиоактивному облучению, то можно наблюдать, как на ее потомство будет влиять повреждение какой-либо части хромосомы.
Рис. 4. Гигантская хромосома из слюнной железы мухи дрозофилы. Видны темные и светлые полосы, в которых расположены гены
Понимание и объяснение механизма наследственности базируется на факте существования генов в двух экземплярах. Однако было установлено, что не все наследуемые характеристики передаются по наследству через хромосомы, как это представляется законами Менделя. Оказалось, что цитоплазма тоже может принимать участие в передаче наследственных признаков. Но мужская гамета не имеет цитоплазмы. Поэтому цитоплазменная наследственность обычно ограничена женской линией. Но и это не все. На самом деле все намного сложнее. Сложнее потому, что некоторые плазмогены, то есть единицы неменделевской наследственности, могут быть «заразными».
Живые организмы получают информацию об окружающей среде и о других живых существах с помощью своих ощущений. Организму важно не только иметь информацию об окружающей его среде, но и осуществлять связь с другими организмами. Цели ее разные. Это и половое размножение, и забота о потомстве, и преследование добычи, и избежание опасности. Если живые организмы составляют коллектив, то связь между ними нужна для организации совместной обороны или нападения, при поисках или производстве пищи всем коллективом (стаей, стадом, племенем или другим сообществом).
Связь между живыми организмами осуществляется самыми разными способами: посредством звука, запаха, прикосновения, жеста, света, электрического импульса. Мы не знаем всех способов, используемых для осуществления связи между живыми организмами.
Для реализации связи должны обязательно присутствовать передатчики и приемники. Что касается зрения, то для большинства животных это самое важное ощущение. Практически все живые существа в какой-то мере реагируют на свет. Даже у некоторых простейших имеются примитивные светочувствительные органы. Так, зеленое одноклеточное растение хламидомонада имеет глазное пятно, или стигму. Этот орган позволяет растению оценивать величину освещенности. Таким же глазным пятном одарена и эвглена (растение-животное).
Многоклеточные низшие, например черви, имеют в коже линзоподобные прозрачные клетки, или оцеллы. Морские черви рода Nereis обладают хорошо развитыми глазами. У головоногих, например у осьминога и каракатицы (моллюсков, потерявших раковину), развились глаза того же типа, что и у позвоночных. Насекомые, ракообразные, паукообразные (членистоногие) имеют фасеточные глаза, которые состоят из конических элементов (омматидий). Эти глаза образуют составное оптическое изображение. Кстати, они имеют и простые оцеллы.
У разных видов животных спектральный диапазон зрения различен. Так, у некоторых насекомых глаза реагируют и на ультрафиолетовое излучение. Но к красному излучению они нечувствительны. У гремучих змей имеются специальные инфракрасные рецепторы, которые реагируют на излучение от 1, 5 до 15 мк (15 — 150 тысяч ангстрем). С помощью этих рецепторов гремучая змея выслеживает свою жертву в темноте. Таких рецепторов не может быть у теплокровных животных, поскольку они сами излучают в этом диапазоне. В основном у животных зрение воспринимает электромагнитное излучение в диапазоне от 2000 до 8000 ангстрем (один ангстрем равен одной стомиллионной доле сантиметра). Именно на этот диапазон приходится подавляющая часть излучения Солнца. Электромагнитная волна, какой является свет, характеризуется электрическим и магнитным векторами. Важны не только величины векторов, но и их направления. Эти векторы могут находиться все время в одной плоскости (плоская поляризация) или вращаться влево и вправо (левая и правая поляризация). Человеческий глаз этих тонкостей не воспринимает. Он воспринимает только силу света. В то же время глаза насекомых обнаруживают поляризацию света. Благодаря этому они ориентируются в пространстве.
Многие насекомые, позвоночные и головоногие обладают цветным зрением. Но у тех животных, которые ведут ночной образ жизни, цветное зрение отсутствует.
Некоторые наземные животные излучают свет для сигнализации. Это происходит в периоды спаривания (различные виды светляков). Что касается морских организмов, то для них это обычное явление. Полагают, что бабочки могут использовать инфракрасное или микроволновое излучение. Для этих целей они располагают настоящими антеннами.
Откуда берется свет? Он возникает при окислении вещества, которое называют моциферином. В этом процессе участвует фермент моцифераза. Рыбы, которые живут в глубинах океана в полной темноте, заботятся об освещении сами. Оно у них собственное. У некоторых из них — электрическое. Здесь освещение нужно не для комфорта, а прежде всего для связи. При этом используется свет разных цветов.
Вторым важным видом восприятия живых организмов является слух. Разные животные воспринимают звуковые колебания в разных диапазонах, но все они, естественно, частично перекрываются. Так, собака слышит ультрафиолетовые звуковые колебания, которых человек не слышит. Человек не воспринимает звуковые колебания с частотой более 40 000 колебаний в секунду. Собаку же можно позвать ультразвуковым свистом, и другой человек этого сигнала не заметит. Летучая мышь обладает звуковым радаром (сонаром). С его помощью она точно определяет положение предметов и расстояния до них. Летучая мышь испускает локационные сигналы в виде ультразвуковых импульсов частотой 20 — 120 кГц и продолжительностью 0,2 — 100 мс. Эти звуки отражаются от предметов и регистрируются в приемном устройстве. Информация обрабатывается в текущем режиме, и мышь на лету уже знает, что находится впереди и на каком расстоянии. Птица может с лету разбиться о стеклянную дверь, но не летучая мышь. Ясно, что человек не воспринимает своим органом слуха те колебания, которые создает летучая мышь.
Что касается амфибий, то у них слух развит очень слабо. Змеи не слышат распространяющихся по воздуху звуков, поскольку у них отсутствует среднее ухо. В то же время у ящериц слух очень хороший. У рыб имеются органы слуха. Они приспособлены к их среде обитания. Правда, большинство других морских животных не имеет специальных слуховых рецепторов. Лучше всего эти рецепторы развиты у обитателей суши, например у птиц, летучих мышей и насекомых. У насекомых имеются многочисленные звуковые рецепторы. Они расположены на брюшке и груди. Насекомые воспринимают звуковые колебания от 430 до 100 000 колебаний в секунду. Человек воспринимает звуковые колебания только до 40 000 колебаний в секунду. Мы глухи к целому океану звуков, в котором купаются насекомые. Так, бабочки излучают ультразвук.
