Czytaj książkę: «Практическая биология для школьников», strona 2
Цыплята-переростки
Подойдём к хорошо знакомой и приятной экспозиции – холодильнику. Временами каждый из нас задумчиво, с глубокомысленным видом, изучает его содержимое на манер скульптуры «Мыслитель», уходит, а потом возвращается через несколько минут, «вдруг что-то новое появилось…» Что же тут интересного? Ооо, тут огромное множество биологических экспонатов, про некоторые расскажу подробнее.
Для начала присмотримся к бройлерному цыплёнку. Ничего себе цыплёнок! Да это же целая курица… Почему детёныш такой огромный? Нет, это не мутант. Дело в том, что бройлеры – гетерозисные гибриды.
Гетерозис, или гибридная мощность – явление, при котором дети превосходят родителей по ряду признаков, например, они крупнее, дают больше урожая, не так сильно подвержены заболеваниям и т. д. Применяется в селекции, то есть искусственном выведении, растений и животных. Но подобное мы увидим, конечно, не в каждом случае. Почему же одни цыплята обычные, маленькие и хиленькие, а другие – гетерозисные, крупные и мясистые?
Для получения таких бройлерных цыплят нужно взять родителей, сильно отличающихся друг от друга, представителей разных пород. Это приводит к сочетанию у потомства вариаций генов – участков молекулы ДНК, единиц генетической информации. У эмбриона формируются новые комбинации, совместное действие разных генов приводит к стимуляции развития признаков, поэтому наши цыплятки существенно превосходят куриц и петухов размерами и мясистостью, удивляя незнакомых с гетерозисом.
Цыплёнок-бройлер
В генетике существует несколько гипотез, пытающихся объяснить эффект гетерозиса, но ни одна пока не смогла сделать этого до конца. Скорее всего, работает сразу несколько механизмов. Исследования явления продолжаются, а мы ждём новых открытий.
По грибы
С эффектом гетерозиса мы ещё столкнёмся среди наших экспонатов и чуть подробнее затронем генетику, а пока продолжим осматривать полки. О, шампиньоны – достойная тема для обсуждения. Это шляпочные грибы, по строению относятся к пластинчатым (вопрос «почему?» сразу отпадает при внимательном осмотре). Обычно мы не видим внутренние пластинки, так как они вскрываются только при старении. Это отличный внешний признак, помогающий определить, что шампиньоны с полки магазина или собственного холодильника уже далеко не первой свежести. А почему так происходит?
У шампиньона, и ещё ряда грибов, выделяют мицелий и плодовое тело, состоящее из шляпки и ножки. Мицелий, или грибница – главная часть, находится под землёй или внутри другого субстрата, то есть чего-то, на чём растут организмы. Отвечает за питание, развитие и другие процессы жизнедеятельности, формирует плодовые тела со спорами – специализированными клетками, которые прорастают в новые грибы и обычно созревают под шляпкой. Отмечу, что несмотря на одинаковое название, у бактерий и грибов споры служат для разных целей: у первых – для перенесения неблагоприятных условий, у вторых – для размножения.
Грибам нужно не только образовать споры, но ещё защитить и распространить их, для чего и формируется плодовое тело. Пока происходит созревание этих специализированных клеток, они укрыты от негативных внешних воздействий, а после – плодовое тело раскрывается, позволяя ветру подхватить лёгкие структуры и унести подальше. Спора прорастёт на удалении от материнского мицелия – не возникнет конкуренции за вещества и территорию. Для прикреплённых организмов это особенно важно, ведь самостоятельно они не могут покинуть место произрастания. Ещё плодовое тело привлекает распространителей: собирая для себя еду, животные одновременно разносят клетки гриба.
То есть под шляпкой шампиньона образуются споры, необходимые для размножения. Когда они достаточно созрели для того, чтобы высыпаться и начать свой поход в самостоятельную взрослую жизнь, подшляпочное пространство вскрывается. Так мы и можем понять, что грибочек лежит уже слишком долго и вряд ли обладает хорошими вкусовыми качествами.
У грибов есть ещё одна особенность – прочная оболочка, или клеточная стенка, состоящая из хитина. Она придаёт клетке жёсткость, защищает её от негативных внешних воздействий. С хитином мы знакомы не только по грибам: это вещество также входит в состав покрова тела (экзоскелета – наружного скелета) ракообразных, паукообразных и насекомых, то есть представителей Членистоногих.
По химической природе хитин – сложный углевод, состоящий из длинных цепей. Он не растворим в воде и сложен для усвоения другими организмами. Для его расщепления необходим специальный фермент – хитиназа, то есть вещество, разрушающее цепи хитина. Так как в организме человека этот углевод расщепляется только частично, грибы считаются достаточно тяжёлой пищей. По этой и ряду других причин (например, потенциальная ядовитость, червивость и пр.) их не едят в некоторых странах.
Анатомия и физиология куриного яйца
На полках холодильника видим куриные яйца, про которые, кажется, знаем так много, но о которых можно узнать и нечто новое.
Внутреннее строение куриного яйца
Мы очень хорошо знакомы со строением яйца: вот прочная скорлупа (которая, возможно, случайно оказывалась в вашей глазунье), под ней какая-то плотная оболочка, очень для нас неприятная, потому что мешает удалению скорлупы, внутри полупрозрачный белок и яркий (или не очень) желток. Плотная оболочка внутри – это подскорлуповая оболочка, выполняющая защитную функцию.
Скорлупа – дышащее образование, то есть через неё проходит воздух, что очень легко проверить: просто опустите яйцо в воду, и увидите пузырьки, которыми оно покроется. Через неё потенциально могут проникать микроорганизмы, к тому же жидкий белок вполне мог бы просачиваться через отверстия. А вот плотная подскорлуповая оболочка – дополнительная защита от нежелательных эффектов.
Для яйца подскорлуповая оболочка – защита, а для нас – мучение, когда она никак не хочет нормально отделяться от белка. Существует много народных способов сделать её более «сговорчивой», однако на практике лёгкость чистки зависит от большого количества факторов: свежести яйца, физических и химических характеристик его содержимого, особенностей варки и охлаждения. Остаётся только пробовать разные советы и искать самый подходящий для себя.
Битва яйцами – любопытная пасхальная традиция. Каждый уважающий себя боец обязан знать, что ударять следует более острым концом. И это неспроста. Заострённый конец заполнен белком – запасом воды и других веществ для зародыша, также белок выполняет защитную функцию. А вот на тупой стороне находится пустое пространство – воздушная камера. Я думаю, вы уже догадались, что оно необходимо для запаса воздуха. Внутри яйца растёт птенец, которому обязательно нужен кислород для развития. Воздушная камера способствует газообмену. Получается, что эта часть яйца – его слабое место, поэтому запомните информацию, чтобы применить на практике на следующую Пасху.
Интересное явление, которое происходит с некоторыми молекулами, – это денатурация. Так называют разрушение природной структуры, то есть процесс, в результате которого, например, белок утрачивает свои природные особенности, деформируется и не может больше выполнять положенные функции. Денатурация бывает обратимой и необратимой, и с обеими мы часто сталкиваемся в жизни.
Стоит чуть накосячить с регулировкой температурного режима холодильника, как он сразу начинает морозить пищу. Так, я несколько раз доставала яйца, превратившиеся в ледышку.
В результате действия холода полупрозрачный и жидкий белок замерзает, но при комнатной температуре возвращается в обычное состояние. Это обратимая денатурация. То есть утрата природных свойств временная, а после прекращения действия негативного фактора молекула самопроизвольно возвращается в привычное состояние, не требуя создания специализированных условий.
А теперь давайте возьмём то же самое яйцо после разморозки и сварим его (или поджарим). На этот раз белок превратится в белую твёрдую массу, но попытка остудить его и даже помещение в холодильник не вернут прежнюю структуру. Это необратимая денатурация.
Разрушения настолько масштабны, что устранения негативного фактора и создания нормальных условий недостаточно для восстановления. А вот в лаборатории научились возвращать яичный белок после воздействия высоких температур к нормальному виду. Но эта технология ещё нескоро докатится до нашей кухни, поэтому остаётся только съесть приготовленное блюдо.
Получается, что денатурация более опасна в том случае, если вызвана высокой температурой, нежели низкой. Ей подвержены и ферменты, большинство из которых – белки по химической природе. Поэтому я отмечала, что увеличение скорости брожения наблюдается только до определённого момента, а при дальнейшем повышении температуры происходит денатурация, что и приводит к замедлению реакции, а потом и полному её прекращению. И сделаю ещё одно небольшое отступление: именно поэтому опасен жар, который долго не спадает у человека во время болезни. В наших клетках очень много белков, структура которых также подвержена разрушению, поэтому нельзя пускать высокую температуру на самотёк.
Температура не единственный фактор, способный вызвать денатурацию. К такому же эффекту приводят сильные концентрированные кислоты и щёлочи (содержатся, например, в моющих и чистящих средствах), радиация (ультрафиолетовое излучение) и другое.
А теперь перейдём к вопросу, который, знаю, волновал многих: можно ли из покупного куриного яйца вывести цыплёнка? Скорее нет, чем да. Потому что на фермах кур выращивают либо для получения птенцов, либо для получения яиц. Дело в том, что яйцо птицы содержит яйцеклетку – женскую половую клетку. В организме курицы оно образуется вне зависимости от того, произошло ли слияние с мужской половой клеткой (сперматозоидом), то есть оплодотворение. Получается, птица может принести два вида яиц: «пустые», в которых нет зародыша, так как не произошло оплодотворения; с развивающимся цыплёнком, так как оплодотворение произошло.
На полки магазинов попадают «пустые» яйца, неоплодотворённые. Для их получения специально выращивают огромное количество кур-несушек, а петухи на таких фермах содержатся отдельно. Поэтому из обычного покупного яйца птенца не вывести. Однако никто не исключает возможных ошибок: в упаковку потенциально может случайно попасть и оплодотворённое яйцо. Но для обнаружения такого придётся искать очень долго, к тому же зародыш мог погибнуть из-за неправильного или просто длительного хранения, перепадов температур, повреждения скорлупы. Так что если хотите провести эксперимент с выращиваем цыплёнка из яйца, лучше приобрести его у тех людей, кто занимается разведением.
Сыр
Ещё один привычный и очень биологичный продукт – сыр. Представьте, его изготавливали ещё в древности, за много тысяч лет до нашей эры. Технологий производства сыра очень много, нас же интересуют только некоторые моменты.
Сычужный фермент (химозин, реннин) – вещество из желудка жвачных животных, створаживающее белки молока. Наиболее он активен у детёнышей, что связано с особенностью всех млекопитающих – вскармливание молоком. Желудок жвачных устроен сложно, состоит из нескольких камер. Первые три связаны с расщеплением растительных компонентов и только в последнем – сычуге – вырабатываются кислый желудочный сок и собственные ферменты (отсюда и происходит название нашего вещества).
Благодаря створаживанию сычужным ферментом и появляется сыр, который проходит несколько стадий изготовления и созревания. Вместо химозина могут использовать и другие молокосвёртывающие вещества: кислоты, растительные компоненты из инжира, крапивы и др. Также сычужный фермент научились получать в промышленных масштабах при помощи бактерий, которым внедряют ген телят, ответственный за его синтез. Колонии культивируют на питательных средах, получая массу вещества, которое в дальнейшем и идёт на производство сыра.
Ещё в сыроделии используют плесень, чем сейчас мало кого можно удивить. А знаете ли вы, что плесень – это гриб? Да, она не формирует шляпки и ножки, но на клеточном уровне имеет типичное грибное строение, тело – мицелий. Конечно, в производстве сыра используют специальные съедобные виды плесени, которая активно участвует в процессе созревания. Если же продукт изначально грибов не содержал, а позеленел или покрылся белым налётом уже в холодильнике, есть его не нужно.
Морепродукты
А вот целая группа биологических экспонатов под названием «Морепродукты». В ней объединены животные, относящиеся к разным типам, а также водоросли. Кратко пройдёмся по основным представителям, которых используют в пищу.
Моллюски. Беспозвоночные животные с мягким телом. У многих есть наружная раковина: улитки, мидии, устрицы, гребешки и прочие. По строению раковины и другим особенностям выделяют брюхоногих и двустворчатых моллюсков. Первые более редки на наших кухнях, вторые многим хорошо знакомы. А вот ещё одна группа этих водных обитателей не имеет внешней раковины – головоногие моллюски, к которым относятся осьминоги, кальмары, каракатицы. Правда, здесь есть исключение – наутилусы со спирально-закрученной раковиной, но на нашей кухне мы их не встретим, так что оставим обсуждение этих животных до более подходящего случая.
Если вы готовили осьминога или смотрели, как это делают, то могли слышать про «клюв». Это прочные хитиновые образования в ротовой полости. Так как осьминоги – хищники, такое приспособление им необходимо для захвата и разрывания добычи. При приготовлении «клюв» обязательно вырезают, так как он несъедобный и острый.
Для дезориентации потенциального врага головоногие моллюски способны выделять специальные чернила. В случае опасности осьминоги, каракатицы, кальмары и некоторые другие выпрыскивают облако тёмной жидкости: она создаёт завесу и влияет на органы чувств хищников, что позволяет моллюскам скрыться. В основном чернила состоят из пигмента меланина, различаются по цвету у разных представителей. Их можно найти в составе некоторых продуктов в качестве красителя. Выраженных вкусовых качеств не имеют.
Ракообразные. В холодильнике можно встретить креветок, раков, крабов, а также порой лангустов, лангустинов, омаров (лобстеров). Это тоже беспозвоночные животные, но из типа Членистоногие. Панцирь ракообразных образован хитином с примесью других веществ, например извести (карбонат кальция), что делает его более твёрдым. Такой покров мешает нормальному росту, поэтому увеличение размеров тела происходит только в момент линьки – сбрасывания панциря. В этот период животные очень уязвимы, стараются спрятаться, например, в пустые раковины моллюсков. Некоторых ракообразных используют в пищу как раз в этот момент развития: так как их тело мягкое, его возможно съесть целиком, без чистки.
Тело высших ракообразных, перечисленных ранее, делится на два отдела – головогрудь и брюшко. В первом – находятся желудок и печень, а также орган выделения – зелёная железа (аналог почек у нас). Всё это удаляется при чистке животного. В пищу используют мясо брюшка, у некоторых – клешней, ног (например, у крабов).
Рыбы. Делятся на два больших класса: Хрящевые и Костные. К первому относятся акулы, скаты, химеры, ко второму – почти все остальные, очень нам привычные.
В отличие от беспозвоночных у рыб есть внутренний скелет, за что некоторые, особенно дети, не жалуют такую пищу. Действительно, нужно есть аккуратно, доставать эти косточки или заботиться о том, чтобы заранее их удалить перед приготовлением… Зато мясо рыб полезно, так как содержит витамины, макро- и микроэлементы и различные жирные кислоты, например омега-3, что сполна искупает неудобства во время готовки или приёма пищи.
Но почему речные рыбы более «костлявые», чем морские? На это влияют особенности обитания. В морях и океанах сильнее течение и больше давление воды, поэтому кости должны быть толще и прочнее. И чем их меньше, тем меньше риск механических повреждений. Это можно сравнить с башенкой из конструктора: чем больше в ней деталей, тем она неустойчивее и быстрее ломается. Поэтому такая особенность морских рыб сформировалась эволюционно, как защита от внешних воздействий, а речным – такое приспособление не понадобилось из-за более мягких условий обитания.
У рыб в пищу используют не только мясо, но и икру – яйцеклетки, женские половые клетки (почти как яйцо птицы). Икра вымётывается в воду, где встречается с мужской семенной жидкостью, – происходит оплодотворение.
К слову, вымётывание половых клеток, гамет – часть сложного инстинктивного поведения, называется нерест. Интерес вызывает то, что морские рыбы в этот период часто плывут в пресные водоёмы, а пресноводные – наоборот. При этом перестраивается часть физиологических процессов, что связано с разницей в солёности воды. Например, меняется активность почек: в морской воде больше жидкости сохраняется в организме, а в пресной – она активно удаляется. Интересно подробнее? Прибережём тему для ванной комнаты.
Съедобные водоросли
Сегодня на кухне современного россиянина всё чаще можно найти различные водоросли. Мы рассмотрим три разновидности: ламинарию (морскую капусту), порфиру (нори) и ундарию перистую (чука). Проверьте, может, что-то из этого найдётся на полках вашего холодильника или шкафчика?
Ламинария – род бурых водорослей, в пищу употребляют несколько различных видов, которые обычно называют просто морской капустой. Представители крупные, длина некоторых достигает 13 и более метров. Такие водоросли имеют самое сложное строение внутри своей группы, а их коричнево-зелёная окраска объясняется глубиной обитания.
Так как свет преломляется и рассеивается, проходя через толщу воды, ламинария должна максимально эффективно его поглощать для фотосинтеза (нужен для образования органических веществ). Для этого формируются специальные пигменты, влияющие на цвет.
Порфира – род красных водорослей, самых глубоководных. Их цвет варьируется от нежно-розового до синего, что также связано со светом и его рассеиванием в воде. Таким растениям ещё сложнее фотосинтезировать, поэтому они содержат много дополнительных пигментов для улавливания солнечных лучей.
Ундария перистая – тоже бурая водоросль, это родственник ламинарий, хоть и достаточно дальний. Размеры, длина и ширина, различны и зависят от местообитания.
Многие водоросли, особенно бурые, – хороший источник йода, так как накапливают его в клетках, поглощая из морской воды. Йод – важный микроэлемент с множественным действием. Я напомню только про одну его роль в организме человека, но очень важную1.
Йод входит в состав гормонов щитовидной железы и важен для её работы. Гормоны – биологически активные вещества, в малой концентрации действующие на различные процессы в организме и регулирующие работу ряда структур. Щитовидка синтезирует тироксин и трийодтиронин, которые важны для нормального протекания обмена веществ, влияют на развитие кровеносной и нервной систем, в том числе развитие мозга. При недостатке йода или указанных гормонов в детстве возникает заболевание кретинизм, при котором наблюдаются диспропорции тела, замедленный рост, умственное недоразвитие. Но и во взрослом возрасте недостаток опасен и приводит к микседеме – патологии, связанной, в числе прочего, с нарушением обмена веществ.
Противоположное нарушение, вызванное избытком гормонов щитовидной железы, – Базедова болезнь. При этом наблюдается потеря веса, увеличение зоба (место на горле, в районе которого находится щитовидка), легковозбудимость и другие симптомы.
Горчица и другие специи
Ещё один экспонат, который хранят в холодильнике, тоже заслуживает внимания – баночка с горчицей. Вкус её может разниться, но всё равно имеет яркие отличительные особенности: острота и жгучесть, лёгкая кислинка, что-то пряное и хорошо узнаваемое, что-то, позволяющее сразу понять, что в ваш хот-дог добавили приправу, которую любите/не любите (нужное подчеркнуть). А ещё горчицу выдаёт своеобразный запах, «бьющий в нос». Получают её из растения семейства Крестоцветные – родственника капусты. Для этого используют семена преимущественно трёх видов: горчицы белой, чёрной или русской (сарептской). Особый узнаваемый вкус придают химические вещества – глюкозинолаты, одно из которых синигрин. Зачем они нужны растению?
На самом деле подобные вещества – это защита от различных насекомых и других животных, которые не прочь полакомиться той или иной частью растения. Убежать горчица не может, и если бы в клетках не происходила выработка глюкозинолатов, то вряд ли бы она дожила до наших дней: на протяжении эволюции многие виды исчезали, так как их представители не оставили потомства, что могло случиться и с этим растением. Так что химические вещества – отличный способ отпугнуть хотя бы некоторых поедателей и сохранить свой биологический вид. Кроме того, в растении содержится много антибактериальных агентов, защищающих от микроорганизмов, благодаря чему приправа отличается длительным сроком годности.
Получается, в горчице и многих других растениях нас привлекает то, что некоторые животные терпеть не могут. Это касается целого ряда специй и приправ (да чуть ли не всех): чёрный перец, имбирь, корица и т. д. У разных растений используют различные части для приготовления пряностей: подземные побеги (куркума, имбирь), кора (корица), листья (лавр, розмарин), цветы (гвоздика), плоды (ваниль, кардамон, перец), семена (мускатный орех). Химический состав таких специй очень богат неорганическими и органическими веществами, среди последних особо выделяются эфирные масла и алкалоиды.
Пряности не только меняют вкусовые качества, но и оказывают действие на различные процессы в организме. Не зря же многие растения используют в качестве сырья для изготовления лекарств.
