Prakticheskaya biologia dlya olimpiadnikov

Практическая биология
для олимпиадников
МЦНМО
Практическая биология
для олимпиадников
Под редакцией Д. А. Решетова
Составитель П. В. Волошина
Электронное издание
Москва
Издательство МЦНМО

УДК 
ББК .
П
Рецензенты: Д. М. Никитин, А. И. Ломакин, С. А. Горин
Практическая биология для олимпиадников
Под ред. Д. А. Решетова
Изд. -е, исправленное
М.: МЦНМО, 
 с.
----
Книга посвящена подготовке к практическому туру регионального
и заключительного этапа Всероссийской олимпиады школьников по биологии. Каждый из двенадцати разделов посвящён подготовке к соответствующему «кабинету» практического тура, который считается сложнее теоретического и содержит немало элементов, которые отсутствуют
в школьной программе. Даются необходимые теоретические и практические сведения для выполнения заданий олимпиад, разбираются примеры заданий, а также рассматриваются основные трудности и ошибки,
связанные с их выполнением. Приводятся схемы и иллюстрации, способствующие более эффективному усвоению материала. Все авторы сборника так или иначе связаны с подготовкой к Всероссийской олимпиаде по
биологии. Мы надеемся, что данная книга станет надёжным помощником учителю для подготовки школьников, которые увлечены биологией
и хотят побеждать в олимпиадах.
Подготовлено на основе книги:
Практическая биология для олимпиадников / Под ред. Д. А. Решетова.
Изд. -е, исправленное. — М.: МЦНМО, . —  с.
Издательство Московского центра
непрерывного математического образования
, Москва, Большой Власьевский пер., ,
тел. ()–––.
http://www.mccme.ru
ISBN ----
© Авторы, .
© МЦНМО, .
Содержание
Биосистематика (В. И. Гмошинский) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Подготовка к работе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Приготовление микропрепаратов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Работа с микроскопом . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Зарисовка предложенных объектов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Современные взгляды на систему органического мира . . . . . . . . .
Приложение . Краткая характеристика основных отделов грибов и водорослей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Приложение . Рекомендации по выполнению заданий олимпиады . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



Биохимия (Е. Д. Зотова, В. Н. Лавренова) .
. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Методы выделения и очистки белков .
. Качественные реакции . . . . . . . . . .
. Количественное определение веществ
. Ферментативная кинетика . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.







Микробиология (Е. С. Звонарёва) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Метод микроскопии . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Приготовление микробиологических препаратов . . . . . . .
. Определение физиолого-биохимических свойств бактерий
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.





Клеточная биология (Е. В. Шеваль, С. А. Голышев) .
. Методы клеточной биологии . . . . . . . . . . . .
. Строение клеток . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Клеточные процессы . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
. 
. 
. 
. 
. 
Гистология (О. С. Ганчарова) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Общая информация . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Гистологическая техника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Анализ гистологических препаратов . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Определение типа ткани и заполнение бланка ответов . . . . . .
. Самостоятельная подготовка к решению гистологических задач
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.







Ботаника высших растений (Н. А. Вислобоков)
. Морфология высших растений . . . . . . . . .
. Анатомия высших растений . . . . . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.




.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.






.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.

Содержание
Физиология растений (С. А. Кузнецова) . . . . . . . . . . . . . .
. Разделение пигментов и качественные реакции с ними .
. Растительная клетка как осмотическая система . . . . . . .
. Наблюдение за движениями устьиц . . . . . . . . . . . . . .
Приложение. Физические принципы осмотических явлений
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.






Анатомия беспозвоночных (М. В. Тиунова) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
. Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
. Краткий обзор инструментов, используемых для вскрытия и препаровки животных . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
. Вскрытие двустворчатого моллюска (беззубки) и анализ его строения 
. Вскрытие ракообразного (речного рака) и анализ его строения . . . 
. Вскрытие насекомого (таракана) и анализ его строения . . . . . . . . 
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Анатомия позвоночных (Е. М. Литвинова) . . . . . . . . . . . . . . . .
. Морфология черепов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Морфология зубов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Строение черепов и зубов у основных отрядов млекопитающих
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.





Анатомия человека (И. М. Синёва) . . . . . . . . .
. Терминология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Остеология — учение о костях . . . . . . . . .
. Артрология — учение о соединениях костей
. Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.






Физиология человека (Д. А. Сутормин, А. Р. Гафуров, Л. А. Абовян)
. Электрофизиология . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Рефлексы сердечно-сосудистой системы . . . . . . . . . . . . . . . .
. Рефлексы дыхательной системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Зрительные рефлексы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Группы крови человека . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Методы неинвазивного исследования человека . . . . . . . . . . .
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.









. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
наследование
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .
. . . . . . . . . .



.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Генетика (А. Р. Лавренов, И. В. Кузьмин) . . . . . . . . . . . .
. Закономерности наследования . . . . . . . . . . . . . . .
. Взаимодействие аллелей . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Хромосомная теория наследственности. Сцепленное
генов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Метод χ 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
. Взаимодействие неаллельных генов . . . . . . . . . . .
. Популяционная генетика. Закон Харди—Вайнберга .
. Советы по решению олимпиадных задач . . . . . . . .
Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.






Об авторах . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
БИОСИСТЕМАТИКА
Автор: В. И. Гмошинский
На экспериментальном туре в кабинете биосистематики конкурсантам предлагается определённый набор из разнообразных организмов. В большинстве случаев предложенный материал может быть представлен пробирками и чашками Петри, содержащими исследуемые образцы, а также фрагменты разнообразных субстратов, обычно это высушенные листья растений, покрытых разнообразным по структуре налётом.
. Подготовка к работе
Для работы в кабинете биосистематики обычно требуется определённый набор инструментов, которые будут размещены на столе. Как
правило, он выглядит следующим образом : ) микроскоп, ) предметные стёкла и покровные стёкла, ) препаровальные иглы (обычно
 шт.), ) ёмкость с водой , ) пипетка, ) пинцет, ) кусочки фильтровальной бумаги, ) пробирки, чашки Петри или конверты с исследуемыми образцами. Также возможно присутствие на рабочем месте
микрофотографий, которые будут использоваться при выполнении последующих заданий.
Прежде чем приступить к выполнению задания, настоятельно рекомендуем вам проверить работоспособность выданного микроскопа. Для этого включите подсветку (или настройте свет при помощи
зеркала). Проверьте работоспособность макро- и микровинта (ручки
должны крутиться без усилия, плавно и беззвучно), а также наличие
и работоспособность диафрагмы (плавно закрывается и открывается).
К сожалению, в некоторых случаях у микроскопа бывает повреждён
или загрязнён объектив или окуляр, тогда при работе изображение выглядит расплывчатым. В этом случае окуляр микроскопа можно протереть мягкой тканью, а если это не помогает, то необходимо подозвать
преподавателя, поскольку неосторожная попытка очистить объектив
может легко привести к его необратимому повреждению.

В зависимости от набора объектов перечень инструментов может изменяться.
В некоторых случаях для приготовления препаратов гидрофобных объектов (спор
грибов и миксомицетов) используют не воду, а молочную кислоту или  %-й или  %-й
раствор KOH.


Биосистематика
Кроме того, настоятельно рекомендуем вам соблюдать меры безопасности при работе с живым и фиксированным материалом. Следует
помнить, что данная работа не совместима с употреблением напитков
и продуктов питания, поскольку это может быть опасным для жизни.
После взятия пробы пробирки, чашки Петри и конверты необходимо
по возможности плотно закрывать. Это требование обусловлено тем,
что споры большинства грибов, не являясь патогенными для человека,
при вдыхании могут вызывать сильные аллергические реакции. Поэтому при взятии образца мицелия из чашки Петри её только немного
приподнимают с одной стороны и аккуратно достают образец, после
чего чашку сразу же закрывают. Некоторые образцы могут быть зафиксированы в формалине (обычно  % или  % формальдегида, он
же — метиленгликоль). Это чрезвычайно токсичное вещество. Ни в коем случае нельзя допускать его попадания на кожу или в глаза. Если
это всё-таки произошло, необходимо как можно быстрее смыть его
большим объёмом воды. Если вы разлили пробирку с фиксированной
пробой, необходимо срочно подозвать преподавателя, поскольку пары
формальдегида также могут быть токсичны.
. Приготовление микропрепаратов
Приготовление микропрепарата требует аккуратности. Здесь мы
постараемся привести общий алгоритм действий в зависимости от
структуры предложенного вам материала.
. Образец представляет собой пробирку с более или менее гомогенным осадком на дне. Пробирку аккуратно, не встряхивая, открывают.
После этого при помощи пипетки забирают небольшой объём осадка
со дна и помещают его на чистое и сухое предметное стекло. Затем
препарат накрывают покровным стеклом.
. Образец представляет собой нити или небольшие кустики в пробирке. На предметное стекло (при помощи пипетки) наносят небольшую каплю воды. Далее пинцетом или препаровальными иглами подцепляют небольшой фрагмент нити или кустика и помещают его в каплю воды на предметном стекле. Если фрагмент образца слишком большой, чтобы накрыть его покровным стеклом, при помощи препаровальных иголок и пинцета необходимо удалить лишние фрагменты.
Обычно хорошие препараты получаются из сравнительно небольших
кусочков нитей, поскольку, если на стекло нанесён слишком крупный
фрагмент, в препарате получается хаотичное сплетение нитей, в котором невозможно рассмотреть необходимые структуры.
. Образец представляет собой чашку Петри, в которой на агаризованной питательной среде находятся волокнистые структуры.
. Приготовление микропрепаратов

На предметное стекло наносят небольшое количество воды . Немного приоткрывают чашку Петри и при помощи препаровальной иглы
аккуратно подцепляют волокнистый налёт с поверхности чашки. При
этом нужно быть чрезвычайно аккуратным и ни в коем случае не зацепить фрагмент агара, поскольку в препарате он будет выглядеть как
расплывшееся пятно, не позволяющее рассмотреть строение объекта.
Далее при помощи препаровальной иглы нужно распределить нити
по предметному стеклу и постараться максимально смочить их водой.
Этого можно добиться аккуратным постукиванием по ним иголкой.
Если вы видите, что эти действия приводят к очень сильным разрывам
и деформации нитей, то продолжать их не стоит.
. Образец представляет собой чашку Петри, в которой на агаризованной питательной среде находятся влажные капельки или борозды.
На предметное стекло наносят небольшую каплю воды. Приоткрывают
крышку чашки Петри и аккуратно, не подцепляя агар, дотрагиваются
до слизистой капельки. После этого иголку переносят в каплю воды на
предметном стекле. Скорее всего, вы не увидите образца на предметном стекле невооружённым глазом, так как клетки равномерно распределятся по капле воды, но в некоторых случаях она может стать
немного более мутной. После этого каплю воды накрывают покровным
стеклом.
. Образец представлен фрагментом коры дерева, листом высшего
растения или каким-либо другим фрагментом субстрата с налётом
разного цвета. На предметное стекло наносят небольшую каплю воды. Проводя иголкой несколько раз, счищают налёт (иголку при этом
стараются держать под тупым углом к поверхности субстрата). В некоторых случаях бывает полезно немного смочить иголку. При этом ни
в коем случае нельзя нажимать на иголку и держать её под острым
углом к поверхности образца, поскольку в этом случае вы разрушите
хрупкий лист или фрагменты древесины, в результате чего на стекле
вместо исследуемого образца окажутся фрагменты субстрата, с которого вы его снимали. Скорее всего, невооружённым глазом вы не увидите большого количества нитей мицелия гриба или клеток водорослей
в капле воды. Образец также накрывают покровным стеклом.
. Образец представляет собой колос злака, в котором вместо семян находится чёрный порошок. На предметное стекло наносят каплю
воды, смачивают ей препаровальную иглу и дотрагиваются до чёрного
содержимого колоса. После этого иглу погружают в каплю воды на

В этом случае даже лучше использовать масляную кислоту или – %-й раствор KOH,
если они присутствуют в предлагаемом вам наборе, поскольку в большинстве случаев
выглядящий подобным образом образец относится к грибам, у которых зачастую встречаются гидрофобные (не смачиваемые водой) споры.

Биосистематика
предметном стекле. Процедуру можно повторить – раза. Образец
накрывают покровным стеклом.
. Образец представляет собой раздавленное семя высшего растения, покрытое белыми волокнами. На предметное стекло наносят каплю воды. При помощи пинцета или препаровальной иглы забирают
небольшой фрагмент волокон с поверхности семени и помещают его
в каплю воды. После этого его накрывают покровным стеклом.
Для того чтобы препарат получился правильно и вы смогли рассмотреть все особенности строения предложенных объектов, необходимо соблюдать несколько простых правил.
. Не используйте слишком большое количество воды, поскольку,
если её будет слишком много, она может выступить по краям предметного стекла и попасть на его поверхность, что при работе на большом
увеличении может привести к погружению в неё объектива микроскопа, а этого ни в коем случае допускать нельзя. Если после накрывания
препарата покровным стеклом вы видите, что по краям начинает выступать жидкость, обязательно уберите её при помощи фильтровальной бумаги. Если, наоборот, жидкости под стеклом недостаточно, то её
можно добавить, поместив небольшую каплю воды с краю от покровного стекла. Вода сама затечёт под покровное стекло. Остатки воды
уберите также при помощи фильтровальной бумаги.
. Не помещайте в препарат большие фрагменты исследуемого образца, поскольку это приводит к тому, что на стекле можно будет наблюдать только плотные сгустки или сплетение нитей, в то время как
никаких морфологических особенностей вам увидеть не удастся.
. Старайтесь избегать образования большого количества воздушных пузырьков под стеклом. Для этого препарат нужно накрывать стеклом медленно и под углом, чтобы лишний воздух мог выйти. В некоторых случаях для этого удобно использовать препаровальную иглу
(рис. ).
Рис. . Способ накрывания препарата покровным стеклом с использованием
препаровальной иглы
. Работа с микроскопом

. Работа с микроскопом
Основные приёмы работы с микроскопом подробно описаны во множестве учебных пособий. Здесь имеет смысл остановиться на наиболее
грубых и широко распространённых ошибках при микроскопировании.
. Можно переводить объективы с одного увеличения на другое, не
меняя фокусное расстояние. Достаточно часто можно видеть, как при
переводе с одного увеличения на другое учащиеся сначала полностью
поднимают объектив (или, в зависимости от модели микроскопа, опускают вниз столик), после чего мучительно пытаются подобрать нужное
фокусное расстояние на бóльшем увеличении. Этого делать не нужно.
Объективы исправного микроскопа расположены так, что при переводе с одного увеличения на другое вы не сможете сдвинуть или как-либо
задеть покровное стекло. Если объектив всё-таки смещает покровное
стекло, обратитесь к преподавателю, так как есть вероятность, что
микроскоп неисправен.
. При обычных режимах микроскопирования конденсор должен
быть поднят наверх. Для изменения интенсивности освещения пользуйтесь диафрагмой. При микроскопировании нужно найти своеобразный баланс между яркостью и контрастностью линий объекта. Если
диафрагма открыта, то через неё проходит больше света, однако он
более рассеянный, в результате чего края объекта как бы «расплываются». Чем сильнее закрыта диафрагма, тем более точечный источник
освещения вы получаете, и таким образом, граница объекта становится более чёткой, а общая освещённость препарата падает. При работе
с диафрагмой нужно найти баланс между интенсивностью освещения
и чёткостью граней объекта.
. Никогда не вынимайте препарат, если микроскоп установлен на
большое увеличение. Когда микроскоп установлен на большое увеличение (×40 и ×100), расстояние между объективом и покровным стеклом очень небольшое. Поэтому при извлечении препарата вы можете
задеть покровным стеклом объектив, что в свою очередь может привести к возникновению царапин на его поверхности, а следовательно,
к необратимому выходу из строя.
. Зарисовка предложенных объектов
Иногда задания олимпиады предполагают зарисовку полученных
объектов, а именно изображение строения вегетативного тела и структур, связанных с размножением.
Постарайтесь внимательно рассмотреть объект. Если вам примерно
удастся узнать его таксономическое положение, это сильно облегчит
процесс зарисовки. Если узнать объект не получается, постарайтесь

Биосистематика
найти какие-либо хорошо дифференцированные структуры, которые
могли бы отражать особенности строения вегетативного тела и/или
органов размножения.
Обычно объекты предлагается зарисовывать в специально отведённые для этого рамки в бланке ответа. Для выполнения рисунка лучше
всего выбирать механический карандаш с мягким или твёрдо-мягким
грифелем (с маркировкой B или HB). Рисунок должен быть крупным
и располагаться примерно по центру рамки в бланке ответа. Для того
чтобы «попасть» в размер рисунка, необходимо предварительно нанести контур объекта тонкими линиями, чтобы отметить на листе основные пропорции объекта (рис. ). В некоторых случаях объекты бывают
Рис. . Последовательные стадии изготовления рисунка водоросли
рода Closterium
симметричны, тогда имеет смысл нанести на заготовку рисунка оси
симметрии. Наметьте без сильного нажима на карандаш основные линии объекта и убедитесь в том, что полученное вами изображение по
пропорциям соответствует исследуемому объекту. После этого можно
переходить к обводке. Линии должны быть тонкими и чёткими. Не
рекомендуется заштриховывать и раскрашивать объект. В некоторых
случаях объём рисунку можно придать при помощи точкования, однако из-за того, что эта техника занимает слишком много времени,
при выполнении заданий олимпиады применять её неудобно. Если на
рисунке предполагаются подписи, то их также следует делать простым
карандашом (ни в коем случае не используйте для этого ручки (!)),
стараясь, чтобы идущие от них линии не пересекались. В углу рисунка
обычно указывают увеличение, при котором был зарисован объект.
. Современные взгляды на систему
органического мира
Значительное число вопросов в заданиях раздела «биосистематика»
рассчитано на знание современной системы органического мира, характеристик основных представителей и умении «узнать» предложенный
вам объект.
. Современные взгляды на систему органического мира

Успешное выполнение многих заданий раздела «Биосистематика»
связано со знанием современных представлений о системе органического мира, которые имеются далеко не во всех школьных учебниках
по биологии. Поэтому ниже мы приводим перечень основных макротаксонов с краткими характеристиками, а также перечнем основных
представителей. Поскольку раздел «Биосистематика» предполагает работу с живым или фиксированным материалом, некоторые группы организмов могут быть доступнее для организаторов олимпиады и чаще
использоваться в заданиях. При подготовке им следует уделить особое внимание. Такие роды отмечены знаком «∗». В большинстве современных работ таксонам высоких рангов обычно не присваивают
таксономический статус, а говорят о кладах, т. е. группах родственных
организмов (рис. ). Для удобства восприятия в настоящем пособии
мы условно присваиваем каждому таксону определённый таксономический статус, однако следует учесть, что в разных литературных источниках уровни таксонов могут различаться.
Рис. . Система органического мира по работе [] с изменениями. На схеме
приведены филогенетические связи между мега-группами.
Домен Archaea—Археи. Исключительно одноклеточные прокариотические организмы с гистон-подобными белками в геноме. Ли-

Биосистематика
пидный компонент мембраны из фитанолглицеридов. Мембраны могут быть однослойными. Клеточная стенка состоит из псевдомуреина и/или S-протеинов. Жгутик представлен сплошной белковой нитью, образованной субъединицами флагеллинов B, B, B, левовращающий. Экология: экстремофилы (галофилы, ацедофилы, алколофилы,
барофилы и т. д.).
Рис. . Амфиесма динофитовых водорослей состоит из текальных везикул (),
которые могут быть заполнены полисахаридами, расположенными под плазмолеммой ()
Рис. . Строение пелликулы эвгленовых водорослей. Под плазмолеммой ()
находятся белковые пластинки (), под которыми располагаются микротрубочки (), обеспечивающие их подвижность. Кроме того, с каждой пластинкой ассоциированы слизистые тела (мукоцисты) (), играющие роль в подвижности
клетки, формировании домиков и др.
Рис. . Строение жгутиков охрофитовых водорослей. А — внешний вид гамет
Fucus sp. с двумя жгутиками неравной длины: длинным перистым (покрытым двумя рядами трёхчастных мастигонем) и коротким гладким; Б — cхема
строения трёхчастной мастигонемы. Обозначения:  — волосок,  — трубчатая
часть,  — базальное вздутие
. Современные взгляды на систему органического мира

Рис. . Строение поперечного жгутика динофитовых водорослей (по работе Hoek C. van den et al.,  г. с изменениями). А — поперечный разрез;
Б — внешний вид жгутика. Обозначения:  — спирально закрученная аксонема,  — чехол поперечного жгутика,  — параксиальный тяж
Рис. . Схема поперечного разреза жгутиков эвгленовых водорослей. Обозначения:  — параксиальный тяж;  — аксонема
Домен Bacteria — Бактерии. Одноклеточные, колониальные или
многоклеточные организмы с начальной дифференцировкой клеток
(до  функциональных типов). Прокариотическое строение клеток. Геном не содержит гистонов. Мембраны всегда двухслойные из фосфолипидов. Клеточная стенка из муреина и/или S-протеинов и разнообразных полисахаридов. Жгутик — полая белковая нить из субъединиц флагеллина А, правовращающий. Способны к оксигенному фотосинтезу. Явились «прородителями» хлоропластов. Хлорофилл в разных
сочетаниях: a; a и b; a и c; a и d. Экология: обитают повсеместно,
преобладают при нормальной температуре, давлении и оксигенации.
(Merismopedia (рис.  А), Microcystis (рис.  Б, В), Nostoc (рис.  Г), Anabaena (рис.  Д), Oscillatoria (рис.  Е).)
Домен Eukarya—Эукариоты. Одноклеточные, колониальные и многоклеточные организмы, в том числе с глубокой дифференцировкой
клеток и наличием тканей и органов. Эукариотическое строение клетки. Ядро содержит гистоны. Мембраны из фосфолипидов, двухслой-

Биосистематика
Рис. . Разнообразие цианобактерий. А — Merismopedia — колония в слизистом
чехле (); Б — Microcystis — внешний вид колонии под малым увеличением
микроскопа; В — Microcystis — фрагмент колонии под большим увеличением,
клетки погружены в слизь () и содержат газовые вакуоли (); Г — Nostoc —
нить вегетативных клеток с толстостенными гетероцистами (), отвечающими
за процесс фиксации азота; Д — Anabaena — нить с гетероцистами () и акинетами (); Е — Oscillatoria — фрагмент нити
ные. Клеточная стенка, если имеется, состоит из целлюлозы, хитина,
хитозана, пектинов, маннанов, галактанов и др. Жгутик представлен
аксонемой, окружённой мембраной, движется волнообразно. Экология: обитают повсеместно, преобладают при нормальной температуре,
давлении и оксигенации.
Субдомен Excavata. Только одноклеточные микроскопические особи. Жгутики — , , , , ,  или ∞, равные, передние или боковые,
часто билатеральные или собранные в венчик. Митохондрии с дисковидными кристами или отсутствуют. Хлоропласты только у некоторых
эвглен, трехмембранные. Хлорофиллы a и b. Половой процесс первично отсутствует.
Надцарство Excavata. Характеристика надцарства повторяет характеристику субдомена.
Царство Metamonada. (Giardia, Trichomonas, Oxymonas.)
Царство Discoba. Эвгленовые водоросли (Euglena*), акразиевые
слизевики (Acrasis), гетеролобозные амёбы (Naegleria), кинетопластиды (Trypanosoma*, Leishmania*).
Субдомен Diaphoretikes (= Bikonta). Большинство представителей
имеют два жгутика. При этом для данной группы они являются первичными.
. Современные взгляды на систему органического мира

Надцарство SAR (Stramenopiles + Alveolata + Rhizaria). Одноклеточные, колониальные, плазмодиальные, многоклеточные формы, могут образовывать ткани и органы. Микроскопические или макроскопические. Жгутики неравные, у Stramenopiles покрыты двумя рядами
трёхчастных мастигонем, у других представителей могут быть утолщены за счёт белковых тяжей и у динофитовых водорослей. Митохондрии
с трубчатыми кристами. У охрофитовых водорослей (Ochrophyta) хлоропласты четырёхмембранные, у динофитовых водорослей (Dinophyta) — трехмембранные. Хлорофилл в разных сочетаниях: a и b; a и c.
Царство Rhizaria. Церкомонады (Cercomonas), голые филозные амёбы (Vampyrella), плазмодиофориды (Plasmodiophora*), хлорарахниофитовые водоросли (Chlorarachnion), фораминиферы (Reticulomyxa*), радиолярии (Eucyrtidium*).
Царство Stramenopiles (= Chromista). Оомицеты (Saprolegnia*
(рис. ), Phytophthora*, Peronospora*, Plasmopara*), лабиринтуловые
слизевики (Labyrinthula), охрофитовые водоросли (Dinobryon*, Hydrurus*, Sunura*, Vaucheria*, Tribonema* (рис. ), Fucus* (рис. ), Laminaria* (рис. ), Ectocarpus* (рис. ), Pinnularia*(рис.  А), Navicula*(рис.  Б), Nitzschia*, Melosira* (рис. )).
Рис. . Saprolegnia. Оогонии с оосферами (А) и зооспорангии (Б)
Рис. . Tribonema. Клетки состоят из двух половинок, поэтому на конце
имеется «вилочка» (А), а при полном разрушении нитей остаются Н-образные
фрагменты (Б)

Биосистематика
Рис. . Fucus vesiculosus. А — внешний вид таллома; Б — строение фрагмента
таллома. Обозначения:  — воздушный пузырёк,  — рецептакул со скафидиями,  — центральная жилка,  — подошва
Рис. . Laminaria saccharina ( = Saccharina latissima), внешний вид. Обозначения:  — ризоиды,  — «черешок»,  — листовая пластина
. Современные взгляды на систему органического мира

Рис. . Ectocarpus sp., внешний вид. А — многогнездный гаметангий; Б —
внешний вид; В — одногнездный спорангий
Рис. . Пеннатные диатомовые водоросли родов Pinnularia (А) и Navicula (Б),
вид со створки. Обозначения:  — каналовидный шов,  — штрихи;  — центральный узелок,  — терминальный узелок
Рис. . Центрическая диатомовая водоросль Melosira, фрагмент таллома (вид
с пояска)

Биосистематика
Царство Alveolata. Динофитовые водоросли (Ceratium* (рис. ),
Peridinium* (рис. ), Noctiluca*), инфузории (Paramecium*), споровики
(Plasmodium*, Toxoplasma*, Gregarina*).
Рис. . Ceratium. Вид со «спинной» (А) и «брюшной» (Б) стороны. Обозначения:  — эпивальва,  — поперечная борозда (цингулюм),  — гиповальва,
 — продольная борозда
Рис. . Peridinium. Внешний вид клетки с «брюшной» (А) и «спинной» (Б)
стороны. Обозначения:  — эпивальва,  — поперечная борозда (цингулюм),
 — гиповальва,  — продольная борозда,  — продольный жгутик
. Современные взгляды на систему органического мира

Надцарство Hacrobia. Одноклеточные или колониальные. Живут
в пресных или солёных водах. Клетки имеют два неравных по длине
жгутика, иногда покрытых волосками различного строения. Митохондрии с пластинчатыми или трубчато-пластинчатыми кристами. Хлоропласты, если есть, четырехмембранные.
Царство Hacrobia. Криптофитовые водоросли (Cryptomonas), примнезиофитовые водоросли (Prymnesium), кокколитофориды (Coccolithus), солнечники (Acanthocystis*).
Надцарство Archaeplastida. Это первая группа, которая использовала бактерий для осуществления фотосинтеза. Одноклеточные, колониальные, многоклеточные формы (включая представителей с органами и тканями). Обитают повсеместно. Жгутиковый аппарат:  передних жгутика, реже  или много. Митохондрии с пластинчатыми кристами. Хлорофиллы: a (Glaucocystophyta, Rhodophyta), a, b (Viridiplantae).
У Glaucocystophyta, Rhodophyta присутствуют фикобилины. У Glaucocystophyta хлоропласты сохранили муреиновую клеточную стенку.
Царство Glaucophyta. Глаукофитовые водоросли (Glaucocystis,
Cyanophora).
Царство Rhodophyta. Красные водоросли (Porphyra*, Batrachospermum* (рис. ), Ceramium*, Polysiphonia* (рис. ), Phyllophora*, Gelidium*, Ahnfeltia*).
Рис. . Пресноводная водоросль Batrachospermum: в клетках отсутствует фикоэритрин, имеет сине-зелёную окраску

В некоторых случаях царство Hacrobia объединяют с группой Archaeplastida в кладу
AH [], которая по рангу приблизительно равна SAR. При этом в работе Эдла с соавторами [] они приводятся как группы inscertae sedis, т. е. с неясным таксономическим
положением.

Биосистематика
Рис. . Polysiphonia. Внешний вид фрагмента таллома
Царство Viridiplantae (= Choroplastida, Plantae sensu stricto). Харовые водоросли (Chara* (рис. ), Spirogyra* (рис. ), Netrium*,
Desmidium*, Micrasterias* (рис. ), Cosmarium*, Closterium (рис. )*),
зелёные водоросли (Ulothrix* (рис. ), Codium*, Acetabularia*, Cladophora*, Trentepohlia* (рис.  цветной вклейки), Chlamydomonas*, Volvox*,
Hydrodictyon*, Scenedesmus*, Oedogonium*,Chlorella*), высшие растения
(множество различных родов*).
Рис. . Chara. Внешний вид таллома (А) и фрагмент нити второго порядка (Б).
Обозначения:  — узел на побеге первого порядка,  — междоузлие побега первого порядка,  — клубеньки на ризоидах (),  — побеги второго порядка,
 — узел побега второго порядка,  — междоузлие побега второго порядка,
 — побег третьего порядка,  — оогоний,  — антеридий,  — двояковыпуклая клетка побега второго порядка,  — клетки коры
. Современные взгляды на систему органического мира

Рис. . Spirogyra. Фрагмент таллома. Заметен один характерный спирально
закрученный лентовидный хлоропласт. В некоторых случаях, в одной клетке
может быть сразу несколько подобных структур
Рис. . Micrasterias. Клетка разделена на две половинки выемкой (синус) (),
ядро () находится в центральной части, в цитоплазме заметно большое количество пиреноидов ()
Рис. . Ulothrix. Внешний вид таллома. Хлоропласты располагаются в клетке
в виде незамкнутого кольца, поэтому с краёв они окрашены сильнее, чем в центральной части

Биосистематика
Субдомен Amorphea (= Unikonta) — аморфеи = униконты.
Надцарство Apusozoa . Исключительно одноклеточные формы.
Обитают в пресных и солёных водоёмах, в почве. Два или несколько
гладких жгутиков. Кристы митохондрий разных типов. Хлоропласты
отсутствуют.
Царство Apusozoa — апузозои. Свободноживущие амёбы (Breviata) и жгутиконосцы (Ancyromonas).
Надцарство Amoebozoa. Одноклеточные, колониальные, плазмодиальные формы. Обитают в почве. Имеют два гетероконтных и изоморфных жгутика. Митохондрии трубчатые, ветвистые, иногда утрачены. Хлоропласты отсутствуют.
Царство Amoebozoa — амебозои. Лобозные амёбы (Amoeba*), дискозеи (Endostelium), архамебы (Mastigamoeba, Pelomyxa), настоящие слизевики (Dictyostelium, Protostelium, Lycogala*, Trichia*, Fuligo*, Stemonitis*).
Надцарство Opisthokonta. Одноклеточные, колониальные и многоклеточные формы, включая организмы с тканями и органами. Обитают повсеместно. Жгутиковый аппарат с одним задним жгутиком (исключения Neocallymаstix, Mastotermes с большим числом задних жгутиков). Митохондрии с пластинчатыми кристами. Хлоропласты отсутствуют.
Царство Holomycota = Nucletmycea = Настоящие грибы. Mucor*
(рис.  А, Б), Rhizopus* (рис.  В), Saccharomyces* (рис. ), Penicillium*
(рис.  А, рис.  цветной вклейки), Aspergillus* (рис.  Б), Eurotium*,
Neosartorya*, Sordaria*, Claviceps* (рис. ), Peziza* (рис.  Б), Helvella*,
Morchella* (рис.  А), Verpa*, Gyromitra* (рис.  В), Tuber*, Sclerotinia*,
Microsphaera*, Puccinia*, Ustilago*, Tilletia*, Exidia*, Fomes*, Fomitopsis*,
Polyporus*, Agaricus*, Amanita*, Russula*, Boletus*, Leccinum*), лихенизированные грибы (= лишайники): Collema*, Physcia*, Graphis*, Xanthoria*, Usnea*, Cladonia* (см. рис.  цветной вклейки).
Царство Holozoa — настоящие животные (множество различных
родов*).
Кроме того, мы советуем вам при подготовке к олимпиаде обратиться к специализированной англоязычной [] и русскоязычной литературе [] по систематике. Характеристики большинства объектов,
отмеченных знаком «∗», вы можете найти в учебных пособиях [, , ].

В работе С. Эдла с соавторами [] представители Apusozoa приведены как incertae
sedis, т. е. группа с неясным таксономическим положением. Их положение в данной системе приведено в соответствии с работой Т. Кавалир-Смитта с соавторами []
Приложение . Краткая характеристика основных отделов грибов...

Рис. . Строение спорангиеносцев. Представители рода Mucor с крупным (А)
и мелким (Б) воротничком. Представители рода Rhizopus (В). Обозначения:
 — колонка,  — воротничок,  — спорангиеносец
Рис. . Внешний вид клеток дрожжей Saccharomycodes. А — почкующиеся
клетки; Б — сумка с четырьмя аскоспорами
Рис. . Строение анаморфных (бесполых) органов спороношения грибов
родов Penicillum (А) и Aspergillus (Б). Обозначения:  — цепочки конидий,
 — фиалиды,  — метулы,  — конидиеносец,  — вегетативный мицелий

Биосистематика
Рис. . Claviceps purpurea. А — внешний вид поражения с псевдосклероциями (); Б — псевдосклероций (), проросший головчатой стромой ()
Рис. . А — Morchella conica; Б — Peziza varia; В — Gyromitra esculenta
Приложение . Краткая характеристика основных
отделов грибов и водорослей
Очень часто в задании по бисистематике учащимся предлагаются
объекты, которые в той или иной степени можно отнести к водорослям или грибам. Поэтому для успешного выполнения заданий необходимо знать характеристики основных таксономических групп данных
организмов.
Приложение . Краткая характеристика основных отделов грибов...

. Краткая характеристика основных отделов грибов
Грибы (Holomycota) — это царство живой природы, объединяющее
эукариотические организмы, сочетающие в себе признаки как животных, так и растений. На сегодняшний день выделяют  основных отделов царства Holomycota, сравнительная характеристика которых приведена в таблице .
Т а б л и ц а . Сравнительная характеристика грибов
(царство Holomycota) и псевдогрибов (царство Stramenopiles)
Признак
Псевдогрибы
Грибы
Вегетативное тело Мицелий
Питание
Гетеротрофы с осмотическим типом питания
Клеточная стенка
Целлюлоза
Хитин и другие полисахариды
Запасной продукт
Миколаминарин
Гликоген
Жгутики
Два жгутика: гетероконтные, Имеется только у представигетероморфные, длинный с дву- телей отдела Chytrydiomycota,
мя рядами трёхчастных масти- задний, гладкий
гонем, короткий — гладкий
Кристы
митохондрий
Трубчатые
Аппарат Гольджи
Нормально развит
Синтез лизина
Растительный путь (через диаминопимелиновую кислоту)
Пластинчатые
Редуцирован до одной диктиосомы
Животный путь (через аминоадипиновую кислоту)
Поскольку в заданиях по биосистематике учащимся часто предлагаются в качестве объекта представители псевдогрибов, мы приводим
их сравнительную характеристику с настоящими грибами.
. Краткая характеристика основных отделов водорослей
Водоросли — по большей части водные организмы, большинство из
которых фотоавтотрофы, их вегетативное тело лишено проводящих систем и представлено талломом, и у них отсутствуют многоклеточные
органы размножения (за исключением класса Charophyceae).
Таким образом, водоросли — это не таксономическая, а экологическая группа, объединяющая в себе целый ряд неродственных организмов.
В таблице  мы приводим сравнительную характеристику наиболее
широко распространённых отделов водорослей.

Т а б л и ц а . Сравнительная характеристика основных отделов грибов
Признак
Chytridiomycota Glomeromycota Zygomycota
Ascomycota
Basidiomycota
Многоядерный,
Одноклеточный Многоядерный, несептированный.
Вегетативное или многокленесептирован- Могут переходить
точный
ный
тело
в форму дрожжей
ризомицелий
и образовывать
псевдомицелий
Многоклеточный, септированный; септы простые; могут
образовываться тельца Воронина. Могут переходить
в форму дрожжей и образовывать псевдомицелий
Многоклеточный, септированный. Септы могут быть простые, но слоистые с тельцами
Воронина или долипоровые,
иногда с парентосомами. Могут
переходить в форму дрожжей
и образовывать псевдомицелий
Жгутиковые
стадии
Нет
Нет
Один гладкий
задний жгутик
Нет
Вегетативное Фрагментация
размножение мицелия
Фрагментация
мицелия
Фрагментация миФрагментация мицелия,
целия, почковапочкование у дрожжей
ние у дрожжей
Эндогенные
Бесполое
споры
размножение
в спорангиях
Эндогенные
споры
в спорангиях
Эндогенные споры
Экзогенные споры — конидии Экзогенные споры — конидии
в спорангиях
Изогамия,
Тип полового гетерогамия,
процесса
оогамия,
хологамия
Половой
процесс
неизвестен
Зигогамия
Соматогамия,
гаметангиогамия
Соматогамия, сперматизация
Гаплобионтный
с зиготической
редукцией
Продолжительная гаплоидная
фаза сменяется короткой,
трофически не самостоятельной дикариотической, после
чего происходит редукционное деление и образуются эндогенные половые продукты — аскоспоры в сумках
(асках)
Продолжительная гаплофаза
сменяется ещё более
продолжительной дикариофазой.
При формировании половых
продуктов происходит слияние
ядер и образуются экзогенные
половые продукты —
базидиоспоры на базидиях
Тип
жизненного
цикла
Гаплобионтный
с зиготической Неизвестен
редукцией
Фрагментация мицелия,
почкование у дрожжей
Биосистематика
Нет
Т а б л и ц а . Сравнительная характеристика основных отделов водорослей
Cyanophyta
Rhodophyta
Положение
в системе
Домен Bacteria
(прокариоты, геном
Царство
в виде кольцевой
Rhodophyta
молекулы ДНК,
гистоны отсутствуют)
Экология
Обитают повсеместно
Морские, редко
пресноводные
Коккоидный,
Типы
нитчатый,
дифференциации разнонитчатый, псевталломов
допаренхиматозный
Коккоидный,
нитчатый,
разнонитчатый,
псевдопаренхиматозный
Chlorophyta
в широком
смысле 
Ochrophyta
Dinophyta
Euglenophyta
Царство
Viridiplantae
Царство
Stramenopiles
Царство Alveolata
Царство
Discoba
Обитают
повсеместно
Обитают
повсеместно
Морские, реже
пресноводные
Пресноводные
Все типы
организации
таллома, кроме
амёбоидного
Все типы дифференциации
таллома, кроме
сифонокладального
Монадный, реже
амёбоидный или
коккоидный.
Характерно дорзовентральное
строение клетки
(рис. , )
Монадный


Достаточно часто из отдела Chlorophyta (зелёные водоросли) выделяют отдел Charophyta. Это очень близкие и, несомненно, родственные группы организмов. Их характеристика в общих чертах совпадает. Однако имеется целый ряд серьёзных отличий. У Charophyta
жгутики только субапикальные, их базальные тела параллельны друг другу и лежат на многослойной белковой пластинке, от основания
которой отходит лента из микротрубочек. В некоторых случаях жгутики могут быть покрыты органическими чешуйками. У Chlorophyta
жгутики могут быть апикальными, субапикальными и латеральными. Базальные тела жгутиков (у всех, кроме пор, одна Trentepohliales)
находятся под углом ◦ , белковая пластинка при основании отсутствует, от базальных телец отходят всего несколько микротрубочек.
Запасной продукт у Charophyta также крахмал, но откладывается он в цитоплазме, а не в хлоропласте, как у Chlorophyta. В состав клеточной стенки помимо целлюлозы иногда входят гемицеллюлоза и лигнин. Целлюлозосинтазный комплекс у Charophyta розеткоподобный,
а у Chlorophyta — линейный. Митоз у представителей Chlorophyta закрытый или полузакрытый, а у Charophyta — открытый. При цитокинезе у Chlorophyta образуется фикопласт (структура из микротрубочек, которая параллельна оси деления клетки, но перпендикулярна
веретену деления клетки), в то время как у Charophyta образуется фрагмопласт (структура из микротрубочек, которая перпендикулярна
оси деления клетки, но параллельна веретену деления клетки). У представителей пор одна Charophyta встречаются конъюгация и оогамия,
в то время как у Chorophyta конъюгация не отмечена.
Приложение . Краткая характеристика основных отделов грибов...
Признак/Отдел
Дополнительные
специфические
пигменты
Число мембран
в хлоропласте
a (всегда) и с1 ,
c2 , c3 (в разных
комбинациях)
a
aиb
Фикобилины
(линейные
тетрапирролы),
разнообразные
каратиноиды
и ксантофиллы
Фикобилины
Фукоксантин
или
Зеаксантин,
Пиридинин,
вошериоксантин
виолаксантин,
диноксантин,
у Xanthophyceae
неоксантин и др.
диадиноксантин
(Tribonema,
Vaucheria)
Хлоропласты
отсутствуют
 (первичный
эндосимбиоз)
 (первичный
эндосимбиоз)
Тилакоиды
отдельные, не
собраны
в ламеллы
и граны
Багрянковый
крахмал (при
реакции с йодом
даёт малиновую
окраску)
Есть отдельные
мембранные
пузырьки, на
Устройство фотоповерхности
синтетического
которых находятся
аппарата
фотосинтезирующие пигменты
Цианофицировый
крахмал, азот
запасается
Запасной продукт в цианофициновых
гранулах,
а фосфор — в виде
полифосфатов
a и c2
aиb
Зеаксантин,
виолаксантин,
неоксантин
и др.
 (вторичный
и третичный
эндосимбиоз)
 (вторичный
эндосимбиоз)
Ламеллы трёхтилакоидные,
Тилакоиды
имеется
собраны в граны
опоясывающая
ламелла
Ламеллы
трёхтилакоидные,
опоясывающая
ламелла отсутствует
Ламеллы трёхтилакоидные,
опоясывающая
ламелла
отсутствует
Крахмал (при
реакции с йодом
даёт синюю
окраску)
У морских — липиды,
Парамилон
у пресноводных —
(полисахарид)
крахмал
 (вторичный
эндосимбиоз)
Хризоламинарин
(полисахарид)
и липиды
Биосистематика
Хлорофиллы
В разных
сочетаниях a, a
и b, a и c, а также
aиd

Т а б л и ц а  (продолжение)
Т а б л и ц а  (продолжение)
Жгутики
Отсутствуют
Отсутствуют
Клеточная
стенка
разнообразного
строения, но
в большинстве
случаев
содержит
целлюлозу
Различный.
У диатомовых —
домик из
кремнезёма.
Амфиесма (см.
У многих
рис. )
целлюлоза,
у бурых
дополнительно
альгинаты
Пелликула (см.
рис. )
Два равных по
длине
и морфологии
жгутика. Оба
гладкие
Два жгутика разной
длины. Длинный,
лежащий
в поперечной
Один жгутик
короткий,
борозде, со
гладкий, другой спирально
закрученной
длинный,
покрыт двумя
аксонемой
рядами
и параксиальным
тяжем, короткий,
трёхчастных
в продольной
мастигонем
(рис. )
борозде, обычного
строения. Оба
жгутика несут на
себе волоски (рис. )
Обычно 
жгутика,
начинаются от
основания
глотки. Жгутик
дополнительно
утолщён за
счёт параксиального тяжа
(рис. )
Приложение . Краткая характеристика основных отделов грибов...
Состоит из
структурного
(целлюлоза),
аморфного
Сходна по составу
компонентов
Состав клеточной с грамотрицатель(агары
стенки
ными бактериями,
и каррагинаны);
содержит муреин
иногда в состав
клеточной
стенки входит
CaCO3


Биосистематика
Приложение . Рекомендации по выполнению заданий
олимпиады
В данном приложении приведены примеры из задания кабинета биосистематики ЗЭ ВОШ за  год.
Задания в практическом туре Всероссийской олимпиады по биологии в разделе «Биосистематика» требуют от учащегося навыков работы
с живыми и фиксированными объектами, а также умения «узнавать»
объект и, применив знания о современных взглядах на систему органического мира, определить некоторые особенности его морфологии
и физиологии.
Во-первых, надо приготовить препарат (см. задание ). Приготовление препаратов было подробно разобрано нами в разделе «Приготовление микропрепаратов». Важно помнить, что необходимо не только
правильно и аккуратно приготовить препарат, но и найти на предметном стекле именно искомый объект.
Далее обычно требуется отнести объект к империи или царству
(задания  и ) и дать краткую характеристику объектов (задание ).
Здесь учащийся должен внимательно ознакомиться с введением к заданию, в котором описано, из какого биотопа/биотопов взяты предложенные объекты. Это задаст верное направление для их классификации. Например, если сбор материала проводился в берёзовом лесу
и близлежащем озере, то среди предложенных проб будут отсутствовать экстремофильные (т. е. все археи) и морские организмы (подавляющее большинство красных водорослей и многие другие). Зато с большой вероятностью будут представители настоящих грибов, наземных
животных и пресноводных водорослей. Таким образом, постепенно перебирая в памяти основных представителей, которые могут быть обнаружены в подобных биотопах, вы сможете значительно сузить перечень рассматриваемых групп. Большинство предлагаемых объектов
и их краткая характеристика приведены нами в пункте «Современные
взгляды на систему органического мира», а также в приложениях.
Также встречаются задания (задание ), предполагающие умение
работать с дихотомическим определительным ключом. При этом вам
предлагают два утверждения, обычно противоречащие друг другу. Вы
должны согласиться с одним из них и отвергнуть другое. Например,
в тезе написано: «Организмы подвижны в вегетативном состоянии»,
а в антитезе — «Организмы неподвижны в вегетативном состоянии».
Рассмотрим пример задания  года: предположим, что в вашем
распоряжении находится образец с Euglena viridis (эвглена зелёная).
Вы соглашаетесь с тезой о способности этого организма осуществлять
фотосинтез (утверждение ) и, таким образом, переходите к следую-
Приложение . Рекомендации по выполнению заданий олимпиады

щей паре утверждений ( и ). Форма тела эвглены не похожа на
ветвящиеся нити (утверждение ), следовательно, вы соглашаетесь
с утверждением  и переходите к паре утверждений  и . Эвглена — свободно живущий жгутиконосец, поэтому способна к активному
движению. Подобная схема рассуждений может быть применена и для
других организмов.
При заполнении клеток дихотомической схемы следует помнить,
что в одну клетку не может быть отнесено сразу два объекта. Если
это произошло, пройдите по определительному ключу ещё раз. Рекомендуем сначала определять объекты, в характеристиках которых вы
уверены, а затем, когда часть клеток на схеме для ответов уже будет
занята, те организмы, в которых уверены меньше. Таким образом вы
сможете снизить вероятность ошибки.
Вопросы и демонстрационный материал в разделе «Биосистематика» меняются каждый год, но стоит помнить, что существует более
или менее ограниченный набор объектов, которые легко доступны организаторам при подготовке заданий. Таким образом, для успешного
выполнения всех заданий раздела необходимо уметь готовить микропрепараты и знать краткую характеристику весьма небольшого числа
организмов.
Список литературы
. Белякова Г. А. , Дьяков Ю. Т. , Тарасов К. Л. Ботаника: в  томах. Т. .
Водоросли и грибы. М.: Издательский центр «Академия», .
. Белякова Г. А. , Дьяков Ю. Т. , Тарасов К. Л. Ботаника: в  томах. Т. .
Водоросли и грибы. М.: Издательский центр «Академия», .
. Зоология беспозвоночных в двух томах. Т. : от простейших до моллюсков и артропод / Под ред. В. Вестхайде и Р. Ригера. Пер. с нем.
под ред. проф. А. В. Чесунова. М.: Т-во научных изданий КМК, .
. Леонтьев Д. В. Общая биология: система органического мира. Конспект лекций. Изд. -е. Харьков: ХГЗВА, ; http://ashipunov.
info/shipunov/school/books/leontjev2014_sist_organ_mira.pdf
. Adl S. M. , Simpson A. G. B. , Lane C. E. et al. The Revised Classification
of Eukaryotes // Eukaryot J. Microbiol. . V. , № . P. –.
. Burki F. , Shalchian-Tabrizi K. , Pawlowski J. Phylogenomics reveals a
new ‘megagroup’ including most photosynthetic eukaryotes // Biol Lett.
. V. , № . P. –.
. Sakaguchi M. , Takishita K. , Matsumoto T. , Hashimoto T. , Inagaki Y.
Tracing back EFL gene evolution in the cryptomonads–haptophytes assemblage: Separate origins of EFL genes in haptophytes, photosyn-

Биосистематика
thetic cryptomonads, and goniomonads // Gene. . V. , № –.
P. –.
. Cavalier-Smith T. , Chao E. E. , Stechmann A. , Oates B. , Nikolaev S.
Planomonadida ord. nov. (Apusozoa): Ultrastructural Affinity with
Micronuclearia podoventralis and Deep Divergences within Planomonas
gen. nov. // Protist. . V. , № . P. –.
БИОХИМИЯ
Авторы: Е. Д. Зотова, В. Н. Лавренова
. Введение
Биохимия входит в программу заданий для  класса практического тура Всероссийской олимпиады школьников по биологии (далее —
ВОШ) в качестве самостоятельного кабинета (иногда в паре с молекулярной биологией) или в составе кабинета клеточной биологии. И хотя
в самом кабинете набор задач достаточно сильно варьируется в разные
годы, тем не менее, у него имеется некий общий план.
Во-первых, вам будет предложено выполнить небольшой практический опыт. Это могут быть задания на определение состава смесей
биологического происхождения с помощью проведения серии качественных реакций. Также часто встречаются задания на количественное определение известного вещества, то есть нахождение его концентрации (методом титрования или сравнения со стандартом). Возможны задания на определение изоэлектрической точки белков, их
молекулярной массы и активности ферментов. При выполнении практических заданий преподаватели будут проверять и оценивать ваши
навыки лабораторной работы, например, в титровании или в работе
с автоматическими пипетками.
Во-вторых, в задание в том или ином виде включена несложная
расчётная задача или же много мелких расчётов. Расчётные задачи
могут принести вам баллы, даже если вы не справились с практической
частью. В большинстве случаев все расчёты выполняются без калькулятора и требуют стандартных навыков арифметики. Особое внимание следует обратить на величины и размерности. Зачастую задачи
касаются расчёта концентраций, разведений и активности ферментов.
Вы должны знать, что такое молярность и нормальность, а также обязательно иметь представление об активности и удельной активности
ферментов. Иногда встречаются задачи на расчёт кинетических параметров ферментативных реакций.
В-третьих, в заданиях встречаются вопросы, которые требуют знания основных биохимических путей (гликолиз, типичные виды брожений, цикл Кребса и т. д.), эмпирических и структурных формул биомолекул, участвующих в этих процессах (глюкоза, пируват и т. п.), а также собственно клеточной биологии (какие органеллы присутствуют
в разных типах клеток и какие функции они выполняют). Освещение
всех этих теоретических вопросов выходит за рамки данного пособия.

Биохимия
Здесь мы ограничимся обсуждением методов по выделению и очистке
белков и сопутствующих им сведений. С основами биохимии, молекулярной и клеточной биологии можно познакомиться, прочитав замечательную книгу «Наглядная биохимия» []. Для получения более
полной, углублённой информации можно обратиться к классическим
вузовским пособиям: «Основы биохимии Ленинджера» [], «Введение
в клеточную биологию» [] и «Молекулярная биология клетки» [] (это
чтение окажется полезным тем, кто уже знаком со спецификой данных
разделов биологии).
. Методы выделения и очистки белков
В данном пункте мы коснёмся некоторых стандартных процедур по
выделению, очистке и определению некоторых свойств белков, которые часто встречаются в рутинной практике «белкового» биохимика
и могут воспроизводиться или имитироваться в заданиях ВОШ.
.. Методы разрушения клеток
По типу локализации все белки можно разделить на внутриклеточные (функционируют внутри клетки) и секреторные (выводятся за
пределы клетки). Для изучения внутриклеточных белков необходимо
разрушить (дезинтегрировать) клетки и гомогенизировать — получить
из них однородную смесь (гомогенат). В зависимости от конкретного
материала и цели для дезинтеграции используют разные методы, основанные на физических (механических) или химических (в том числе
ферментативных) процессах, или же их комбинации. Чаще используют
физические методы воздействия: они экономичны, хотя и неспецифичны и дают более низкий выход продукта.
Для разрушения бактериальных клеток обычно применяют метод
ультразвуковой дезинтеграции. При прохождении акустической волны
высокой интенсивности через жидкость в ней происходит кавитация —
образование пузырьков, содержащих пар этой же жидкости. Периодически происходит схлопывание этих пузырьков, т. е. в жидкости по
сути происходят «микровзрывы», которые создают в ней механические
сдвиги, что, в свою очередь, приводит к разрывам клеточных оболочек
и выходу клеточного содержимого в раствор.
Для разрушения тканей используют ножевой или пестиковый гомогенизаторы. Есть и другие распространённые методы механической
дезинтеграции, которые могут выступать как самостоятельные или же
использоваться в комбинации с другими: это гомогенизация с абразивными частицами (кварцевым песком), продавливание с помощью
прессов через металлические сита и криодеструкция (повреждение замороженных тканей кристаллами льда).
. Методы выделения и очистки белков

.. Дифференциальное центрифугирование
После гомогенизации клеточной биомассы мы получаем суспензию, содержащую различные органеллы, обломки клеток (дебрис)
и цитоплазматические белки. Чтобы выделить из этого «внутриклеточного супа» фракцию, содержащую интересующий нас белок, можно
использовать метод под названием дифференциальное центрифугирование. Он основан на последовательном осаждении из раствора частиц
с разной плотностью. Скорость осаждения (седиментации) частиц зависит от разности плотностей частицы и раствора: чем больше эта
разница, тем больше скорость осаждения частицы.
Для центрифугирования используют аппараты, основанные на действии центробежной силы, — центрифуги. Основным элементом центрифуги является ротор со специальными отсеками для размещения
пробирок (или центрифужных стаканов) с интересующей нас смесью
клеточных органелл и белков.
Осаждаемые из раствора под действием центробежной силы частицы характеризуются коэффициентом седиментации, который прямо
пропорционален скорости осаждения. Среди клеточного содержимого
наибольшим коэффициентом седиментации обладают крупные обломки клеток и ядра. Далее в порядке уменьшения коэффициента следуют
митохондрии, фракции одномембранных органелл (микросомы), полирибосомы и рибосомы. Наконец, самым маленьким коэффициентом
седиментации обладают растворимые цитоплазматические белки.
Дифференциальное центрифугирование обычно состоит из нескольких последовательных раундов центрифугирования, отличающихся по
продолжительности и/или величине центробежной силы. После раунда центрифугирования в центрифужном стакане остаются осадок
и надосадочная жидкость (супернатант). Если целевые органеллы находятся в осадке, то супернатант сливают и для дальнейшей работы
используют осадок. Если же целевые органеллы находятся в супернатанте, то его отбирают в чистую пробирку и подвергают следующему
раунду центрифугирования. В результате последнего раунда мы получаем фракцию с высокой концентрацией интересующих нас клеточных
фрагментов.
Поскольку фрагменты одномембранных органелл (эндоплазматический ретикулум, комплекс Гольджи, лизосомы) и фрагменты цитоплазматической мембраны слабо различаются по плотности, для их
разделения используют центрифугирование в градиенте плотности сахарозы. При таком центрифугировании фракции разных органелл не
осаждаются на дне, а остаются в растворе в слоях с разной плотностью
сахарозы. Таким образом, за один раунд мы можем выделить сразу
несколько фракций различных органелл.

Биохимия
После проведения одного или нескольких раундов дифференциального центрифугирования исследователю необходимо установить, какие части клетки содержатся в той или иной фракции. Для этого измеряют активность так называемых маркерных ферментов — это ферменты, которые ассоциированы только с определённой органеллой или
с иным клеточным образованием. Определив активность какого-либо
маркерного фермента в интересующей нас фракции, можно сделать
вывод о присутствии в этой фракции соответствующей органеллы.
В примере  из п. . мы подробно разберём, как можно определять
клеточные органеллы во фракциях, полученных в результате дифференциального центрифугирования, по их маркёрным ферментам. Но
для начала мы должны познакомиться с некоторыми качественными
методами определения веществ.
.. Методы осаждения белков
После выделения фракции, содержащей интересующий нас белок,
необходимо отделить его от других белков этой фракции. Одним из
методов, позволяющих это сделать, является избирательное осаждение
белка из раствора. Существует два способа избирательного осаждения
белков из раствора: высаливание и изоэлектрическое осаждение.
Метод высаливания основан на постепенном добавлении к белковой смеси какой-либо соли, например сульфата аммония. Добавление
соли приводит к ослаблению водородных связей белковых молекул
с диполями воды за счёт вытеснения последних молекулами соли и,
следовательно, к снижению растворимости белка. При этом белок изменяет свою конформацию и формирует агрегаты, которые выпадают
в осадок. Агрегаты формируются за счёт гидрофобных областей белка,
которые в отсутствие соли были обращены внутрь белка, а в присутствии соли «выворачиваются» наружу и способствуют слипанию «соседних» молекул белка. Чем больше в белке гидрофобных аминокислот
(это свойство характеризуется индексом гидрофобности), тем меньшая концентрация соли нужна, чтобы его осадить. Таким образом, на
основе разности индексов гидрофобности можно отделить интересующий нас белок от других.
Метод изоэлектрического осаждения основан на выпадении белка
в осадок при кислотности среды (рН), в которой заряд белка скомпенсирован за счёт растворённых ионов (то есть нейтрален). Такое значение рН называется изоэлектрической точкой. Большинство клеточных
белков имеют в своей полимерной последовательности хотя бы один
аминокислотный остаток с положительно или отрицательно заряженным радикалом. За счёт своего заряда такие белки хорошо растворимы
при рН = 7 (рН внутриклеточной среды), так как их полярные молекулы взаимодействуют с молекулами воды. Однако если мы искусственно
. Методы выделения и очистки белков

сместим рН к изоэлектрической точке, в которой общий заряд белка
станет равен нулю, то его молекулы потеряют гидрофильные свойства
и данный белок выпадет в осадок.
Чаще всего оба приведённых метода осаждения не приводят к получению чистого препарата целевого белка, так как в осадок вместе
с ним могут выпадать другие белки, близкие по значениям индекса
гидрофобности или изоэлектрической точки. Однако этими способами
можно получить фракцию, обогащённую целевым белком.
Пример . Заключительный этап ВОШ, – гг. Задание 
Определение изоэлектрической точки казеина
Рекомендуемое время:  минут.
Задание 
Оборудование, реактивы и материалы:
) шесть пробирок;
) три пипетки на – мл;
) стакан с водой на  мл;
) раствор уксусной кислоты , М;
) , %-й раствор казеина, приготовленный на , М растворе ацетата натрия;
) калькулятор с логарифмическими функциями.
Вам предстоит приготовить буферные растворы с различным значением рН и определить, при каком рН происходит выпадение в осадок белка казеина (то есть определить изоэлектрическую точку этого
белка). Приготовьте растворы, как указано в таблице. Тщательно перемешайте содержимое пробирок. Пока происходит агрегация и преципитация белка (– минут), произведите соответствующие расчёты
и заполните таблицу. При расчётах округляйте результат до третьего
знака после запятой.
Номер
пробирки






Объём
Объём
Концентрация Концентрация
Объём
рН
уксусной
раствора уксусной кис- ацетата натводы, мл
раствора
кислоты, мл
казеина, мл лоты, моль/л рия, моль/л

—
,
,


,
,
,
,
,
,
,
Расчёт значения рН ацетатного буфера проводится по формуле
рН = 4,74 + lg([ацетат натрия]/[уксусная кислота]),

Задание дано в сокращении.

Биохимия
где квадратными скобками обозначены концентрации соответствующих веществ.
Решение
. Рассчитаем концентрацию уксусной кислоты (C, моль/л) в каждой пробирке по формуле
C = Cнач. · Vнач. /Vкон. ,
где Cнач. — начальная концентрация уксусной кислоты (моль/л или М),
по условию Cнач. = 0,16 М (см. реактивы и оборудование);
Vнач. — начальный объём уксусной кислоты (мл), который нужно
внести в конкретную пробирку (дан в таблице для каждой пробирки);
Vкон. — конечный объём реакционной смеси, одинаковый для всех
пробирок; получен суммированием добавляемых объёмов уксусной
кислоты, воды и раствора казеина; Vкон. = 2,2 мл.
Результаты расчётов представлены в таблице ниже.
. Теперь рассчитаем конечную концентрацию ацетата натрия, которая одинакова в каждой из пробирок. Формула для расчёта такая же,
как в предыдущем пункте, меняются только значения параметров (см.
реактивы и оборудование): Cнач. = 0,1 М, Vнач. = 0,2 мл (так как ацетат
является компонентом раствора казеина). Итак,
C = 0,1 М · 0,2 мл/2,2 мл ≈ 0,009 М.
. Далее используем найденные концентрации для расчёта рН в каждой пробирке по формуле, указанной в задании.
После приготовления шести буферных растворов мы визуально регистрируем выпадение осадка в одной из пробирок. Соответствующая
ей рН раствора и будет являться изоэлектрической точкой казеина.
Номер
пробирки






Объём
Объём
Концентрация Концентрация
Объём
рН
уксусной
раствора уксусной кис- ацетата натводы, мл
раствора
кислоты, мл
казеина, мл лоты, моль/л рия, моль/л

,

,
,
,
—
,

,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
.. Электрофорез белков
Более удобным и эффективным методом анализа состава белковых
проб по сравнению с осадительными методами является электрофорез. Выделить с его помощью индивидуальные белки возможно только
. Методы выделения и очистки белков

в малых количествах, которые, впрочем, достаточны для исследовательских целей.
Метод электрофореза основан на перемещении частиц в жидкой
или газообразной фазе под действием электрического поля. Как мы
отмечали выше, большинство белковых молекул вне изоэлектрической
точки обладают электрическим зарядом и при пропускании тока через
раствор движутся к отрицательно заряженному катоду или же к положительному аноду, в зависимости от заряда. Фотография прибора для
проведения белкового электрофореза представлена на рис.  цветной
вклейки .
Электрофорез белков (и других биологических макромолекул, таких как ДНК и РНК) проводят в специальных гелях (из полиакриламида или агарозы), представляющих собой желеподобные трёхмерные
матрицы с пустотами (порами), через которые мигрируют белковые
частицы. Скорость пробега через гель в электрическом поле (скорость
миграции) зависит от заряда, размера и пространственной конфигурации частиц, а также от размера пор самого геля.
Существует несколько методик проведения белкового электрофореза. Чаще всего для исследовательских целей используют электрофорез
в денатурирующих условиях по Леммли. Этот вариант электрофореза
проводят в полиакриламидном геле (ПААГ). Денатурирующие условия
создаются за счёт кипячения белкового препарата с ионным детергентом — додецилсульфатом натрия (сокращённо ДСН, англ. — SDS),
который за счёт своего гидрофобного участка (углеродная цепь, см.
формулу на рис. ) связывается с гидрофобными регионами молекулы
белка (гидрофобными радикалами аминокислот). Стехиометрия такого связывания приблизительно одинакова для всех белков:  ДСН на 
пептидные связи.
O
@ @ @ @ @ @O
S
O− Na+
O
Рис. . Формула додецилсульфата натрия (ДСН)
В результате такой обработки молекулы белков приобретают по
всей длине отрицательный заряд, значительно превышающий их собственный. Таким образом, удельные заряды белковых частиц становятся примерно одинаковыми. За счёт денатурации белков (то есть
перехода от трёхмерной структуры к линейной) нивелируются различия в их пространственной конфигурации. В итоге при электрофорезе

На рисунке красный провод соединён с катодом, чёрный — с анодом.

Биохимия
по Леммли сортировка белков происходит только за счёт их различия
по размеру (а следовательно, и по молекулярной массе). Чем больше
размер частицы, тем труднее ей перемещаться в порах геля и тем ниже
скорость её миграции. Напротив, более короткие и лёгкие молекулы
белков будут продвигаться быстрее и оказываться дальше от стартовой
линии в какой-либо момент времени пробега разделяемой смеси через
гель.
Для визуализации прохождения электрофореза в исходный препарат белков добавляют лидирующий краситель, который не связывается
заметным образом с белками, мигрирует в электрическом поле в ту же
сторону (в случае методики по Леммли — к аноду) и двигается быстрее
самого низкомолекулярного белка смеси, при этом не слишком сильно
отрываясь от белкового фронта. По положению фронта красителя мы
можем определить момент, когда электрофорез нужно завершить (т. е.
отключить электрическое поле). Для разделения белков в качестве лидирующего красителя часто используют бромфеноловый синий.
Относительной величиной, характеризующей скорость движения
белка при денатурирующих условиях, является показатель относительной подвижности — Rf. Он представляет собой отношение длины пробега белка к длине пробега лидирующего красителя при фиксированном времени проведения электрофореза. Известно, что зависимость
молекулярной массы белка (М) от Rf носит логарифмический характер,
а зависимость LgM от Rf соответственно линейна. Обычно при электрофоретическом разделении неизвестных белков параллельно проводят
эксперимент с так называемыми белками-стандартами, молекулярные
массы которых мы знаем (их также называют маркерными белками).
После ДСН-электрофореза мы измеряем пробег этих белков и строим
калибровочный график (зависимость LgM от Rf). Пример такого графика представлен на рис. .
Далее этот калибровочный график можно использовать для определения массы неизвестных белков по их пробегу. Таким образом, электрофорез по Леммли является как способом разделения белков, так
и способом определения их молекулярной массы.
Электрофорез белков можно проводить не только в присутствии
ДСН, но и в присутствии других денатурирующих агентов (например,
мочевины), а также при их отсутствии (нативный электрофорез). При
создании определённых условий можно проводить электрофоретическое разделение белков по их изоэлектрическим точкам — изоэлектрофокусирование. При разделении смесей, содержащих большое количество белков, проводят двумерный электрофорез: сначала в одном измерении геля (по оси ) проводят изоэлектрофокусирование, а затем
в перпендикулярном направлении (ось Y ) проводят электрофорез по
Леммли.

. Методы выделения и очистки белков
Номер
на гра- Маркерный белок
фике
Молекулярная
масса,
кДА
,

Лизоцим

β -лактоглобулин

Рестриктаза BSP 

Лактатдегилрогеназа


Овальбумин


БСА

,

Рис. . Калибровочный график для определения молекулярной массы белков
(M), выраженной в кДа, по относительной подвижности (Rf) при электрофорезе по Леммли. Названия и массы маркерных белков, использованных для
построения графика, представлены в таблице справа
Пример . Заключительный этап ВОШ, – гг. Задание 
Анализ результатов двумерного гель-электрофореза
Рекомендуемое время:  минут.
Задание 
Перед вами рисунок, изображающий результат двумерного гельэлектрофореза казеина.
. Отметьте точкой, где будет расположен казеин на этом геле.
. Казеин представляет собой фосфопротеин. Раствор казеина обработали специфической фосфатазой, после чего провели двумерный

Задание дано в сокращении.

Биохимия
гель-электрофорез. Отметьте крестиком предполагаемое вами новое
положение казеина.
Решение
Чтобы отметить точкой положение казеина на двумерном электрофорезе, нужно знать его изоэлектрическую точку и молекулярную массу. В заданиях  и  той же олимпиады участники должны были определить эти параметры. В итоге, отложив по оси абсцисс значение изоэлектрической точки казеина, а по оси ординат — его молекулярную
массу, можно найти положение казеина на двумерной электрофореграмме (см. рис. ). Фосфатаза осуществляет реакцию отщепления
фосфатных групп от молекулы казеина. Очевидно, его молекулярная
масса при этом уменьшается. Удаление отрицательно заряженных фосфатных групп ведёт к уменьшению общего отрицательного заряда молекулы и, следовательно, к уменьшению количества протонов, необходимых для нейтрализации этого отрицательного заряда. Поэтому значение изоэлектрической точки (pI) казеина после обработки фосфатазой увеличивается. Таким образом, новая точка на графике будет ниже
и правее первой (её примерное положение отмечено на рис. ).
Рис. . Результаты двумерного электрофореза казеина в нативной (положение
отмечено точкой) и дефосфорилированной (отмечено крестиком) формах
. Качественные реакции
Как уже говорилось ранее, одним из часто встречающихся практических заданий как на заключительном, так и на региональном этапе
Всероссийской олимпиады по биологии являются качественные реакции. Что же такое качественная реакция? Это некий физический или
химический метод, который позволяет установить содержание того
. Качественные реакции

или иного элемента/соединения/группы соединений в исследуемом
образце. И если в неорганической химии наличие того или иного вещества в растворе можно устанавливать самыми разными способами
(например, по цвету пламени или по форме кристаллов), то в биохимии чаще всего вещество определяется в ходе химических реакций,
сопровождающихся изменением цвета раствора. В научных исследованиях качественные реакции используются для первичной идентификации состава проб на этапах выделения и очистки белков из тканевых
экстрактов. Далее мы рассмотрим несколько таких реакций, которые
с большой вероятностью могут попасться вам на практическом туре.
.. Определение запасных полисахаридов
Самая типичная реакция, которую часто проводят в школе: капают
йодом на картофелину, в результате чего она синеет. Синее окрашивание в данном случае — это результат взаимодействия йода и крахмала.
Часто в практических заданиях для определения крахмала и других
полисахаридов вместо раствора йода предлагают так называемый раствор Люголя — раствор йода в йодиде калия (K[I]).
Рассмотрим механизм, за счёт которого реакционная смесь приобретает цвет. Как известно, крахмал — это полимер глюкозы, однако он
не гомогенен: в нем есть неразветвлённые участки (они называются
амилоза) и разветвлённые (амилопектин). Неразветвлённая цепочка
сахаров в амилозе спирально закручена, и при встрече с ней атомы йода заходят в канал такой спирали, где выстраиваются в цепочку, образуя так называемые комплексы включения (или клатратные комплексы), имеющие синюю окраску (см. рис.  и рис.  цветной вклейки).
Рис. . Схема строения комплекса амилозы с йодом: А — модель пиранового
кольца мономеров глюкозы; Б — модель молекулы йода
Амилопектин также образует с йодом окрашенный комплекс включения, но он другого цвета — красно-фиолетовый. Но несмотря на наличие амилопектина, крахмал образует с йодом комплекс тёмно-синего цвета, так как он более чем на  % состоит из амилозы. Как известно, крахмал — запасной полисахарид растений. Поэтому следует учи-

Биохимия
тывать, что найти его мы можем только в образцах, где присутствуют
растительные компоненты. В случае, если мы имеем дело с образцами
животного происхождения, подобным образом можно установить наличие гликогена (запасной углевод животных), который даёт с йодом
красно-коричневый комплекс включения.
.. Определение аскорбиновой кислоты
Как и в предыдущем случае, здесь реагентами выступают йод или
раствор Люголя. Но здесь имеет место другой процесс: это окислительно-восстановительная реакция, при которой коричневый йод восстанавливается аскорбиновой кислотой до бесцветного йодоводорода (см.
рис.  цветной вклейки). Таким образом, если мы видим обесцвечивание раствора, то можем сделать вывод о присутствии там аскорбиновой кислоты.
Рис. . Уравнение реакции аскорбиновой кислоты с йодом
.. Реакция Троммера
Очень красивая реакция для качественного определения «восстанавливающих» углеводов: всех моно- и большинства дисахаридов (например, мальтозы и лактозы; а c сахарозой или трегалозой эта реакция
не пойдёт). Ключевым для прохождения реакции является наличие
в молекуле свободной альдегидной группы, которая обладает восстановительными свойствами. Несмотря на то что в некоторых моносахаридах (например, во фруктозе) альдегидной группы нет, в щелочной
среде они могут изомеризоваться (см. рис. ).
Рассмотрим реакцию Троммера на примере глюкозы: в щелочной
среде глюкоза восстанавливает катионы Cu2+ до Сu1+ , которые сначала
выпадают в осадок в виде гидроксида меди (I) (CuOH, жёлтого цвета),
а затем при нагревании этот гидроксид разлагается на рыжевато-бурый оксид Cu2 O и воду (см. рис.  A и рис.  цветной вклейки). Сама
глюкоза в реакции Троммера окисляется до глюконовой кислоты.
Для полного прохождения реакции требуется нагреть реакционную
смесь (обычно это происходит на «водяной бане»). Цвет раствора в ходе реакции плавно меняется от голубого (ионы Cu2+ ) через зелёный

. Качественные реакции
HB
OH
BB ||

|


C



C OH



 HO C H



 H C OH


 H C OH


CH2 OH

CH2 OH
C
O
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2 OH
←−
−→
H




















BBB |OH
||
C
←−
−→
Фруктоза
H
C
OH
HO
C
H
H
C
OH
H
C
OH
CH2 OH
Глюкоза
Рис. . Взаимопревращения фруктозы и глюкозы в щелочной среде
A
C
O
qqq
NNN
COONa
H
HCOH
HCOH
HOCH
HCOH
HCOH
CH2 OH
+2CuSO4 + 5NaOH −→
HOCH
HCOH
+2CuOH + 2Na2 S
ւ ց
Cu2 O H2 O
HCOH
CH2 OH
Глюкоза
Рис. . Уравнения реакций Троммера: А — с глюкозой; Б — с лактозой
(смесь Cu2 + и CuOH) и жёлтый (CuOH) — до оранжевой взвеси (смесь
CuOH и Cu2 O) и красно-бурого осадка (Cu2 O). Но если восстанавливающего сахара в пробирке мало, то даже при длительном нагревании вы
можете увидеть лишь незначительные перемены в окраске (например,
раствор немного позеленеет). Не расстраивайтесь — такой эффект (конечно, если вы его зафиксировали) также будет засчитан при оценке
вашей работы. Однако если вы видите в задании реакцию Троммера,
то для экономии времени начинайте лучше с неё.

Биохимия
Типичные полисахариды в реакции Троммера определить нельзя,
так как обычно в макромолекуле полисахарида есть ровно одна свободная альдегидная группа, которой недостаточно, чтобы мы увидели
окрашивание.
Как вы, наверноt, догадываетесь, другие органические и неорганические соединения также могут вступать в окислительно-восстановительную реакцию с катионами меди в щелочной среде, если они являются хорошими восстановителями. Так, аскорбиновая кислота даёт
подобную реакцию даже без нагревания, моментально окрашивая раствор в оранжевый цвет. По такому же принципу идёт реакция «серебряного зеркала», которая входит в школьный курс органической химии,
только в ней аммиачный раствор окиси серебра восстанавливается до
металлического серебра.
.. Биуретовая реакция (реакция Пиотровского)
Данная реакция используется для определения соединений, имеющих в своём составе амидную связь.
Такие соединения в щелочной среде с катионами меди дают фиолетовое окрашивание (см. рис.  цветной вклейки), которое появляется за счёт образования координационных связей между ионами
меди и атомами азота, образующими амидную связь. Одним из соединений, вступающих в данную реакцию, является биурет (рис. А) —
вещество, образующееся при нагревании мочевины. Но в основном
исследователей интересуют другие вещества, реагирующие по тому же
принципу, — это белки и пептиды (рис. Б), также имеющие амидную
связь, которая в их случае называется пептидной.
Важно понимать, что сами по себе катионы меди имеют голубую
окраску, и если при добавлении исследуемого образца цвет реакционной смеси не изменился, значит, реакция не идёт. В таком случае вывод
о присутствии белка или пептида сделать нельзя.
Некоторые аминокислоты (например, глицин, серин, гистидин, аспарагин и треонин), углеводы и полиатомные спирты (например, глицерин) также дают цветную реакцию с катионами меди (также за счёт
комплексообразования). При этом цвет раствора меняется на насыщенный синий. Ввиду этого важно понимать, что вывод о наличии
в растворе белка или пептида можно сделать только в случае фиолетовой окраски.
Реактивы для биуретовой реакции зачастую те же самые, что и для
реакции Троммера, — это растворы натриевой щёлочи (NaOH) и медного купороса (CuSO). Но, как мы уже знаем, реакция Троммера идёт
до конца (с образованием рыже-бурого осадка) только при нагревании,
поэтому биуретовым методом можно определять белки, содержащиеся

. Качественные реакции
A
NH2
O
O
ww
C GG
G
C
O
C
O
C
NH + Cu(2+) ←−
−→
www
GG
NH2


H2 N DD
}}} NH2 D
z 

 C
D
@@@ 

D zz


 NH _ _ Cu2+ _ _ HN  >

 >
~
D
z

~~ 
D
z

 C
D
 {
AAA  z
NH
H N {
2
O
O
2
Биурет
Рис. . Биуретовая реакция: А — с биуретом; Б — с белком/пептидом
в смеси с восстанавливающими сахарами, с учётом того, что вы не
будете нагревать смесь.
.. Ксантопротеиновая реакция
Это качественная реакция на белки, в цепочках которых имеются
остатки аминокислот с ароматическими кольцами; такими аминокислотами являются фенилаланин, тирозин и триптофан. Под действием концентрированной азотной кислоты ароматические кольца нитруются с образованием продуктов жёлтого цвета (см. рис. А цветной
вклейки). Обычно процесс идёт при нагревании, но если концентрация
белка достаточно высока, то можно обойтись и без него. Уравнение
реакции на примере тирозина представлено на рис. .
Рис. . Реакция тирозина с азотной кислотой
В данную реакцию вступают также свободные ароматические аминокислоты, равно как и некоторые другие ароматические соединения,
такие как бензол и фенолы. Присутствие таких веществ будет мешать
определению белков с ароматическими аминокислотными остатками.

Биохимия
Также следует помнить, что существуют белки (например, коллаген, желатин), которые не содержат ароматических аминокислот и поэтому в ксантопротеиновую реакцию вступать не будут (см. рис. Б
цветной вклейки).
.. Качественные реакции на липиды
Как известно, липиды — это обширная группа органических молекул, к которым относятся жиры и жироподобные вещества. Общей чертой липидов является их гидрофобность. При добавлении воды в пробирку, содержащую липиды, смесь делится на две фазы. Следовательно, присутствие липидов в исследуемом образце можно определять
таким образом: после добавления воды мы перемешиваем жидкости,
а затем даём смеси отстояться; если после этого смесь разделится на
две фазы, значит, в растворе присутствуют липиды.
В качестве реагентов для выявления липидов используются судан III
и другие липофильные красители. Раствор судана III имеет оранжевый
цвет, и при взаимодействии с липидами молекулы судана переходят из
водной фракции — в липидную (гидрофобную). В результате реакции
водная фракция обесцвечивается, а гидрофобная приобретает краснооранжевый оттенок.
Задания на определение липидов могут быть достаточно коварны.
Так, на одной из прошлых олимпиад для качественного анализа был
предложен напиток оранжевого цвета, и участников просили определить наличие в его составе липидов при помощи судана III. При
добавлении красителя к образцу раствор оставался оранжевым (ведь
и судан III, и напиток имели сходные цвета). И поскольку ни двух фаз,
ни распределения красителя между фазами, ни какого-либо изменения
окраски не наблюдалось, следовало сделать вывод, что исследуемый
напиток липидов не содержит.
Ещё одним вариантом для определения липидов является тест «масляное пятно»: вы капаете исследуемый раствор на чистую бумагу и высушиваете полученное пятно тем или иным способом. Если маслянистое пятно не исчезает, значит, в растворе имеются липиды. Понятно,
что с цветными растворами данный метод не работает.
Выучить и запомнить все существующие качественные реакции
очень сложно, да и не требуется. Не пугайтесь, если вдруг вам попалась та реакция, о которой вы никогда не слышали (так, на некоторых прошлых олимпиадах предлагались качественные реакции на
фосфат, сукцинат или перекись водорода). Возможно, для выполнения задания вам не понадобится знание реакционного механизма, достаточно будет вникнуть в описание методики, приведённой в задании, и наблюдать за изменением цвета в ходе процесса (см. далее
пример ).
. Качественные реакции

Для более подробного изучения качественных реакций мы рекомендуем следующие методические пособия: Шапиро Д. К. «Практикум по
биологической химии» []; Романовская Е. В. «Практикум по общей
биохимии» [].
.. Примеры заданий
Пример . Региональный этап ВОШ, – гг. Задание 
Обнаружение биологических молекул в молоке
Рекомендуемое время:  минут.
Задание
Оборудование, реактивы и материалы:
) четыре пронумерованные пробирки;
)  пипетки на – мл;
)  %-й раствор NaOH;
) , %-й раствор CuSO;
) раствор Люголя;
) концентрированная азотная кислота;
) молоко;
) водяная баня или горелка.
Молоко отличается наличием в своём составе большого количества
разнообразных веществ. В данной работе вам предстоит определить
наличие некоторых из них в исследуемой пробе молока. Для этого добавьте в каждую из четырёх пробирок  мл молока, проведите следующие реакции и заполните таблицу .
Примечание. Таблица, данная в задании, здесь не приводится. Она
имеет такой же вид, как таблица  (см. следующую страницу), но в ней
заполнен только столбец «Реакция».
Решение
Приведём один из верных вариантов заполнения таблицы с пояснениями (см. заполненную таблицу  на следующей странице).
Пример . Заключительный этап ВОШ (– учебный год).
Задания  и 
Задание
Животную ткань гомогенизировали в ножевом гомогенизаторе
в буферном растворе, гомогенат профильтровали через марлю и провели центрифугирование при 600g в течение  минут для удаления
обломков клеток и ядер. После этого провели центрифугирование супернатанта при 10 000g в течение  минут. Полученный осадок суспендировали в буферном растворе и суспензию нанесли на градиент
плотности сахарозы (,–, г/см3 ). После проведения центрифугиро-

Биохимия
Та б л и ц а 
Реакция




Искомое
вещество
Механизм реакции
Присутствие
вещества (+/−)
Добавьте
Белок
 мл NaOH
и – капли
CuSO4
Образование комплекса
фиолетового цвета за счёт
связей между ионами
двухвалентной меди
и атомами азота пептидной
связи. Реакция приведена
на рис. Б
+
(основной белок
молока — казеин)
Добавьте
 мл NaOH
и – капли
CuSO4 ;
нагрейте
раствор
Восстанавливающий (или
редуцирующий)
сахар
Альдегидная группа атома
углерода С окисляется до
карбоксильной группы,
а двухвалентная медь
восстанавливается
до одновалентной
с образованием CuOH
(жёлтого цвета), который
при нагревании
разлагается на Cu2 O
(красно-бурый осадок)
и воду. Итоговая окраска
определяется смешением
цветов и является
оранжевой. Реакция
приведена на рис. Б
+
(основной восстанавливающий
сахар в молоке —
лактоза)
Добавьте
– капли
раствора
Люголя
Гликоген
(мы определяем
этот полисахарид,
поскольку работаем с образцом
животного
происхождения)
Аскорбиновая
кислота
Добавьте
– капли
HNO3 ;
нагрейте
раствор
Белок,
содержащий
ароматические
аминокислотные
остатки
Образование краснокоричневого клатратного
комплекса между полисахаридной цепью и йодом.
Схема приведена на рис. 
−
Восстановление йода до
йодоводорода и при этом
обесцвечивание раствора
Люголя. Реакция приведена
на рис. 
+/−
(в зависимости
от концентрации
аскорбата может
наблюдаться
разная степень
обесцвечивания
или обесцвечивание может
не наблюдаться
вовсе)
Нитрование ароматических
колец с образованием
продукта жёлтого цвета.
Реакция приведена
на рис. 
+
(например,
остатки тирозина в казеине)
. Качественные реакции

вания были получены три фракции мембранных органоидов с плавучей плотностью около , г/см3 (фракция А), , г/см3 (фракция В)
и , г/см3 (фракция С). Все фракции были разведены буферным раствором до концентрации белка , мг/мл.
Для идентификации полученных фракций путём определения активностей маркерных ферментов были приготовлены три субстратные
смеси, которые содержат буферные растворы, соли и необходимые субстраты в нужных концентрациях.
Сìåñü : содержит янтарную кислоту, феназинметасульфат и нитросиний тетразолий.
Сìåñü : содержит крахмал и раствор Люголя.
Сìåñü : содержит перекись водорода и ,-диокситолуол.
Для определения ферментативной активности к  мл субстратной
смеси необходимо добавить , мл фракции мембранного органоида
и провести инкубацию при комнатной температуре в течение – минут.
. Спланируйте и проведите эксперимент, с помощью которого вы
сможете идентифицировать клеточные органоиды во фракциях А, В
и С, проведя минимальное количество опытов. По ходу эксперимента
заполняйте таблицу  в листе ответов (в данной книге не приводится).
. На основании результатов вашего эксперимента идентифицируйте органоиды во фракциях А, В и С и ответьте на вопросы в таблице  в листе ответов (в данной книге не приводится).
Решение
Так как в задании просят провести минимальное количество экспериментов, сначала вы поочерёдно добавляете к одной из субстратных смесей (любой) каждую из фракций, инкубируете, наблюдаете,
что происходит, и подробно описываете в листе ответов. Теоретически
реакция должна пройти только с одной фракцией.
Вторую качественную реакцию вы проводите с двумя непрореагировавшими экстрактами и также подробно записываете свои наблюдения (в этом случае реакция также идёт только с одной из фракций).
Для оставшегося экстракта вы проводите реакцию с последней смесью, чтобы подтвердить предполагаемую ферментативную активность.
В случае, если изменений не происходит, вы также указываете это в листе ответов.
Что получается на практике:
• смесь  синеет после инкубации с фракцией В;
• смесь  обесцвечивается после инкубации с фракцией А;
• смесь  приобретает коричневый оттенок после инкубации с фракцией С.

Биохимия
Теперь нам нужно определить, какие ферменты клеток эукариот
могут катализировать наблюдаемые процессы. Вспомним о том, что
разделение органелл проводили в градиенте плотности сахарозы, следовательно, полученные фракции содержат ферменты мембранных органоидов. Проанализируем состав субстратных смесей и предположим,
какие ферментативные реакции могут иметь место в каждом случае.
• Смесь  содержит янтарную кислоту, а это субстрат единственного мембранного фермента цикла Кребса — сукцинатдегидрогеназы,
которая локализована во внутренних мембранах митохондрий. В данной системе феназинметасульфат функционирует как искусственный
переносчик электронов от сукцинатдегидрогеназы; а нитросиний тетразолий выполняет роль акцептора электронов. Таким образом, если
фракция содержит сукцинатдегидрогеназу, то в реакционной смеси создаётся искусственная электрон-транспортная цепь и окисленный нитросиний тетразолий меняет свою окраску с бесцветной на синюю.
• В смеси  крахмал, реагируя с молекулами йода раствора Люголя,
образует сине-фиолетовый комплекс. Обесцвечивание раствора может
достигаться за счёт последующего расщепления крахмала амилазой,
при котором цветной комплекс перестаёт существовать.
• Перекись водорода смеси  является субстратом для пероксидаз, которые содержатся в органоидах пероксисомах. Реакция, катализируемая пероксидазами, идёт в присутствии двух субстратов: перекиси в качестве окислителя и какого-либо вещества с восстановительными свойствами (в данном случае эту функцию выполняет
,-диокситолуол). В ходе реакции происходит восстановление перекиси до воды и окисление ,-диокситолуола до соответствующего хинона
оранжево-коричневой окраски.
Таким образом, с помощью трёх указанных в задании реакционных
смесей мы идентифицировали во фракциях следующие органоиды:
) фракция В — митохондрии (маркерный фермент — сукцинатдегидрогеназа),
) фракция А — лизосомы (маркерный фермент — лизосомальная
амилаза),
) фракция С — пероксисомы (маркерный фермент — пероксидаза).
. Количественное определение веществ
Количественные методы являются немного более сложными, но зато и более информативными для идентификации состава биологических проб, поскольку количественное определение позволяет сделать
. Количественное определение веществ

вывод не только о наличии вещества в растворе, но и о его концентрации. Так, например, в исследованиях метаболизма различных организмов иногда необходимо определять концентрацию исследуемого
метаболита на разных стадиях развития организма или при разных
условиях его жизнедеятельности. Одними из наиболее распространённых методов количественного анализа веществ в биохимии являются
титрование и фотометрия. Чаще всего их и включают в задания олимпиады.
.. Титрование
Титрование — одно из самых популярных заданий на заключительном этапе и встречается каждый второй год, если не чаще. Суть определения концентрации методом титрования состоит в том, что мы проводим химическую реакцию между определённым объёмом вещества
(V1 ) с неизвестной концентрацией (C1 ) и определённым объёмом (V2 )
вещества с известной концентрацией (C2 ). Вещество с неизвестной
концентрацией называют титруемым веществом, а вещество с известной концентрацией — титрантом. Далее мы детектируем прохождение
реакции (с помощью какого-либо индикатора), определяем объём V2
титранта и вычисляем концентрацию исходного вещества.
При вычислении мы должны учитывать мольное соотношение между титруемым веществом и титрантом, которое следует из коэффициентов уравнения реакции. В общем случае уравнение реакции можно
записать в виде
n1 A + n2 B = n3 C1 + n4 C2 + …
Допустим, вещество А — титруемое вещество с концентрацией C1
и объёмом V1 , а вещество B — титрант с концентрацией C2 и объёмом
V2 . Тогда для них исходя из коэффициентов уравнения реакции можно
записать следующее равенство:
C1 V1
C V
= 2 2.
n1
n2
(1)
Из этой формулы мы можем выразить и рассчитать искомую концентрацию титруемого вещества. Важно понимать, что этот расчёт будет корректен только в случае, если наша реакция стехиометрическая,
то есть коэффициенты уравнения реакции отвечают соотношению количества молей реагентов и продуктов в реальном процессе.
Титрование обычно проводят следующим образом: готовят фиксированный объём титруемого вещества и добавляют к нему титрант
очень маленькими порциями (аликвотами). Ключевым является момент полного прохождения реакции, т. е. момент, когда титруемое вещество полностью израсходовано на реакцию с титрантом. Этот момент называется точкой эквивалентности.

Биохимия
Одними из самых распространённых типов титрования являются кислотно-основное и окислительно-восстановительное титрования.
В кислотно-основном титровании титруемым веществом является кислота, а титрантом — щёлочь или наоборот. В заданиях заключительного этапа ВОШ (,  гг.) кислотно-основное титрование использовали для определения концентрации кислот, вырабатываемых бактериями в результате различных типов брожений, и для определения
концентрации пировиноградной кислоты в экстракте опухолевых клеток.
Рассмотрим пример с пировиноградной кислотой. У нас есть колба, куда мы добавляем  мл экстракта, содержащего пировиноградную
кислоту с неизвестной концентрацией, и доводим объём дистиллированной водой до – мл (удобный объём для перемешивания).
Также у нас есть бюретка (вертикально стоящая трубка со шкалой
и краником внизу, см. рис. ), заполненная раствором  М NaOH.
Рис. . Бюретки с различными типами дозаторов: А — стеклянный кран;
Б — пружинный зажим; B — шариковый затвор
Для визуализации протекания реакции мы используем индикатор
фенолфталеин — вещество, которое меняет цвет при изменении рН
среды: в нейтральной и кислой средах (рН –) он бесцветен, а в щелочной (рН –) обладает малиновой окраской (рис. ). Очевидно,

. Количественное определение веществ
что, когда весь пируват прореагирует со щёлочью, среда станет нейтральной (рН = ).
Рис. . Кислая (бесцветная) и основная (окрашенная) формы фенолфталеина
Этот момент (с той или иной степенью точности) мы и сможем
детектировать с помощью изменения цвета раствора, в который добавлен индикатор.
Напишем уравнение реакции:
H3 C
CH
COOH
+ NaOH −→
H3 C
OH
CH
ONa
COOH
+ H2 O
По уравнению мы видим, что в реакции участвует одинаковое количество моль щёлочи и пирувата, то есть мы имеем соотношение :,
которое называется эквимолярным. Таким образом, коэффициенты n1
и n2 в формуле () будут равны единице. Следовательно, концентрацию
пирувата в экстракте мы можем подсчитать по формуле
C V
C1 = V2 2 .
1
(2)
Нам уже известны два параметра из этого уравнения: это объём экстракта V1 , равный  мл, и концентрация щёлочи С2 , равная  М. Остаётся выяснить объём щёлочи V2 , потраченный на полную нейтрализацию
кислоты. Для этого мы и проводим процесс титрования, описанный
далее.
Итак, мы добавляем немного фенолфталеина в колбу с пировиноградной кислотой (если его ещё там нет), записываем начальный уровень щёлочи в бюретке и начинаем относительно смело капать щёлочь в колбу и активно перемешивать. Как только у нас в растворе

Биохимия
начинают появляться и исчезать всполохи малинового цвета, мы снижаем скорость действий, добавляя щёлочь аккуратно по капле, но попрежнему активно перемешивая. Мы заканчиваем титрование в тот
момент, когда после добавления капли и перемешивания раствор становится уже не бесцветным, а бледно-розовым (говорят, что он «цвета
чайной розы»). Такой цвет раствора говорит наблюдателю о том, что
среда стала слабощелочной, этот момент близок к точке эквивалентности (находится немного после неё). После этого мы замеряем по шкале
бюретки, какой объём щёлочи (в мл) щёлочи мы потратили. Иногда
для большей точности из потраченного объёма вычитают объём последней капли, но этим можно пренебречь.
Окислительно-восстановительное титрование, как следует из названия, базируется не на реакции нейтрализации, а на окислительновосстановительном процессе. В биохимической практике часто применяют йодометрическое титрование для определения концентрации
непредельных жирных кислот. В данном методе титруемым веществом
является смесь продуктов гидролиза липидов (триглицеридов), в которой присутствуют жирные кислоты или их соли, а титрантом является
йод или раствор Люголя с известной концентрацией йода. Молекулы
йода присоединяются по двойным связям непредельных жирных кислот, то есть количество йода, идущего на реакцию, эквимолярно количеству двойных связей. Пока в растворе остаются непрореагировавшие
двойные связи, каждая вновь добавляемая порция йода вступает с ними в реакцию и обесцвечивается. Но тот в момент, когда таких связей
в растворе не остаётся, вновь добавляемая капля йода не обесцвечивается и раствор окрашивается в светло-коричневый цвет. Этот момент
считают точкой эквивалентности.
По результатам йодометрии обычно считают не концентрацию
жирных кислот, а йодное число, которое равно массе йода, потраченной на реакцию со  г продуктов гидролиза липидов. Йодное число
является удобным и универсальным показателем, поскольку продукты,
образовавшиеся после гидролиза триглицеридов биологического происхождения, обычно представляют собой смесь предельных и непредельных жирных кислот неизвестного состава, поэтому в большинстве
составить случаев адекватные стехиометрические уравнения реакций
не представляется возможным.
От года к году требования к точности титрования на олимпиаде
могут сильно варьироваться. Самая большая проблема, которая может возникнуть с титрованием, — это то, что оно может занять слишком много времени и вы не успеете сделать другие задания. Но зачастую, чтобы выполнить другие (расчётные) задания кабинета биохимии (или клеточной биологии), вам нужно вначале определить значения концентрации с помощью титрования.
. Количественное определение веществ

.. Фотометрический анализ
Фотометрический анализ — это метод, позволяющий определить
концентрацию вещества в растворе с помощью оптического прибора
(фотоэлектроколориметра или спектрофотометра) или, как это иногда
бывает на олимпиадных практикумах — на глаз (визуальная фотометрия). При фотометрии с использованием приборов в качестве результата вы получаете значение оптической плотности. При визуальной
фотометрии вы сравниваете цвет раствора, полученного вами в эксперименте, с рядом стандартных растворов с известной концентрацией
исследуемого вещества.
Рассмотрим раствор, окрашенный за счёт одного из растворённых
в нем веществ в какой-либо цвет. Интуитивно понятно, что чем насыщеннее цвет раствора, тем больше в нем красителя. Зависимость между интенсивностью цвета раствора и концентрацией окрашивающего
вещества описывается законом Бугера—Ламберта—Бера:
D = ǫlC,
где D — оптическая плотность раствора при определённой длине волны; l — длина оптического пути (ширина пробирки на пути света, единица — см); C — концентрация (единица — моль/литр или М); ǫ — коэффициент молярной экстинкции, который характеризует оптические
свойства среды (его можно найти по специальным таблицам, но в задачах олимпиад он обычно указан, единица — М−1 см−1 ).
Для понимания того, что же такое оптическая плотность, разберём один из примеров фотометрического анализа. Допустим, мы хотим
измерить концентрацию окрашенного вещества с помощью фотоэлектроколориметра. В него помещается специальная ёмкость — кювета
с квадратным сечением и прозрачными стенками, с одной стороны от
неё находится источник света, с другой — детектор. Источник испускает фотоны, а детектор фиксирует, сколько фотонов осталось после
прохождения через раствор. Отношение интенсивности детектируемого света к интенсивности испущенного называется светопропусканием
и обозначается буквой T. Например, если образец освещают потоком
в  фотонов, а после прохождения через образец остаётся поток
лишь в  фотонов, то величина T равна ,. Эта величина связана
с оптической плотностью (D) по формуле D = − lg(T ). Проще говоря,
это порядок десятичной степени с противоположным знаком. Так, при
светопропускании, равном ,, оптическая плотность будет равна .
Очевидно, что если мы поставим в прибор более широкую кювету, то
при одной и той же цветовой насыщенности раствора поглощение будет в этом случае выше, так как на пути луча света встретится большее
количество светопоглощающих молекул.

Биохимия
Вследствие специфичности своего молекулярного строения каждое
вещество обладает уникальным спектром поглощения частиц света —
фотонов, характеризующихся разными длинами волн. Собственно, поэтому мы можем различать объекты по цветам. Например, хлорофилл
кажется нам зелёным, потому что поглощает фотоны с длинами волн,
соответствующими красной и синей частям спектра. Поэтому если мы
будем пропускать через один и тот же раствор пучки света с разными длинами волн (или диапазонами длин, например, красная или синяя часть спектра), то значения оптической плотности будут меняться.
Ввиду этого измерения в фотометрии проводят с использованием таких значений длин волн, при которых мы имеем максимум поглощения фотонов молекулами определяемого вещества.
Если вещество бесцветно и не поглощает световые волны любой
длины (оптически прозрачно), то D = 0. В этом случае можно провести
с определяемым веществом стехиометрическую качественную реакцию с образованием окрашенного продукта, затем оценить концентрацию последнего фотометрически и, наконец, рассчитать по уравнению
реакции концентрацию искомого вещества.
Если мы хотим определить концентрацию какого-либо вещества
в мультикомпонентном растворе (более одного растворённого вещества), нужно учитывать ограничения фотометрических методов, которые связаны с тем, что несколько компонентов раствора могут иметь
близкие (перекрывающиеся) спектры поглощения. В этом случае для
точного определения концентрации исследуемого компонента нужно
использовать более сложные биохимические методы, например иммуноферментный анализ. Однако если вы точно знаете, что в смеси нет
веществ, спектр поглощения которых перекрывается с интересующим
вас веществом, то в этом случае фотометрический анализ будет корректен.
Как мы видим из закона Бугера—Ламберта—Бера, концентрация
прямо пропорциональна величине оптической плотности. Но следует
учитывать, что линейная зависимость сохраняется только при значениях D в диапазоне от , до , (то есть закон верен только для этого
диапазона). Следовательно, если измеренная (или данная в задаче)
оптическая плотность находится в данном диапазоне, то мы можем
просто рассчитать концентрацию по формуле. Но если мы не уверены,
что экспериментально полученная величина D попадёт в этот диапазон, то следует или разбавить раствор, или определять неизвестную
концентрацию по калибровочной кривой зависимости концентрации
от оптической плотности, которая может быть построена параллельно
с экспериментом (см. далее «Биуретовый метод») или до него. Далее
мы рассмотрим некоторые частные методы фотометрии, касающиеся
определения концентрации белка в растворе.
. Количественное определение веществ

Биуретовый метод
В основе биуретового метода определения концентрации белка лежит биуретовая реакция, описанная в п. .. В результате данной реакции происходит образование координационных связей между ионами
двухвалентной меди и атомами азота пептидных связей белка. Чем
больше в растворе белка, тем больше в нем атомов азота пептидных
связей и тем больше атомов меди может вступить в образование фиолетового комплексного соединения. Таким образом, интенсивность
окраски раствора после проведения биуретовой реакции пропорциональна содержанию белка в растворе.
Для точной оценки концентрации белка в растворе мы используем
так называемый стандартный ряд разведений: для этого мы готовим
пробы с известными концентрациями какого-либо белка (калибровочные пробы). В качестве белка для приготовления проб стандартного
ряда чаще всего используется бычий сывороточный альбумин (БСА).
Например, мы готовим  калибровочных проб БСА с концентрациями
от  до  мг/мл и конечным объёмом  мл для каждой пробы.
Далее мы параллельно проводим биуретовую реакцию для пробы
с неизвестной концентрацией белка (проба X ) и для всех калибровочных проб. При этом объём пробы X должен быть таким же, как
у калибровочных проб (например,  мл). Для запуска реакции мы добавляем в каждую пробирку равные объёмы NaOH и CuSO4 , перемешиваем и какое-то время инкубируем пробы для развития окраски. Затем
мы оцениваем интенсивность окраски либо на глаз, либо с помощью
оптического прибора.
В случае визуальной оценки мы сравниваем пробу X с пробами
стандартного ряда по интенсивности окраски. В результате такого
сравнения мы выбираем из стандартного ряда ту пробу, на которую
больше всего похожа наша проба X , и соответственно принимаем искомую концентрацию белка X равной концентрации её калибровочного «аналога». Может быть и так, что в стандартном ряду нет одной пробы, наиболее близкой по интенсивности окраске к нашей. Тогда мы выбираем из ряда пару проб, между которыми по возрастанию/убыванию интенсивности окраски можно расположить нашу пробу X , и рассчитываем концентрацию X как среднее арифметическое
между концентрациями выбранных калибровочных проб.
Если же для оценки интенсивности окраски растворов мы используем оптический прибор (например, спектрофотометр), то для всех
проб мы измеряем на нём значения оптических плотностей (D) при
длине волны  нм (максимум поглощения биуретового комплекса).
Затем, используя полученные значения D для проб стандартного ряда,
мы строим калибровочный график — зависимость D от концентрации

Биохимия
белка-стандарта в пробе. Далее по калибровочному графику и значению D для пробы X мы находим искомую концентрацию белка X .
Метод Лоури
Метод Лоури отличается от биуретового метода только тем, что
после стадии образования комплексного соединения меди (I) с белком мы добавляем дополнительную химическую реакцию с реактивом
Фолина. В результате этой дополнительной стадии образуется синий
продукт с максимумом поглощения при  нм (а не при  нм, как
в биуретовом методе). По сравнению с биуретовым метод Лоури позволяет определять концентрации белков более точно и имеет более высокую чувствительность (минимальная концентрация, определяемая
методом), но имеет свои ограничения в использовании.
Метод Бредфорда
Метод Бредфорда основан на количественном связывании красителя кумасси с белком. Окрашенный комплекс кумасси с белком имеет
максимум поглощения при длине волны  нм, это значение и используют для измерения оптической плотности в данном методе.
Как и в случае двух предыдущих методов, определение неизвестных
концентраций белка проводится по калибровочной кривой, которая
строится на базе стандартного ряда.
.. Примеры заданий
Пример . Заключительный этап ВОШ (– учебный год).
Задание  (часть )
Задание 
Коэффициент молярной экстинкции окрашенного продукта ферментативной реакции в одной из полученных фракций при длине волны λ
равен   М−1 см−1 . Длина оптического пути в спектрофотометрической кювете при измерении оптической плотности составляет  см.
Условия проведения опыта совпадали с условиями, предложенными
вам в задании  (см. п. ., пример ). Оптическая плотность раствора
при данной длине волны λ в начале реакции равнялась , единиц оптической плотности, а через  минут инкубации составила , единиц
оптической плотности.
Рассчитайте концентрацию окрашенного продукта в начале и в конце реакции.
Решение
Мы знаем оптическую плотность, длину кюветы и коэффициент
молярной экстинкции, а следовательно, можем найти концентрации

Задание дано в сокращении; текст общего задания см. в примере  (п. .).

. Количественное определение веществ
в начале и в конце реакции (C0 и C1 соответственно) по уравнению
Бугера—Ламберта—Бера:
D
;
ǫl
C=
C0 =
0,05
5
1
1
= 100 · 15 000 M =
M=
3 · 10−5
15 000 М−1 см−1 · 1 см
= 0,(3) · 10−5 M ≈ 3,3 мкМ;
C1 =
0,8
8
1
8
= 10 · 15 000 M =
M=
15 · 10−4
15 000 М−1 см−1 · 1 см
= 0,5(3) · 10−4 M ≈ 53,3 мкМ.
В ответе период можно округлить до десятых или сотых (мы округлили до десятых), так как в данном задании не указано, с точностью до
какого знака надо дать ответ (иногда это указывается).
Пример . Региональный этап ВОШ ( —  учебный год).
Задание 
Определение концентрации белка
Рекомендуемое время:  минут.
Задание
Оборудование и реактивы:
) раствор бычьего сывороточного альбумина (БСА) с концентрацией  мг/мл;
)  чистых пробирок для приготовления стандартного ряда;
)  %-й раствор NaOH;
) , %-й раствор CuSO4 ;
) вода;
) пипетки на – мл;
) раствор белка неизвестной концентрации в пробирке,  мл.
Вам предлагается определить концентрацию белка в растворе X .
Для этого вы должны приготовить ряд стандартных разведений белка.
Вам предоставлен раствор БСА известной концентрации, вода и чистые пробирки. Прежде чем готовить пробы, заполните таблицу.
Т а б л и ц а . Приготовление стандартного ряда разведений БСА
Концентрация БСА, мг/мл





Объём пробы, мл





Объём раствора БСА, мл
Объём воды, мл
После того как вы приготовили ряд разведений, проведите со всеми
пробами, а также с пробой X биуретовую реакцию по схеме: к про-

Биохимия
бе добавляют  мл гидроксида натрия и – капли сульфата меди;
тщательно перемешивают. Раствор, содержащий белок, окрашивается
в фиолетовый цвет.
Сравните интенсивность окраски пробы с окраской проб стандартного ряда. Определите концентрацию белка в пробе X .
Решение
Заполнение таблицы:
Концентрация БСА, мг/мл





Объём пробы, мл





Объём раствора БСА, мл

,

,

Объём воды, мл

,

,

Далее мы действуем в соответствии с приведённой выше методикой, визуально определяем, между какими калибровочными пробами
в ряду возрастания окраски можно расположить пробу X . Затем рассчитываем неизвестную концентрацию пробы X как среднее арифметическое концентраций этих проб (в мг/мл).
. Ферментативная кинетика
Ферменты — это вещества биологического происхождения (чаще
всего белковой природы), ускоряющие протекание химических реакций в живых клетках. Изучением таких реакций занимается дисциплина ферментативная кинетика. На олимпиадах вам могут быть предложены задачи на определение активности ферментов, скорости ферментативных реакций и других кинетических параметров.
.. Понятие активности фермента
Итак, ферменты — это высокоэффективные биологические катализаторы, увеличивающие скорость определённых реакций. Мерой эффективности ферментативного катализа является активность фермента, которая также является скоростью ферментативной реакции. Активность фермента — это изменение количества молекул субстрата
или продукта реакции в ходе ферментативного процесса за единицу
времени. В качестве меры количества молекул в расчётах используют
количество моль вещества. Активность можно рассчитать как по субстрату, так и по продукту реакции, поскольку по закону стехиометрии
количество субстрата, которое тратится на реакцию, равно количеству
образующегося продукта. Существует две широко используемые единицы измерения активности:
• международная единица активности (МЕ) — количество фермента, осуществляющее превращение  мкмоль субстрата за  мин;
. Ферментативная кинетика

• катал — количество фермента, осуществляющее превращение 
моль субстрата за  с;
• соотношение между этими единицами таково: 1 кат = 6 · 10−7 ME.
Выше мы говорили об активности, которую называют общей. Если нормировать её на массу белка-фермента, участвующего в реакции
(т. е. поделить на эту массу), то мы получим удельную активность. Соответственно, её единицы — [мкмоль/мин*мг] или [моль/с*мг]. Чаще
для выражения удельной активности используют первый вариант (то
есть МЕ/мг).
Пример . Заключительный этап ВОШ (– учебный год).
Задание  (часть )
Задание 
Рассчитайте значение удельной активности фермента (в мкмоль/мин
на  мг белка). Имеется в виду та же ферментативная реакция, что
и в примере .
Решение
Для расчёта удельной активности фермента в требуемых единицах
(их можно записать как МЕ/мг) нам нужно найти количество субстрата или продукта в мкмоль, превращённого или образованного в ходе
реакции. В примере  мы нашли начальную и конечную концентрации
окрашенного продукта данной реакции, поэтому в данном случае сделаем расчёт вторым способом. Количество образованного продукта —
это разница между его конечным (n1 ) и начальным (n0 ) количествами
в реакционной смеси. Также для расчёта нам необходимо знать время,
за которое произошло превращение, в минутах (tреакции ) и массу фермента, содержащегося во фракции, в мг (mбелка ).
Итак, запишем формулу для расчёта:
n1 − n0
Aуд. = t
.
реакции · mбелка
. Найдём количества вещества n0 и n1 из известных нам концентраций C0 и C1 , равных соответственно , мкМ и , мкМ, по формуле
n = C · V.
Для расчёта нам нужно знать объём V реакционной смеси. Его мы
узнаем из условия общего задания:
«Для определения ферментативной активности к  мл субстратной
смеси необходимо добавить , мл фракции мембранного органоида...»

Задание дано в сокращении; тексты общего задания и задания  (часть ) даны
в примерах  и  (п. . и .).

Биохимия
Таким образом,
V = (1 + 0,5) мл = 1,5 мл = 1,5 · 10−3 л.
Объём мы переводим в литры, поскольку именно эта размерность
используется в единицах молярной концентрации (М).
Теперь мы можем рассчитать количества вещества:
n0 = 3,3 мкМ · 1,5 · 10−3 л;
n1 = 53,3 мкМ · 1,5 · 10−3 л.
Для удобства расчёта можно сразу найти разницу между этими количествами, вынеся множитель 1,5 · 10−3 за скобки:
n1 −n0 = (53,3−3,3)мкМ·1,5·10−3 л = 50мкМ·1,5·10−3 л = 0,075мкмоль.
. По условию задания  (см. пример ) время инкубации равно
 мин — это и есть время ферментативной реакции, за которое произошло изменение концентрации продукта с C0 до С1 .
. Осталось посчитать массу белка. В общем задании (см. пример )
сказано, что все фракции были разведены буферным раствором до концентрации , мг/мл белка. В реакцию добавляли , мл фракции.
Следовательно, массу мы находим, перемножая эти значения:
mбелка = Cбелка · V = 0,01 мг/мл · 0,5 мл = 0,005 мг.
. Наконец, подставляем все найденные параметры в формулу активности:
n1 − n0
0,075 мкмоль
0,075
Aуд = t
= 5 мин · 0,005 мг = 0,025 = 3 МЕ/мг.
реакции · mбелка
.. Уравнение Михаэлиса—Ментен
Ферменты катализируют превращение субстрата в продукт в две
стадии через образование «промежуточного» фермент-субстратного
комплекса. Этот процесс можно изобразить с помощью общей для ферментативных реакций кинетической схемы:
k1
k2
−
→
E+S ←
→ E + P,
− ES −
k1
где E — фермент, S — субстрат, ES — фермент-субстратный комплекс,
P — продукт.
Согласно общепринятому приближению и представленной выше
кинетической схеме реакция образования фермент-субстратного комплекса является обратимой и характеризуется константами скорости
k1 (прямая) и k−1 (обратная), а реакция образования продукта считается необратимой с константой скорости k2 , так как константа реакции
. Ферментативная кинетика

образования фермент-субстратного комплекса из фермента и продукта пренебрежимо мала. Константу k2 в представленной схеме обычно
называют каталитической константой и обозначают k.
Фермент, являясь катализатором, регенерируется после осуществления каждой реакции. Следовательно, для превращения большого количества субстрата необходимо малое количество фермента. Чем большее количество субстрата содержится в реакционной смеси, тем больше его превращается в продукт и тем выше скорость реакции при неизменном количестве фермента. Однако начиная с определённого момента увеличение количества субстрата в реакционной смеси перестаёт влиять на увеличение скорости реакции, из-за того что реакционные
центры всех молекул фермента уже заняты («насыщены») субстратами.
Зависимость скорости реакции от концентрации субстрата называется уравнением Михаэлиса—Ментен и описывается формулой
Vmax [S]
V = K + [S] ,
m
где V — скорость реакции; Vmax — максимально возможная скорость
реакции при полном насыщении фермента субстратом; [S] — равновесная концентрация субстрата в реакционной смеси; Km — константа
Михаэлиса.
Константа Михаэлиса представляет собой постоянную, равную следующему соотношению констант k1 , k−1 и k2 (показаны на кинетической схеме выше):
Km =
k−1 + k2
.
k1
Практический смысл этой константы состоит в том, что она численно равна количеству субстрата, необходимому для достижения скорости реакции, равной половине от максимальной. График, соответствующий уравнению Михаэлиса—Ментен, представляет собой кривую гиперболической формы (см. рис. ).
.. Линеаризация уравнения Михаэлиса—Ментен
Для определения константы Михаэлиса (Km ) и максимальной скорости Vmax проводят экспериментальное определение скорости реакции (то есть активности фермента) при разных концентрациях субстрата. Для этого чаще всего используют фотометрические методы:
по изменению оптической плотности раствора рассчитывают концентрацию образовавшегося продукта или израсходованного субстрата.
Далее, зная объём реакционной смеси и время протекания реакции,
можно рассчитать активность фермента (см. пример ).
Получив значения активности фермента при разных концентрациях субстрата, откладывают эти точки в системе координат ([S]; V ).

Биохимия
Рис. . График уравнения Михаэлиса—Ментен. На рисунке представлена
асимптота Vmax , а также отмечена точка достижения полумаксимальной скорости при концентрации субстрата, равной Km
Затем по полученным точкам строят аппроксимирующую кривую (то
есть максимально близко расположенную по отношению к экспериментальным точкам), которая описывается уравнением Михаэлиса—
Ментен. Однако из-за погрешностей определения экспериментальных точек при аппроксимации кривой могут возникать ошибки. Эту
погрешность можно уменьшить, если аппроксимировать данные не
к кривой, а к прямой. Для этого уравнение Михаэлиса—Ментен нужно представить в виде линейной зависимости. Существует несколько
разных способов линеаризации, из которых наиболее распространены
двойные обратные координаты (координаты Лайнуивера—Бёрка) —
(1/[S]; 1/V ). В результате такого преобразования мы получаем уравнение следующего вида:
Km + S
Km
Km 1
S
1
1
= V S = V S+V S = V +V ·S
V
max
max
max
max
max
Из приведённого уравнения следует, что зависимость 1/V от 1/[S]
Km
является прямой с угловым коэффициентом V . Данная прямая пеmax
1
ресекает ось X ′ в точке с абсциссой − K и ось ординат в точке с ординатой
m
1
(рис. ). Таким образом, чтобы определить значения
Vmax
Km и Vmax , нужно представить экспериментальные данные в системе
координат (1/[S]; 1/V ), аппроксимировать их прямой линией, найти
значения в точках пересечения графика с осями координат и вычислить искомые параметры.
.. Ингибиторы ферментов
Ингибитор — это вещество, тормозящее протекание ферментативной реакции. Существует несколько типов ингибирования: обратимое
и необратимое. Необратимые ингибиторы ковалентно связываются
. Ферментативная кинетика

Рис. . График уравнения Михаэлиса—Ментен в двойных обратных координатах (координаты Лайнуивера—Бёрка). Показаны значения в точках пересечения с осями
с молекулами фермента, в результате чего фермент больше не может
осуществлять свою функцию (ковалентные связи очень прочны, и их
разрыв — маловероятное событие).
Обратимые ингибиторы образуют более слабые связи с ферментом
или фермент-субстратным комплексом, которые могут подвергаться
диссоциации. Среди обратимых ингибиторов выделяют конкурентные,
неконкурентные, бесконкурентные и смешанные. Конкурентные ингибиторы могут связываться только со свободным ферментом и вследствие этого конкурируют с субстратом; в присутствии такого ингибитора в основном кинетическом уравнении меняется константа Михаэлиса (Km ). Неконкурентные ингибиторы могут взаимодействовать
как со свободным ферментом, так и с фермент-субстратным комплексом; в присутствии такого ингибитора меняется максимальная скорость ферментативной реакции (Vmax ). Бесконкурентные ингибиторы взаимодействуют только с фермент-субстратным комплексом; в их
присутствии меняются и константа Михаэлиса, и максимальная скорость. Смешанные ингибиторы могут совмещать свойства вышеописанных типов ингибиторов.
Рассмотрение полных кинетических схем для системы фермент-субстрат-ингибитор является довольно сложным и выходит за рамки данного пособия.
Список литературы
. Альбертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. В  томах. Пер.
с англ. М.–Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», Институт компьютерных исследований, .
. Кольман Я. и др. Наглядная биохимия. Пер. с нем. М.: Мир, .
. Нельсон Д., Кокс М. Основы биохимии Ленинджера. В  томах. Пер.
с англ. М: БИНОМ. Лаборатория знаний, .

Биохимия
. Романовская Е. В. и др. Практикум по общей биохимии: учебное пособие. Под ред. Е. В. Романовской, Н. Д. Ещенко. С-Пб.: Издательство
СПбГУ, .
. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию. М.: ИКЦ «Академкнига», .
. Шапиро Д. К. Практикум по биологической химии. Минск: Вышэйшая школа, .
МИКРОБИОЛОГИЯ
Автор: Е. С. Звонарёва
. Метод микроскопии
Первым уделил внимание микромиру и увидел бактерии в свой
микроскоп голландец Антони ван Левенгук (конец XVII века). Сейчас
микроскоп — широко используемый инструмент, который необходим
для изучения строения тканей и слагающих их клеток, а также для
изучения микроорганизмов.
Микроорганизмы — это живые организмы, имеющие размер менее
, мм. По традиции к ним относят не только бактерии и археи, но
и одноклеточные водоросли, простейшие, дрожжи и плесневые грибы.
Стоит отметить, что классическая микробиология не занимается вирусами (вирусы изучают в рамках дисциплины «Вирусология»).
Микроорганизмы обитают в природе повсюду. В лабораториях их
выращивают на специальных питательных средах. Для наблюдения отдельных клеток микроорганизмов используют различные виды микроскопов. Для широкого круга исследователей доступны оптические
световые микроскопы. С их помощью клетки микроорганизмов наблюдают при увеличении в – раз. Увеличение в – раз возможно получить лишь при использовании иммерсионных объективов.
.. Работа со световым микроскопом
Ниже будет рассмотрено устройство бинокулярного микроскопа
«Микромед  вар. -» как примера доступного микроскопа для изучения прокариотических клеток и одноклеточных эукариот (рис. ).
Подробно в доступной форме ознакомиться с устройством различных
микроскопов и правилами работы с ними можно в книге Ф. М. Кэррил
«Как работать со световым микроскопом» [].
Перед микроскопией следует убедиться, что на препарате отсутствует вода (необходимо убрать излишки воды из-под покровного стекла или высушить фиксированный препарат). Попадание воды в линзы
объективов может привести к их порче.
Препарат помещают на предметный столик, вверх той стороной
предметного стекла, на которую нанесены микроорганизмы. Иначе
возникает проблема фокусировки (и как следствие — нечёткая видимость объекта) при попытке работе с объективом ×40, хотя с объективами ×4 и ×10 объекты будут хорошо видны.
Начинают микроскопию с того, что закрепляют препарат на предметном столике. Выставляют револьвер на объектив с наименьшим

Микробиология
Рис. . Устройство микроскопа «Микромед  вар. -» (изображение микроскопа взято с сайта производителя www.micromed-spb.ru). Обозначения:
 — окуляры;  — револьвер и  объектива (для удобства пользователя, объективы имеют насечки разного цвета);  — зажим для предметного стекла;
 — предметный столик;  — макровинт (для грубой регуляции высоты предметного столика);  — микровинт (для более тонкой регуляции высоты предметного столика и настройки четкости изображения);  — винты для перемещения препарата по предметному столику;  — конденсор (линза, собирающая
лучи света в плоскости препарата);  — диафрагма (регулирует количество света, попадающего в линзу конденсора);  — лампа;  — колесико регулировки
яркости лампы;  — ручка для регуляции высоты конденсора;  — ручка открытия/закрытия диафрагмы
увеличением (×4). Совмещают центр светового пятна с местом нанесения препарата на предметном стекле. Затем, глядя в окуляры, начинают с помощью макровинтов медленно поднимать предметный столик.
Как только изображение объектов появляется в поле зрения, фокусируют изображение с помощью микровинтов. Затем переключаются на
следующий по увеличению объектив (×10) и снова фокусируют изображение микровинтами. Далее переключаются на объектив с увеличением ×40 и снова подстраивают чёткость изображения. Если мы имеем дело с живым препаратом, то часто увеличение ×40 оказывается
достаточным для работы, т. е. для анализа изображения.
В процессе настройки изображения рекомендуется отрегулировать
положение конденсора по высоте, а также диаметр отверстия диафраг-
. Метод микроскопии

мы. Эти манипуляции помогают настроить чёткость и освещённость
препарата, благодаря чему объекты становятся видны гораздо лучше
и контрастнее.
Фиксированные окрашенные препараты обычно микроскопируют
под объективом ×100, который называется иммерсионным. Этот объектив назван так из-за того, что используется с масляной (объективы
с белой риской) или водной (объективы с чёрной риской) иммерсией.
Иммерсия в микроскопии — это метод изучения объектов с заполнением пространства между предметным стеклом и объективом микроскопа специальной жидкостью. Использование иммерсии позволяет
уменьшить преломление лучей света на пути от предметного стекла до
линзы объектива. Это увеличивает разрешающую способность микроскопа и сохраняет яркость. Можно микроскопировать объекты очень
маленьких размеров под объективом с большим увеличением без потери качества изображения, а также изучать детали морфологии клеток.
Наиболее распространена масляная иммерсия. В качестве иммерсионного масла используют кедровое или специальное синтетическое
масло, которое наносят на препарат непосредственно — при микроскопии фиксированных препаратов или на специальное тонкое покровное стекло — при микроскопии живых препаратов. При иммерсионной микроскопии предварительно настраивают качество изображения
на объективе с увеличением ×40, а затем переключаются на объектив ×100, который обладает очень маленьким фокусным расстоянием, и поэтому линза погружается в каплю масла. При работе с иммерсионным объективом (×100) для настройки изображения пользуются только микровинтами, иначе можно потерять из вида плоскость
препарата и продавить объективом предметное стекло. После работы
с иммерсией объектив необходимо протереть спиртом, иначе масло
может застыть и объектив станет непригодным для работы.
Необходимо следить за тем, чтобы другие объективы не соприкасались с иммерсионным маслом. Они для этого не приспособлены и могут повредиться.
При анализе изображений микропрепаратов часто наблюдаются
большие группы клеток, которые иногда ошибочно называют «колониями». Но истинные колонии клеток можно наблюдать только при
росте микроорганизмов на плотной или полужидкой среде. При микроскопии же группы клеток на микропрепарате правильно называть
скоплениями или просто группами клеток. Обычно их наличие является следствием неаккуратного приготовления микропрепарата.
.. Общие правила оформления микробиологического рисунка
На олимпиадах увиденное в микроскоп почти всегда требуется зарисовать. Рисунок может быть выполнен простым карандашом (это

Микробиология
удобнее) или ручкой. В случае микроскопии окрашенных объектов или
фиксированных препаратов рисунок может быть раскрашен цветными
карандашами (на олимпиаде такие задачи даются редко).
Часто при зарисовке необходимо отобразить границы поля зрения в виде круга или квадрата. Это помогает лучше оценить масштаб
изображённых объектов при просмотре рисунка. Рисунок может также
представлять собой обобщение наблюдений в нескольких полях зрения.
Если на препарате присутствуют посторонние объекты (ниточки,
комочки субстрата или почвы, фрагменты разрушенных клеток и другой «мусор»), они на рисунке не отображаются, если, конечно, не являются «случайным объектом» микроскопии (например, целлюлозные
волокна, покрытые целлюлозолитическими бактериями).
Если в задании требуется подписать наблюдаемые части клеток, то
не стоит дорисовывать и подписывать то, что нельзя различить в клетке при микроскопии с использованным вами увеличением. Например,
при общем увеличении (см. ниже определение) ×400 в препарате «раздавленная капля» нельзя увидеть цитоплазматическую мембрану (хотя
она, без сомнения, присутствует в любой клетке).
Справа от рисунка указывают:
— тип препарата (например, «раздавленная капля», «висячая капля», «фиксированный препарат»);
— краситель, которым окрашен препарат, или тип использованной
дифференциальной окраски (например, окраска по Граму);
— общее увеличение, использованное при микроскопии, — произведение увеличения окуляра на увеличение используемого объектива
(например, при типичном увеличении окуляра ×10 и объективе ×40
общее увеличение равно ×400);
— название объекта (если оно известно).
Часто при микроскопии требуется определить морфотип клеток.
Морфотип — это характеристика внешнего вида клеток бактерий. Основные морфотипы бактерий приведены на рис. .
. Приготовление микробиологических препаратов
В зависимости от целей исследования используют разные виды препаратов.
.. Временные препараты
Временные препараты также называют «живыми», так как их особенностью является наблюдение живых клеток. Временные препараты
можно использовать для изучения морфологии, определения подвижности и длительного наблюдения за развитием как эукариотических
. Приготовление микробиологических препаратов

Рис. . Основные морфотипы бактерий
микроорганизмов (водорослей, дрожжей, плесневых грибов, простейших), так и клеток прокариот (бактерии и археи).
Самый короткоживущий препарат — «раздавленная капля». Приготовить его довольно просто. Для этого на очищенное предметное
стекло наносят небольшую каплю водопроводной воды. В эту каплю
вносят небольшое количество суспензии микроорганизмов или отобранной с плотной среды биомассы клеток и перемешивают с помощью микробиологической петли до состояния однородности. В случае,
если используется не очень густая суспензия микроорганизмов (содержащая малое количество клеток), можно наносить её на предметное
стекло без предварительного нанесения воды. Если же клетки микроорганизмов в суспензии слиплись в комочки, следует добавить в пробирку немного воды и перемешать до состояния однородности, а затем
наносить в каплю воды на предметном стекле.
Затем каплю накрывают покровным стеклом и удаляют излишки
жидкости фильтровальной бумагой. На готовом препарате вода не
должна выступать за границы покровного стекла. В противном случае
микрообъекты смогут свободно перемещаться под покровным стеклом
с током жидкости и им ошибочно может быть приписано свойство
подвижности. Препарат «раздавленная капля» довольно быстро высыхает, поэтому микроскопировать его лучше в течение – минут после
приготовления.
Более долгоживущим препаратом является «висячая капля». Для
приготовления этого препарата в центр чистого покровного стекла,
смазанного по краям вазелином или другим маслом, наносят небольшую каплю воды. В эту каплю вносят небольшое количество суспензии
микроорганизмов или биомассы клеток, отобранных с плотной среды. Хорошо перемешивают для удаления комочков. Затем покровное

Микробиология
стекло накрывают сверху специальным предметным стеклом с лункой посередине так, чтобы капля воды с микроорганизмами оказалась
в лунке. Предметное стекло слегка прижимают к покровному, чтобы
они слиплись благодаря смазке, и быстро переворачивают покровным
стеклом вверх. При этом жидкость не должна растечься. Такой препарат может сохраняться длительное время, поскольку вода из него не
испаряется.
Препарат «висячая капля» удобен для длительного наблюдения за
подвижностью, размножением и прорастанием спор микроорганизмов
(рис. ).
Рис. . Общий вид препарата «висячая капля». Обозначения:  — предметное
стекло с лункой;  — покровное стекло;  — суспензия микроорганизмов
Если препарат не предназначается для длительного изучения, допустимо обойтись без вазелиновой/масляной смазки. В этом случае
после приготовления суспензии микроорганизмов на покровном стекле необходимо перевернуть его быстрым движением так, чтобы капля
жидкости осталась в центре стекла, а затем наложить покровное стекло на предметное так, чтобы капля суспензии, свисающая с покровного
стекла, оказалась в центре лунки предметного.
При отсутствии специальных предметных стёкол с углублением для
приготовления препарата «висячая капля» могут быть использованы
покровные стёкла с «ножками» по краям, сделанными из обычного
пластилина. Однако такой препарат также не будет храниться долгое
время.
С целью выявления определённых структур или характеристик микроорганизмов живые препараты могут быть окрашены. Приведём самые распространённые способы контрастирования и окрашивания
в методе «раздавленная капля».
. Негативное контрастирование тушью. Применяется для выявления полисахаридных чехлов. Культуру бактерий на предметном стекле
смешивают с каплей туши и накрывают покровным стеклом. Удаляют
излишки жидкости и микроскопируют. На общем тёмном фоне выявляются прозрачные ореолы, внутри которых лежат клетки бактерий. Это
и есть полисахаридные чехлы, окружающие клетки и не пропускающие
тушь внутрь.
. Приготовление микробиологических препаратов

. Контрастирование запасных полисахаридов у дрожжей раствором Люголя. Каплю суспензии дрожжей смешивают на предметном
стекле с раствором Люголя и инкубируют (при комнатной температуре)  минут. Затем накрывают покровным стеклом, удаляют излишки жидкости и микроскопируют. Активно растущие клетки дрожжей
накапливают в качестве основного запасного вещества большое количество гликогена, который окрашивается раствором Люголя в краснобурый цвет. Если гликогена в клетках много (т. е. метаболизм идёт
активно), цвет клеток будет рыжим и визуально намного более интенсивным, чем у клеток с низким уровнем гликогена (т. е. со сниженным
метаболизмом) — такие клетки будут бледно-жёлтыми.
. Выявление живых и мёртвых клеток с помощью окрашивания
метиленовым синим. Метод применяется также для клеток дрожжей
из-за большого размера их клеток. Метиленовый синий — витальный
краситель, то есть он не токсичен для клеток и не убивает их в короткое время. Для окрашивания каплю суспензии дрожжей смешивают
на предметном стекле с метиленовым синим, выдерживают  минут,
накрывают покровным стеклом, удаляют излишки жидкости и микроскопируют. При микроскопировании в поле зрения видны клетки,
окрашенные в тёмно-синий цвет, — это мёртвые клетки, а также клетки с бледно-голубой окраской или бесцветные — это живые клетки,
которые выкачивают краситель наружу путём активного транспорта.
.. Фиксированные препараты
Фиксированные, или постоянные препараты обычно используют
для микроскопии культур бактерий. В процессе приготовления фиксированного препарата клетки микроорганизмов специально убивают.
Все фиксированные препараты в микробиологии являются окрашенными.
На окрашенных препаратах удобно изучать морфологию клеток,
а также особенности детального строения клеток с использованием
дифференциальных методов окрашивания.
Вне зависимости от методики окрашивания на первом этапе приготовления фиксированного препарата делают мазок.
Последовательность действий при приготовлении мазка следующая.
. Обезжирить предметное стекло спиртом. Это необходимо для
равномерного распределения по поверхности стекла воды, содержащей клетки микроорганизмов.
. Нанести на предметное стекло небольшую каплю чистой водопроводной воды.
. Внести в воду клетки микроорганизмов. Метод внесения зависит
от типа и особенностей микробной культуры.

Микробиология
• Если микроорганизмы выращены на агаризованной среде, небольшое количество клеток отбирают микробиологической петлёй
и размазывают в капле воды, удаляя комочки.
• Если микроорганизмы выращены в жидкой среде, небольшую
каплю суспензии смешивают с водой на стекле.
• Если в суспензии мало клеток (визуально она почти прозрачная),
можно не разбавлять её водой.
• Если требуется приготовить препарат из гетерогенных смесей
или продуктов питания (например, кисломолочных продуктов), стоит отбирать небольшое количество продукта и хорошо перемешивать
с водой для удаления комочков и сгустков.
Важно помнить, что цель приготовления любого препарата — увидеть
отдельные клетки. Поэтому лучше взять меньше клеток, чем в итоге
получить трудноразличимую, оптически плотную массу микроорганизмов в препарате.
. Высушить мазок. Самым правильным является высушивание
мазка на воздухе. При такой сушке не образуются концентрические
круги из клеток (в отличие от высушивания препаратов в струе горячего воздуха) и клетки не деформируются (это может произойти при
высушивании препарата в верхней части пламени горелки вследствие
закипания воды на предметном стекле). Разумеется, сушка на воздухе
занимает больше времени, чем в пламени горелки или в струе воздуха,
поэтому для быстроты пользуются последними.
. Зафиксировать мазок. Самым распространённым и простым способом фиксации препаратов является температурная обработка. Предметное стекло зажимают длинным пинцетом, держа его вверх мазком,
и трижды проводят в пламени горелки или спиртовки. При этом важно не сжечь клетки. Поэтому время нахождения стекла в пламени не
должно превышать – секунды. Сразу после фиксации брать стекло
в руки нельзя, поскольку можно обжечься. С помощью фиксации достигают следующих целей.
• Клетки плотно прикрепляются к предметному стеклу клеточными оболочками. Теперь мазок можно окрашивать и промывать водой — микроорганизмы при этом останутся на стекле.
• Клетки погибают. Покровы клеток деформируются и легче пропускают краситель. Краситель не выкачивается из клеток. Зафиксированные препараты можно хранить неограниченно долгое время.
После фиксации стекло остужают и мазок готов к окрашиванию.
Окрашивание бывает простым (ориентировочным) и сложным (дифференциальным).
Простое окрашивание (ориентировочное) состоит в окрашивании
мазка только одним красителем. Краситель наносят так, чтобы он полностью покрывал мазок, и выдерживают – минут. Затем промывают
. Приготовление микробиологических препаратов

водой до полного удаления излишков красителя, сушат и микроскопируют с иммерсионным объективом.
При таком виде окрашивания хорошо прокрашиваются в целом
бактериальные клетки, становится видна их форма и размер. Такие
препараты используют для обнаружения бактерий в продуктах и смесях, для определения морфотипов бактерий (рис. ), а также в лаборатории при определении чистоты культуры.
Наиболее часто используемыми красителями при приготовлении
окрашенных препаратов в микробиологии являются сафранин, фуксин, генциановый фиолетовый, кристаллический фиолетовый, метиловый фиолетовый, метиленовый синий и эритрозин.
В некоторых случаях даже при простом окрашивании мазка с использованием подходящих красителей можно выявлять особенности
строения клеток (специфические структуры или включения). Например, при окраске водным раствором красителя, не содержащим кислот,
щелочей и фенола, можно выявить эндоспоры, а при окраске культуры
молочнокислых бактерий метиленовым синим можно увидеть в клетках полифосфаты. Рассмотрим методики окрашивания в этих двух случаях более подробно.
. Выявление эндоспор. Эндоспоры — плотные покоящиеся структуры бактерий, представляющие собой генетический материал бактерии, окружённый несколькими белковыми оболочками. Эндоспоры
образуют исключительно бактерии типа Firmicute (в общем случае это
бациллы и клостридии). Из-за плотной оболочки эндоспоры не пропускают красители внутрь без специальной дополнительной обработки.
Таким образом, споры можно обнаружить на препарате как «пробелы»
в бактериальных клетках. Если эндоспоры оказались вне клетки, то
у них окрашивается только контур. Так можно различить в природном
образце эндоспоры и кокки (краситель будет окрашивать цитоплазму
кокков, а эндоспоры — нет).
. Выявление включений полифосфатов. Метод основан на явлении
метахромазии — способности красителя изменять цвет при контакте
с определёнными клеточными компонентами. Для теста готовят мазок бактерий (предпочтительно лактобацилл) и наносят метиленовый
синий по Леффлёру (содержащий щёлочь) на – минут. Промывают
водой, сушат и микроскопируют. Клетки после окрашивания приобретают синий цвет, а включения полифосфатов (волютин) — фиолетовокрасный.
Сложное окрашивание подразумевает использование специальных композиций красителей и всегда является дифференциальным, то
есть направленным на выявление морфологических и физиологических особенностей разных клеток. Мазки для сложной окраски готовят

Микробиология
аналогично приведённой ранее схеме. Приведём основные способы
дифференциальной окраски микроорганизмов.
. Окрашивание по Граму
Грам-принадлежность бактерии определяется особенностями строения наружных клеточных покровов. Грамположительные бактерии
имеют клеточную стенку из нескольких слоёв муреина, поперечно
сшитых между собой. У грамотрицательных бактерий клеточные стенки содержат только один слой муреина, над которым располагается
внешняя (наружная) мембрана, по составу отличная от цитоплазматической. Пространство между цитоплазматической и внешней мембранами называется периплазмой или периплазматическим пространством.
Для определения грам-принадлежности неизвестной культуры на
одном предметном стекле готовят три мазка: в середину наносят неизвестную культуру или смесь культур, а по краям —  тест-культуры (достоверно грамположительную и достоверно грамотрицательную культуры). Это облегчает сравнение и определение грам-принадлежности,
поскольку все три мазка окрашиваются в одинаковых условиях.
Последовательность действий при окрашивании мазков по Граму
такая:
— нанести краситель генциановый фиолетовый, выдержать , минуты ;
— нанести раствор Люголя, выдержать  секунд;
— промыть спиртом;
— промыть водой;
— нанести краситель фуксин (в другом варианте — сафранин), выдержать , минуты;
— промыть водой;
— высушить
Разберём перечисленные этапы более подробно. Сначала на мазки
наносят генциановый фиолетовый. Нужно следить, чтобы все мазки
были равномерно покрыты красителем. Выдерживают краситель некоторое время и прямо в него добавляют несколько капель раствора Люголя (на каждый мазок). При этом генциановый фиолетовый и йод (из
раствора Люголя) образуют прочный комплекс, который локализуется
в клеточной стенке и под ней у грамположительных бактерий, а также
в периплазме у грамотрицательных бактерий.
Далее следует промывание спиртом, при котором грамположительные бактерии благодаря плотной клеточной стенке удерживают
образовавшийся комплекс и сохраняют фиолетовую окраску. Однако

Временны́е интервалы могут отличаться и зависят от концентрации красителей.
. Приготовление микробиологических препаратов

у грамотрицательных бактерий спирт растворяет комплекс и вымывает его из периплазматического пространства, благодаря чему их клеточные стенки обесцвечиваются. Таким образом, уже после промывания спиртом видно отличие в окраске между грамположительной
и грамотрицательной тест-культурами, и, следовательно, можно понять, где какая находится.
Грамотрицательные бактерии, в строгом смысле слова, не окрашиваются по Граму. Для их визуализации используют дополнительный,
контрастный к фиолетовому краситель красного цвета (фуксин или
сафранин). Именно благодаря дополнительному красителю грамотрицательные клетки приобретают свою красную окраску. Контрастность
цветов помогает различить грамположительные и грамотрицательные
бактерии даже в смешанной культуре.
Определение грам-принадлежности используется для лабораторной
диагностики в медицине (назначение антибиотиков) и в пищевой промышленности (установление типа микроорганизмов, портящих продукты).
Также в лабораторной практике используется экспресс-тест для
определения грам-принадлежности чистых культур. Для этого на предметное стекло наносят каплю  %-й щёлочи (NaOH или KOH) и в неё
микробиологической петлёй вносят большое количество биомассы
бактерий. Хорошо перемешивают. В случае образования слизи, тянущейся за петлёй при её поднятии над каплей, бактерии относят к грамотрицательным. Слизь образуется за счёт нуклеиновых кислот, которые выходят в раствор при разрушении клеточных оболочек. Если
образования слизи не наблюдается, то культура грамположительная
(более плотные стенки Г+ -бактерий не разрушаются щёлочью).
Окрашивание по Граму не имеет смысла при работе с культурами
эукариот. Однако стоит понимать, что дрожжи будут окрашиваться как
грамположительные, а простейшие — как грамотрицательные.
. Окрашивание на кислотоустойчивость по Цилю—Нельсену
Окрашивание по Цилю—Нельсену используется для идентификации
кислотоустойчивых бактерий (прежде всего актиномицетов и, в частности микобактерий), содержащих в клеточных оболочках большое количество жировосковых веществ, миколовых и других оксокислот.
На приготовленный мазок накладывают полоску фильтровальной
бумаги, наносят карболовый фуксин Циля (содержащий фенол) и, удерживая пинцетом стекло в пламени горелки, несколько раз доводят краситель до кипения. При появлении паров над стеклом препарат убирают из пламени. При необходимости подливают краситель. Процедуру
повторяют – раза, дают стеклу остыть, снимают фильтровальную бумагу и промывают водой. Затем препарат обесцвечивают в  %-м рас-

Микробиология
творе серной кислоты: для этого его трижды на  секунды погружают,
удерживая пинцетом, в ёмкость с кислотой. Снова промывают водой
и докрашивают метиленовым синим по Леффлёру в течение – минут.
Промывают водой, сушат и микроскопируют.
Клетки кислотоустойчивых бактерий приобретают красный цвет
(фуксин не вымывается серной кислотой), кислотонеустойчивые бактерии окрашиваются в синий цвет (обесцвечиваются серной кислотой
и докрашиваются метиленовым синим).
. Окрашивание эндоспор по Ожешко
Метод сходен с окрашиванием по Цилю—Нельсену, но направлен на
выявление эндоспор. Его отличие заключатся в том, что мазок спорообразующих бактерий не фиксируют, а наносят на него , %-й раствор
соляной кислоты и в течение – минут несколько раз доводят до кипения в пламени горелки. Такое воздействие разрыхляет оболочки спор.
Затем мазок промывают водой и окрашивают по Цилю—Нельсену
(также с обесцвечиванием в кислоте). Споры окрашиваются в красный
цвет, цитоплазма — в синий.
. Окрашивание эндоспор по Пешкову
Готовят мазок спорообразующих бактерий. Фиксируют обычным
образом в пламени. На мазок накладывают полоску фильтровальной
бумаги, наносят раствор метиленового синего по Леффлёру. Аккуратно, удерживая пинцетом, трижды доводят краситель до кипения в пламени горелки, при необходимости в промежутках подливая краситель.
Затем предметное стекло охлаждают, промывают водой и докрашивают водным раствором сафранина или фуксина. Промывают водой,
сушат и микроскопируют.
В результате эндоспоры окрашиваются в голубой цвет (краситель
проникает внутрь эндоспор только при высокотемпературном воздействии), а цитоплазма — в красный.
. Выявление капсул по Бурри—Гинсу
Окрашивание по Бурри—Гинсу позволяет выявить полисахаридные
капсулы на фиксированных препаратах.
Небольшую каплю суспензии бактерий смешивают с тушью и равномерно распределяют микробиологической петлёй по предметному
стеклу (или делают мазок ребром покровного стекла). Мазок сушат
на воздухе, фиксируют в пламени и окрашивают водным раствором
фуксина в течение – минут. Промывают водой, сушат и микроскопируют.
При микроскопии на общем чёрном фоне видны красные клетки
бактерий, а вокруг них — светлые области-ореолы — это и есть капсулы, которые выглядят бесцветными при данном типе окраски.
. Определение физиолого-биохимических свойств бактерий

. Определение физиолого-биохимических свойств
бактерий
При классификации бактерий используют ряд признаков, отражающих особенности роста и жизнедеятельности культуры. Такими признаками являются: отношение к кислороду, морфология, подвижность,
способность к фотосинтезу, наличие чехлов, окраска по Граму, способность образовывать эндоспоры, кислотоустойчивость, способность
фиксировать атмосферный азот и т. д.
Простой и показательный эксперимент помогает определить ещё
один важный признак — наличие в клетках каталазы, фермента антиокислительной защиты, разрушающего перекись водорода. Для проведения анализа в каплю  %-й перекиси водорода микробиологической петлёй вносят большое количество биомассы бактерий. Если при
контакте клеток с перекисью начинается бурное образование пены это
свидетельствует о наличии каталазы, которая нейтрализует перекись
с выделением молекулярного кислорода. Можно нанести перекись водорода непосредственно на клетки бактерий, растущие в чашке Петри
на плотной среде или в пробирке на скошенной плотной среде.
Также важным признаком для идентификации культуры бактерий
является образование ферментов с различной субстратной специфичностью. Чтобы установить образование ферментов, культуру бактерий
высевают штрихами на чашки Петри со специальными дифференциальными питательными средами. Приведём некоторые примеры таких
тестов.
Для установления способности образования протеолитических ферментов (разрушающих белки) бактерии высевают на питательную
среду с молоком. Продолжительность роста —  суток в термостате
при 30◦ . Протеолитическую активность ферментов определяют по диаметру зоны просветления среды, измеряя её от края бактериального
штриха. Зона просветления возникает из-за диффузии протеолитических ферментов в агаризованную среду и гидролиза казеина. Для лучшей визуализации чашку Петри можно обработать  %-м раствором
трихлоруксусной кислоты, которая вызывает денатурацию (свёртывание) негидролизованного казеина, и зона просветления становится
видна чётче. Чем больше зона просветления, тем больше протеолитических ферментов выделяет культура.
При определении способности культуры к образованию амилазы
(фермента, разрушающего крахмал) бактерии штрихом высевают на
среду, содержащую растворимый крахмал. Выращивают  суток в термостате при 30◦ и определяют активность амилаз после нанесения
небольшого количества раствора Люголя на чашку с культурой. Раствор Люголя окрашивает крахмал в синий цвет. Если вокруг штриха

Микробиология
проявилась бесцветная или более светлая зона, значит, там произошёл
гидролиз крахмала под действием выделившихся в среду амилаз. Замеряют диаметр зоны просветления от края штриха до края зоны. Чем
больше диаметр, тем выше амилолитическая активность ферментов
данной культуры.
Ещё одним важным признаком культуры является её чувствительность к различным антибиотикам. При определении данного признака важно помнить, что у различных антибиотиков бывает разный
спектр антимикробного действия. Распространёнными вариантами являются антибиотики, специфически подавляющие только грамположительные или только грамотрицательные бактерии, а также антибиотики широкого спектра действия. Также не стоит забывать, что на
эукариотические организмы (например, дрожжи) антибактериальные
вещества действовать не будут.
Для определения влияния антибиотиков на культуру существуют
два основных метода работы.
. Метод дисков
Бактерии смешивают с агаризованной средой, остывшей до температуры 40◦ , и выливают в чашку Петри. Дают среде застыть и раскладывают на поверхности среды бумажные диски, пропитанные разными антибиотиками (или блочки из питательной среды с другой чашки
Петри с растущим на них продуцентом антибиотика).
Антибиотик диффундирует в среду и подавляет рост бактериальных
клеток в агаризованной среде. В случае, если культура чувствительна
к антибиотику, вокруг места его нанесения в агаре образуется зона
просветления, то есть зона подавления роста, в которой образование
клеток подавлено присутствием антибиотика. В то же время в стороне
от диска с антибиотиком бактерии активно делятся в толще и на поверхности плотной среды, вызывая её замутнение.
Для анализа чувствительности культуры к антибиотику измеряют
расстояние от края диска до края зоны подавления роста, выражая
его в миллиметрах. Чем больше это расстояние, тем чувствительнее
к данному антибиотику исследуемая культура (рис. ).
По рисунку Б можно сказать, что антибиотик В сильнее всего подавляет рост культуры, а к антибиотику С культура не чувствительна.
При тестировании некоторых культур в зоне подавления роста могут
появиться мутантные клетки, устойчивые к антибиотику. Эти клетки способны расти и делиться там, где остальные члены популяции
бактерий, чувствительные к антибиотику, погибают. Таким образом,
появляется зона вторичного роста, которая заселяется устойчивыми
бактериями от периферии к центру. Обычно эта зона имеет меньшую
плотность клеток, чем области, где рост не был подавлен антибиотиком.
. Определение физиолого-биохимических свойств бактерий

Рис. . Подавление роста бактерий антибиотиками методом дисков. А — вид
чашки после посева; Б — вид чашки после инкубации в термостате в течение
нескольких суток
Рис. . Подавление роста бактерий антибиотиками методом штриха.
А — схема посева бактерий; Б — вид чашки после инкубации в термостате
в течение нескольких суток
. Метод штриха
Делают перпендикулярный штриховой посев продуцента антибиотика и исследуемых культур бактерий. Для этого вначале делают прямой штрих с продуцентом антибиотика ближе к краю чашки Петри.
Дают ему вырасти в течение нескольких дней. Затем рядом со штрихом продуцента на дно чашки наносят линию старта для посева бактериальных штрихов. От этой линии начинают посев штрихов разных
видов или штаммов бактерий. Несколько дней подращивают культуры

Микробиология
в термостате и затем определяют чувствительность бактерий к антибиотику.
Числовой характеристикой чувствительности в данном случае является расстояние от линии старта посева до реально наблюдаемого
начала штриха культуры бактерий. Чем дальше точка начала роста бактериального штриха отступает от линии старта посева, тем чувствительнее культура к антибиотику, выделяемому продуцентом (рис. ).
Из рисунка Б видно, что культура №  наиболее чувствительна
к присутствию антибиотика в среде, а культура №  полностью устойчива к тестируемому антибиотику.
Список литературы
. Гусев М. В. , Минеева Л. А. Микробиология. М.: Академия, .
. Захарчук Л. М. , Колотилова Н. Н. Методические указания к практическим занятиям по микробиологии для студентов биологического факультета МГУ. Под ред. А. И. Нетрусова. М.: Соцветие красок,
.
. Кэррил Ф. М. Как работать со световым микроскопом. Пер. и под
редакцией И. Я. Барского, М. М. Аптинова, С. А. Бабушкина. М.:
Вест Медика, .
. Ленгелер Й. , Древс Г. В. , Шлегель Г. (ред.). Современная микробиология: Прокариоты: В  томах. Пер. с англ. М.: Мир, .
. Нетрусов А. И. , Котова И. Б. Микробиология. М.: Академия, .
. Практикум по микробиологии. Под ред. А. И. Нетрусова. М.: Академия, .
. Пименова М. Н. , Гречушкина Н. Н. , Азова Л. Г. Руководство к практическим занятиям по микробиологии (малый практикум). Учебное пособие. М.: МГУ, .
. Шлегель Г. Г. Общая микробиология. М.: Рипол Классик, .
КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ
Авторы: Е. В. Шеваль, С. А. Голышев
. Методы клеточной биологии
Для изучения клетки используются экспериментальные подходы самых разных наук, однако основу любого клеточно-биологического исследования составляют микроскопические методы. Разработано много
различных микроскопов, которые позволяют не только изучать структурную организацию клетки, но и анализировать функционирование
клетки, протекание молекулярных процессов, причём непосредственно в живой клетке. Именно анализ морфологии и молекулярных процессов прижизненно (in vivo, т. е. в составе живой клетки) является
краеугольным камнем современной клеточной биологии.
Основным прибором, с помощью которого изучают клетки, несомненно, является световой (или оптический) микроскоп (рис.  А
цветной вклейки). Принцип действия светового микроскопа состоит
в том, что сфокусированный оптикой пучок света проходит через объект, частично поглощаясь и рассеиваясь, после чего оптика микроскопа
формирует изображение, которое можно либо изучать визуально, либо
вывести на матрицу цифровой камеры для регистрации. Методика работы со световым микроскопом описана в разделе «Микробиология».
Обычный световой микроскоп также называют светлопольным, так
как структуры в нем видны как окрашенные тела на светлом поле.
Клетки животных для света практически прозрачны, поэтому для выявления компонентов клетки их необходимо предварительно окрасить.
Разработано огромное количество красителей, некоторые из них относительно неспецифично связываются со структурами клетки, и этого достаточно для выявления общей морфологии клетки, определения
типов клеток или их функционального состояния. Другие красители
специфически выявляют те ли иные вещества, что позволяет анализировать состав клеток или их субструктур.
Также существуют методы, которые позволяют повысить контраст
живых клеток, не окрашивая их. Наиболее распространённым из таких методов является метод фазового контраста (рис. ). Менее широко используется метод дифференциально-интерференционной микроскопии.
Существует другой вариант светового микроскопа — это флуоресцентный микроскоп (рис.  Б цветной вклейки). Принцип его действия основан на явлении флуоресценции. Суть этого явления состоит

Клеточная биология
Рис. . Фотография живой клетки в обычном светолопольном световом микроскопе (А) и в режиме фазового контраста (Б)
в том, что некоторые вещества (флуорохромы) под действием света
одной длины волны способны испускать свет другой (большей) длины
волны. В последнее время широкое применение находит вариант флуоресцентного микроскопа, который называется лазерным сканирующим
конфокальным микроскопом. При освещении в препарате флуоресцируют не только молекулы флуорохрома, которые находятся в фокусе
микроскопа, но и все остальные, которые дают размытое внефокусное свечение, что делает изображение менее контрастным. Преимуществом конфокального микроскопа является то, что он позволяет удалять внефокусное свечение. Это особенно важно при анализе толстых
объектов (листья, эмбрионы, небольшие беспозвоночные и т. п.). Кроме того, конфокальный микроскоп позволяет освещать не всё поле
зрения, а исключительно интересующий исследователя участок, что
используется, например, для анализа подвижности белков методами
FRAP и FLIP (см. ниже).
Подавляющее большинство животных клеток содержат малое количество флуоресцирующих веществ, поэтому для изучения во флуоресцентном микроскопе исследуемое вещество должно быть предварительно связано с молекулой флуорохрома, то есть специфически помечено. Один из методов мечения молекул в составе клетки связан с использованием антител — молекул, которые используются иммунной
системой для борьбы с патогенными агентами за счёт своей способности специфически связываться с антигенами (в этой роли могут выступать молекулы белков, полисахаридов, а также комплексы белков с другими веществами). Такой подход называют иммуноцитохимией. Если молекулы антитела, специфично узнающего какой-либо клеточный
. Методы клеточной биологии

белок, связать с флуорохромом, то этот комплекс можно использовать
для выявления данного белка в составе клеток. К сожалению, антитела
не способны проникать внутрь живых клеток.
Предложен и альтернативный подход, основанный на использовании флуоресцентных белков, самым известным и «классическим» из
которых является ген зелёного флуоресцирующего белка медузы (GFP).
Для этого прибегают к методам генной инженерии: ген флуоресцентного белка сливают с геном изучаемого белка, полученный химерный
ген вводят в изучаемые клетки, и в них начинает синтезироваться
химерный белок или белок слияния, за поведением которого можно
наблюдать во флуоресцентный микроскоп. Так как этот белок будет
синтезироваться живыми клетками, наблюдение можно вести in vivo.
Таким образом, главным плюсом использования белков слияния является возможность анализировать поведение клеток или субклеточных
структур прижизненно.
Например, с помощью флуоресцентных белков можно изучать подвижность белков. Для этого часто используют метод FRAP (Fluorescence Recovery of Photobleaching), который заключается в анализе восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания. Суть подхода
состоит в следующем (рис. ): небольшой участок клетки, экспрессирующей белок слияния, облучают лазером — так, чтобы флуоресцентный белок в анализируемой области полностью выцвел. Затем проводят прижизненные наблюдения, в ходе которых анализируется, будет
ли в облучённой области восстанавливаться флуоресценция. Если флуоресценция восстанавливается, это говорит о том, что белок способен
к диффузии (т. е. подвижен): выцветшие молекулы внутри облучённой
области заменяются новыми, флуоресцирующими, поступающими из
окружающего пространства. Отсутствие восстановления флуоресценции указывает на то, что белок стабильно связан с какими-то структурами и поэтому неподвижен. Анализ динамики восстановления флуоресценции позволяет рассчитать характеристики обмена (коэффициенты диффузии, соотношение между подвижной и неподвижной фракциями белка) между облучённой областью и окружающим пространством клетки.
Ограничением метода FRAP является то, что он не позволяет установить перемещение белка между клеточными структурами. Для решения этой задачи чаще всего используют фотоактивируемые белки,
которые могут менять длину волны испускаемого света и многократно
усиливать его интенсивность под действием лазерного облучения. Активация флуоресцентного сигнала такого белка (репортёра), слитого
в химерную конструкцию с белком-мишенью, позволяет наблюдать за
перемещением целевого белка в клетке или между клетками в режиме
«реального времени».

Клеточная биология
Рис. . Метод восстановления флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP)
Также для решения этой задачи можно использовать метод FLIP
(Fluorescence Loss In Photobleaching), который анализирует перемещение флуоресцентного белка между выбранными компартментами
клетки. В данном случае для работы используются обычные флуоресцентные белки. Для анализа один из районов клетки, содержащий пул
флуоресцентного белка, многократно облучается высокоинтенсивным
лазером, чтобы полностью погасить флуоресценцию в этом районе (то
есть обесцветить белок). В момент облучения анализируется изменение интенсивности флуоресценции в других (выбранных исследователем) клеточных структурах. Если в какой-то их них интенсивность
флуоресценции уменьшается, это свидетельствует о том, что белок способен перемещаться между обесцвеченной и исследуемой областями.
Световые микроскопы имеют относительно небольшую разрешающую способность, что не позволяет использовать их для изучения тонкой организации (ультраструктуры) клетки. Для этого применяет-
. Методы клеточной биологии

ся просвечивающий электронный микроскоп (рис. А). Принцип действия этого прибора весьма схож с действием светлопольного микроскопа, только вместо света через анализируемый объект пропускают
пучок электронов. Электроны не способны проходить через толстые
объекты, поэтому образец, изучаемый с помощью просвечивающего
электронного микроскопа, должен быть очень маленьким (вирусные
частицы, биологические макромолекулы и т. п.) или тонким. Поэтому
для анализа клеток в электронном микроскопе необходимо для начала
подготовить ультратонкие срезы (– нм) биологического материала. Разрешающая способность электронного микроскопа не только
позволяет наблюдать внутриклеточные структуры, но и достаточна для
изучения структуры биологических макромолекул.
Рис. . Типы электронного микроскопа. А — просвечивающий электронный
микроскоп; Б — сканирующий электронный микроскоп
Другим вариантом электронной микроскопии является сканирующий
электронный микроскоп, который позволяет анализировать поверхность объектов (например, клеток) в трёхмерном формате (рис. Б).
Суть метода заключается в детекции отражённых или вторичных электронов, испускаемых при взаимодействии пучка электронов с поверхностью объекта. В итоге формируется изображение, которое позволяет
анализировать особенности трёхмерной организации поверхности.

Клеточная биология
. Строение клеток
Далее мы разберём объекты, которые вы можете наблюдать под
микроскопом (или анализировать по готовым микрофотографиям) на
практической части олимпиад по биологии. В заданиях по цитологии
(или клеточной биологии) чаще всего речь идёт об изучении клеток
эукариотических организмов. Поэтому ниже мы сконцентрируем внимание на строении животной клетки и отличительных особенностях её
структур.
.. Прокариоты и эукариоты
По особенностям морфологии клетки всех существующих организмов делятся на два типа — прокариотические и эукариотические. Главное и наиболее важное отличие эукариотических клеток от прокариотических состоит в том, что их геном (т. е. молекулы ДНК) отделён от
окружающего пространства ядерной оболочкой. В результате тело любой эукариотической клетки разделено на два основных компонента —
ядро и цитоплазму.
В прокариотических клетках геном, представленный кольцевыми
молекулами ДНК, расположен непосредственно в цитоплазме. Зону,
содержащую ДНК (нуклеоид), можно выявить с использованием ДНКсвязывающих флуорохромов или с помощью электронного микроскопа. В электронном микроскопе зона нуклеоида имеет меньшую плотность по сравнению с окружающей цитоплазмой.
.. Морфологическая организация эукариотической клетки
Клетки всех современных эукариот имеют много общего, хотя в ходе эволюции произошла достаточно сильная дивергенция морфологической организации клеток. Например, клетки растений сильно отличаются от клеток животных. Ниже мы будем говорить преимущественно об организации клеток животных.
... Плазматическая мембрана. От окружающего пространства
клетки отделены тонкой плазматической мембраной, или плазмалеммой. Основу плазмалеммы, как и любой другой мембраны, образует
двойной слой (бислой) фосфолипидов (рис. ). Молекула фосфолипида
состоит из заряженной головки и двух длинных незаряженных хвостов,
образованных жирными кислотами. Заряженная головка способна растворяться в воде, т. е. обладает свойством гидрофильности. Незаряженные хвосты могут легко растворяться в неполярных органических растворителях, а в воде не могут (т. е. они гидрофобны). Наличие у таких
молекул заряженной и незаряженной частей позволяет им при смешивании с водой самопроизвольно формировать бислойные структуры,
. Строение клеток

в которых с водой контактируют гидрофильные головки, а гидрофобные хвосты направлены внутрь бислоя.
Рис. . Общая схема организация клеточных мембран. Основу мембраны образует фосфолипидный бислой. Также в состав мембраны могут входить интегральные белки, большинство из которых связаны с короткой полисахаридной
цепочкой
Проницаемость липидного бислоя зависит от степени полярности
молекул. Если небольшие и слабополярные молекулы воды достаточно
легко проходят через мембраны, то для заряженных частиц, таких как
ионы Na+ , K+ , Cl− и т. п., мембраны практически непроницаемы. Также
мембраны практически полностью непроницаемы для крупных биологических молекул — белков, сахаров и т. п. Это свойство называется
полупроницаемостью.
Благодаря такому свойству клеточных мембран возникает явление осмоса (которое будет достаточно подробно разобрано в разделе «Физиология растений»). Клетки любых организмов могут находиться в изотонических, гипертонических и гипотонических условиях
(рис. ). Изотоническая среда является нормальной для функционирования клеток (рис. А). В гипертонических условиях (концентрация соли в окружающем растворе больше, чем в клетках) вода выходит
из клеток и поэтому они сжимаются (рис. Б), а в гипотонических
условиях (клетки окружает более слабый раствор соли, чем содержится
внутри) вода начнёт поступать внутрь клеток, в результате чего они набухают и могут даже лопнуть (рис. В). В условиях, когда клетка окружена практически чистой водой, живут пресноводные одноклеточные

Клеточная биология
организмы. У некоторых из них есть специализированные сократительные вакуоли, с помощью которых из клетки регулярно удаляется
поступившая избыточная вода. Такая клетка подобна дырявой лодке,
из которой приходится постоянно вычерпывать воду.
Рис. . Влияние осмотических условий на эритроциты крови. A — Изотонический раствор. Б — Гипертонический раствор: эритроциты сжимаются, их поверхность становится бугорчатой. В — Гипотонический раствор: эритроциты
набухают, приобретая шарообразную форму (обычные стрелки). Некоторые
клетки лопаются, и из них выходит гемоглобин; такие эритроциты имеют
меньшую плотность и поэтому выглядят более светлыми (показаны треугольными стрелками)
Кроме фосфолипидов в состав всех клеточных мембран входят белки. Некоторые из них, так называемые интегральные белки, насквозь
пронизывают липидные бислои (рис. ). Такие белки могут играть самые разнообразные функции: например, некоторые из них могут переносить через мембраны заряженные ионы, играя роль ионных каналов.
Деятельность ионных каналов позволяет контролировать состав внутренней среды клетки, а в случае многоклеточных организмов и состав
межклеточного вещества.
... Клеточное ядро. Клеточное ядро содержит молекулы ДНК.
В них закодирована генетическая информация, реализация которой
приводит к формированию клетки. Вся жизнедеятельность клетки, по
большому счёту, направлена на передачу из поколения в поколение генетической информации в неизменном виде (насколько это возможно,
учитывая внешние факторы). Молекула ДНК состоит из двух комплементарных друг другу цепей, что позволяет удваивать генетическую
информацию (репликация).
Информация от ДНК к белкам передаётся в два этапа: на первом
этапе происходит транскрипция, в ходе которой на молекуле ДНК
синтезируется комплементарная молекула матричной РНК (мРНК),
затем в ходе трансляции на молекуле мРНК синтезируется белок
. Строение клеток

(рис. ). Эти процессы в клетках эукариот структурно обособлены —
транскрипция происходит в ядре, а трансляция — в цитоплазме (на рибосомах).
Рис. . Процесс синтеза белка в клетке. Показаны два основных этапа: транскрипция (синтез мРНК на матрице ДНК, происходит в ядре клетки) и трансляция (синтез белковой молекулы на мРНК, происходит в цитоплазме)
.... Хроматин. Толщина молекулы ДНК порядка  нм, но её
длина может достигать значительных величин. Так, общая длина молекул ДНК человека, которые содержатся в каждой его клетке, примерно равна двум метрам! И это ещё далеко не предел, поскольку геном
человека намного меньше геномов некоторых животных и растений.
Молекулы ДНК в клетках упакованы в ядро, диаметр которого менее
 мкм. Достигается это за счёт взаимодействия ДНК с белками. Комплекс ДНК и белков в составе клеточного ядра называют хроматином. Хроматин можно наблюдать с помощью светового микроскопа
при использовании красителей — традиционных или флуоресцентных,
которые способны связываться с ДНК. При таком анализе выявляются
две разновидности хроматина — конденсированный хроматин и диффузный хроматин (рис.  цветной вклейки), в самом общем случае
эти термины соотвествуют названиям гетерохроматин и эухроматин.
В эухроматине локализуются гены, активные в данном типе клеток (то
есть участвующие в транскрипции). При активации генов хроматин
частично декомпактизуется (т. е. становится менее плотным за счёт

Клеточная биология
раскручивания суперспирализированных молекул ДНК). Участки хроматина, содержащие малое количество активных генов или не содержащих их совсем, напротив, остаются в компактном состоянии (гетерохроматин). Интенсивность окрашивания зависит от плотности хроматина, что и позволяет различать гетеро- и эухроматин микроскопически.
.... Ядерные тельца. Кроме хроматина внутри клеточного ядра выявляются многочисленные субструктуры (органеллы), которые
принято называть ядерными тельцами. Ядерные тельца содержат компоненты, которые необходимы для реализации активности генома, либо внутри них накапливаются продукты этой активности. В отличие от
цитоплазматических органелл, ядерные тельца не ограничены мембранами, и, тем не менее, внутри них находятся пулы с высокой концентрацией специфических белков и РНК. Это позволяет активизировать
протекание внутриядерных процессов, так как скорость реакции зависит от концентраций вовлечённых в неё веществ.
Самым крупным ядерным тельцем, хорошо различимым в световом микроскопе, является ядрышко. Ядрышко содержит гены рибосомной РНК (рРНК), которые необходимы для построения белоксинтезирующих органелл — рибосом. Три таких гена транскрибируются внутри ядрышка в виде единого транскрипта (четвёртый ген локализуется вне ядрышка). В дальнейшем транскрипт разрезается на части,
молекулы РНК модифицируются, связываются с различными рибосомными белками и только затем покидают ядрышко и экспортируются из
ядра в цитоплазму, где происходит окончательная сборка рибосом.
.... Ядерная оболочка. Важнейшим компонентом клетки является ядерная оболочка, которая разграничивает клеточное ядро и цитоплазму, обеспечивая специфичность процессов в этих клеточных
компартментах. Ядерная оболочка состоит из двух мембран, которые
разделены узким перинуклеарным пространством (рис. ). В мембране имеются перфорации (отверстия), которые содержат сложный
белковый комплекс — комплекс ядерной поры, обеспечивающий транспорт между ядром и цитоплазмой. Низкомолекулярные компоненты
и небольшие белки (до ∼ 40 кДа) могут проходить через поры свободно. Транспорт более крупных молекул обеспечивается системой специальных адаптерных белков, которые обеспечивают перенос через пору.
При импорте в ядро транспортируемый белок должен содержать специальную последовательность — сигнал ядерной локализации. С этим
участком связываются белки импортины, после чего сформировавшийся комплекс переносится сквозь пору внутрь ядра. Аналогичная
схема используется и для экспорта белков из ядра, но в этом случае
белок должен содержать сигнал ядерного экспорта.
. Строение клеток

Рис. . Ядерная оболочка
... Цитоплазматические структуры. Цитоплазма клеток эукариот содержит большое количество мембранных и безмембранных субструктур. Большинство мембранных структур входит в состав вакуолярной системы клетки. Кроме того, в цитоплазме располагаются
«энергетические станции» клетки — митохондрии, а в случае растений
ещё и фотосинтезирующие органеллы — хлоропласты. Из безмембранных структур наибольшее значение имеют система белковых фибрилл
(формирующая цитоскелет) и рибосомы. Наряду с ними в клетках
встречаются различные включения, которые могут быть связаны со
специализацией клетки или с определённым периодом её жизнедеятельности.
.... Вакуолярная система клетки (экспорт веществ из клетки). Вакуолярная система цитоплазмы представляет собой систему
пузырьков, цистерн и трубочек, внутри которых происходят различные процессы. Наличие ограничивающих мембран позволяет реализовывать процессы изолированно и создавать для каждого свои собственные оптимальные условия. Например, процесс расщепления белков происходит при пониженном pH, что можно реализовать только
в замкнутом пространстве. Кроме того, наличие мембран позволяет
организовать поэтапное выполнение биохимических процессов, когда
компоненты, двигаясь по вакуолярной системе, последовательно вовлекаются в различные химические реакции. Это чем-то напоминает
конвейер на автомобильном заводе.
Структурную организацию вакуолярной системы лучше всего рассматривать на конкретном примере. В качестве такого примера возьмём процесс экспорта белков в клетках поджелудочной железы. Эти
клетки выделяют несколько пищеварительных ферментов, отвечающих за переваривание пищи в тонкой кишке (рис. ). Синтез таких

Клеточная биология
ферментов осуществляется рибосомами, прикреплёнными к гранулярному эндоплазматическому ретикулуму (гранулярный ЭПР). После
синтеза белковые молекулы сразу попадают в просвет эндоплазматического ретикулума, где происходит их модификация. Прежде всего
к ним присоединяются короткие углеводные цепочки, которые выступают, в частности, в роли своеобразного адреса, направляющего транспорт белка.
Рис. . Вакуолярная система клетки. Тонкие стрелки — экспорт белков из
клетки. Белки синтезируются на гранулярном эндоплазматическом ретикулуме (), затем поступают в диктиосомы аппарата Гольджи (), от которых
отшнуровываются пузырьки с продуктом, готовым к секреции (экзоцитозу) ()
или слиянию с эндосомой (). Толстые стрелки — импорт белков в клетку. Белки поступают внутрь клетки путём эндоцитоза с образованием эндосомы (),
затем с эндосомой может слиться содержащая гидролитические ферменты лизосома (), что приводит к перевариванию поглощённого продукта. Ферменты
лизосом также синтезируются на эндоплазматическом ретикулуме и проходят
через аппарат Гольджи
В дальнейшем белки поступают в цистерны аппарата Гольджи.
Структурной единицей этой органеллы является обособленная стопка
мембран — диктиосома. Диктиосомы могут быть сконцентрированы
в зоне, расположенной рядом с клеточным ядром (например, в фибробластах), или же разбросаны по всей цитоплазме (нейроны, клетки
растений). Для перемещения модифицированных белков в диктиосомы от эндоплазматического ретикулума отшнуровываются небольшие
пузырьки, содержащие пул транспортируемых белков. В диктиосомах
углеводные цепочки, сшитые с молекулами белков, в свою очередь
. Строение клеток

модифицируются (фосфорилируются) и последовательно проходят через серию специализированных цистерн. После окончательного созревания в цистернах аппарата Гольджи пищеварительные ферменты накапливаются в пузырьках. Мембраны этих пузырьков сливаются
с плазматической мембраной, что приводит к высвобождению ферментов. Процесс такого выделения белков называется экзоцитозом.
.... Вакуолярная система (импорт веществ в клетку). Существует процесс, обратный экзоцитозу, который необходим для доставки веществ внутрь клетки, — это эндоцитоз (рис. ). В общем случае путём эндоцитоза клетки захватывают продукты, которые в дальнейшем подвергаются перевариванию. Наиболее известным вариантом эндоцитоза является фагоцитоз. Именно путём фагоцитоза макрофаги и нейтрофилы захватывают бактерий, проникших внутрь организма.
Общая схема процесса эндоцитоза выглядит следующим образом:
на плазматической мембране находятся белковые молекулы (рецепторы), которые могут распознавать инородные вещества и связываться
с ними. После связывания мембрана постепенно обволакивает инородный объект и втягивает его внутрь с помощью впячивания, образующегося на её поверхности, которая далее становится замкнутой
мембранной структурой — эндоцитозным пузырьком. Внутри этого пузырька находится поглощённый объект или вещество. Далее пузырёк
отшнуровывается от цитоплазматической мембраны и транспортируется внутрь клетки, где из него постепенно формируется зрелая клеточная структура — эндосома. В дальнейшем эндосома может слиться
с лизосомами — вакуолярными структурами, содержащими ферменты,
которые способны разрушать поглощённые вещества.
Надо понимать, что пути экспорта и импорта веществ, описанные
здесь как отдельные, на самом деле являются частями единой вакуолярной системы клетки. Ферменты лизосом синтезируются рибосомами гранулярного ЭПР и проходят через аппарат Гольджи. В данном
случае система экспорта работает не на производство и транспорт ферментов из клетки, а на выработку аналогичных ферментов для внутреннего потребления.
.... Гладкий эндоплазматический ретикулум. Второй вариант эндоплазматического ретикулума — гладкий ЭПР. Он представлен
системой тонких трубочек (а не плоских цистерн, как у гранулярного).
Основные функции гладкого ЭПР связаны с метаболизмом липидов, например с синтезом стероидов в клетках коркового вещества надпочечников. Клетки скелетной и сердечной мускулатуры содержат особый
вариант гладкого ЭПР, который отвечает за накопление и выделение
ионов кальция, необходимых для сокращения клеток мышц.

Клеточная биология
.... Рибосомы. Рибосомы, которые неоднократно упоминались
выше, — это специализированные безмембранные органеллы, отвечающие за трансляцию мРНК, то есть за синтез белка на её основе. Это
очень небольшие органеллы (∼ 25 нм в диаметре), состоящие из двух
субчастиц — большой и малой. Важно отметить, что рибосомы могут
быть либо локализованы в свободной форме в цитоплазме, либо прикреплены к мембранам гранулярного ЭПР. В обоих случаях они отвечают за синтез белков, но в первом случае синтезированный белок попадает в цитоплазму, а во втором — либо попадает в просвет эндоплазматического ретикулума, либо заякоривается в составе самой мембраны
(интегральные белки мембран).
.... Митохондрии. Митохондрии являются относительно автономными органеллами клетки, имеющими собственный геном. Накоплены многочисленные данные в пользу того, что митохондрии происходят от α-протеобактерий, которые сумели наладить столь тесный
симбиоз с предками эукариотических клеток, что в итоге, растеряв
значительную часть своего генома, превратились в органеллы.
Митохондрии могут иметь самую различную форму — округлую,
нитевидную или разветвлённую. Более того, они очень динамичны,
могут делиться и сливаться друг с другом. Морфология митохондрий
очень сильно отличается от морфологии структур вакуолярной системы. Прежде всего, митохондрии — это двумембранные структуры
(рис. ). Их внешняя мембрана гладкая, а внутренняя образует многочисленные впячивания во внутреннее пространство митохондрии —
кристы. Основная функция митохондрий связана с выработкой энергии для обеспечения жизнедеятельности клетки. Энергия запасается
в молекулах аденозинтрифосфата (АТФ), своеобразной энергетической
валюте клетки. Синтез АТФ происходит на внутренней мембране митохондрий, которая формирует кристы для значительного увеличения
общей рабочей поверхности.
Рис. . Ультраструктурная организация митохондрий
. Строение клеток

.... Цитоскелет. Внутри цитоплазмы органеллы располагаются не случайным образом, а в соответствии с функциями тех или иных
органелл. Решающую роль в поддержании внутриклеточного порядка
играют компоненты системы, которую принято называть цитоскелетом. Аналогия со скелетом и сам этот термин не слишком удачны, так
как, в отличие от скелета, система цитоскелета невероятно динамична.
Цитоскелет животной клетки образован системой волокон трёх типов — микротрубочек, микрофиламентов и промежуточных филаментов (рис. ). Микротрубочки — полые белковые структуры диаметром ∼ 25 нм, образованные белками тубулинами, они играют ключевую роль в организации пространства цитоплазмы и транспорте органелл. В некоторых типах клеток, например в фибробластах, общая организация микротрубочек имеет радиальный характер: микротрубочки отходят от расположенной вблизи ядра структуры, называемой клеточным центром, и заканчиваются у цитоплазматической мембраны.
Рис. . Примеры расположения различных типов филаментов в клетках животных. А — микротрубочки в фибробластах радиально расходятся от клеточного центра, расположенного вблизи ядра; Б — промежуточные филаменты
располагаются вокруг ядра и в цитоплазме; В — актиновые микрофиламенты
формируют пучки
Уникальной особенностью микротрубочек является то, что эти белковые структуры полярны: в данном случае этот термин означает,
что на одном конце (минус-конец) может происходить только разборка микротрубочек, в то время как на другом (плюс-конец) — как отщепление, так и присоединение тубулиновых единиц. Минус-концом
является тот, который связан с клеточным центром, соответственно
противоположный конец будет плюс-концом. В образовании микротрубочек можно выделить несколько этапов. Рост микротрубочек начинается от клеточного центра и микротрубочка быстро дорастает до
плазматической мембраны, после чего переходит в состояние, которое

Клеточная биология
принято называть динамической нестабильностью, когда плюс-конец
микротрубочки постоянно то растёт, то укорачивается. В этом состоянии микротрубочка может находиться довольно долго (среднее время
полужизни интерфазных микротрубочек —  минут), после чего она
разбирается (деполимеризуется). Разрушиться микротрубочка может
и значительно раньше, даже в период роста, а затем вырасти снова.
Такая динамическая нестабильность играет важную физиологическую
роль: например, при митотическом делении клетки быстрый рост микротрубочек способствует правильной ориентации хромосом и образованию веретена деления.
Микрофиламенты образованы белком актином и имеют небольшой диаметр (– нм), но в клетке они могут быть собраны в достаточно толстые пучки, которые уже хорошо видны в световом микроскопе. Основная роль актиновых филаментов связана с обеспечением
подвижности клеток.
Наконец, промежуточные филаменты имеют диаметр  нм. В отличие от микротрубочек и микрофиламентов, промежуточные филаменты очень стабильны, что позволяет им выполнять в клетках структурную роль, которая в чем-то схожа с ролью скелета у позвоночных.
Особенно ярко это проявляется в эпителиальных тканях, формирующих клеточные пласты (кожа, выстилка кишечника и т. п.). Промежуточные филаменты взаимодействуют с десмосомами (один из видов
межклеточных контактов) — специализированными белковыми структурами плазматической мембраны, которые обеспечивают механическую связь между клетками эпителия. Такие клетки прошиты изнутри
сетью промежуточных филаментов (обладающих большой прочностью
на разрыв), а внешне они надёжно соединены друг с другом межклеточными контактами (рис. ). Именно наличие такой единой белковой сети является основой поддержания целостности и механической
прочности эпителиальных пластов.
. Клеточные процессы
.. Пролиферация клеток
Процесс увеличения числа клеток называется пролиферацией клеток. Единственным известным способом увеличения числа соматических клеток является процесс деления клеток, или митоз. В течение
периода между двумя митозами (он называется интерфазой) происходит удвоение молекул ДНК (или репликация).
... Клеточный цикл. Период жизни клетки от одного деления
до другого называют клеточным циклом (рис. ). В интерфазе выделяют три этапа. Сразу после митоза начинается период G1 , длительность
. Клеточные процессы

Рис. . Промежуточные филаменты в эпителиальных клетках
которого зависит от типа клеток. Например, в некоторых эмбриональных клетках этот период фактически отсутствует и сразу после выхода
из митоза в клетках начинается репликация ДНК. Другие клетки после
пролиферации, наоборот, перестают участвовать в клеточном цикле
и переходят в фазу покоя (период G0 ). Именно в таком состоянии находятся высокодифференцированные клетки, которые уже неспособны
к делению. Но некоторые клетки всё же могут вернуться из периода
G0 в клеточный цикл, например, клетки печени, которые обычно находятся в периоде G0 : в случае необходимости (например, после удаления части печени или токсического повреждения) они могут вернуться в клеточный цикл и приступить к делению. Важно понимать, что
в большинстве тканей, даже в тех, где происходит активная пролиферация, часть клеток находится в периоде G0 . Исключением являются
упоминавшиеся выше эмбриональные клетки и клетки некоторых наиболее агрессивных опухолей (например, лимфомы Беркитта).
Рис. . Фазы клеточного цикла

Клеточная биология
После завершения периода G1 начинается период S, в ходе которого
происходит репликация ДНК и синтез белков, необходимых для упаковки удвоенных молекул генома. Из трёх этапов интерфазы этот наиболее длительный. После репликации генома и его упаковки клетки
переходят в период G2 , в ходе которого в клетке синтезируются белки,
необходимые для осуществления митоза. В частности, такими белками
являются тубулины, из которых состоят микротрубочки (см. выше),
формирующие веретено деления.
... Хромосомы. Деление клетки сопровождается многочисленными перемещениями её частей, что потенциально может привести
к повреждению молекул ДНК в составе её генома. Чтобы минимизировать вероятность таких повреждений, в ходе митоза хроматин компактизуется и формирует хорошо различимые в световой микроскоп
тельца — хромосомы (рис. ). Полностью конденсированная хромосома состоит из двух половинок — сестринских хроматид, каждая из которых содержит одну двухцепочечную молекулу ДНК. Хроматиды связаны друг с другом в области центромеры. Если центромера располагается примерно по центру хромосомы, то такую хромосому называют
метацентрической, если центромера несколько смещена относительно
центра, то хромосому называют субметацентрической, если же одно
плечо хромосомы намного меньше второго, то это акроцентрическая
хромосома.
Рис. . Хромосомы человека, разделённые на несколько групп по размеру
и положению центромер (денверовская система)
. Клеточные процессы

Геном человека содержит  хромосом, каждая из которых уникальна по размеру и положению центромеры. Однако различия эти относительно невелики, поэтому при обычном свето-микроскопическом
исследовании хромосомы человека можно разделить на несколько основных групп (рис. ), а для идентификации отдельных хромосом
необходимо использовать более специализированные методы.
... Деление клетки (митоз). Первые события митоза связаны
с конденсацией хромосом внутри ядра (рис.  цветной вклейки). Возникновение микроскопически видимых хромосом принимают за начало первой стадии митоза — профазы. При конденсации хромосом
резко снижается транскрипционная активность эухроматина и происходит его переход в состояние гетерохроматина. К поздней профазе в районе центромеры каждой пары сестринских хроматид образуются сложные белковые комплексы — кинетохоры, необходимые
на следующей стадии для присоединения хромосом к веретену деления. Наряду с процессами в ядре на этапе профазы в цитоплазме клетки начинает формироваться и само веретено деления, когда клеточные центры с отходящими от них микротрубочками начинают расходиться друг от друга к полюсам клетки. При этом динамика сборки-разборки микротрубочек сильно возрастает (время полужизни микротрубочек сокращается примерно в  раз!). Завершающим событием профазы принято считать момент разрушения
ядерной оболочки. С этого момента клетка переходит в прометафазу.
В прометафазе хромосомы, конденсация которых к этому моменту
ещё не завершена, выходят из ядра в цитоплазму, где начинают взаимодействовать с микротрубочками веретена деления, прикрепляясь
к ним с помощью кинетохоров. При этом кинетохоры сестринских хроматид связываются с микротрубочками разных полюсов клетки. Каждый из полюсов тянет хромосому к себе, и силы их при этом равны.
Благодаря этому все хромосомы постепенно выстраиваются на одной
линии (экваториальная линия клетки), равноудалённой от полюсов,
образуя экваториальную или метафазную пластинку, и этот момент
считается началом метафазы.
Метафаза обычно продолжается довольно длительное время и отличается внешне стабильным состоянием, когда хромосомы удерживаются на экваториальной линии за счёт баланса полярных сил натяжения
связанных с кинетохорами микротрубочек. К окончанию метафазы
наблюдается чёткое обособление сестринских хроматид, соединение
между которыми сохраняется лишь в центромерных участках.
Метафаза заканчивается после того, как пары хроматид разъединяются и начинают расходиться к полюсам клетки. Эта стадия называется

Клеточная биология
анафазой. Она состоит из двух событий, связанных с расхождением
хроматид:
— анафаза A — это движение хроматид к полюсам веретена деления, оно происходит за счёт сокращения длины микротрубочек;
— анафаза В — расхождение полюсов веретена деления ещё дальше
друг от друга (за счёт расталкивания клеточных центров).
В конце анафазы хроматиды оказываются рядом с полюсами клетки, на этом заканчивается процесс разделения хромосом. Также в анафазе начинается процесс цитокинеза (или цитотомии) — разделения
цитоплазмы клетки. У животных это происходит путём формирования
в плоскости метафазной пластинки поперечной перетяжки (или сократительного кольца). В формировании перетяжки решающую роль
играют актиновые филаменты.
Граница между анафазой и следующей стадией — телофазой — достаточно условна. В телофазе хромосомы деконденсируются и вокруг
них начинает формироваться новая ядерная оболочка. В новообразованных ядрах начинается транскрипция ДНК, формируются разобранные в профазе ядрышки. Окончание телофазы преимущественно совпадает с цитокинезом — разделением материнской клетки на две дочерние за счёт сокращения волокон перетяжки.
Процессы, обуславливающие пролиферацию клетки, регулируются
очень тонко, и любые нарушения в механизмах деления клетки и в протекании клеточного цикла могут стать причиной опухолевого перерождения клеток. Однако некоторые нарушения клеточного деления
могут играть и положительную роль. Например, если в ходе митоза не
происходит цитотомия, то будут образовываться полиплоидные клетки, содержащие удвоенное количество хромосом. Полиплоидизация является одним из распространённых способов видообразования у растений, а также используется в селекции для выведения более жизнеспособных сортов. Полиплоидизация происходила также на ранних этапах
эволюции хордовых.
.. Гибель клеток
Время жизни большинства животных клеток относительно невелико. Процесс клеточной гибели, как и другие важные процессы в клетке,
контролируется её геномом. Наиболее известным и хорошо изученным
механизмом программируемой клеточной гибели является апоптоз.
Он заключается в модификации структуры клетки, в результате которой она должна подготовить себя к фагоцитозу макрофагами — клетками, переваривающими ненужные организму частицы (в том числе
и клеточные останки).
Запуск программы апоптоза может инициироваться самыми разными причинами. Иногда это связано с особенностями развития ор-
. Клеточные процессы

ганизма, заложенными в геноме. Например, в ходе онтогенеза конечностей у позвоночных клетки межпальцевых перепонок гибнут путём
апоптоза, что приводит к формированию пальцев. Гибель клеток может быть вызвана также различными внешними стимулами, например
недостатком ростовых факторов или повреждениями молекул ДНК под
действием ультрафиолетового облучения.
Клетка может либо сама запускать внутри себя программу апоптоза, либо эта программа может быть индуцирована другими клетками,
например клетками иммунной системы, которые отслеживают и уничтожают опухолевые клетки и клетки, поражённые вирусами. После
индукции апоптоза в клетке запускаются цепочки сложных сигнальных процессов, которые приводят к первым деструктивным изменениям: в клеточном ядре сильно конденсируется хроматин, часто наблюдается расщепление молекул ДНК на небольшие фрагменты (рис.  А
цветной вклейки). Позже происходит фрагментация ядра, а затем и самой клетки (рис.  Б цветной вклейки). Фрагменты, на которые распадается клетка, называются апоптотическими тельцами. Они представляют собой структуры, ограниченные мембраной, которые содержат цитоплазму и её органеллы, часть из них также включает фрагменты ядра. Апоптотические тельца фагоцитируются макрофагами,
в которых остатки клетки полностью перевариваются.
Апоптоз является не единственным вариантом клеточной гибели.
В случае, когда клетка настолько сильно повреждена, что не в состоянии запустить программу апоптоза, она гибнет путём некроза. В отличие от апоптотических, некротические клетки сильно набухают, их
плазматическая мембрана и мембраны органелл разрушаются, содержимое клетки оказывается во внеклеточном пространстве. Последнее
приводит к развитию воспалительной реакции, которая при апоптозе
не наблюдается.
Список литературы
. Де Дюв К. Путешествие в мир живой клетки. М: Мир, .
. Уолперт Л. Чудесная жизнь клеток: как мы живём и почему мы умираем. О генах, стволовых клетках, раковых опухолях, старении —
и о многом другом. М.: Ломоносовъ, .
. Ченцов Ю. С. Введение в клеточную биологию: Учебник для вузов.
М: ИКЦ «Академкнига», .
. Кюнель В. Цветной атлас по цитологии, гистологии и микроскопической анатомии. М.: АСТ: Астрель, .
. Шеваль Е. В. Биология клетки. http://postnauka.ru/courses/
17529.
ГИСТОЛОГИЯ
Автор: О. С. Ганчарова
. Общая информация
Гистология — раздел биологии и медицины, изучающий на микроскопическом уровне строение тканей и органов живых организмов.
Основной инструмент специалиста-гистолога — световой микроскоп.
Гистологическое исследование образца органа или ткани подразделяется на два больших этапа — гистотехнический и собственно гистологический (исследовательский). Во время первого происходит приготовление гистологического препарата, а во время второго — его анализ.
Целью гистотехнического этапа является получение из образца тонких препаратов, через которые легко проникает видимый свет. Провести подобные манипуляции можно с тканями любых многоклеточных организмов: растений, грибов, беспозвоночных и позвоночных
животных, и даже с колониями бактерий []! Однако современная и во
многом традиционная гистология по понятной причине в наибольшей
степени интересуется тканями человека и других позвоночных, более
всего — млекопитающих.
На олимпиадах школьников, следуя правилам IBO (Международной
биологической олимпиады), избегают секционной работы с позвоночными, и в особенности c теплокровными животными. Поэтому, а также
ещё и потому, что приготовление постоянных гистологических препаратов требует значительного (до нескольких суток) времени, специального оборудования и обученного персонала, задание по гистологической технике не предлагается на олимпиаде. Традиционно практической задачей школьника в кабинете гистологии является микроскопирование, а также описание и определение – слепых (неподписанных) гистологических препаратов. Эти препараты обычно берутся из
учебных наборов для студентов биологических или медицинских факультетов ВУЗов и представляют собой гистотехнически обработанные
образцы тканей животных.
Стоит заметить, что нормальная морфология тканей и органов
неодинакова у разных животных. В книге М. В. Войно-Ясенецкого
и Ю. М. Жаботинского [] об это сказано так: «...в курсе гистологии
изучают... весьма странные создания с печенью свиньи, почками кошки, селезёнкой и другими органами, взятыми от кролика или ещё какого-нибудь животного». Как следует из приведённой цитаты, нередко
для демонстрации определённого типа ткани, составляющей какойлибо орган, выбирают тот живой объект, у которого признаки данной
. Гистологическая техника

ткани выражены ярче, чем у других, и можно на одном препарате показать все особенности строения органа. Например, ткань печени лучше всего демонстрировать на печени свиньи, где границы печёночной
дольки резко очерчены; а строение почки — на млекопитающем, чьи
органы невелики и целиком умещаются на стандартное предметное
стекло (например, мыши); спинной мозг, напротив, лучше показывать
на примере животного среднего или большого размера (например, собаки) и т. д. Добавим, что получение качественных препаратов нормальных здоровых органов от людей и от некоторых животных нередко сопряжено с этическими или техническими проблемами.
По перечисленным причинам препараты, которые предлагаются на
олимпиаде, приготовлены из тканей самых разных животных (собаки,
морской свинки, аксолотля, лягушки), но, как ни парадоксально, относительно редко из тканей человека. При этом общий план строения
большинства тканей и микроанатомических образований (ворсинки
кишки, нерва, стенки полого органа) в том приближении, которого
достаточно для школьника, сходен у большинства животных и человека []. Поэтому если вы не указали в ответе на задание олимпиады
конкретное животное, от которого была взята ткань для приготовления препарата, оценку вам не снизят.
Условимся, что в общем случае, когда мы говорим об учебных гистологических препаратах и гистологии, имеются в виду ткани взрослых организмов, как правило, не генеративные, если не упомянуто
иное. Однако среди препаратов, предлагаемых для анализа на олимпиаде, кроме гистологических, иногда попадаются и стандартные эмбриологические, в том числе срез пупочного канатика, яичник с антральным фолликулом или препарат куриного эмбриона. В этой связи
автор рекомендует перед практическим туром просмотреть какой-либо
практикум по эмбриологии для студентов, где приведены, разъяснены
и подписаны фото и рисунки соответствующих препаратов. В данном
пособии мы сконцентрируемся на изучении строения тканей взрослых
организмов.
. Гистологическая техника
.. Типы гистологических препаратов
В гистологии и эмбриологии принято пользоваться постоянными
препаратами; временные препараты применяются только для прижизненного изучения некоторых тканей и структур: брыжеек, крови.
Различают несколько основных видов постоянных препаратов тканей
и органов:
а) срез,
б) тотальный препарат (в том числе плёнка),

Гистология
в) мазок,
г) отпечаток,
д) шлиф,
е) расщеплённый препарат.
Наиболее распространённым по сравнению с другими видами препаратов является тонкий (– мкм в зависимости от метода приготовления и задач исследования) срез ткани (рис.  A, Б, E–И цветной
вклейки). Через пластинку ткани указанной толщины достаточно легко проходит свет, кроме того, в срез репрезентативно попадают все
клеточные и внеклеточные элементы так же, как они взаимно располагались внутри образца in vivo. В этой связи срез — «альфа и омега»
гистологии, науки, наиболее любопытной в отношении именно взаимоположений и морфологических взаимоотношений клеток и межклеточного вещества. Для приготовления тонкого среза хорошего качества нужно, чтобы образец был достаточно твёрдым, нож — острым,
и совершенно необходим прибор, точно отмеряющий толщину среза
(микротом). Именно отсутствие микротома долгое время сдерживало
развитие гистологии. До его появления для изучения тканей использовали расщеплённые препараты, к примеру мышцы или нервы, расщеплённые иглами на тонкие пучки волокон.
Так как большинство тканей организма не обладает необходимой
для приготовления срезов твёрдостью, их приходится уплотнять. Обыкновенно это делается помещением ткани в пригодную для резки среду
(так называемая «заливка»), например парафин, целлоидин или синтетические смолы. При этом среда должна полностью пропитывать
ткань. Цитоплазма клеток, из которых состоят образцы тканей, — водная среда, а парафин гидрофобен (не растворяется в воде и не смешивается с ней). Поэтому приходится замещать воду внутри клеток
на жидкость, в которой растворяется парафин; это делается поэтапно
и медленно с использованием разнообразных органических растворителей (например, спиртов или ароматических соединений), процесс
называется гистологической проводкой.
Этот и другие этапы гистотехнической обработки вносят различные
возмущения в нормальное строение тканей, которые отражаются на
финальной картине, наблюдаемой под микроскопом. Такие возмущения, возникшие в результате обработки материала и отличающие его
морфологию от прижизненной, мы называем артефактами. К сожалению, их существует бесчисленное множество, но олимпиаднику достаточно знать ограниченное их количество. Так, во время процесса
проводки тканей спирты растворяют жир и необратимо удаляют его
из клеток. При этом те места, в которых раньше был жир, остаются
буквально пустыми. Знание этого артефакта помогает не растеряться,
если вам попалась для определения жировая ткань (рис.  Б цветной
. Гистологическая техника

вклейки). Среди других простых артефактов стоит упомянуть складки
препарата, а также трещины и другие пространства между клетками,
возникающие при приготовлении срезов.
В отдельных удачных случаях объект исследования изначально обладает свойством пропускать свет; при этом из него возможно, ничего
не разрушая и не срезая, приготовить тотальный препарат. В таком виде исследуют прозрачные ткани, органы и организмы, обладающие небольшой толщиной. Соответственно, ими могут быть сальник,
ворсинки хориона или ланцетник. Препараты такого типа по понятным причинам широко распространены в эмбриологии. В кабинете
гистологии тотальные препараты также нередки, чаще всего это плёнки. Под плёнкой понимают частный случай тотального препарата —
тонкие естественные слои тканей, толщина которых достаточно мала,
для того чтобы использовать для их изучения световую микроскопию.
Плёнки могут быть использованы для приготовления как постоянных,
так и временных (прижизненных) препаратов. В виде плёнок изучаются, например, хвост головастика (прижизненный препарат), брыжейка (рис.  В цветной вклейки), а также подкожная клетчатка мыши
(рис.  Д цветной вклейки).
Отпечаток представляет собой специфический тип препарата, для
получения которого интересующий орган, например печень, плотно
прижимают к предметному стеклу, затем ткань убирают, а оставшиеся
на стекле клетки (отпечаток) фиксируют, окрашивают и исследуют.
Приготовление отпечатка не требует проводки и заливки материала
в парафин; в то же время отпечаток практически не позволяет изучить
взаиморасположение клеток и межклеточного вещества, скорее с его
помощью можно быстро ответить на вопрос: «Клетки каких типов присутствуют в органе?» По описанным свойствам к отпечаткам близки
мазки: они быстро готовятся и дают информацию прежде всего о цитологическом составе ткани. Отличие мазка от отпечатка в том, что
мазок готовят из жидких тканей (крови, лимфы, ликвора), а также из
жидких патологических образований, например плеврального выпота.
Мазок крови человека или животного может быть предложен на олимпиаде для определения и описания различных клеток крови (рис.  Г
цветной вклейки).
В организме позвоночных животных существует группа разнородных тканей, объединяемых одним признаком — твёрдостью. В неё входят кости, зубы и роговые образования, например клювы птиц или
рога копытных. Сделать срез таких тканей либо удаётся после специальной обработки (декальцинации костей и зубов, то есть вымывания кальция), либо не удаётся совсем (в случае работы с роговым веществом). Для изучения подобных тканей изредка используют
методики шлифования с получением на выходе шлифа — гистологи-

Гистология
ческого препарата кости или зуба в виде тонкой полированной пластинки.
Подводя итоги описания типов препаратов, скажем, что с наибольшей вероятностью на олимпиаде могут встретиться срез, мазок или
плёнка.
.. Окрашивание гистологических препаратов
Приготовление большинства описанных в предыдущем пункте препаратов не ограничивается достижением достаточно тонкого слоя ткани. После того как мы получили тонкий срез или мазок, пропускающие свет, оказывается, что они всё ещё не подходят для изучения под
световым микроскопом, поскольку не окрашены. На неокрашенных
препаратах сложно различить клетки и ядра.
Организм животных кажется цветным, окрашенным на макроуровне, из-за того что он состоит из миллионов слабо окрашенных
клеток. При микроскопировании же приготовленных из тканей этого
организма срезов толщиной ≈ 4 мкм в большинстве случаев становится очевидно, что клетки в основном состоят из воды и их естественная
пигментация недостаточна для различения их границ и содержимого.
Цвет животным тканям в норме придают преимущественно две группы пигментов: ) меланины (цвет кожи, волос, перьев и радужки глаза)
(рис.  Д,  В цветной вклейки); ) производные гема, в том числе цитохромы (красно-коричневый цвет печени), гемоглобин (цвет крови)
и миоглобин (цвет мышц). Однако нативный (неокрашенный) мазок
даже такой яркой ткани, как кровь, выглядит слабо-жёлтым (рис.  И
цветной вклейки), не говоря уже о других, менее цветных тканях. Поэтому подавляющее большинство гистологических препаратов требует
этапа окрашивания.
Окрашивание гистологических препаратов позволяет выявить различные структуры и компоненты клеток и межклеточного вещества,
повысить их контрастность. Микроструктуры, отличающиеся по своим
физико-химическим свойствам, по-разному воспринимают красители,
среди которых принято различать осно́вные и кислые. Сразу оговоримся, что механизм взаимодействия многих красителей (например, гематоксилинов) с элементами клеток в реальности далёк от банального
кислотно-основного взаимодействия и нередко крайне сложен [], [].
Тем не менее, указанное подразделение красителей удобно и в первом
приближении неплохо описывает правила окрашивания тканей, а также хорошо запоминается, поэтому широко применимо среди гистологов.
Осно́вные (ядерные) красители (гематоксилин, кармин, галлоцианин, азуры и др.), связываясь с кислотными группами внутри клеток
и в межклеточном веществе, вызывают их окрашивание. Они прекрас-
. Гистологическая техника

но выделяют ядра клеток, взаимодействуя с содержащимися в них нуклеиновыми кислотами. Цитоплазма и другие белоксодержащие структуры окрашиваются по бо́льшей части кислыми (цитоплазматическими) красителями (эозин, эритрозин, пикриновая кислота, кислый
фуксин, светлый зелёный).
Все методы окрашивания гистологических препаратов подразделяются по количеству используемых красителей на моно- ( краситель),
ди- ( красителя) и трихромные ( красителя) способы. Существуют
подходы и с большим числом красок, вплоть до пентахромных, но для
приготовления учебных препаратов их не применяют.
Среди монохромных методов окраски важно отметить окрашивание тканей железным гематоксилином (рис.  Е цветной вклейки).
Гематоксилин — наиболее распространённый в гистологии краситель.
Само по себе это вещество не является пигментом, однако при смешивании его с другими веществами и окислении до гематеина оно начинает взаимодействовать со структурами клетки, давая окрашенный
продукт []. В зависимости от используемых реагентов он может иметь
разный цвет, например, сине-чёрный или чёрный в случае железного
гематоксилина (рис.  Е,  И цветной вклейки). Если же приготовить
красящую смесь с гематоксилином с использованием квасцов, то мы
получим сине-фиолетовые оттенки. Добавив к квасцовому гематоксилину (обычно этот вариант называют просто гематоксилином) второй краситель — эозин, мы получим самую распространённую, рутинную для гистологии дихромную пропись окрашивания — гематоксилин и эозин (ГЭ). Большинство предложенных на олимпиаде препаратов окрашены именно ею (рис.  А, Б,  А, Б, Г–З цветной вклейки,
 Б, В, Е, З,  А,  В–Д, Ж цветной вклейки). Упомянутые выше методы окрашивания (железный гематоксилин, ЖГ и гематоксилин-эозин,
ГЭ), а также монохромная окраска метиленовым синим (рис.  И цветной вклейки) служат обзорными и малоспецифическими: они позволяют исследовать большинство компонентов препарата, поскольку окрашивают так или иначе практически все структуры ткани.
Существуют и другие методы, позволяющие специфично выявлять
те или иные химические компоненты клеток и межклеточного вещества; по сути, это качественные цветные биохимические реакции,
проводимые не в пробирке, а на гистологическом срезе. Простейшая из них — окрашивание жиров в тканях суданом III, веществом
красно-оранжевого цвета, имеющим сродство к нейтральным жирам.
При помещении среза ткани, не подвергнутого обработке спиртом
(т. е. жиры внутри сохранены), в судан III, жиросодержащие структуры
приобретают красный цвет. Анализ результата очень прост: нет красного цвета — нет жира, а при наличии структур, окрашенных в красный цвет, жир есть. Липиды (жироподобные вещества), в том числе

Гистология
миелин нервной ткани, также нередко выявляют с помощью осмирования — обработки производными осмия (обычно OsO) с получением
оттенков серого, чёрного и коричневого цветов (рис.  Ж,  З,  А, И
цветной вклейки).
Существует огромное количество подобных гистохимических методов окраски для определения наличия тех или иных компонентов
клеток и межклеточного вещества. Перечислим для вас ещё несколько
наиболее распространённых и полезных:
— окрашивание соединительных тканей пикрофуксином по Ван Гизону для выявления коллагена (красный цвет на жёлтом фоне, рис.  Е
цветной вклейки);
— окрашивание эластических тканей орсеином (тёмно-вишнёвый,
почти чёрный цвет);
— окрашивание пиронином для выявления РНК (рис.  И цветной
вклейки);
— ШИК-реакция (она же PAS-реакция): метод с шифф-йодной кислотой, позволяющий выявить наличие в тканях гликопротеинов, полисахаридов, мукополисахаридов, в том числе гликогена и слизи, а также
исследовать базальные мембраны (рис.  А цветной вклейки);
— методы серебрения (импрегнация серебром): технически тонкие и сложные методы, которые используют при изучении плоских
эпителиев, лимфоидных органов, межклеточного вещества и в особенности нервной ткани (рис.  В, З цветной вклейки);
— метод Ниссля с толуидиновым синим для выявления органелл
нервных клеток (рис.  И цветной вклейки);
— окраска по Романовскому—Гимзе (азур+эозин+метиленовый синий) для изучения крови, кроветворных и лимфоидных тканей
(рис.  Г,  В,  Б, Д–Ж цветной вклейки).
Знания перечисленного спектра методов окрашивания вполне достаточно для занятий общей гистологией и определения препаратов на
олимпиаде.
. Анализ гистологических препаратов
В кабинете гистологии перед школьником стоят три основные задачи, каждая из которых оценивается отдельно: ) микроскопирование
препаратов, ) описание препаратов и ) определение типов тканей
препаратов. Описание препарата оценивается по балльной системе
столь же высоко, как и его определение (таблица .), а иногда даже
более высоко. Как показывает анализ ответов олимпиадников, именно
с формальным описанием характерных особенностей клеток и межклеточного вещества возникают наибольшие проблемы: ребятам не

. Анализ гистологических препаратов
хватает терминологии и способности структурировать ответ. Попробуем в данном пункте заполнить эти пробелы.
.. Микроскопирование гистологических препаратов
Несмотря на то что в кабинете гистологии на олимпиаде нет прямой оценки за микроскопирование (см. таблицу ), преподаватели всегда отмечают, насколько грамотно участники владеют этим методом.
Основные ошибки при микроскопировании обычно состоят в неправильной настройке света и некачественной фокусировке изображения,
а также в том, что участник не смог найти объект небольшого размера
на предметном стекле. Эти и другие грубые нарушения (например, попытка пользоваться иммерсионным объективом без масла или раздавливание покровного стекла из-за неправильного обращения с винтами
микроскопа) ведут к неизбежному снижению оценки за задание. Довольно часто случаются и более простительные оплошности: участник
может неправильно брать препарат и производить с ним манипуляции,
оставляя на нём отпечатки пальцев и сор, что может помешать рассмотрению препарата как данным участником, так и другими участниками, которым этот препарат достанется после него.
Т а б л и ц а . Пример формы для ответов на задания
кабинета гистологии Всероссийской олимпиады школьников
разных лет (– гг)
№
препарата
Ткань или стадия
эмбриогенеза
(максимум по  балла)
№
препарата
Ткань/орган
Особенности
строения
Функциональное
значение
№
препарата
Название ткани
Клетки,
входящие
в состав ткани
Характеристика
межклеточного
вещества
Характерные особенности
(максимум по  балла)
Чтобы избежать перечисленных ошибок, следует соблюдать несколько простых правил.
. Запомните, что предметное стекло берут двумя пальцами, строго
или за матовую часть (на которую обычно наносится название препарата), или за противоположные рёбра стекла. Никогда не стоит трогать
ту часть стекла, на которой находится исследуемый образец, иначе на
его поверхности останутся отпечатки пальцев.
. Прежде чем поместить предметное стекло на столик микроскопа, рассмотрите препарат невооружённым глазом! Этот нехитрый, но

Гистология
важный этап забывают многие школьники. Тем временем внешний
вид образца может дать вам подсказку: препараты многих органов
и тканей имеют характерные очертания (например, спинной мозг или
мазок крови). Кроме того, рассмотрение препарата до помещения его
под микроскоп даст вам представление о сложности поиска объекта
в зависимости от того, крупный ли он и ярко окрашенный или же
мелкий, тонкий и полупрозрачный. Наконец, вам станет понятно, как
ориентировать и какой стороной класть препарат на предметный столик.
. Стекло помещают под микроскоп исключительно препаратом
вверх! Фокусируясь на перевёрнутых объектом вниз препаратах, некоторые участники добиваются того, что стекло лопается, поскольку фокусное расстояние объективов большого увеличения (–x) не рассчитано на подобную фокусировку. После закрепления правильно ориентированного стекла на предметном столике начинают собственно
процесс микроскопирования: настройку света, поиск объекта, фокусировку на нём и его рассмотрение (порядок и основные правила микроскопирования подробно описаны в разделе «Микробиология» данного
пособия).
. Микроскопирование ВСЕГДА начинают с малых увеличений, даже если вы уверены, что нужно работать при более высоком.
Если препарат плохо виден без микроскопа, то часто возникает вопрос: «Как фокусироваться, если я не вижу препарат, и как увидеть
препарат, если он не в фокусе?» В таком случае рекомендуют фокусироваться по краю стекла (неважно, предметного или покровного).
Убедившись, что вы находитесь приблизительно в том же оптическом
срезе, что и препарат (сфокусировались на стекле), начинайте искать
элементы органов и тканей. Чтобы бессистемно и бесцельно не блуждать по стеклу, тратя время, воспользуйтесь общепринятой системой
поиска объекта по диагонали от левого верхнего угла стекла к правому
нижнему, передвигая стекло вправо-влево и вверх-вниз и постепенно сканируя взглядом всю площадь стекла. Если найденный препарат
окрашен слабо и вам плохо видно его компоненты, можно попробовать изменить положение конденсора, который способен перемещаться вверх и вниз.
С наибольшей вероятностью на олимпиаде вы столкнётесь со световыми микроскопами марок БИОЛАМ, МИКМЕД, Микромед, ЛОМО
различных моделей: общий принцип устройства всех этих микроскопов одинаков. Различаться могут следующие параметры: а) тип насадки с окулярами (монокулярная или бинокулярная); б) число объективов с разным увеличением; в) положение микровинтов (вместе
с макровинтами либо на основании (станине) микроскопа); г) способ
. Анализ гистологических препаратов

освещения препарата (чаще лампа, реже зеркало). Если модель микроскопа вам не знакома, рекомендуем в начале выполнения задания
потратить немного времени на его изучение: определите его основные
параметры, найдите и попробуйте микро- и макровинты. Специфика
работы с микроскопом зависит от типа насадки. Если у микроскопа
монокулярная насадка, тут особых советов нет, вы смотрите на объект
одним глазом, каким вам удобнее; если же бинокулярная, то наблюдать препарат нужно обязательно обоими глазами, разведя окуляры на
удобное расстояние и сформировав перед глазами стереоскопическую
картинку.
.. Описание препарата, гистологическая терминология
Основной задачей при описании особенностей гистологического
препарата является перечисление клеток, входящих в состав ткани,
описание их особенностей и видимых элементов, а также качественная
и количественная характеристика межклеточного вещества (пункт,
вызывающий у олимпиадников значительные затруднения). При описании гистологического препарата необходимо также указать его тип
(мазок, плёнка или срез) и постараться определить метод окраски.
... Особенности клеточных элементов. Среди особенностей
клеточных элементов можно выделить  разнородных пунктов. Далее
мы кратко разберём эти параметры клеток с указанием на конкретные
примеры.
. Тип и размер объектов. Подавляющее большинство объектов
в гистологических препаратах представляет собой отдельные, обособленные клеточные тела, имеющие одно, реже два или несколько ядер
(рис.  А–Д цветной вклейки). Однако иногда вы можете наблюдать
многоядерные крупные структуры, образованные слиянием большого
числа клеток, — так называемые симпласты. Это могут быть клетки
мышечных волокон поперечнополосатой мышечной ткани (миосимпласты, рис.  А цветной вклейки) или же гигантские клетки инородных тел. Здесь же стоит упомянуть синцитий (соклетие) — тип ткани
у животных с неполным разграничением клеток; обособленные участки цитоплазмы с ядрами связаны между собой протоплазматическими перемычками. Хорошим примером синцития служит зародышевая
ткань мезенхима (например, у куриного зародыша, рис.  Б цветной
вклейки). Наконец, в некоторых случаях можно наблюдать гигантские
(– мкм в диаметре) клетки, образовавшиеся не как результат слияния мелких одноядерных элементов, а в результате полиплоидии и эндомитоза, например мегакариоциты красного костного мозга (рис.  В
цветной вклейки). Они не являются синцитиями или симпластами,
но их огромный размер выделяет их среди других клеток, это нужно

Гистология
обязательно отметить в описании препарата. Большинство же клеток
в препаратах тканей млекопитающих имеют диаметр около – мкм.
Исключением служат: а) многие нейроны, тела которых достаточно
крупные, а учитывая аксоны, эти клетки также можно считать гигантскими (рис.  З,  И,  А цветной вклейки); б) гладкомышечные волокна, длина которых значительно превосходит ширину (рис.  Е цветной вклейки); в) клетки крови, обладающие сравнительно небольшими размерами (– мкм, рис.  Г,  Д–Ж цветной вклейки).
В качестве удобной «клеточной линейки» можно использовать эритроцит (рис.  А цветной вклейки), который вы найдёте в большинстве
препаратов тканей. Размер эритроцитов преимущественно одинаков
в тканях разных особей одного вида; например, у человека он составляет , мкм, примерно таков же диаметр эритроцитов мыши. Клетки низших позвоночных, такие как меланоциты амфибий, обладают
достаточно крупными размерами (рис.  Д,  Ж цветной вклейки —
основное фото).
. Тинкториальные свойства. Свойства клеток и межклеточного
вещества, характеризующие их способность вступать в реакцию с красителями и определённым образом окрашиваться, называются тинкториальными свойствами (от лат. tinctura, буквально «окрашивание»). Разное сродство компонентов цитоплазмы и ядер к гистологическим красителям объясняет итоговую цветовую схему препарата. Для
её описания вам понадобятся специальные термины.
Структуры, воспринимающие осно́вные красители (например, гематоксилин), называются базофильными. При этом следует выделять слабобазофильные (нежно-фиолетовая окраска гематоксилином)
и густобазофильные варианты (тёмная, иссиня-фиолетовая окраска).
Структуры, связывающиеся с кислыми красками, носят название оксифильных (ацидофильных) или, в частном случае красителя эозина,
эозинофильных. Здесь также возможен диапазон яркости окраски от
слабоэозинофильного (нежно-розовый цвет цитоплазмы, встречается
у многих клеток, рис.  Е цветной вклейки) до густоэозинофильного
(розово-красная цитоплазма эритроцитов, белоксодержащие гранулы
(рис.  Д, Е цветной вклейки, см. стрелки), и даже резко эозинофильного (роговой слой эпидермиса, рис.  Г цветной вклейки). Части
клеток, не воспринимающие или слабо воспринимающие красители
и остающиеся практически неокрашенными, называют хромофобными. Например, такова цитоплазма клеток островка Лангерганса поджелудочной железы (рис.  З цветной вклейки). При окраске по Романовскому—Гимзе выделяют азурофильные структуры, воспринимающие
краску азур в сочетании с эозином и приобретающие при этом красновато-фиолетовый цвет, например ядра клеток крови (рис.  Г цветной
. Анализ гистологических препаратов

вклейки,  Е, Ж цветной вклейки). Эозинофильные (эритроциты, гранулы эозинофильных гранулоцитов — рис.  Ж цветной вклейки) и базофильные (цитоплазма моноцитов и лимфоцитов (рис.  Д цветной
вклейки), гранулы базофилов) структуры при этой окраске выглядят
соответственно розовыми и голубыми (или синими). Наконец, существуют структуры, равно воспринимающие как кислые, так и осно́вные
красители (амфифильные, нейтрофильные), пример таких структур
можно найти среди клеток крови — это мелкие гранулы нейтрофилов.
Как правило, ядро базофильно, а цитоплазма клеток имеет те или
иные эозинофильные оттенки (рис.  Г цветной вклейки, клетки эпидермиса). Однако цитоплазма клеток, содержащих большое число рибосом (например, клетки производящих слизь муцинозных и синтезирующих белок серозных желёз, рис.  Д цветной вклейки, или плазмоциты, синтезирующие иммуноглобулины, рис.  Е цветной вклейки), за счёт сродства рибосомной РНК к осно́вным красителям, может
быть базофильной. Встречаются и случаи прокрашивания цитоплазмы
клеток в разные цвета из-за разного химического состава её частей
(рис.  Ж цветной вклейки).
Если препарат окрашен специальными гистохимическими методами (пиронином, суданом, ШИК-реакцией) и в нем выявляют воспринявшие специфический краситель структуры, то говорят о позитивной реакции на наличие вещества и употребляют термины «пиронинофильность» (рис.  И цветной вклейки), «позитивное окрашивание суданом», «ШИК-позитивный материал» или «ШИК-положительная
структура» (рис.  А цветной вклейки), базальная мембрана). Если же
структур не обнаруживают, то образцы называют пиронин- или ШИКнегативными. Такое различение похоже на грампозитивность и грамнегативность в микробиологии — не правда ли?
. Форма клеток. Клетка — трёхмерное тело, тогда как мы анализируем её на двумерном препарате — на срезе (при этом, например,
пласты эпителия мы видим субъективно «сбоку», рис.  А–В цветной
вклейки) или плёнке (здесь пласты эпителия мы наблюдаем субъективно «сверху», рис.  В,  В цветной вклейки). Об этом не стоит забывать при анализе формы клеток, представленных в препарате. Также нужно отметить изменение клеточной формы при приготовлении
мазка: округлые клетки типа лейкоцитов при этом обычно становятся
несколько более аморфными (рис.  Г,  Ж цветной вклейки).
Форма тел животных клеток из-за отсутствия жёсткой клеточной
оболочки зачастую не имеет чётких очертаний, поэтому её описание нередко содержит слово «неправильно»: неправильно-округлая
(рис.  Ж цветной вклейки), неправильно-кубическая. Наиболее ярко выраженную форму имеют клетки эпителиев за счёт их хорошо

Гистология
выраженного формообразующего цитоскелета. Эти клетки могут быть
плоскими, кубическими или цилиндрическими при взгляде на них
с позиции саггитального среза (рис.  А–В цветной вклейки). На плёнках (при взгляде «сверху») клетки эпителиев имеют гексагональную
либо неправильную форму (рис.  В,  В цветной вклейки). Элементы
некоторых железистых эпителиев и печени, а также бурого жира зачастую многоугольные, достаточно неправильной формы (и при этом не
имеют отростков, рис.  Ж, И,  Ж,  Г, И цветной вклейки).
Клетки наподобие фибробластов, входящие в состав различных волокнистых и скелетных соединительных тканей, сходны по внешнему
виду и обладают разнообразной формой в зависимости от своего функционального состояния (рис.  Г, Д,  Д цветной вклейки). В целом
эта форма может быть описана как достаточно неправильная и при
этом обычно вытянутая вдоль одной оси. Такая форма встречается
у фиброцитов, фибробластов, остеобластов и хондробластов — грамотно и кратко будет назвать её при описании фибробластоподобной.
У клеток, замурованных в толщу межклеточного вещества, таких как
хондроциты хряща, описать форму тела достаточно сложно; она во
многом повторяет форму овальных или округлых вмещающих клетки
лакун в указанном веществе (рис.  Ж цветной вклейки). Мышечные
клетки и волокна обладают более или менее вытянутой формой, от
веретеновидной у гладкомышечных клеток (рис.  Е цветной вклейки) до тубообразной у миосимпластов скелетной поперечнополосатой мышечной ткани (рис.  А цветной вклейки), промежуточным
вариантом служит цилиндрическая форма кардиомиоцитов (рис.  Е
цветной вклейки). В крови млекопитающих (за исключением верблюдов) можно отметить эритроциты в форме двояковогнутого диска
(рис.  Г,  А, Д, Ж цветной вклейки). В крови верблюдов, птиц и низших позвоночных эритроциты имеют овальную форму (рис.  Б цветной вклейки). Типичные лейкоциты имеют округлую или амёбоидную форму в зависимости от того, находятся ли они в кровотоке или
в тканях. Округлой или овальной формой обладают и многие макрофаги; однако многие их разновидности (например, клетки Купфера)
повторяют форму полости, в которой они находятся (рис.  И цветной
вклейки). Нервные клетки и глиоциты (клетки нейроглии) обладают
округлыми, овальными или сглаженно-треугольными телами (перикарионами), в целом же форма этих клеток отростчатая (рис.  З,  И,
 А цветной вклейки). Клетки белого жира и некоторые слизистые
клетки имеют перстневидную форму: ядро («камень в перстне») у них
оттеснено к периферии содержимым клетки, а цитоплазма образует
тонкий ободок (рис.  Б цветной вклейки). «Перстень» этот обладает
округлыми или неправильными очертания. Наконец, выделяют клетки
специфических форм, например жгутиковая (у сперматозоидов, бы-
. Анализ гистологических препаратов

вает с менее или более вытянутой головкой, рис.  Ж цветной вклейки) или бокаловидная (такие клетки входят в состав эпителиев слизистых оболочек, рис.  З цветной вклейки).
. Свойства отростков клеток. Отдельно стоит обратить внимание на клетки с отростками. Это клетки нервной ткани (нейроны и глия, рис.  З цветной вклейки), а также пигментные клетки
(рис.  Д цветной вклейки) и остеоциты костной ткани (рис.  З цветной вклейки). Отростки клеток различаются по количеству (одно-, двуили многоотросчатые), типу (аксоны и дендриты у нейронов, равнозначные отростки пигментных клеток) и разветвлённости. Особенно
хорошо отростки клеток видны на препаратах, окрашенных с помощью
серебрения (рис.  З цветной вклейки).
. Свойства ядер. Клеточные элементы могут иметь самое различное число ядер — от нуля до тысяч. Безъядерные клеточные тела
свойственны эритроцитам и кровяным пластинкам млекопитающих
(рис.  А цветной вклейки), а также чешуйкам рогового и блестящего
слоёв многослойного ороговевающего эпителия (рис.  Г,  Г цветной
вклейки). Подавляющее большинство клеток животных тканей обладает одним ядром; некоторые клетки имеют  ядра (например, отдельные гепатоциты млекопитающих, некоторые эпителии, рис.  В цветной вклейки). Остеокласты костной ткани или гигантские клетки инородных тел содержат множество (до ) ядер, а в миосимпластах (мышечных волокнах) поперечнополосатой мышечной ткани количество
ядер ещё больше (их число может достигать десятков тысяч!) (рис.  А
цветной вклейки).
Большинство клеток имеют округлые или овальные ядра, представленные одним несегментированным тельцем округлой или овальной
формы соответственно (рис.  А–В,  Г, Д, И цветной вклейки). Вытянутость овала ядра варьируется в зависимости от формы клетки. Так,
ядра цилиндрических клеток кишечного эпителия почти палочковидные, их длина значительно превышает ширину (рис.  Е,  В цветной
вклейки). В плоских эпителиях, таких как эндотелий сосудов или мезотелий брыжеек, напротив, длинник ядра вытянут вдоль перпендикулярной оси (рис.  А цветной вклейки). Проще говоря: форма ядра
повторяет очертания всей клетки. В кубических эпителиях наподобие нефротелия проксимальных канальцев почки ядра имеют идеально округлую форму (рис.  А,  Б цветной вклейки). Как мы видим,
в эпителиях форма ядра и форма клетки тесно связаны. То же можно
сказать о мышечных клетках — их ядра вытянуты вдоль оси мышечной
клетки или волокна (рис.  Е цветной вклейки). Ядра клеток фибробластической морфологии в основном овально-вытянутые (рис.  Г,
Д цветной вклейки), хондроциты и остеоциты имеют округлые ядра.

Гистология
Большинство нейронов обладают очень крупными, центрально расположенными круглыми ядрами (рис.  И,  А цветной вклейки). Ядра
макрофагов овальные или округлые, а у их предшественников, моноцитов крови, имеют более специфичную форму: они крупные бобовидные, с вдавлением с одной стороны (рис.  Ж цветной вклейки). У палочкоядерных гранулоцитов грызунов подобное вдавление
столь выражено, что ядра на поперечном срезе имеют форму «бублика»
(рис.  Е цветной вклейки). Палочкоядерные нейтрофилы человека,
кошки, собаки, как следует из названия, должны иметь форму палочки,
но палочка эта изогнута в виде буквы «С» (рис.  Г цветной вклейки).
Более зрелые гранулоциты крови называются сегментоядерными, поскольку их ядра при созревании претерпевают процесс сегментации —
разделения на несколько участков (сегментов). Сегментированные ядра могут иметь как близкую к правильной (например, ядра эозинофилов имеют вид очков с тонкой «дужкой»-перемычкой между двумя
«стёклами»-сегментами ядра, рис.  Ж цветной вклейки), так и разнообразно неправильную форму (рис.  Е цветной вклейки). Неправильную форму также имеют гигантские сегментированные полиплоидные
ядра мегакариоцитов (рис.  В цветной вклейки).
Помимо количества, размера и формы ядер крайне важно отметить
их структуру и функциональное состояние. Строение ядра нам позволяют изучать осно́вные (ядерные) красители наподобие гематоксилина. В ядре можно различить хроматин (присутствует всегда, это вещество хромосом, представляющее комплекс ДНК и белков) и ядрышки
(их может и не быть). Структура хроматина служит важнейшим маркером функциональной активности ядра и состояния всей клетки, по этому параметру можно отличать синтетически активные клетки от неактивных, живые от погибающих. Хроматин может находиться в двух
основных морфофункциональных состояниях — эухроматин (активный, слабо окрашивается) и гетерохроматин (неактивный, компактизованный, густо окрашивается гематоксилином). Синтетически активные ядра содержат много эухроматина, поэтому они достаточно
светлые. Часть хроматина ядра чаще всего компактизована, обычно
в виде пристеночных глыбок хроматина. В активных ядрах обыкновенно также отмечают одно или несколько ядрышек — крупных плотных структур, обычно расположенных в ядре центрально (рис.  Г
цветной вклейки). Примером активных ядер с большим количеством
эухроматина и отчётливо видимыми ядрышками служат ядра крупных
нейронов (рис.  И цветной вклейки).
Компактизация (переход в гетерохроматин) большей части видимого хроматина ядер приводит к визуальной картине тёмного (но не
бесструктурного) ядра без ядрышек. Такие ядра имеют место у бокаловидных клеток (рис.  В цветной вклейки) или у лимфоцитов, кле-
. Анализ гистологических препаратов

ток, находящихся в относительном покое (рис.  Д цветной вклейки).
Отметим, что при активации лимфоцитов их ядра становятся активными и, как следствие, изменяется структура хроматина, например,
появляются ядрышки. Очевидно, что структура клеточного хроматина
является достаточно лабильной, неодинаковой в разные периоды её
жизни. В некоторых условиях, например при терминальной дифференцировке или апоптотической гибели клетки, хроматин резко компактизуется, становится тёмным и бесструктурным. Такие ядра называют
пикнотическими, а сам процесс — пикнозом. Он происходит, например, в клетках сальной железы как компонент голокриновой секреции (рис.  З цветной вклейки). Наконец, хроматин ядер может находиться на том или ином этапе спирализации и формирования тел
хромосом. В некоторых клетках обновляющихся тканей (например,
эпителиев) на месте ядра можно заметить митотические фигуры —
хромосомы на той или иной стадии расхождения в митозе (рис.  И
цветной вклейки).
. Структура цитоплазмы может быть гомогенной (равномерно окрашенной, морфологически бесструктурной), вакуолизированной (с большим количеством вакуолей), пенистой (как будто состоящей из пены совсем мелких вакуолей и капелек, рис.  З цветной
вклейки), содержать капли жира (рис.  Ж цветной вклейки), глыбки гликогена, белковых веществ или пигмента (рис.  Д цветной
вклейки). Цитоплазма мышечных волокон может быть исчерченной за
счёт содержания в ней многочисленных упорядоченных миофибрилл
(рис.  Е,  А цветной вклейки), поэтому такие волокна называют исчерченными или поперечнополосатыми в противовес гладким мышечным волокнам с однородной цитоплазмой (рис.  Е цветной вклейки).
. Ядерно-цитоплазматическое соотношение (ЯЦО). Это соотношение объёмов (в случае среза — площадей) ядра и цитоплазмы
клетки, важная морфологическая характеристика, позволяющая оценить уровень метаболизма клетки и определить её тип. ЯЦО = Sя /Sц ,
где Sя — площадь ядра клетки; Sц — площадь цитоплазмы. Конечно,
ЯЦО определяют при описании препарата на олимпиаде не точно,
а «на глаз», описывая словами «большое, малое, бо́льшее, меньшее,
значительное». Нужно понимать, что в срез некоторых клеток ядра
могут не попасть или же попасть только частично. Это происходит изза того, что диаметр средней эукариотической клетки составляет около
– мкм, а толщина среза может быть, например,  мкм, и поэтому
наблюдаемая часть клетки может не содержать ядра и представлять не
всю клетку. Поэтому для оценки характеристик ядра, и в том числе
ЯЦО, нужно выбирать те клетки, где ядро срезано примерно посередине. ЯЦО имеет максимальное значение у лимфоцитов, у которых яд-

Гистология
ро занимает большую часть клетки; типичный лимфоцит выглядит как
ядро с тонким ободком цитоплазмы (рис.  Д цветной вклейки). Очень
малое ЯЦО наблюдается у клеток сальной железы на терминальных
стадиях дифференцировки, у этих гибнущих клеток ядро маленькое,
пикнотичное, а цитоплазма имеет значительные размеры за счёт накопленного секреторного материала (рис.  З цветной вклейки). У мышечных волокон-синцитиев объём отдельного ядра пренебрежимо мал
по сравнению с огромным объёмом цитоплазмы, при этом ядер у них
много (рис.  А цветной вклейки). При продвижении клетки от базального слоя многослойного эпителия к апикальному слущивающемуся
слою ЯЦО стремительно падает (рис.  Г,  Г цветной вклейки).
. Полярность клеток, расположение ядер и других объектов
внутри них. Большинство клеток (в отличие от штанов Пифагора)
не «во все стороны равны». Клетки эпителиев, нейроны, а также
фибробласты в плёночных препаратах зачастую демонстрируют морфофункциональную полярность, т. е. наличие двух разных по структуре полюсов клетки. Наиболее резко она заметна у эпителиальных
клеток и максимальной выраженности достигает в секреторных элементах железистых эпителиев. У них выделяют базальный (близкий
к основанию, к базальной мембране эпителия) и апикальный (близкий
к полости органа или железы, которые выстилает эпителий) полюсы.
Как правило, ближе к первому располагаются ядро и другие органеллы, а ко второму — гранулы, содержащие выделяемые эпителием вещества (секреторные гранулы). Благодаря этому базальные и апикальные
участки клеток белокпродуцирующих желёз (например, поджелудочной железы) по-разному окрашиваются: базальная часть базофильна
(так как содержит рибосомы), апикальная же часть эозинофильна (так
как содержит белковый секрет); это хорошо видно на рис.  Ж цветной
вклейки. Кроме того, только на апикальных полюсах эпителиальных
клеток заметны реснички или микроворсинки.
Примером полярной клетки служит бокаловидная клетка, обычный
элемент «клеточного населения» эпителиев, выстилающих слизистые
оболочки (рис.  З,  В цветной вклейки). Её небольшое тёмное ядро
сдвинуто к самому основанию клетки (к базальной мембране), а апикальную часть преимущественно занимает слизь. У фибробластов, когда они находятся в движении, выявляют тонкий «хвост» и широкий
«ведущий край» — это тоже проявление полярности клетки (рис.  Г, Д
цветной вклейки). Нейроны также полярны, поскольку у них на одном
полюсе клетки располагается аксональный холмик, от которого ведёт
начало единственный аксон (рис.  З,  И цветной вклейки). Сперматозоиды, очевидно полярны, — есть головка и хвост (рис.  Ж цветной вклейки). Однако далеко не все клетки морфологически полярны:
. Анализ гистологических препаратов

например, жировые клетки (адипоциты, рис.  Б цветной вклейки),
гепатоциты (клетки печени, рис.  Ж, И цветной вклейки), лимфоциты и другие лейкоциты (рис.  Г,  Д, Ж цветной вклейки) на уровне
светооптической микроскопии представляют собой неполярные, более
или менее шарообразные или неправильно-округлой формы, тельца.
При этом ядро может располагаться центрально (лимфоциты, гепатоциты) или может быть в разной степени эксцентрично, т. е. смещено
от центра клетки. Примером клеток с эксцентричным ядром служат
плазмоциты (рис.  И,  Е цветной вклейки), а также клетки белого
жира (рис.  В цветной вклейки).
. Свойства гранул, секрета и различимых органелл (за исключением ядра). В цитоплазме белых кровяных телец выявляют гранулы двух основных типов: неспецифические, которые встречаются во
всех лейкоцитах, и специфические, свойственные только гранулоцитам. Первые, так называемые азурофильные гранулы, представляют собой не что иное, как лизосомы. Специфические гранулы имеют разный
цвет и размеры, они дают названия подтипам гранулоцитов. У эозинофилов гранулы крупные эозинофильные (оксифильные, рис.  Ж
цветной вклейки), у базофилов крупные базофильные, а у нейтрофилов мелкие и окрашиваются как кислыми, так и осно́вными красителями.
В клетках железистых эпителиев, например в экзокринной части
поджелудочной железы (ПЖЖ), в виде округлых эозинофильных включений могут быть заметны так называемые зимогенные гранулы секрета (неактивные пищеварительные ферменты). Подобные по размеру и тинкториальным свойствам белковые гранулы можно увидеть
и в других эпителиоцитах, например в клетках Панета кишечника
(рис.  Е цветной вклейки). Существует ещё один специфический тип
гранул, характерный только для ороговевающих эпителиев, — чёрные
гранулы кератогиалина, давшие названия зернистому слою клеток,
в которых эти гранулы находятся (рис.  Г цветной вклейки, стрелки).
Не стоит путать эти включения с меланиновыми гранулами!
Несмотря на то что большинство органелл клетки визуализируются только методом электронной микроскопии, некоторые из них можно увидеть и под световым микроскопом. Так, в клетках серозных
желёз на больших увеличениях нередко заметна эндоплазматическая
сеть (ЭПР) как скопление слоистых структур, обычно ближе к базальной части клетки (рис.  Г цветной вклейки). В цитоплазме нейронов при окраске толуидиновым синим по Нисслю выявляются тельца
так называемого тигроида (субстанции Ниссля) — это тоже элементы ЭПР клетки (рис.  И цветной вклейки). На осмированных или
импрегнированных серебром препаратах тех же нейронов или эпи-

Гистология
телиальных клеток возле ядра заметны структуры комплекса Гольджи (рис.  А цветной вклейки). Этот же элемент вакуолярной системы клетки при разных методах окрашивания заметен в плазмоцитах
(«клетках-фабриках» антител) в виде так называемого «светлого дворика» — участка просветления цитоплазмы, расположенного недалеко
от ядра (рис.  И,  Е цветной вклейки).
. Свойства структур на поверхности клеток. В отличие от
клеток грибов, растений и бактерий, клетки позвоночных животных
не огорожены клеточной стенкой. Их клетки контактируют друг с другом и с межклеточным веществом непосредственно через поверхность
плазмалеммы (плазматической мембраны). Поэтому, в отличие от срезов растительных тканей, в тканях животных редко удаётся обнаружить чёткие границы между клетками. Исключение состввляют специально выделенные с помощью импрегнации серебром границы клеток
однослойных эпителиев (например, мезотелия) на плёнках (рис.  В
цветной вклейки). В иных случаях о границах клеток приходится только догадываться, например, мысленно размещая их на равном расстоянии между ядрами клеток почечных канальцев (рис.  А цветной
вклейки).
Границы цитоплазмы клеток лучше всего заметны в тех местах, где
они контактируют не с подобными им клетками, а с внешней средой
или с некоторыми элементами межклеточного вещества. В таких случаях на поверхности клеток можно наблюдать особые структуры, среди которых стоит отметить реснички и щёточную каёмку (микроворсинки). Реснички покрывают наружные поверхности ресничных и, как
правило, цилиндрических клеток многорядных эпителиев, локализующихся в воздухоносных путях (рис.  В цветной вклейки) и маточных трубах млекопитающих, а также в кишечнике водных организмовфильтраторов наподобие беззубки (рис.  Б цветной вклейки). Каждая ресничка образована тонким выростом цитоплазмы, покрытым
плазмалеммой и снабжённым цитоскелетом. Особенно хорошо мерцательные реснички заметны при окраске железным гематоксилином
(рис.  Б цветной вклейки). При желании можно увидеть отдельные
реснички, аккуратно вращая микровинт и опуская при необходимости
конденсор. Отдельные элементы щёточной каёмки увидеть обычно не
удаётся. Этим термином называют слой микроворсинок на свободной
поверхности кишечного эпителия и эпителия проксимальных канальцев почки млекопитающих (рис.  В и  А цветной вклейки соответственно). Этот слой увеличивает всасывающую поверхность клеток.
В отличие от ресничек, микроворсинки не способны к активному движению. Щёточная каёмка эозинофильна, богата мукополисахаридами
и поэтому ШИК-позитивна.
. Анализ гистологических препаратов

. Наличие специальных контактов между клетками. Большинство межклеточных контактов (десмосомы, фокальные, замыкающие контакты) неразличимы на светооптическом уровне в окрашенных гематоксилином и эозином препаратах. Тем не менее, есть
несколько случаев, когда в обычных ученических препаратах можно
заметить морфологические проявления взаимодействия клеток друг
с другом: ) вставочные диски в сердечной поперечнополосатой мышечной ткани; ) «шипики» клеток шиповатого слоя эпидермиса
(многослойного ороговевающего плоского эпителия) кожи; ) нейромышечные синапсы при специальных окрасках. Вставочные диски выглядят как поперечные (относительно мышечных клеток) линии-риски, словно нанесённые тушью или краской, и расположены
они в месте контакта двух «торцов» кардиомиоцитов (рис.  Е цветной вклейки). Поиск и рассмотрение этих структур требует определённого терпения и хороших навыков в микроскопировании (работа со светом, конденсором и микровинтом). «Шипики» шиповатого слоя образуются вследствие наличия большого количества особых
контактов между десмосомами и тонофиламентами клеток данного
типа (рис.  Г цветной вклейки), а вставочные диски — следствие
большого количества нексусов (щелевых контактов) между клетками
сердца.
. Особые свойства. В эту группу мы отнесём все свойства клеток, которые не укладываются полностью в рамки остальных групп.
В качестве примера можно привести наличие перехватов Ранвье на
нервных волокнах (рис.  И цветной вклейки, врезка) или морфологические проявления фагоцитоза — процесса, заключающегося в «поедании» макрофагами патогенов и инородных тел. Для демонстрации
фагоцитоза в тело живого животного инъецируют или вводят иным
образом тушь, которая затем путём фагоцитоза попадает внутрь макрофагов. После приготовления препаратов наблюдают в них клетки,
цитоплазма которых наполнена синими или чёрными частицами туши
(рис.  И цветной вклейки). Чёрные следы туши следует отличать от
меланина, здесь вам поможет как биологическая эрудиция, так и анализ общего вида препарата: включения меланина встречаются, как
правило, в отростчатых пигментных клетках (рис.  Д цветной вклейки), которые находятся в определённых тканях организма; макрофаги
же, фагоцитирующие тушь, как правило, имеют округлую или овальную форму и другую локализацию (см. учебники по гистологии). Также к специфическим свойствам можно отнести наличие в препаратах
миелина (рис.  И цветной вклейки) и рогового вещества (рис.  Г,
 Г цветной вклейки). Несмотря на то что формально эти вещества
находятся внутри границ клеток (нейролеммоцитов) или постклеточ-

Гистология
ных структур (роговых чешуек), морфологически они нередко напоминают межклеточное вещество и должны быть с ним дифференцированы.
... Межклеточное вещество и его свойства Клетки, свойства
которых вы теперь умеете описывать, окружены в тканях выделяемым
ими межклеточным веществом. На олимпиаде при анализе гистологических препаратов определяют: ) наличие межклеточного вещества,
) его количество, ) структуру и ) тинкториальные свойства.
+. Наличие и количество межклеточного вещества. Это вещество может составлять большую часть образца (например, в соединительных тканях — рис.  Г, Д,  Д–З цветной вклейки) или же быть
практически неразличимо (например, базальная пластинка в эпителиях, рис.  А–В, и межклеточное вещество в пучках гладкомышечных волокон — рис.  Е цветной вклейки). Оценка количества межклеточного вещества позволяет различать две главные группы тканей: ) эпителиальные: практически не содержат межклеточного вещества; ) ткани внутренней среды: включают значительное количество межклеточного вещества, которое зачастую выполняет большую
часть функций ткани. Межклеточное вещество, как правило, синтезируется погружёнными в него клетками; исключением служит плазма
крови, существенную часть компонентов которой производят клетки
печени и лимфоидных органов, а не крови. В образовании внеклеточного вещества эпителиев (базальной пластинки) принимают участие
как сами эпителиоциты, так и лежащая под эпителием соединительная
ткань.
. Структура. Межклеточное вещество бывает: а) бесструктурным (аморфным) и б) содержащим волокна разного типа и толщины.
Аморфное вещество крови (рис.  Г цветной вклейки) и лимфы
представляет собой жидкость с растворёнными в ней солями и белками, в том числе и гликопротеинами. Аморфное вещество (матрикс)
других тканей внутренней среды, в том числе мезенхимы (рис.  Б
цветной вклейки), рыхлой волокнистой ткани (рис.  Д цветной
вклейки) и хряща (рис.  Ж цветной вклейки), содержит большое количество специфических углеводных или белково-углеводных молекул
(гликопротеинов, мукополисахаридов и протеогликанов). Такое вещество может быть по консистенции от желеобразного до плотного, оно
выполняет трофическую и структурную функции ткани.
Волокна межклеточного вещества обеспечивают прочность и эластичность ткани. Они производятся в основном фибробластами и фиброцитами (или хондро- либо остеобластами и -цитами, в хряще и кости
соответственно). Выделяют три типа таких волокон. Коллагеновые волокна (рис.  Д, Е цветной вклейки) широкие, толстые, грубые, проч-
. Анализ гистологических препаратов

ные, неэластичные, не ветвятся, обеспечивают механическую прочность тканей, в которые входят, например дермы кожи, склеры глаза, капсул органов. Эластиновые волокна более тонкие, эластичные,
нередко ветвятся, они встречаются в тех тканях и органах, где важна
эластичность (растяжение ткани и её возвращение к обычному состоянию), например в коже, лёгких, в эластическом хряще ушных раковин. Третий, особый тип — тонкие ретикулярные (ретикулиновые)
волокна. Они формируют сеть, которая составляет основу для ряда органов, таких как печень, костный мозг, органы и ткани лимфатической
системы. Они, как и эластиновые волокна, зачастую плохо различимы
при обычной окраске препаратов.
Все перечисленные элементы межклеточного вещества могут комбинироваться в разных сочетаниях, создавая микроокружение для тех
или иных клеток, а также необходимый запас прочности и эластичности ткани в целом. Кроме того, волокна и аморфное вещество могут
быть видоизменены, например инкрустированы солями кальция с формированием костных пластинок в костной ткани (рис.  З цветной
вклейки).
. Тинкториальные свойства межклеточного вещества описываются в терминах сходных с теми, что используются для описания
аналогичных свойств клеток. Коллаген оксифилен, поэтому он приобретает розовый цвет (рис.  Д цветной вклейки) при окрашивании
смесью квасцового гематоксилина и эозина (из этой красящей смеси
он воспринимает эозин). При специальной гистохимической окраске
пикрофуксином (по Ван Гизону) коллаген выявляется в виде окрашенных фуксином в красно-розовый цвет волокон на жёлтом или жёлтокоричневом фоне (рис.  Е цветной вклейки).
Для выявления эластина используют специальную окраску орсеином, после которой эластические волокна приобретают тёмно-красный, вишнёвый или тёмно-пурпурный цвет.
Аморфное вещество хряща и слизистой ткани пупочного канатика
содержит большое количество мукополисахаридов, выявляемых ШИКреакцией. На обычных препаратах такое вещество в мезенхиме, слизистой и рыхлой волокнистой тканях хромофобно (рис.  Д цветной
вклейки). Хондроциты хряща выделяют в большом количестве гликозаминогликаны, дающие кислую реакцию, поэтому матрикс вокруг них
базофилен, тогда как надхрящница в основном состоит из коллагена
и поэтому оксифильна (рис.  Ж цветной вклейки).
Недекальцинированная кость резко базофильна (так как содержит фосфоапатит кальция), а декальцинированная эозинофильна (за
счёт большого количества коллагена). Поэтому декальцинированная
кость при окраске гематоксилином и эозином приобретает розовый

Гистология
цвет. Однако чаще всего для учебных препаратов декальцинированную
костную ткань окрашивают по Шморлю, при этом её межклеточное
вещество становится жёлтым, зелёным или зеленовато-коричневым
(рис.  З цветной вклейки).
. Определение типа ткани и заполнение бланка
ответов
После перечисления и описания всех клеточных и межклеточных
структур ткани нужно взглянуть на неё как на единое целое, проанализировать соотношение элементов, выявить паттерны (повторяющиеся шаблоны) и надклеточные структуры. Среди особенностей
строения тканей могут быть выявлены:
— пласты, образуемые клетками эпителиев;
— ориентированно расположенные фиброциты в сухожилии;
— рыхлое расположение клеток в волокнистых соединительных
тканях;
— остеоны (концентрические структуры), образованные клетками
и межклеточным веществом костной ткани;
— ацинусы (концевые отделы), сформированные клетками железистых эпителиев (они имеют структуру в виде розеток);
— нервные волокна, окружённые глиальными клетками.
Выявление таких структур — это и есть суть гистологии, и в этом
заключается её отличие от цитологии. Именно такой анализ, наряду
с определением специфических клеток и элементов межклеточного вещества, позволяет установить тип ткани.
Существуют два основных подхода к определению типа ткани в препарате — иконографический и логический, и наилучшим решением
является их комбинирование. Рассматривая ткань, вы проводите беглый анализ её морфологии, сравнивая с хранящимися в зрительной памяти образами (т. е. определяете её иконографически). Так вы узнаёте
элементы ткани или даже можете установить её тип, если ранее встречались с подобными препаратами или изображениями. К примеру, типичное строение гиалинового хряща (выглядят как клетки, замурованные группами в стекловидном матриксе), изученное на микрофотографиях и под микроскопом, поможет вам в будущем узнавать не только
другие препараты гиалинового хряща, но и похожий на него эластический хрящ, а также ростковую зону кости, имеющую аналогичное
строение. Очевидный минус иконографического метода состоит в том,
что вы можете идентифицировать только те ткани, которые вам уже
визуально знакомы. Этого минуса лишён логический метод, где вы
анализируете свойства клеток по приведённой в предыдущем разделе
схеме и делаете из них выводы. Далее, зная морфофункциональные
. Определение типа ткани и заполнение бланка ответов

свойства основных животных тканей, вы строите логические схемы
с бифуркациями (т. е. с двумя вариантами ответов «Да» или «Нет») и,
переходя от одной логической ступеньки к другой, решаете, какой тип
ткани, скорее всего, представлен на препарате. Это немного напоминает работу с тезами и антитезами в биологических определителях.
Например,
) в ткани много межклеточного вещества? — «нет» →
) клетки ориентированы в виде пласта, расположенного на базальной мембране? — скорее «да» →
) в пласте один или много слоёв клеток?» — «да» →
) апикальные слои клеток похожи на чешуйки, они плоские? —
«да» →
) в этих чешуйках есть ядра — «нет».
Вывод: определяемая ткань — многослойный плоский ороговевающий эпителий, например эпидермис кожи или эпителий глотки (либо
пищевода) мыши. Если позволяет время, на свободном месте листка
с ответами стоит написать не только результаты, но и ход логических
рассуждений.
В целом рекомендуем следовать такому общему правилу: даже если вы не уверены в своих рассуждениях и выводах, лучше написать
в графы формы ответов (таблица .) хоть что-то (например, вашу
логическую схему анализа и варианты ответов к ней), чем оставить
пустые графы. Помните, что преподавателям для оценки важно видеть
вашу работу, а не пустые листы! Не лишним также будет напомнить
о временных ограничениях: в зависимости от количества препаратов,
на выполнение задания в кабинете гистологии отводится от  минут
до  часа.
Пример описания препарата эпителия проксимальных канальцев почки (рис.  А цветной вклейки). Тип препарата срез, окрашивание гематоксилином и эозином. Клетки одноядерные, кубические,
среднего размера, цитоплазма эозинофильная, не содержит включений, гомогенна. Границы соседних клеток плохо различимы. Ядра
округлые, располагаются в клетках центрально, содержат ядрышки
и глыбки гетерохроматина, основная часть хроматина представлена
эухроматином (ядра синтетически активные). Митотические картины
не обнаружены. На апикальной поверхности клеток располагается резко эозинофильная щёточная каёмка (клетки полярны). Межклеточное
вещество выражено слабо и представлено базальной мембраной, о наличии которой позволяет судить чёткая ровная граница между пластом
клеток и подлежащей тканью. Клетки располагаются на базальной
мембране в один слой, выстилая канальцы или трубки.

Гистология
. Самостоятельная подготовка к решению
гистологических задач
Несмотря на то что автор, безусловно, надеется на полезность данного текста для подготовки к олимпиаде, тем не менее его явно недостаточно для того, чтобы быть во всеоружии перед кабинетом гистологии. Гистология — дисциплина морфологическая, зрительная, визуальная, и крайне важным в ней является количество просмотренных
препаратов, хотя бы в виде микрофотографий. Как уже говорилось,
препараты одной и той же ткани в зависимости от гистотехнической
обработки и конкретных объектов, от которых они взяты, могут быть
несколько различны. Чтобы вычленить общий паттерн (шаблон) строения, свойственный, например, цилиндрическому эпителию ворсинки кишечника, лучше просмотреть множество вариантов препаратов
кишечной ткани, чем многократно и кропотливо просматривать один
препарат. В этой связи для подготовки к олимпиаде однозначно необходимо использовать атласы гистологических фотографий. Наша наука
является приятным исключением — в ней обязательно читать книжки
с картинками! В представленном ниже списке рекомендованной литературы вы найдёте ряд атласов гистологических препаратов. С другой
стороны, многие научные центры мира размещают коллекции микрофотографий гистологических препаратов в сети Интернет, поэтому
крайне полезно заниматься веб-сёрфингом, в том числе и по англоязычным ресурсам.
Кроме просмотра и запоминания микрофотографий следует тренировать навыки микроскопирования, это полезно для выполнения задания не только в кабинете гистологии, но и в других кабинетах, где
встречается работа с микроскопом (например, в кабинете микробиологии). В процессе подготовки также стоит основательно потренироваться в описании тканей. Для этого следует самостоятельно описывать микрофотографии из атласов, подобно тому как это сделано в примере, приведённом в конце п. . Можно распечатать форму, данную
в таблице ., и заполнять её для выбранных вами микрофотографий,
постепенно сокращая время заполнения для одного препарата вплоть
до  минут.
Общая гистология строго и требовательно преподаётся в медицинских вузах, в связи с чем имеется большое количество вузовских материалов по теме, как в виде книг (учебники, методические пособия
и атласы), так и в виде сетевых публикаций, большинство из которых находится в свободном доступе. В этих материалах содержится
информация касательно основных животных тканей (в том числе их
классификации), краткого описания структур и функций, данных по
гистогенезу (развитию и происхождению) — все эти сведения будут
. Самостоятельная подготовка к решению гистологических задач

вам полезны для подготовки к олимпиаде. Для удобства основные пособия и интернет-ресурсы приводятся в списке литературы настоящего
издания.
Список литературы
Литература, на которую автор ссылается в тексте главы
. Пешков М. А. Бактериальная колония как гистологический объект
// Журн. Микробиол. . Т. . № . С. –.
. Войно-Ясенецкий М. В., Жаботинский Ю. М. Источники ошибок при
морфологических исследованиях. Ленинград: Медицина, .
. Заварзин А. А. Сравнительная гистология (учебник). СПб.: изд-во
СПбГУ, .
. Луппа Х. Основы гистохимии. Пер. с нем. М.: Мир, .
. Горбунова Т. К. Применение гематоксилина в микроскопической
технике // Электронный математический и медико-биологический
журнал. . Т. . Вып. .
Практикумы и пособия для лабораторных занятий
. Андрес А. Г. Пособие для практических занятий по гистологии и общей эмбриологии: учебное пособие для студентов педагогических
институтов. М.: Просвещение, .
. Афанасьев Ю. И., Яцковский А. Н. (ред.). Лабораторные занятия по
курсу гистологии, цитологии и эмбриологии. М: Медицина, .
. Вракин В. Ф., Сидорова М. В., Панов В. П., Иванова Л. Я. Практикум
по анатомии с основами гистологии и эмбриологии сельскохозяйственных животных. М.: Лань, .
. Голиченков В. А., Семёнова М. Л. (ред.). Практикум по эмбриологии.
М.: Академия, .
. Кирпичникова Е. С., Левинсон Л. Б. Практикум по общей гистологии.
М.: Высшая школа, .
Учебники, учебные пособия и руководства
. Акмаев И. Г., Афанасьев Ю. И. и др. Руководство по гистологии: учебное пособие для студентов медицинских вузов и факультетов: в двух
томах. Т. . Общая гистология (учение о тканях). Под ред. Р. К. Данилова, В. Л. Быкова. СПб.: СпецЛит, .
. Афанасьев Ю. И., Юрина Н. А., Котовский Е. Ф. и др. Гистология,
эмбриология, цитология: учебник. -е изд., перераб. и доп. М.:
ГЭОТАР-Медиа, .
. Быков В. Л. Цитология и общая гистология. СПб.: СОТИС, .

Гистология
. Валькович Э. И. Общая и медицинская эмбриология: учеб. пособие.
СПб.: Фолиант, .
. Вельш. У., Шторх В. Введение в цитологию и гистологию животных.
М. : Мир, .
. Гарстукова Л. Г., Кузнецов С. Л., Деревянко В. Г. Наглядная гистология (общая и частная): учебное пособие для студентов медицинских вузов. М.: Медицинское информационное агентство, .
. Кузнецов С. Л., Мушкамбаров Н. Н. Гистология, цитология и эмбриология. М.: МИА, .
. Улумбеков Э. Г., Челышев Ю. А. (ред). Гистология: учебник для медицинских вузов. -е изд. М.: ГЭОТАР-медиа, .
. Хэм А., Кормак Д. Гистология. Т. –. М.: Мир, –.
Атласы
. Быков В. Л., Юшканцева С. Ю. Гистология, цитология и эмбриология. Атлас. М.: ГЭОТАР–медиа, .
. Волкова О. В., Елецкий Ю. К., Дубовая Т. К. и др. Гистология, цитология эмбриология: Атлас. М.: Медицина, .
. Гартнер Л. П., Хайатт Дж. Л. Цветной атлас гистологии. Пер. с англ. под ред. В. П. Сапрыкина. М.: Логосфера, .
. Елисеев В. Г., Афанасьев Ю. И., Котовский Е. Ф. Атлас микроскопического строения тканей и органов (к практ. занятию студ. по гистологии): учебное пособие для студентов медицинских институтов.
М.: Медгиз, .
. Елисеев В. Г., Афанасьев Ю. И., Котовский Е. Ф., Яцковский А. Н. Атлас микроскопического и ультрамикроскопического строения клеток, тканей, органов. -е изд. М.: Медицина, .
. Жункейра Л. К., Карнейро Ж. Гистология: Атлас, учебное пособие.
Пер. с англ. М.: ГЭОТАР-Медиа, .
. Кузнецов С. Л., Мушкамбаров Н. Н., Горячкина В. Л. Атлас по гистологии, цитологии и эмбриологии. М.: МИА, .
. Самусев Р. П., Пупышева Г. И., Смирнов А. В. Атлас по цитологии,
гистологии и эмбриологии. М.: Оникс  век: «Мир и образование»,
.
Сетевые электронные ресурсы
. http://www.histol.ru/.
. http://nsau.edu.ru.
. http://vmede.org.
. Самостоятельная подготовка к решению гистологических задач

. Мотин Ю. Г. Электронный атлас микрофотографий гистологических препаратов. Практическое пособие. Барнаул: Алт. гос. мед.
ун-т, .
. http://www.lab.anhb.uwa.edu.au/mb140/ (англоязычный ресурс).
. http://www.histology.narod.ru/data/actual/t_005.htm.
БОТАНИКА ВЫСШИХ РАСТЕНИЙ
Автор: Н. А. Вислобоков
. Морфология высших растений
Задания по морфологии растений обычно даются на практическом туре олимпиады – классам. Формулировка и смысл таких заданий из года в год достаточно однотипны. Участнику требуется рассмотреть предложенное растение, описать его морфологические признаки и определить систематическое положение с помощью книгиопределителя.
.. Общие сведения
Жизненные формы
Существуют две наиболее популярные классификации жизненных
форм высших растений: классификация И. Г. Серебрякова и классификация К. Раункиера.
И. Г. Серебряков взял за основу такой признак, как продолжительность жизни растения и его отдельных скелетных осей. Так, растения
можно разделить на следующие жизненные формы:
• древесные (деревья, кустарники, кустарнички);
• полудревесные (полукустарники и полукустарнички) — у них,
в отличие от древесных, верхняя часть побега не одревесневает и ежегодно отмирает;
• наземные травы (поликарпические, цветущие много раз, и монокарпические, отмирающие после цветения);
• водные травы (земноводные, плавающие и подводные).
К. Раункиер построил классификацию жизненных форм по положению в пространстве почек возобновления, за счёт которых растение
продолжает рост после неблагоприятного сезона (рис. ). Раункиер
выделял следующие жизненные формы:
• фанерофиты — почки расположены высоко над землёй (дуб, берёза);
• хамефиты — почки расположены у поверхности земли, так что
в неблагоприятный сезон они укрыты снегом или опадом (брусника,
черника).
• гемикриптофиты — ежегодно отмирают до уровня поверхности
почвы, где и расположены почки возобновления (одуванчик, земляника);
• криптофиты — почки возобновления расположены под поверхностью почвы или на дне водоёма (тюльпан, кувшинка).
. Морфология высших растений

Рис. . Жизненные формы растений по К. Раункиеру. Обозначения:  — фанерофиты, – — хамефиты,  — гемикриптофиты, – — криптофиты (– — геофиты,  — гелофиты, – — гидрофиты),  — терофиты
• терофиты — однолетние растения без почек возобновления, переживают неблагоприятный сезон в виде семян (мак, череда).
Корневая система
Корень — осевой, обычно подземный орган высших растений. Первый корень возникает в процессе развития растения из зародышевого
корешка. Этот корень называется главным. При дальнейшем развитии
в зоне проведения корня (см. рис.  в пункте «Анатомия корня») образуются боковые корни, отходящие от главного. Корни, которые образуются на других органах растения (в том числе корни, отходящие прямо
от стебля, но не являющиеся главными), называют придаточными.
В результате развития мощного главного корня формируется стержневая (или аллоризная) корневая система. Обычно такая корневая система встречается у двудольных покрытосеменных. Если главный корень не выражен и при этом развивается множество придаточных корней, то формируется мочковатая (или гоморизная) корневая система,
обычно встречающаяся у однодольных.
Среди метаморфозов корней чаще всего встречается структура под
названием корнеплод, которую вы можете наблюдать у таких растений,
как морковь, редис и свёкла. Корнеплод образован одновременно корнем и стеблем, вторично утолщён и служит для запасания питательных
веществ. Запасание в корнях может происходить также путём образования корневых шишек, как у хлорофитума. Корневые шишки образуются в результате разрастания тканей первичной коры корня. У эпифитных орхидей есть воздушные корни, они покрыты веламеном — тканью, способной впитывать влагу из воздуха. В то же время они являются ассимилирующими корнями, так как паренхима их первичной
коры имеет зелёный цвет (клетки содержат хлоропласты), вследствие

Ботаника высших растений
чего в них происходит фотосинтез. Также у высших растений встречаются корни-присоски, контрактильные, досковидные и дыхательные
корни.
Морфология побега
Побег состоит из стебля с расположенными на нём листьями и почками (рис. ). Каждый побег заканчивается верхушечной почкой.
Рис. . Строение побега. Обозначения:  — стебель,  — лист,  — узел,
 — междоузлие,  — пазуха листа,  — пазушная почка,  — верхушечная почка
Почки бывают закрытые (с почечными чешуями) или открытые (без
чешуй). Большинство высших растений геммаксилярные, т. е. в пазухах
их листьев находятся боковые (или пазушные) почки. Боковые почки
могут быть одиночными или образовывать группы. Во втором случае
выделают два вида относительного расположения почек: сериальные
почки располагаются одна над другой, а коллатеральные — бок о бок,
на одном уровне. Придаточные почки образуются вне пазух листьев
. Морфология высших растений

(на стволе, корнях и даже на листьях). У растений средней полосы
в конце вегетационного сезона образуются зимующие почки возобновления. Следы от опавших почечных чешуй у таких почек называются
почечными кольцами, и по их числу на отдельном побеге (обычно древесном) можно определить его возраст.
В стебле различают узлы и междоузлия (рис. ). Узел — это место отхождения листа, а междоузлие — участок стебля между соседними узлами. Побеги с хорошо выраженными междоузлиями называют
удлинёнными (или ауксибластами); узлы укороченных побегов (брахибластов) располагаются очень близко друг к другу (например, розеточный побег, луковица или плодушки яблони). По функциям побеги бывают вегетативные (ассимиляционные) и репродуктивные (они
же генеративные — несущие цветки или соцветия). По расположению
в пространстве различают следующие типы побегов (рис. ):
Рис. . Типы побегов. Обозначения:  — прямостоячий,  — восходящий,
 — ползучий,  — ползучий,  — вьющийся,  — лазающий
• прямостоячие — побеги с вертикальным стеблем (тополь, подсолнечник);
• поникающие — верхняя часть стебля изгибается вниз (перловник);
• восходящие — часть побега располагается горизонтально, верхняя часть побега растёт практически вертикально (сабельник);
• лежачие — побеги растут горизонтально, вдоль поверхности земли (клюква);
• ползучие — побеги растут горизонтально и укореняются с помощью придаточных корней (живучка, усы земляники);
• вьющиеся — тонкие побеги, способные обвиваться вокруг опоры
(хмель, вьюнок);
• лазающие — побеги растут по опоре, удерживаясь за неё специальными приспособлениями: усиками, присосками и т. д. (виноград,
горох).
Форма поперечного сечения стебля бывает очень разной. Это один
из диагностических признаков, на который стоит обратить внимание
при определении растения. Стебель может быть в сечении округлым,

Ботаника высших растений
трёхгранным, ребристым и т. д. (рис. ). Если вдоль стебля имеются
две (или более) тонкие зелёные каймы, то стебель называется крылатым.
Рис. . Типы стеблей по форме поперечного сечения: Обозначения:  — округлый;  — сплюснутый;  — трехгранный;  — четырехгранный;  — многогранный;  — ребристый;  — бороздчатый; – — крылатые
Побеги, как их стебли, так и листья, могут быть опушёнными, то
есть покрытыми волосками (трихомами), или голыми, то есть без волосков на поверхности.
Опушение бывает двух типов:
• кроющее (для защиты от внешних условий);
• железистое (для выделения веществ).
Волоски могут быть:
• одноклеточными или многоклеточными;
• простыми (однорядная многоклеточная нить) или ветвистыми
(двураздельными, перистыми, звезчатыми и т. д.).
Чтобы визуально определить тип опушения и форму волосков, лучше
воспользоваться лупой или бинокуляром.
Побег как единая структура может преобразовываться для специализации к выполнению определённых функций. Рассмотрим основные
метаморфозы побега.
Корневище представляет собой многолетний подземный побег с чешуевидными листьями и придаточными корнями. На корневище образуются почки, из которых ежегодно вырастают прямостоячие надземные побеги (характерно для криптофитов).
Клубень — это сильно укороченный и утолщённый побег, специализированный для хранения запасных веществ. На клубне можно найти
. Морфология высших растений

листовые рубцы («бровки») и пазушные почки («глазки»). Клубни могут быть как подземными (картофель), так и надземными.
Луковица, как и клубень, является укороченным побегом, но служит
не только для запасания, но также для возобновления и вегетативного
размножения. На укороченном стебле (донце) располагаются мясистые
листья, в которых и происходит запасание питательных веществ.
Метаморфозы свойственны и надземным частям побегов. Так, у некоторых растений побеги теряют листья, а стебли уплощаются, принимая на себя функцию ассимиляции. Такой побег называется кладодием. Кладодии, по внешнему виду напоминающие листья, называют
филлокладиями (например, у иглицы). У основания филлокладия можно разглядеть мелкий чешуевидный лист, из пазухи которого отходит
филлокладий (пазушный побег).
Распространённый тип видоизменения побега, связанный с защитой растения, — это колючка. Колючки стеблёвого происхождения являются сильно одревесневшими безлистными укороченными побегами с острой верхушкой (например, у боярышника, рис. ).
Рис. . Колючки. А — колючка листового происхождения (барбарис); Б — колючка побегового происхождения (боярышник). Обозначения:  — пазушная
почка,  — колючка,  — почки на колючке,  — листовой рубец
Морфология листа
Лист — боковой орган растения с ограниченным верхушечным ростом, выполняющий три основные функции: ассимиляция, транспирация и дыхание. Лист состоит из листовой пластинки, черешка и ос-

Ботаника высших растений
нования листа (рис. ). Листья с выраженным черешком называют
черешковыми. Если черешок практически отсутствует, такой лист называют сидячим. Основание листа может нести выросты, которые называются прилистниками. Разросшееся основание листа, огибающее
стебель, называют влагалищем листа. Влагалищные листья характерны, например, для злаков. На месте перехода листовой пластинки во
влагалище у злаков могут формироваться ушки и язычок.
Рис. . Типы листьев. А — черешковый; Б — сидячий; В — влагалищный.
Обозначения:  — листовая пластинка,  — черешок,  — основание листа,
 — прилистники,  — листовое влагалище
Простой лист несёт одну листовую пластинку, сложный лист состоит из общего черешка (рахиса), на котором сидят отдельные листочки.
Листочек — это отдельная листовая пластинка в сложном листе, а не
просто маленький лист.
Листовые пластинки высших растений очень разнообразны (рис. ).
Форму листовой пластинки определяют по разным критериям:
• по соотношению длины и ширины (округлый, овальный, продолговатый);
• по форме основания листовой пластинки (клиновидный, копьевидный, сердцевидный);
• по форме верхушки листовой пластинки (заострённый, притуплённый, двулопастный);
• по форме края листовой пластинки (цельный, зубчатый, пильчатый);
• по степени расчленённости (лопастный, раздельный, рассечённый).
В толще листовой пластинки проходят проводящие пучки (см. раздел «Анатомия листа»), формируя узор, называемый жилкованием листа (рис. ). Жилкование бывает открытое и закрытое. При открытом жилковании проводящие пучки не связаны между собой и слепо
заканчиваются у края листа (гинкго, папоротники). Для закрытого
. Морфология высших растений

Рис. . Форма листовой пластинки. А — верхушка:  — острая,  — оттянутая,
 — туповатая,  — округлая,  — выемчатая,  — с остроконечием; Б — основание:  — узкоклиновидное,  — клиновидное,  — ширококлиновидное,
 — нисбегающее,  — усеченное,  — округлое,  — выемчатое,  — сердцевидное; В — край:  — пильчатый,  — зубчатый,  — выемчатый,  — двоякопильчатый,  — городчатый,  — цельный
Рис. . Жилкование листа. А — параллельное; Б — дуговидное; В — пальчатое;
Г — перистое
жилкования характерно наличие анастомозов между проводящими
пучками. Различают следующие типы закрытого жилкования:
• параллельное — характерно для линейных листьев, например,
у злаков;

Ботаника высших растений
• дуговидное — отличается от параллельного изгибом жилок;
• перистое — с хорошо выраженной средней жилкой, от которой
отходят боковые;
• пальчатое — отличается от перистого наличием нескольких крупных боковых жилок, отходящих у основания пластинки;
• сетчатое — формируется при многократном ветвлении боковых
жилок.
На побеге листья крепятся к стеблю в определённом порядке, который называется филлотаксисом или листорасположением.
Листорасположение бывает:
• очередное — листья располагаются по одному в узле, может быть
спиральным, двурядным и т. д.;
• супротивное — в каждом узле расположено по два листа, выделяют двурядно- и накрест-супротивное листорасположение;
• мутовчатое — в каждом узле по три и более листьев.
В пределах одного побега листья имеют неодинаковое строение. Выделяют три ярусные формации:
• листья низовой формации, находящиеся у основания побега,
плёнчатые или чешуйчатые (например, почечные чешуи);
• листья срединной формации как правило зелёные, с выраженной
листовой пластинкой;
• верховые листья — кроющие листья цветков и соцветий, они
обычно мелкие и плёнчатые.
Как и в случае побегов, один из часто встречающихся метаморфозов листьев — это колючки, одревесневшие заострённые структуры,
представляющие из себя по существу жилки листа (рис. ). У многих
видов семейства бобовых есть усики — видоизменённые части сложных листьев, служащие для закрепления растения на опоре. У некоторых акаций листовые пластинки недоразвитые, а функцию фотосинтеза на себя берёт крупный уплощённый зелёный черешок — филлодий.
Также в качестве метаморфозов листьев можно рассматривать разнообразные ловчие приспособления хищных растений.
Морфология цветка
Цветок — это укороченный побег, обладающий ограниченным ростом. Все элементы цветка, следовательно, являются органами листовой природы. Цветок является репродуктивным органом покрытосеменных растений. Строение цветка может сильно отличаться у разных
растений. Поскольку невозможно охватить всё их разнообразие в рамках данной главы, рассмотрим общий план строения цветка (рис. ).
На побеге цветок может располагаться на конце главной оси (верхушечный) или же в пазухе кроющего листа (пазушный цветок). Кроющий лист также называют брактеей или прицветником. На цвето-
. Морфология высших растений

Рис. . Морфология цветка. А — цветок с верхней завязью; Б — цветок с нижней завязью; В — цветок с гипантием. Обозначения:  — цветоложе,  — чашелистики,  — лепестки, – — тычинки ( — тычиночная нить,  — пыльник),
– — гинецей ( — завязь,  — столбик,  — рыльце),  — гипантий
ножке могут также располагаться один или два мелких листа (прицветнички). Если цветоножка редуцирована, то цветок называется сидячим. Расширенная верхняя часть цветоножки называется цветоложем, к нему крепятся элементы цветка, которые обычно располагаются кругами. В цветке существует правило чередования кругов. Согласно этому правилу элементы двух соседних кругов расположены не на
одних и тех же радиусах, а чередуются друг с другом. Цветок делится
на фертильную часть (связанную с половым процессом) и стерильную
(околоцветник). Околоцветник может быть двойным (у двудольных)
или простым (характерен для однодольных). В двойном околоцветнике внешний круг органов называется чашечкой и состоит из неярких,
обычно зелёных чашелистиков. Иногда снаружи от чашелистиков можно обнаружить круг более мелких зелёных листочков, чередующихся
с чашелистиками. Это подчашие, оно часто встречается в цветках розоцветных, листочки подчашия гомологичны прилистникам чашелистиков. Внутрь от чашелистиков располагаются лепестки — обычно ярко
окрашенные крупные элементы. Совокупность лепестков называется
венчиком. Простой околоцветник состоит из одинаковых элементов,
расположенных в один или два круга. Простой околоцветник может
быть венчиковидным или чашечковидным, но его элементы в любом
случае следует называть листочками околоцветника, а не чашелистиками или лепестками.

Ботаника высших растений
Венчик может быть свободно- или спайнолепестным, простой околоцветник (или чашечка) — соответственно свободно- или сростнолистным. В случае, если элементы одного круга околоцветника срастаются, образуется трубка венчика, чашечки или простого околоцветника. Она может быть хорошо выражена, но может быть практически
незаметна. Чтобы выяснить, сросшиеся ли элементы в предложенном
для описания цветке, можно попробовать осторожно потянуть пинцетом за один элемент (например, лепесток) и оторвать его. Спайнолепестный венчик, скорее всего, оторвётся целиком, а свободный лепесток легко отрывается отдельно от остальных. Иногда срастаются между собой не все элементы, поэтому, чтобы точно описать морфологию
околоцветника, рассматривайте цветок под бинокуляром.
В зависимости от формы околоцветника цветки бывают колокольчатые, кувшинчатые, воронковидные, трубчатые, двугубые и т. д. Иногда в лепестках образуются выросты в виде кармашков, где скапливается нектар. Такой вырост называют шпорцем.
Фертильная часть цветка состоит из андроцея (совокупность тычинок) и гинецея (совокупность плодолистиков). Цветок, в котором есть
и тычинки, и плодолистики, называется обоеполым. Мужские цветки
кроме околоцветника имеют только тычинки, женские — только плодолистики. Если мужские и женские цветки располагаются на разных
растениях одного вида, то такие растения называются двудомными,
в противном случае — однодомными.
Андроцей — это мужская сфера цветка. Каждая тычинка состоит
из тычиночной нити и пыльника. Тычиночные нити подобно элементам околоцветника могут частично или полностью срастаться, образуя
тычиночную трубку. Тычинки могут располагаться в один или в два
круга согласно правилу чередования кругов. В некоторых цветках это
правило нарушается. Например, в цветках гвоздики два круга андроцея, но тычинки внешнего круга не чередуются с лепестками, а противостоят им. Это явление называется обдиплостемонией. Схожий тип
расположения тычинок, называемый обгаплостемонией, наблюдается
в цветках примулы, где тычинки также противостоят лепесткам, но
расположены в один круг. Иногда во взрослом цветке часть тычинок
остаётся в недоразвитом виде — не производит пыльцу. Такие тычинки
называются стаминодиями.
Женская сфера цветка называется гинецеем. Лучше не пользоваться «школьным» термином «пестик», поскольку с помощью него сложно точно отобразить строение гинецея. Гинецей состоит из плодолистиков. Каждый плодолистик имеет рыльце, столбик и завязь, в которой развиваются семязачатки. В цветке может быть один плодолистик, а может быть много. Если плодолистики не срастаются между
собой, то такой гинецей называют апокарпным (например, у лютика,
. Морфология высших растений

гравилата), если срастаются, то ценокарпным (рис. ). Ценокарпный
гинецей бывает трёх типов, его удобно рассматривать, разрезав завязь
поперёк. В синкарпном типе число гнёзд завязи равно числу слагающих
гинецей плодолистиков. Семязачатки при этом обычно расположены
ближе к центру общей завязи. В паракарпном гинецее одно общее гнездо завязи, семязачатки при этом сидят по периметру. Лизикарпный гинецей образуется из синкарпного путём редукции перегородок между
гнёздами завязи. Семязачатки при этом сидят на центральной колонке.
Последний тип гинецея характерен для гвоздичных.
Рис. . Типы гинецея. А — на поперечном срезе:  — апокарпный, – — ценокарпный ( — синкарпный,  — паракарпный,  — лизикарпный). Б — по
внешнему виду:  — апокарпный,  — ценокарпный со свободными стилодиями,  — ценокарпный со свободными лопастями рыльца
В ценокарпном гинецее плодолистики могут срастаться не полностью, а только завязями. Свободные столбики в таком гинецее называются стилодиями. Стилодии можно встретить в цветках гвоздичных.
Иногда столбик вовсе редуцирован и рыльце располагается прямо на
завязи. Такое рыльце называется сидячим (например, у мака). Завязь
ценокарпного гинецея может быть верхней или нижней (рис. ). Чтобы удобнее было определить тип завязи, лучше разрезать цветок вдоль.
В первом случае тычинки и элементы околоцветника крепятся ниже завязи (завязь верхняя). Нижняя завязь образуется вследствие срастания

Ботаника высших растений
её стенок с цветоложем или с элементами околоцветника. У некоторых
растений (например, у многих розоцветных), завязь погружена в бокаловидное цветоложе, не срастаясь с ним. Такое цветоложе называется
гипантием, завязь при этом считается верхней.
Цветки различают по типу симметрии. Радиально симметричный
цветок называют актиноморфным. Если же через цветок можно провести только одну ось симметрии, то такой цветок называется зигоморфным. Обычно, используя эти термины, имеют в виду весь цветок, хотя
симметрия отдельных его частей может быть разной. Таким образом,
если у цветка зигоморфен только околоцветник, то и весь цветок следует считать зигоморфным.
Типы соцветий
Соцветия очень разнообразны, их можно классифицировать по разным признакам (рис. ). По положению на растении соцветия бывают
терминальными (верхушечными) или боковыми. По степени олиственности можно выделить фрондозные соцветия, имеющие развитые крупные иногда яркие прицветники, и брактеозные, прицветники в которых имеют вид плёнчатых чешуй.
Рис. . Типы соцветий. А — кисть; Б — метелка; В — колос; Г — сложный колос; Д — початок; Е — головка; Ж — корзинка; З — зонтик; И — сложный зонтик; К — завиток; Л — извилина; М — дихазий
По степени ветвления различают простые и сложные соцветия. Среди простых соцветий колос отличается от кисти цветками, сидячими
. Морфология высших растений

в пазухах брактей, а зонтик — укороченной осью соцветия и удлинёнными цветоножками, растущими практически из одной точки. Початок отличается от колоса сильно утолщённой осью соцветия. У головки
ось соцветия утолщена и укорочена и обычно несёт у основания листья
обвёртки, которые не следует путать с брактеями. Корзинка — специализированный тип соцветия, характерный для сложноцветных, все оси
в ней укорочены, а главная ось (ложе) также расширена и утолщена,
при этом соцветие покрыто снизу листочками обёртки.
Если в простых соцветиях отдельные цветки заменить целыми соцветиями, то получатся сложные соцветия — сложный колос (у злаков),
сложный зонтик (у большинства зонтичных), сложная кисть и т. д.
У метёлки все оси соцветия заканчиваются терминальными цветками.
По общим очертаниям метёлка может быть пирамидальной, воронковидной или щитковидной.
По наличию терминального цветка соцветия бывают закрытые
(с терминальным цветком) или открытые.
По типу ветвления различают симподиальные (цимозные) и моноподиальные (рацемозные) соцветия. В симподиальных (цимозных) соцветиях при каждом ветвлении происходит перевершинивание, то есть
прекращается нарастание оси предыдущего порядка. Примерами цимозных соцветий являются завиток, извилина и дихазий (см. рис. ).
Все простые соцветия построены по моноподиальному типу, при котором на их нарастающей оси формируется несколько узлов ветвления.
.. Практическая работа
Подготовка к практической работе
В олимпиадном задании обычно предлагается рассмотреть и описать морфологические признаки растения, а также определить его систематическое положение с помощью книги. В качестве объекта ученику предлагают гербарный образец растения и заспиртованные цветки
того же вида; иногда вместо этого дают целое живое растение. Прежде
чем начать работу, убедитесь, что на вашем столе есть всё необходимое:
• исправный бинокуляр (стереоскопическая лупа) с подсветкой
или отдельным осветительным прибором;
• книга «Определитель сосудистых растений»;
• пинцет, препаровальные иглы, иногда бывает полезно воспользоваться бритвенным лезвием (есть смысл на всякий случай принести
его с собой).
Рабочее место лучше организовать следующим образом: бинокуляр
и объект исследования расположите по левую руку, а книгу и прочие

Ботаника высших растений
принадлежности — справа. Так будет удобнее переключаться от разглядывания растения — к книге или бланку с заданием, в котором можно одновременно делать пометки правой рукой. Для левшей, возможно, будет удобнее расположить предметы иначе.
Приступив к работе, первым делом рассмотрите растение. По гербарному образцу можно определить жизненную форму, типы побегов,
тип корневой системы, наличие опушения и признаки вегетативных
органов (форма листьев, стебля); также можно разглядеть структуру
соцветия (если оно есть). Опишите в бланке наблюдаемые признаки,
о которых спрашивается в задании.
Обращайтесь с гербарным образцом бережно — он довольно хрупкий, но предназначен для длительного хранения. Ничего не отрывайте
и не отламывайте от гербария! Обычно достаточно просто внимательно рассмотреть гербарный лист.
Заспиртованный (или живой) цветок следует разглядывать под бинокуляром, используя пинцет и препаровальные иглы. В отличие от
гербария, цветок можно и нужно «поковырять»: раскрыть околоцветник, пересчитать тычинки, подёргать за лепестки и т. д. Бывает полезно сделать поперечный и продольный разрез цветка с помощью лезвия.
На срезанных половинках будет хорошо виден тип гинецея и завязи,
наличие гипантия и т. д. Не стесняйтесь попросить у учителя ещё один
цветок. Рассмотрев цветок, нарисуйте его диаграмму и запишите его
формулу, если этого требует задание.
Диаграмма и формула цветка
Очень часто в олимпиадном задании просят нарисовать диаграмму
и/или написать формулу цветка предложенного растения (рис. , ).
Рис. . Примеры диаграмм и формул цветков. А — цветок с простым околоцветником; Б — цветок с двойным околоцветником
. Морфология высших растений

Рис. . Первоцвет. Внешний вид, диаграмма и формула цветка
Диаграмма цветка — это схематический рисунок поперечного среза цветка, отображающий его строение, число и взаимное расположение элементов. Чашелистики на диаграмме принято изображать фигурными скобками, лепестки — круглыми скобками. Тычинки изображают в виде сечения пыльников, гинецей — в виде сечения завязи.
Соединение элементов непрерывной линией обозначает их срастание.
В диаграмме пазушного цветка также следует изобразить главную ось
и кроющий лист.
Формула цветка — это краткое описание его строения с помощью
условных символов.
Перед формулой можно указать пол цветка:
♂ — мужской;
♀ — женский;
— обоеполый.
Первый символ в формуле обозначает тип симметрии цветка:
∗ — цветок актиноморфный;
↑ — цветок зигоморфный.
Далее для обозначения частей цветка используются первые буквы
их латинских названий. Предпочтительнее использование латинских,
а не русских букв. Элементы перечисляют, начиная от наружных кругов — к внутренним:
P — perigonium — простой околоцветник;
K — calyx — чашечка;
C — corolla — венчик;
A — androceum– андроцей;
G — gynaeceum — гинецей.
После каждой буквы нижним индексом ставится цифра, обозначающая число соответствующих элементов. Если элементов много, то ис-

Ботаника высших растений
пользуют знак ∞. Наряду с цифрами в нижних индексах, идущих после
букв, используются следующие обозначения:
+ показывает, что однородные элементы расположены в два круга;
, — запятыми отделяют отличающиеся друг от друга элементы одного круга;
× означает, что элементы возникли в результате расщепления;
( ) — скобками обозначают сросшиеся элементы;
5 — черта под числом плодолистиков обозначает верхнюю завязь;
(5) — черта сверху означает нижнюю завязь, характерную только
для ценокарпного гинецея.
Примеры формул:
∗ K∞ C(5) A5 G(2) — лопух;
∗ K5 C5 A∞ G∞ — лютик;
↑ K(5) C(2,3) A4 G(2) — яснотка;
↑ K(5) C1,2,(2) A(5+4),1 G1 — горох.
Определение растения
После того как вы изучили морфологические признаки растения
и изобразили диаграмму и/или формулу цветка, можно переходить
к самому определению. Определитель построен в виде дихотомического ключа. Ключ состоит из пунктов (ступеней), каждый из которых содержит два утверждения — тезу и антитезу. Например, «листья
сложные» или «листья простые». На каждой ступени вам необходимо
выбрать то утверждение, которое наиболее соответствует вашему растению. В конце каждой тезы и антитезы стоит цифра — это номер ступени (не номер страницы!), на которую следует перейти, если вы выбираете это утверждение. На следующей ступени ключа снова выбираем
между тезой и антитезой. Иногда рядом с номером ступени в скобках
написан номер той тезы, которая привела вас сюда; это сделано для
того, чтобы можно было вернуться по ключу обратно, если стало понятно, что вы идёте в ошибочном направлении. Для определения растения необходимо идти по ключу, пока в конце выбранного утверждения вместо следующей ступени вы не увидите название таксона. Сначала таким путём определяют семейство растения; рядом с названием
семейства написан номер страницы, с которой начинается ключ для
этого семейства. Переходим к этому ключу, чтобы определить род растения. Рядом с названием рода стоит цифра — порядковый номер этого
рода в семействе (в рамках данного определителя). Ключи для родов
располагаются в этом порядке вслед за ключом для семейства. Поэтому
чтобы найти ключ для найденного вами рода, нужно пролистать книгу
вперёд до соответствующего ему порядкового номера. После того как
вы найдёте родовой ключ, можно определить вид растения, если это
. Морфология высших растений

указано в задании (если в задании не сказано, до таксона какого ранга
следует определять растения, то лучше уточните этот момент у преподавателя). Название вида состоит из двух слов — название рода +
видовой эпитет. После названия сокращённо указан автор, описавший
этот вид. Например: Anemone nemorosa L. — Ветреница дубравная, Карл
Линней. Название семейства, рода и вида (с автором), а также ход
определения следует написать в бланке задания.
Пример работы с определителем
В данной главе для наглядности приведём пример определения по
ключу семейства растения. В качестве объекта возьмём первоцвет
(примулу), её признаки мы будем уточнять по рисунку внешнего вида,
формуле и диаграмме цветка (рис. ). Для определения возьмём за
основу ключ из книги «Определитель сосудистых растений» []. Начинаем с первой ступени.
. Деревянистые растения: деревья, кустарники, кустарнички . . . . . . . . . . . . 
— Травянистые растения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Первоцвет — травянистое растение. Переходим на ступень .
 (). Растения, совершенно лишённые хлорофилла, без листьев . . . . . . . 
— Растения, содержащие хлорофилл, с зелёными листьями . . . . . . . . . . . . . 
Первоцвет — зелёное растение. Дальше — на ступень .
 (). Цветковые растения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
— Споровые растения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Очевидно, первоцвет — цветковое растение. Идём на тезу .
. Цветки без околоцветника . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
— Цветки с двойным или простым околоцветником . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
У первоцвета двойной околоцветник, это видно из диаграммы и формулы.
 (). Тычинок не менее  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
— Тычинок менее  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Согласно формуле цветка у первоцвета  тычинок.
 (). Венчик или простой околоцветник актиноморфный . . . . . . . . . . . 
— Венчик или простой околоцветник зигоморфный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Значок ∗ в формуле цветка говорит нам, что цветок актиноморфный.
. Завязь верхняя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
— Завязь нижняя . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Черта стоит под цифрой в формуле цветка — завязь верхняя.
. Венчик свободнолепестный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
— Венчик спайнолепестный . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
На диаграмме лепестки соединены общей линией. Идём на тезу .
 (). Тычинок вдвое больше, чем лепестков. . . . . . . . Сем. Грушанковые.
— Тычинок столько же, сколько лепестков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
У первоцвета 5 лепестков и 5 тычинок. Следующая ступень — .
. Тычинки противолежат лепесткам . . . . . . . . . . . . . . . . Сем. Первоцветные.
— Тычинки чередуются с лепестками . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
Обгаплостемония — характерная черта семейства Первоцветные!

Ботаника высших растений
. Анатомия высших растений
Задания по анатомии растений обычно даются на практическом
туре – классам. Участнику требуется приготовить временный окрашенный препарат среза предложенного органа высшего растения, рассмотреть препарат под микроскопом и зарисовать. Также необходимо
определить, что это за орган (корень, стебель, лист и т. д.) и каково
систематическое положение растения, а иногда ответить на дополнительные вопросы, связанные с экологией или физиологией данного
растения.
.. Общие сведения
Строение растительной клетки
Рассмотрение строения клетки относится скорее к цитологии, чем
к анатомии, однако рекомендуется при подготовке к олимпиаде вспомнить и повторить этот раздел. Во-первых, растительная клетка несколько отличается по строению от животной, которую обычно подробно
изучают в курсе цитологии. А во-вторых, данные знания помогут вам
лучше разобраться с препаратом среза и определить тип ткани по
внешнему виду клеток.
Растительная клетка состоит из клеточной оболочки, протопласта
и вакуоли, содержащей клеточный сок (рис. ). Клеточную оболочку
также называют клеточной стенкой, она в основном состоит из целлюлозы, но может лигнифицироваться (одревесневать) или суберинизироваться (опробковевать). Протопласт состоит из ядра и цитоплазмы,
в которой находятся различные органеллы. Выделяют немембранные
органеллы (рибосомы) и мембранные: одномембранные (лизосомы,
плазмалемма, тонопласт, эндоплазматический ретикулум) и двумембранные (пластиды и митохондрии). Запомните, что наличие пластид
и вакуолей с клеточным соком уникально для растительных клеток
и никогда не встречается у животных!
Ткани растений
Ткани растений разделяют по выполняемым ими функциям на следующие группы:
•
•
•
•
•
•
•
•
покровные (эпидерма, экзодерма);
механические (склеренхима, колленхима);
ассимилирующие (хлоренхима);
поглощающие (ризодерма, веламен);
проводящие (ксилема, флоэма);
запасающие (запасающая паренхима);
основные (основная паренхима);
образовательные (апикальная меристема, камбий);
. Анатомия высших растений

Рис. . Строение растительной клетки. Обозначения:  — плазмалемма,
 — пластида,  — клеточная стенка,  — цитоплазма,  — митохондрия,
 — плазмодесма,  — комплекс Гольджи (диктиосомы),  — эндоплазматическая сеть,  — оболочка ядра,  — ядрышко,  — ядро,  — тонопласт
(оболочка вакуоли),  — вакуоль
• секреторные (железистые волоски, смоляные ходы);
• вентиляционные (аэренхима).
Также ткани можно разделить на простые и сложные. Простые
ткани (например, склеренхима, паренхима, хлоренхима) состоят из
одинаковых клеток. В состав сложных тканей (например, ксилемы,
флоэмы) могут входить одновременно и проводящие, и механические,
и запасающие элементы.
По происхождению выделяют первичные и вторичные ткани; последние представляют собой ткани, образовавшиеся в результате работы вторичных меристем (например, вторичная ксилема, вторичная
флоэма, пробка).
Анатомия стебля
Стебель — осевой орган растения, выполняющий функцию опоры
и проведения. Анатомию стебля наиболее удобно рассматривать на
поперечном срезе, именно такой срез обычно и предлагается сделать
в рамках олимпиадного задания (рис. ). На срезе мы можем различить три анатомо-топографические зоны: покровную, зону первичной
коры и центральный осевой цилиндр (ЦОЦ), он же стела. Покровная
зона в случае первичного строения представлена эпидермой. Первичная кора, как правило, состоит из основной паренхимы. Однако в первичной коре травянистого зелёного стебля мы можем встретить слой
хлоренхимы. Если стебель ребристый, то в рёбрах, скорее всего, будут
проходить тяжи механической ткани (склеренхимы или колленхимы).
В первичной коре также могут присутствовать воздухоносные (аэренхима) или водоносные полости, слизевые или смоляные ходы и т. д. Са-

Ботаника высших растений
Рис. . Поперечный срез стебля однодольного (слева) и двудольного (справа) растения. А — покровная зона; Б — зона первичной коры; В — стела (центральный осевой цилиндр). Обозначения:  — эпидерма,  — колленхима первичной коры,  — хлоренхима первичной коры,  — паренхима первичной
коры,  — эндодерма,  — склеренхима перецикла,  — закрытые проводящие пучки,  — флоэма,  — межпучковый камбий,  — пучковый камбий,
 — луч,  — ксилема,  — паренхима сердцевины,  — основная паренхима
мый внутренний слой клеток первичной коры называется эндодермой.
Эндодерма стебля не всегда ярко выражена и плохо идентифицируется на препарате среза. Обычно она представляет собой слой клеток,
несущих крахмальные зёрна. Внутрь от первичной коры располагается
центральный осевой цилиндр, самый наружный слой клеток этой зоны называется перициклом. Центральная часть стелы называется сердцевиной, представлена она обычно паренхимными тканями. Главную
функциональную нагрузку стелы составляют проводящие ткани, которые объединены в проводящие пучки (рис. ). В стеблях высших растений чаще всего встречаются коллатеральные проводящие пучки, они
характеризуются расположением флоэмы и ксилемы на одном радиусе
стебля. При этом ксилема всегда обращена к центру стебля, а флоэма
наружу. В биколлатеральных пучках флоэма прилегает к ксилеме с обеих сторон.
По морфологии проводящих пучков различают разные типы стелы.
Определив тип стелы, мы сможем отнести исследуемое растение к той
или иной систематической группе; обычно можно определить отдел,
. Анатомия высших растений

Рис. . Типы проводящих пучков. А — открытый коллатеральный; Б — открытый биколлатеральный; В — закрытый коллатеральный; Г–Д — концентрические (Г — амфивазальный; Д — амфикрибральный); Е — радиальный. Обозначения:  — флоэма,  — камбий,  — ксилема
а иногда и класс (однодольные или двудольные). Существует немало
типов стел, однако у объектов, которые могут предложить на олимпиаде, с наибольшей вероятностью могут встретится эустела, атактостела
или диктиостела. Эустела характерна для двудольных покрытосеменных и для голосеменных, она состоит из коллатеральных или биколлатеральных (например, в стебле тыквы) проводящих пучков, расположенных одним кольцом.
Рассматривая на срезе атактостелу, встречающуюся у однодольных, мы увидим как бы беспорядочно разбросанные по срезу коллатеральные пучки, в которых ксилема всегда обращена к центру стебля.
Вообще-то порядок в их расположении всё же есть, но проследить его
можно лишь на серии срезов. На срезе стебля некоторых папоротников
можно наблюдать несколько расположенных по кругу концентрических амфикрибральных проводящих пучков (флоэма окружает ксилему
со всех сторон), при этом каждый пучок ещё и окружён эндодермой,
так выглядит диктиостела.

Ботаника высших растений
Рис. . Поперечный срез вторично утолщенного стебля (ветка липы). Обозначения:  — остатки эпидермы,  — пробковый камбий и пробка,  — пластинчатая колленхима,  — хлоренхима,  — друзы,  — эндодерма,  — флоэма
( а — лубяные волокна, б — ситовидные трубки с клетками-спутницами
и лубяная паренхима),  — лучи ( а — первичный сердцевинный луч,
 б — вторичный сердцевинный луч),  — камбий,  — осенняя древесина,
 — весенняя древесина,  — первичная ксилема,  — паренхима сердцевины
Стебли травянистых растений обычно имеют первичное строение:
на срезе мы наблюдаем отдельные проводящие пучки, стела покрыта первичной корой. Если же мы посмотрим на срез ветки древесного растения (рис. ), то увидим вторичное строение, приобретённое
. Анатомия высших растений

в результате вторичного утолщения. Вторичное утолщение можно наблюдать не только у древесных, но и у травянистых и полудревесных растений, например в прикорневой или многолетней части стебля, но только у тех растений, которым свойственно наличие эустелы
(двудольные и голосеменные). Вторичное утолщение происходит в результате работы камбия — латеральной вторичной меристематической
ткани. Камбий закладывается между флоэмой и ксилемой в проводящих пучках, а после и между проводящими пучками (межпучковый
камбий), приобретая вид кольца на поперечном срезе. В камбиальной
зоне клетки делятся и дифференцируются в клетки ксилемы внутрь от
камбия и во флоэму снаружи от камбия. При вторичном утолщении
первичная кора со временем растягивается, лопается и, постепенно отмирая, опадает. Покровной тканью при этом служит уже не эпидерма,
а пробковый слой, откладываемый пробковым камбием (феллогеном).
Феллоген первый раз закладывается в первичной коре, отсекая её отмирающие части, при дальнейшем утолщении стебля слои феллогена
закладываются снова и снова, со временем отсекая уже отмирающие
слои флоэмы.
Анатомия корня
Корень, как и стебель, является осевым органом растения, но выполняет другие функции, а именно поглощение питательных веществ
и закрепление растения в субстрате. При изготовлении препарата поперечного среза корня важно понимать, в какой зоне корня нам необходимо сделать срез. Корень разделяют на следующие зоны: зона деления клеток, снаружи она прикрыта корневым чехликом; зона роста,
где клетки не делятся, а увеличиваются в размере; зона всасывания,
покрытая корневыми волосками; зона проведения, в которой может
происходить ветвление и вторичное утолщение корня (рис. ). Правильным считается срез в зоне всасывания, именно в этой зоне мы
увидим наиболее полный набор тканей корня.
На поперечном срезе корня, так же как и на срезе стебля, выделяют три анатомо-топографические зоны: покровная, первичная кора
и центральный осевой цилиндр (рис. ). Покровную зону представляет ткань ризодерма или эпиблема. Она гомологична эпидерме, однако
основной её функцией является поглощение. Ризодерма не долговечна
и быстро отмирает. Первичную кору корня подразделяют на три слоя:
экзодерма, мезодерма и эндодерма. Экзодерма (самый внешний слой)
состоит из плотно сомкнутых клеток. У однодольных растений экзодерма имеет несколько слоёв, а у двудольных она обычно однослойная.
После отмирания ризодермы клеточные стенки экзодермы опробковевают, и, таким образом, экзодерма принимает на себя функцию покровной ткани. Мезодермой называют средний слой первичной коры,

Ботаника высших растений
Рис. . Зоны корня. Обозначения:  — зона деления,  — зона роста,  — зона
всасывания,  — зона проведения
состоящий из паренхимы. Механические, запасающие или фотосинтезирующие ткани встречаются в составе этого слоя очень редко, но всё
же бывают (например, воздушные корни орхидных фотосинтезируют).
У однодольных растений паренхимный слой первичной коры корня,
как правило, более мощный, чем у двудольных. Эндодерма корня, как
и в случае стебля, — это самый внутренний слой клеток первичной коры. Однако у корней эндодерма выражена хорошо, в её клетках хорошо
видны пояски Каспари — частично одревесневшие и опробковевшие
клеточные стенки. Такое строение клеток позволяет обеспечивать избирательный и направленный транспорт веществ внутрь стелы корня.
Иногда в некоторых клетках эндодермы опробковевают почти все клеточные стенки, тогда на срезе это будет выглядеть как подковообразные
утолщения. Такие клетки не участвуют в транспорте веществ. Рассмот-
. Анатомия высших растений

Рис. . Поперечный срез корня в зоне всасывания. А — покровная зона; Б —
зона первичной коры; В — стела корня. Обозначения:  — ризодерма,  — экзодерма,  — мезодерма,  — эндодерма,  — ксилема,  — флоэма,  — перицикл
рим стелу корня на примере однодольных и двудольных покрытосеменных — среди высших растений их корни имеют наиболее сложное
строение (рис. ). Самый внешний слой стелы корня называется перициклом. Это один или несколько слоёв клеток, у двудольных перицикл
состоит из слабо дифференцированных клеток, тогда как у однодоль-

Ботаника высших растений
Рис. . Стела корня. А — корень двудольного (тетрархный проводящий пучок); Б — корень однодольного (полиархный проводящий пучок). Обозначения:  — эндодерма,  — перицикл,  — ксилема,  — флоэма
ных клетки перецикла часто одревесневают. Проводящая система корня представлена всего лишь одним радиальным проводящим пучком.
На поперечном срезе такого пучка в центре располагается «звёздочка» ксилемы, тяжи флоэмы находятся между лучами «звёздочки». По
числу лучей «звёздочки» выделяют ди-, три-, тетр-, пент- и полиархный
радиальные пучки. Полиархный (более пяти лучей) пучок характерен
для корня однодольного растения, тогда как у двудольных встречаются
разные варианты олигоархных (пять и менее лучей) радиальных проводящих пучков. В корнях многих однодольных в центре полиархного
проводящего пучка можно выделить сердцевину — зону, представленную паренхимной тканью.
Вторичное утолщение в корне, как и в стебле, присуще лишь двудольным и голосеменным. Камбий в корне закладывается так же, как
и в стебле, между флоэмой и ксилемой. Функционируя, камбий откладывает внутрь вторичную ксилему, а наружу — вторичную флоэму.
Процесс вторичного утолщения корня, как и его результат, весьма схож
с таковым в стебле. Как одно из ярких различий можно отметить тот
факт, что феллоген в корне первый раз закладывается в перицикле, сразу отсекая всю первичную кору. Многолетний вторично утолщённый
корень и стебель анатомически схожи — они состоят из массива вторичной ксилемы в центре, слоя вторичной флоэмы снаружи и камбия
между ними, при этом пробковый слой выполняет покровную функцию.
Анатомия листа
Лист — боковой орган растения, имеет ограниченный рост и обычно дорсовентральное строение. Помимо основной своей функции
. Анатомия высших растений

(фотосинтеза) лист выполняет множество других, в связи с чем его
строение может претерпевать глубокие метаморфозы. Срез листа —
наиболее интересный и одновременно коварный препарат для олимпиадного задания. Анализируя строение листьев, мы можем выявить
множество признаков, которые не только важны для определения систематического положения растения, но и могут сообщить нам о его
экологических особенностях. Однако разглядеть и интерпретировать
эти признаки не всегда бывает легко.
Хотя разнообразие листьев очень велико, рассмотрим анатомическое строение этого органа обобщённо, делая отступления на частные
примеры. Как правило, в олимпиадном задании предлагается сделать
поперечный срез листа. Срез следует делать в центральной части листа (если в задании не сказано иного), в районе средней жилки (если
таковая есть) (рис. , ).
Рис. . Строение листа камелии. Обозначения:  — верхняя эпидерма,
 — столбчатый мезофилл,  — губчатый мезофилл,  — клетка с друзой,
 — склереида,  — проводящий пучок,  — нижняя эпидерма,  — устьице
Лист покрыт эпидермой, на срезе мы видим её как один внешний
ряд клеток. Эпидерма может быть многослойной, как у фикуса или филодендрона, — это результат периклинального (параллельно поверхности листа) деления клеток эпидермы (рис. ). Многослойность
в данном случае считается приспособлением к обитанию в засушливых
условиях (запасание воды) и защитой от яркого солнца (рассеивание
света).

Ботаника высших растений
Рис. . Строение листа сирени. Обозначения:  — эпидерма,  — столбчатый
мезофилл,  — губчатый мезофилл,  — устьице,  — колленхима,  — флоэма,
 — склеренхима,  — ксилема
Рис. . Строение листа фикуса. Обозначения:  — многослойная верхняя
эпидерма,  — цистолит,  — столбчатый мезофилл,  — губчатый мезофилл,
 — ксилема,  — флоэма,  — склеренхима,  — многослойная нижняя эпидерма,  — устьичный аппарат
. Анатомия высших растений

В эпидерме листьев злаков встречаются так называемые пузыревидные клетки, они участвуют в процессе сворачивания листа в трубочку
при засухе (рис. ).
Листья некоторых растений покрыты волосками, которые также являются частью эпидермы. Волоски могут быть одноклеточными или
многоклеточными, простыми или перистыми, звездчатыми и т. д. Волоски формируют покров, отражающий солнечные лучи, таким образом предохраняя растение от перегревания и излишнего испарения.
Часто бывают сильно опушены листья растений, обитающих в экстремальных условиях, например, в горах. Железистые волоски могут
вырабатывать эфирные масла или жгучие вещества (например, у крапивы), которые предохраняют растение от поедания.
Устьица тоже являются частью эпидермы. В основном устьица на
листе располагаются в нижней эпидерме, такие листья называются гипостоматическими. Бывают также амфистоматические листья, в которых устьица расположены с обеих сторон. Иногда устьица располагаются на дне углубления (крипты), прикрытого волосками: это приспособление для уменьшения испарения воды (например, оно имеется
у олеандра, см. рис. ). Некоторые водные высшие растения вовсе не
имеют устьиц, а их плавающие листья, наоборот, несут устьица только
с верхней стороны (эпистоматические листья).
В листьях некоторых растений под эпидермой можно встретить
слой гиподермы. Гиподерма является производным мезофилла и не связана по происхождению с эпидермой. Гиподерма представлена одним
или чаще несколькими слоями клеток; например, у олеандра (рис. )
наличие гиподермы связано с обитанием в засушливых условиях; для
листьев голосеменных (сосен, саговников и др.) очень характерна гиподерма, выполняющая механическую функцию (рис. ).
Мезофилл — хлорофиллоносная ткань листа, расположенная между
верхней и нижней эпидермой. У однодольных покрытосеменных и у папоротников мезофилл чаще всего однородный (рис. ), у двудольных
растений, как правило, есть дифференциация на столбчатый и губчатый типы. У большинства двудольных столбчатый мезофилл обращён
к верхней стороне листа, а губчатый — к нижней. При этом у одного
и того же растения в листьях, выросших при ярком освещении (световые листья), столбчатый слой будет развит сильнее, чем у теневых.
У некоторых растений, листья которых ярко освещаются со всех сторон (например, эвкалипт, фикус), столбчатый мезофилл развивается
как с одной, так и с другой стороны (рис. ). Такой лист называется
изолатеральным.
В листьях хвойных растений мезофилл состоит из клеток, стенки
которых имеют складки, — это складчатый мезофилл (рис. ). Такое
устройство ткани увеличивает поверхность клеток и объём межклет-

Ботаника высших растений
Рис. . Строение листа олеандра. Обозначения:  — верхняя эпидерма,
 — столбчатый мезофилл,  — губчатый мезофилл,  — нижняя эпидерма,
 — устьица,  — крипта,  — гиподерма
ников, необходимых для газообмена. В листьях некоторых двудольных
растений (ветреница, борец, бузина) под эпидермой находится слой
клеток мезофилла, которые имеют складки лишь с одной стороны, —
это так называемый дланевидный мезофилл.
У растений, для которых характерен С-тип фотосинтеза (в основном это злаки), мезофилл листа имеет особое строение — кранцанатомию. Вокруг проводящих пучков располагаются крупные клетки кранц-обкладки, содержащие большое количество хлоропластов,
остальные клетки мезофилла располагаются радиально. Примерами
таких растений могут служить кукуруза, сорго, сахарный тростник
и просо.
У водных или околоводных растений в мезофилле листа развивается аэренхима (например, плавающий лист кувшинки). У листовых
суккулентов в паренхиме мезофилла запасается вода; слизь, накапли-
. Анатомия высших растений

Рис. . Строение листа хлорофитума. Обозначения:  — эпидерма,  — устьице,  — флоэма,  — ксилема,  — склеренхима,  — мезофилл
вающаяся в слизевых клетках, препятствует испарению влаги. В мезофилле представителей рода Citrus развиваются характерные лизигенные вместилища, содержащие эфирные масла. Для хвойных характерно наличие схизогенных смоляных ходов, по их количеству и расположению на срезе хвоинки часто можно определить род растения. Также
у многих растений в мезофилле можно встретить отдельные клетки
с включениями, кристаллами, друзами, а также отдельные механические элементы — склереиды (рис. ).
Проводящие пучки в листьях большинства покрытосеменных растений коллатеральные, закрытые (без камбия). Их ксилема обращена
к верхней (адаксиальной) стороне листа, а флоэма — к нижней (абак-

Ботаника высших растений
сиальной) стороне. По расположению ксилемы и флоэмы всегда можно
определить верхнюю и нижнюю стороны у изучаемого листа.
В месте прохождения проводящего пучка, особенно если это средняя жилка листа, дифференциация мезофилла на столбчатый и губчатый нарушена. Наличие выраженной средней жилки, а также дифференциация мезофилла характерны для листьев двудольных покрытосеменных. По сторонам проводящего пучка или же в виде обкладки
вокруг него располагаются механические ткани (склеренхима и колленхима). В области средней жилки колленхима часто занимает почти
всё пространство от пучка до эпидермы (рис. ).
Очень характерный вид на поперечном срезе имеют проводящие
пучки злаков — в виде «мордочки», у которой «на лбу» расположена
флоэма (рис. ). Таким образом, препарат среза листа (или стебля)
злака узнать довольно легко.
Рис. . Строение проводящего пучка злака. Обозначения:  — флоэма,
 — ксилема,  — механическая обкладка пучка,  — паренхимная обкладка
. Анатомия высших растений

У большинства папоротников в листьях, как и в стеблях, проводящие пучки концентрические, амфикрибральные и покрыты эндодермой.
В листьях хвойных растений проводящий пучок, как правило, только один (однако у сосны их два) и характеризуется как закрытый коллатеральный. Ксилема такого пучка обращена к адаксиальной поверхности хвоинки. Проводящий пучок окружён эндодермой, в клетках которой можно наблюдать пояски Каспари. Пространство между проводящим пучком и эндодермой заполнено трансфузионной тканью. Эта
ткань вместе с эндодермой отвечает за транспорт веществ между проводящими тканями и мезофиллом (рис. ).
Рис. . Строение хвоинки сосны. А — детальный рисунок; Б — схема. Обозначения:  — эпидерма,  — устьичный аппарат,  — гиподерма,  — складчатый мезофилл,  — смоляной ход,  — эндодерма,  — ксилема,  — флоэма,
 — склеренхима,  — трансфузионная ткань

Ботаника высших растений
.. Практическая работа
Подготовка к практической работе
Перед изготовлением препарата среза нужно подготовиться к работе. В олимпиадном кабинете анатомии вас должны снабдить всем
необходимым для выполнения задания инструментарием. Перед началом работы проверьте наличие и исправность оборудования. На рабочем столе должны присутствовать:
• световой микроскоп с подсветкой или с отдельным осветительным прибором;
• чистые предметные и покровные стёкла;
• пипетка или капельница и стаканчик с водой;
• нарезанная фильтровальная бумага;
• препаровальные иглы, пинцет;
• бритвенные лезвия, новые, упакованные в индивидуальные бумажные «рубашки»;
• кусочек пенопласта в качестве субстрата (держателя) для изготовления среза (для этой цели также можно использовать сердцевину
бузины);
• флороглюцин (реактив для окраски среза), если предполагается
окрашивать препарат;
• концентрированная соляная кислота (к баночке с кислотой должна прилагаться стеклянная палочка);
• глицерин;
• кусочек органа растения, который необходимо исследовать (лист,
стебель, корень).
Не торопитесь сразу приступать к изготовлению среза. Для начала
проверьте исправность микроскопа и осветителя. Если что-то не так,
сразу сообщите об этом. Если всё в порядке, можно подготовить микроскоп к работе: перевести револьвер объективов на малое увеличение
и слегка отодвинуть предметный столик вниз от объектива, чтобы потом было удобно положить препарат. Не оставляйте надолго включённой встроенную подсветку микроскопа — лампочка может перегреться
и перегореть!
Перед тем как взять в руки объект и лезвие, капните воду на предметное стекло и положите его рядом, чтобы не искать потом, когда срез
будет готов.
Приготовление среза
Рассмотрите сам объект. Возможно, вы сразу поймёте, что это за
орган, однако задача состоит не только в этом. В тексте задания внимательно прочитайте, какой именно надо сделать срез. Если никаких
. Анатомия высших растений

особенных требований не указано, то подразумевается поперечный
срез, то есть перпендикулярный продольной оси органа. Если перед
вами лист растения, то следует сделать срез перпендикулярно средней
жилке, поперёк листа, для этого удобно вырезать кусочек из центральной части листа (см. рис.  цветной вклейки).
Объект следует держать в левой руке, лезвие — в правой (для левшей, возможно, будет удобнее наоборот). При изготовлении среза важно, чтобы руки не дрожали, поэтому лучше опереть о стол предплечье и ребро ладони. Возьмите объект пальцами, как показано на фото
(рис.  цветной вклейки), и держите его вертикально, а лезвие —
горизонтально двумя пальцами. Срез делается движением на себя, а не
от себя, тем более не следует нарезать объект, положив его на стол,
как колбасу. Движение должно быть непрерывным, скользящим. Не
надо пилить объект! Также не стоит пытаться сразу получить идеальный результат: первым движением сделайте черновой срез, чтобы
выровнять объект, далее, водя лезвием по той же траектории, сделайте ещё несколько срезов. Следите, чтобы лезвие всегда располагалось перпендикулярно объекту, так как срезы не должны получиться
косыми. Таким образом вы получите серию срезов, из которых потом можно выбрать лучший (рис.  цветной вклейки). Для получения каждого последующего среза нужно смещать лезвие по вертикали
на доли миллиметра. Чтобы добиться такой точности, можно прибегнуть к следующей технике: двигая лезвие по одной и той же траектории, подавайте объект на доли миллиметра вверх большим пальцем
левой руки. Для удобства можно разместить лезвие на указательном
пальце левой руки. При этом, чтобы не пораниться, вы должны большим пальцем левой руки удерживать объект ниже плоскости среза.
В любом случае будьте осторожны при работе с лезвием! Порезавшись, вы не только причините себе физический ущерб, но и потеряете
время.
Некоторые объекты сложно резать, просто удерживая в руке. Тонкий стебель, корень или лист будут изгибаться, и в таких условиях
сделать их ровный срез практически невозможно. Для таких объектов
нужно использовать субстрат для резки. Вероятнее всего вам предложат для этого пенопласт. Сначала из куска пенопласта лезвием надо
вырезать небольшой кубик (рис.  цветной вклейки). Далее прорежьте кубик посередине, но не до конца, так, чтобы получилось нечто
вроде кармашка. В этот кармашек мы и помещаем объект. После этого
можно подровнять форму кубика и срезать все части объекта, выступающие за его пределы. Далее порядок действий для приготовления
среза аналогичен любому другому объекту: мы берём объект, зажатый
в пенопласте, в левую руку и режем его прямо вместе с пенопластом
(рис.  цветной вклейки).

Ботаника высших растений
Какой бы техникой среза вы ни воспользовались, полученный в результате срез должен обладать следующими качествами: он должен
быть поперечным, а не косым; тонким, в идеале толщиной в однудве клетки паренхимы; равномерным, то есть одинаковой толщины по
всей площади. Очень плохо, если в одной части срез толстый и непрозрачный, а в другой «сходит на нет» или порван. Хороший срез должен
прилипнуть к лезвию бритвы, в противном случае срез либо очень
толстый, либо объект начал высыхать — в этом случае можно смочить
его водой. Срезы, прилипшие к лезвию, нужно перенести в каплю воды
на предметном стекле с помощью препаровальной иглы или тонкого
пинцета (в крайнем случае кончиком заточенного карандаша, но не
пальцами!).
Окраска препарата
Окраску сделанного вами среза обычно предлагается проводить
с помощью спиртового раствора флороглюцина. Этот краситель реагирует с лигнином, но продукты реакции приобретают красный цвет
только в кислой среде. В результате красный цвет приобретут все одревесневшие элементы (ксилема, склеренхима, пояски Каспари и др.).
Последовательность действий для окрашивания препарата следующая.
• Оттянуть фильтровальной бумагой воду, в которой лежит срез.
Это нужно сделать для того, чтобы при смешении с водой не уменьшилась концентрация следующего реактива. Однако нельзя допустить,
чтобы срез полностью высох, поэтому не затягивайте со следующим
шагом.
• Капнуть на срез – капли флороглюцина так, чтобы он целиком
был им покрыт.
• Подождать около минуты, во время которой будет идти реакция.
Если срез тонкий и мелкий, то хватит и  секунд.
• Оттянуть флороглюцин фильтровальной бумагой. Примечания
те же, что и для первого шага.
1
• Капнуть 2 капли соляной кислоты: для этого нужно окунуть стеклянную палочку в кислоту и коснуться ею среза. Если такой капли
будет недостаточно, можно повторить манипуляцию. Важно наносить
каплю на срез касанием, а не стряхиванием с палочки.
• Добавить на срез каплю глицерина. Глицерин слегка просветляет
срез и предотвращает его высыхание (ведь ранее жидкость была оттянута фильтровальной бумагой). При добавлении глицерина главное не
переборщить и следить, чтобы в нем не было пузырей.
• Накрыть срез покровным стеклом. Для этого нужно поставить
покровное стекло на ребро рядом со срезом и осторожно опустить с помощью препаровальной иглы.
. Анатомия высших растений

После окраски можно приступать к изучению препарата под микроскопом, а затем к зарисовке. Перед зарисовкой препарат стоит показать преподавателю, чтобы он оценил его качество.
Микроскопирование и зарисовка
Сначала рассмотрите препарат в малом увеличении. Отметьте наличие особенностей анатомического строения: наличие полостей, расположение, тип проводящих пучков и т. д. Необходимо определить, что
за орган перед вами, от этого будет зависеть ход вашего анализа. Если
вы анализируете срез листа, то первым делом обратите внимание на
строение проводящих пучков и мезофилла. Если же это срез корня или
стебля, то сразу мысленно разделите орган на три зоны (покровную,
первичную кору и стелу) и определите тип стелы, а также то, какое
строение имеет орган, первичное или вторичное. Всё это поможет вам
определить систематическое положение предложенного растения и,
возможно, его экологические и физиологические особенности.
На малом увеличении зарисуйте контур среза; детали строения следует рассматривать и зарисовывать при большем увеличении. При зарисовке не обязательно изображать детали строения по всей плоскости среза. Если это осевой орган (стебель, корень), достаточно прорисовать лишь сектор среза, отражающий все особенности строения;
при работе со срезом листа следует показать строение проводящего
пучка и мезофилла. Соотношения толщин разных слоёв и частей среза должны соответствовать оригиналу. Предпочтительно нарисовать
не схематичный план строения (как показано на рис. Б и рис. ),
Рис. . Срез листа злака (тростник). Схематичный рисунок

Ботаника высших растений
а более натуралистичное изображение среза с прорисовкой «по клеткам» (см. примеры на рис. , а также рис. , , , –, А).
Контуры клеток следует изображать в виде непрерывных замкнутых
линий. Узоры, похожие на пружинки, завитки или рыбью чешую, — это
неправильное изображение клеток, к сожалению, оно довольно часто
встречается среди олимпиадных работ. Если клетка имеет утолщённую клеточную стенку, то это надо отразить двумя линиями, а контур
тонкостенной клетки вычерчивают одной линией. Густое содержимое
клеток (крахмальные зёрна, хлоропласты и т. д.) можно отметить «точковкой». Использование цвета обычно допускается, но по факту это
зачастую может навредить аккуратности рисунка.
Рис. . Срез листа амарантуса. Детальный рисунок «по клеткам»
К рисунку следует обязательно сделать подписи. Для этого к заданию может быть приложена специальная кодировка или таблица. Если
её нет, то подписи следует сделать рядом с рисунком, связав их с изображением стрелками или выносками (рис. , , см. также рис. , ,
, –). Следите, чтобы стрелки были ровными и не пересекались
друг с другом.
Список литературы
. Красильникова Л. А., Садовниченко Ю. А. Анатомия растений. Растительная клетка, ткани, вегетативные органы: Учебное пособие.
Харьков: Колоритс, .
. Жмылёв П. Ю., Алексеев Ю. Е., Карпухина Е. А., Баландин С. А. Биоморфология растений: иллюстрированный словарь. Учебное пособие. М.: МГУ, .
. Анатомия высших растений

. Зитте П., Вайлер Э. В., Кадерайт Й. В., Брезински А., Кёрнер К. Ботаника. Учебник для вузов: в  т. На основе учебника Э. Страсбургера
[и др.]; пер. с нем. Н. В. Хмелевской, К. Л. Тарасова, К. П. Глазуновой,
А. П. Сухорукова. Т. . Клеточная биология. Анатомия. Морфология.
Под ред. А. К. Тимонина, В. В. Чуба. М.: Академия, .
. Тимонин А. К., Филин В. Р. Ботаника: в  т. Т. . Систематика высших
растений: учебник для студ. высш. учеб. заведений. В  кн. Под ред.
А. К. Тимонина. Кн. . М.: Академия, .
. Тимонин А. К., Соколов Д. Д., Шипунов А. Б. Ботаника: в  т. Т. .
Систематика высших растений: учебник для студ. высш. учеб. заведений. В  кн. Под ред. А. К.Тимонина. Кн. . М.: Академия, .
. Тимонин А. К. Ботаника: в  т. Т. . Высшие растения: учебник для
студ. Высш. Учеб. Заведений. М.: Академия, .
. Лотова Л. И. Ботаника: Морфология и анатомия высших растений:
Учебник. М.: КомКнига, .
. Тимонин А. К., Филин В. Р., Нилова М. В., Фёдорова Т. А., Беэр А. С.
Малый практикум по ботанике. Морфология и анатомия растений:
учеб. пособие для студ. учреждений высш. проф. образования. М.:
Академия, .
. Паутов А. А. Морфология и анатомия вегетативных органов растений: Учебник. СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, .
. Губанов И. А., Киселёва К. В., Новиков В. С., Тихомиров В. Н. Определитель сосудистых растений Центра Европейской России. М.: Аргус,
.
. Лотова Л. И., Нилова М. В., Рудько А. И. Словарь фитоанатомических терминов: Учебное пособие. М.: ЛКИ, .
. Кузнецова Т. В., Пряхина Н. И., Яковлев Г. П. Соцветия (морфологическая классификация). СПб.: Хим-Фарм Инст, .
. Березина Н. А., Афанасьева Н. Б. Экология растений: учеб. пособие
для студ. высш. учеб. заведений. М.: Академия, .
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
Автор: С. А. Кузнецова
Задания по физиологии растений, как правило, даются на практическом туре – классам. Обычно предлагают выполнить работы,
связанные с разделением пигментов, осмотическими явлениями в растительных клетках и работой устьиц. Такие задачи и их выполнение
приведены в данном разделе.
. Разделение пигментов и качественные реакции
с ними
Фотосинтетические пигменты
Фотосинтезу принадлежит центральная роль в общей энергетике клетки, поскольку именно этот процесс служит первичным источником всей энергии, используемой живыми организмами в процессах жизнедеятельности. Для того чтобы свет мог оказать влияние на
растительный организм и, в частности, быть использованным в процессе фотосинтеза, необходимо его поглощение фоторецепторамипигментами.
Пигменты — это вещества, поглощающие свет определённой длины волны. Непоглощенные участки солнечного спектра отражаются,
что и обусловливает окраску пигментов (таблица ).
К пигментам, участвующим в фотосинтезе высших растений, относят хлорофиллы a и b (зелёные пигменты) и каротиноиды (жёлтые
и оранжевые пигменты). Основными представителями каротиноидов
у высших растений являются β-каротин (оранжевый) С40 Н56 и ксантофилл (жёлтый) С40 Н56 О2 (рис.  и ).
Т а б л и ц а . Особенности пигментов (по Кузнецову, )
Пигмент
Отличия в спектре поглощения,
длина волны, нм
хлорофилл a
, , , 
хлорофилл b
, 
Окраска
сине-зелёная
жёлто-зелёная
каротин
, , 
жёлто-оранжевая
лютеин (относится
к группе ксантофиллов)
, , 
жёлтая
Для зелёных растений основным пигментом, без которого фотосинтез не идёт, является хлорофилл a. Этот пигмент служит непосредственным донором энергии для фотосинтетических реакций. Другие
. Разделение пигментов и качественные реакции с ними

Рис. . Структурные формулы хлорофилла a (А) и хлорофилла b (Б)
Рис. . Структурные формулы каротина (А) и лютеина (Б)
фотосинтетические пигменты передают поглощённую ими энергию
хлорофиллу a.
При исследованиях, связанных с фотосинтезом, постоянно возникает необходимость выделения и очистки пигментов.
Задание
. Экстрагировать пигменты из листьев растений.
. Разделить фотосинтетические пигменты методом Крауса. Определить пигменты, зарисовать картинку распределения пигментов.
Объяснить полученный результат.
. Провести качественные реакции с пигментами листа.
.. Реакция омыления хлорофилла щёлочью.
.. Реакция получения феофитина и восстановление металлоорганической связи.
Объяснить полученные результаты.

Физиология растений
. Разделить фотосинтетические пигменты методом тонкослойной хроматографии, определить пигменты на полученной хроматограмме, вычислить значение R f . Объяснить полученные результаты.
.. Экстракция пигментов
Пигменты могут быть экстрагированы из свежего или фиксированного материала. Обычно пигменты из растительной ткани извлекают
полярными растворителями (этиловый спирт, ацетон), которые разрушают связь хлорофиллов и ксантофиллов с липопротеидами пластид
и тем самым обеспечивают их полное экстрагирование из живых листьев. Неполярные растворители (петролейный эфир, гексан, бензин и
др.) не нарушают связи пигментов с белками и поэтому не могут их извлечь из свежих листьев. Из сухого растительного материала экстракцию ведут с добавлением воды, чтобы нарушить связи с молекулами
белка.
Ход работы
Навеску листьев в  г измельчите ножницами над ступкой, отбрасывая крупные жилки, и прилейте – мл спирта, добавьте на кончике
скальпеля карбонат кальция (для нейтрализации кислот клеточного
сока, которые могут превратить хлорофилл в феофитин) и немного
чистого кварцевого песка. Тщательно разотрите материал до тонкой
кашицы, затем добавьте  мл спирта и равномерно размешайте пестиком. Отфильтруйте вытяжку через складчатый бумажный фильтр
в пробирку.
В лабораторной практике обычно применяют гладкие и складчатые
фильтры. Размер фильтра должен быть таков, чтобы верхний край его
не доходил до края воронки на – мм.
Для изготовления простого фильтра кружок фильтровальной бумаги складывают пополам, а затем — под углом 60◦ — именно таким является угол конуса стандартной воронки. Отделяют пальцем один слой
бумаги от трёх остальных и расправляют. Получается конус (рис. ).
Рис. . Этапы изготовления простого фильтра
Для увеличения площади фильтрации применяют складчатые фильтры. Складчатый фильтр лучше простого в том отношении, что фильтрование с ним идёт быстрее, так как фильтрующая поверхность та-
. Разделение пигментов и качественные реакции с ними

кого фильтра в два раза больше, чем у простого. Складчатый фильтр
получается, если кружок фильтровальной бумаги складывать пополам
столько раз, сколько сам кружок позволит. При этом следует чётко обозначить края сгибов и центр фильтра. Если затем складывать фильтр
по обозначенным граням по принципу «меха гармошки», получится
складчатый фильтр (рис. ).
Рис. . Этапы изготовления складчатого фильтра
Полученный фильтр вкладывают в воронку так, чтобы он плотно
прилегал к её стенкам, затем, слегка прижимая бумагу пальцем к стеклу воронки, смачивают фильтр небольшим количеством воды.
Для того чтобы вытяжка не стекала по наружному краю ступки, предварительно следует смазать носик ступки снаружи вазелином
и слить вытяжку по стеклянной палочке.
Полученную вытяжку разлейте в  пробирки и проделайте следующие опыты.
.. Разделение пигментов по Краусу
Один из первых методов разделения пигментов, предложен немецким учёным В. Краусом в  г.
Метод основан на различной растворимости пигментов в спирте
и бензине. Указанные растворители в одном сосуде не смешиваются,
а образуют две фазы — верхнюю бензиновую и нижнюю спиртовую,
благодаря чему разделяются компоненты смеси пигментов. Метод не
позволяет разделить хлорофиллы a и b, однако его целесообразно использовать для получения каротиноидов.
Ход работы
В пробирку к – мл спиртового экстракта пигментов добавьте
– мл бензина, пробирку закройте резиновой пробкой. Содержимое
пробирки сильно встряхивайте в течение – с и оставьте отстояться.
По мере расслоения эмульсии бензиновый слой будет окрашиваться в зелёный цвет из-за лучшей растворимости в нем хлорофиллов.
В бензин переходит и каротин, но его окраска маскируется окраской
хлорофилла. Ксантофилл остаётся в спиртовом слое и придаёт ему золотисто-жёлтую окраску (см. рис.  цветной вклейки).
Если пигменты разделяются недостаточно чётко, добавляют –
капли воды и снова встряхивают. При избытке воды возможно помут-

Физиология растений
нение нижнего слоя. В этом случае следует прилить немного этилового
спирта и взболтать содержимое пробирки.
.. Качественные реакции с пигментами листа
... Омыление хлорофилла щёлочью. Обрабатывая хлорофилл
щёлочью, можно вызвать омыление эфирных групп, т. е. отщепление
остатков метилового спирта и фитола:
COOC20 H39
k
kkkk
MgN4 OH30 C32
SSSS
S
COONa
+2NaOH
COOCH3
mm
mmm
/ MgN4 OH30 C32
QQQ
QQ
+C20 H39 OH + CH3 OH
COONa
Образующаяся при этом соль хлорофиллиновой кислоты сохраняет
зелёную окраску и оптические свойства хлорофилла, но отличается от
него большей гидрофильностью. Образование щелочной соли обнаруживают по её лучшей растворимости в спирте, чем в бензине. После
омыления хлорофилла, находящегося в бензиновом слое, соль хлорофилла перейдёт в спиртовой слой и окрасит его в зелёный цвет.
Ход работы
Выполните разделение пигментов по Краусу (см. выше), затем
в пробирку бросьте кусочек кристаллической щёлочи (КОН или NaOH),
закройте пробирку пробкой и сильно встряхните содержимое до его
растворения. Дайте смеси жидкостей расслоиться.
Спиртовой слой становится зелёным (сравните с пробиркой из
предыдущего опыта), потому что полученная в результате реакции
омыления соль хлорофиллиновой кислоты переходит в нижний спиртовой слой. В верхнем бензиновом слое остаётся жёлтый пигмент каротин.
... Получение феофитина и восстановление металлоорганической связи. Цвет хлорофилла исходя из химического строения
его молекул объясняется наличием двойных конъюгированных связей
в порфириновом кольце и образованием металлорганической связи
с магнием (рис. А). Присутствие атома магния в хлорофилле легко
обнаружить, подействовав соляной кислотой на спиртовую вытяжку
пигмента. При этом атом металла замещается водородом. Продукт реакции — феофитин, он имеет бурый цвет, хотя, за исключением отсутствия одного атома магния, ничем не отличается по структуре от
молекул хлорофилла. Таким образом, получение феофитина служит
доказательством того, что атом магния определяет зелёную окраску
. Разделение пигментов и качественные реакции с ними

хлорофилла.
COOC20 H39
k
kkkk
MgN4 OH30 C32
SSSS
S
COOC20 H39
+2HCl
COOCH3
k
kkkk
/ H2 N4 OH30 C32
SSSS
S
+MgCl2
COOCH3
Если на феофитин действовать солями меди, цинка или ртути, то
два протона замещаются на соответствующий металл и продукты реакции окрашиваются в зелёный цвет. Однако полученная окраска будет
несколько отличаться от окраски хлорофилла:
COOC20 H39
k
kkkk
H2 N4 OH30 C32
SSSS
S
COOC20 H39
+Zn(CH3 COO)2
COOCH3
l
llll
/ ZN4 OH30 C32
RRRR
R
+2CH3 COOH
COOCH3
Следовательно, цвет хлорофиллов обусловлен металлоорганической связью в их молекулах.
Ход работы
В чистую пробирку налейте  мл спирта и добавьте по каплям вытяжку пигментов листа до появления окраски, характерной для свежих
1
листьев. Отлейте 3 объёма вытяжки для контроля в чистую пробирку,
а из оставшейся части получите феофитин, добавив – капли  %-го
раствора соляной кислоты (, М). Половину полученного феофитина
отлейте в чистую пробирку, а с оставшейся равной порцией проведите реакцию, дающую цинковое производное хлорофилла. Для этого
добавьте к феофитину немного кристаллического ацетата цинка (на
кончике скальпеля) и осторожно нагрейте до кипения. Если зелёная
окраска не появится, добавьте немного той же соли и подогрейте.
Все  пробирки поставьте в штативе в один ряд и, сравнив окраску
жидкостей, выявите сущность проведённых реакций.
.. Разделение пигментов методом бумажной хроматографии
Метод хроматографии был впервые разработан русским физиологом М. С. Цветом и представлен в магистерской диссертации «Физикохимическое строение хлорофильного зерна» ( г., Казанский университет).
Метод бумажной хроматографии основан на распределении пигментов между целлюлозой хроматографической бумаги и подвижной
фазой — растворителями. Когда по бумаге под действием капиллярных
сил движутся растворители, молекулы пигментов, нанесённые на бумагу, распределяются между двумя фазами в соответствии с коэффициен-

Физиология растений
том распределения. Чем выше растворимость пигмента в подвижной
фазе, тем дальше он продвигается по бумаге вместе с растворителем —
и наоборот.
Ход работы
Полоску хроматографической бумаги шириной – см и длиной, соответствующей высоте сосуда, положите на чистую поверхность и карандашом на бумаге начертите горизонтальную линию старта на расстоянии  см от края.
Из ранее приготовленной спиртовой вытяжки возьмите капилляром небольшую порцию экстракта и перенесите её на стартовую линию хроматографической бумаги в виде полоски или пятна диаметром
не более  см. Для анализа необходим сравнительно большой объём
раствора, поэтому наносить раствор надо в несколько приёмов (–
раз): каждую следующую порцию после подсушивания предыдущей
в токе воздуха.
Хроматографирование выполняют в герметично закрытых сосудах,
где поддерживают насыщенную парами растворителей атмосферу, что
предотвращает их испарение с бумаги. Хроматографическая камера
представляет собой цилиндр, на дно которого налита смесь растворителей (например, бензина и бензола в отношении :).
При восходящей хроматографии бумажную полосу подвешивают
вертикально на нить за линию перегиба; при этом нижний её конец,
на который нанесена смесь пигментов, погружают в растворитель на
 см (рис. ). Цилиндр плотно закрывают крышкой.
По мере движения растворителя под действием капиллярных сил
вертикально вверх происходит разделение растворённых веществ. По
окончании процесса (когда растворитель дошёл до линии перегиба, то
есть финиша) хроматограмму вынимают из цилиндра и просушивают.
А далее анализируют полученную хроматограмму.
Все хлорофиллы — вещества нестойкие Извлечённые из листа, они
легко окисляются на воздухе. В этой связи зоны с соответствующими
пигментами необходимо сразу после просушивания обвести простым
карандашом.
Фотосинтетические пигменты распределяются в следующем порядке (начиная «сверху», от фронта растворителя): каротины (светло-жёлтые), ксантофиллы (жёлтые), феофитин (серый), хлорофилл a (синезелёный), хлорофилл b (жёлто-зелёный), лютеин (один из ксантофиллов, ярко-жёлтый) (рис.  цветной вклейки).
Хорошо заметное пятно феофитина на хроматограмме говорит
о том, что предложенная вытяжка пигментов была несвежей.
Расстояние, пройденное нанесённым на бумагу пигментом в направлении движения растворителя, характеризуется величиной R f , ко-
. Разделение пигментов и качественные реакции с ними

Рис. . Общий вид сосуда для восходящей хроматографии:  — корковая
пробка;  — нитка;  — стеклянный сосуд;  — хроматографическая бумага;
 — смесь растворителей
торая представляет собой отношение расстояния, пройденного растворённым пигментом, к расстоянию, пройденному фронтом растворителя.
В стандартных условиях эта величина является постоянной для каждого пигмента и приводится в справочнике.
.. Качественные реакции на антоцианы
Широко распространёнными в растительном мире красящими веществами являются антоцианы. В отличие от хлорофилла, они не связаны внутри клетки с хлоропластами и другими пластидами, а чаще
всего растворены в клеточном соке и иногда встречаются в виде мелких кристаллов.
Рис. . Структура, лежащая в основе антоциана
Присутствие антоцианов в клеточном соке растений придаёт цветкам колокольчиков синий цвет, фиалок — фиолетовый, незабудок —
небесно-голубой, тюльпанов, пионов, роз, георгинов — красный, а цветкам гвоздик, флоксов и гладиолусов — розовый.
Окраска нередко зависит от рН клеточного содержимого и потому может меняться при созревании плодов и отцветании цветков, то
есть процессах, сопровождающихся изменением pH среды. Известно,

Физиология растений
что соединения антоциана с кислотами имеют красный или розовый
цвет, в нейтральной среде антоцианы фиолетовые, а в щелочной синие.
Поэтому в соцветиях медуницы лекарственной можно одновременно
найти полураспустившиеся цветки с розоватым венчиком, расцветшие — пурпуровой окраски и уже отцветающие — синего цвета. Это
обусловлено тем, что в бутонах клеточный сок имеет кислую реакцию,
которая по мере распускания цветков переходит в нейтральную, а потом и в щелочную. Подобные же изменения окраски лепестков наблюдаются у цветков жасмина комнатного, незабудки болотной, синюхи
голубой, льна обыкновенного, цикория обыкновенного и сочевичника
весеннего. Возможно, такие «возрастные» явления в цветке частично
связаны и с процессом его оплодотворения. Имеются сведения, что насекомые-опылители медуницы садятся только на расцветшие розовые
и пурпурные цветки.
Задание
. Приготовить водную вытяжку антоциантов.
. Провести качественные реакции на антоциан. Сформулировать
вывод о влиянии рН клеточного сока на цвет вытяжки антоциана.
Ход работы
... Экстракция антоцианов. Антоцианы — водорастворимые пигменты. Их водную вытяжку можно получить из свёклы, из листьев
краснокочанной капусты или из лепестков цветков с цветовой гаммой
от розовой до фиолетовой.
Способ : ,– г растительного вещества необходимо поместить
в ступку и измельчить с небольшим количеством хорошо промытого
песка, добавить около  мл воды и отфильтровать получившийся раствор.
В зависимости от вида растения такая вытяжка может быть голубого, синего, фиолетового, розового или малинового цвета.
Способ : ,– г красных листьев или синих, фиолетовых лепестков поместите в пробирку. Залейте  мл воды и доведите до кипения
над пламенем горелки. Нагревание выше 70 ◦ С приводит к разрушению
мембран клеток. Антоцианы свободно выходят из клеток, окрашивая
воду в розовый, синий или зеленоватый цвет. Отфильтруйте раствор
в чистую пробирку через бумажный фильтр.
... Проведение качественных реакций. В  пробирки прилейте по – мл вытяжки пигментов.
Первая пробирка — контроль, во вторую пробирку добавляйте по
каплям разбавленный раствор кислоты (например, , М HCl). Если полученная вытяжка антоцианов первоначально имела буроватую окрас-
. Растительная клетка как осмотическая система

ку, то после добавления – капель кислоты она примет красивый розово-красный цвет. Изменения окраски связаны с перестройками в молекуле антоциана.
В третью пробирку добавляйте по каплям разбавленную щёлочь
(например, , М раствор NaOH) или добавьте немного, на самом кончике ножа, порошка питьевой соды. Вытяжка пигментов синих лепестков и листьев многих растений при добавлении щёлочи окрашивается
в зелёный цвет (рис.  цветной вклейки).
И только у некоторых видов, например у фиолетовых анютиных
глазок, гибискуса (китайская роза), краснокочанной капусты, раствор
антоциана приобретает под действием щёлочи довольно устойчивую
сине-фиолетовую окраску. У василька синего голубая окраска устойчива даже в кислой среде (pH = 4–6). Причина этого явления в том, что
голубой и синий цвета появляются только в том случае, если молекула
пигмента входит в состав сложного комплексного соединения с металлами (Fe, Ca, Mg и др.), углеводами или белками. У других же видов
в процессе выделения пигментов из листьев происходит разрушение
такого комплекса и утрата способности к проявлению голубого и синего цветов.
Контролируя с помощью индикаторной бумаги изменение рН раствора, которое происходит в результате постепенного добавления кислоты или щёлочи, можно установить более точную зависимость цвета
антоцианов от кислотности среды. Так, у краснокочанной капусты исходная вытяжка имеет красно-фиолетовый цвет. В сильнокислой среде
(pH = 2–3) она приобретает красную окраску, а при pH = 4–5 — розовую. В результате постепенной нейтрализации щёлочью розово-красный цвет сменяется сначала на синий (нейтральная среда, pH = 6–7),
затем на зелёный (pH = 8), жёлто-зелёный (pH = 9–10), а в сильно щелочной среде — на жёлтый (pH > 10) цвет.
. Растительная клетка как осмотическая система
Растения находятся в условиях постоянного взаимодействия с окружающей средой. Упругое состояние клеток и тканей растительного организма, их амортизация при механических воздействиях обеспечивается благодаря явлениям осмоса.
Осмосом называют диффузию растворителя через полупроницаемую мембрану из раствора с низкой концентрацией растворённого
вещества в раствор с высокой концентрацией растворённого вещества.
Более подробные сведения о физической природе осмоса приведены в приложении к данному пункту.
Ниже мы рассмотрим основные задания, связанные с наблюдением
осмотических явлений.

Физиология растений
.. Клеточка Траубе
Задание
. Получить полупроницаемую мембрану для «клеточки Траубе».
. Провести наблюдения за осмотическим передвижением воды.
Ход работы
В пробирку налейте – мл , М раствора медного купороса
(CuSO4 ). Опустите в него – крупных кристалла жёлтой кровяной
соли К4 [Fe(CN)6 ]. Кристалл жёлтой кровяной соли в растворе медного купороса быстро образует на своей поверхности полупроницаемую
осадочную перепонку железистосинеродистой меди.
Реакция идёт по уравнению
K4 [Fe(CN)6 ] + 2CuSO4 = Cu2 [Fe(CN)6 ] + 2K2 SO4 .
полупроницаемая
перепонка
Перепонка проницаема для воды, но непроницаема для солей. Концентрация раствора медного купороса снаружи перепонки ниже, чем
концентрация жёлтой кровяной соли внутри неё. Вследствие этого возникает градиент концентрации, по которому начинает перемещаться
вода.
Вода начинает поступать из системы с меньшей концентрацией соли в систему с большей концентрацией соли (т. е. внутрь), разбавляя
её (рис. ). Это явление называется эндосмос. В результате образуется
мешочек, который вследствие поступления воды всё время увеличивается в объёме и даёт выросты (рис. ).
Рис. . Клеточка Траубе
. Растительная клетка как осмотическая система

Этот мешочек и называется искусственной «клеточкой Траубе».
Объём «клеточки» будет увеличиваться, до тех пор пока концентрации солей по обе стороны полупроницаемой мембраны (перепонки) не
сравняются.
.. Осмотические явления в растительной клетке
В растительной клетке роль полупроницаемых мембран выполняют плазмалемма (мембрана, отграничивающая цитоплазму от внеклеточной среды) и тонопласт (мембрана, отграничивающая содержимое вакуоли от цитоплазмы). Эти мембраны легко пропускают воду
и значительно слабее — растворённые в воде вещества. Незначительная доля молекул растворённых веществ всё же может диффундировать
сквозь мембраны клетки, то есть такие мембраны не обладают «идеальными» свойствами полупроницаемости.
Благодаря наличию в вакуоли клеточного сока определённой концентрации и условно полупроницаемых мембран клетка в растворах
ведёт себя как осмотическая система.
Если поместить растительную клетку в раствор с более низкой
концентрацией растворённых веществ по сравнению с концентрацией
клеточного сока (гипотонический раствор, рис. ), то вода начинает
поступать из раствора в клетку (как в опыте с искусственной клеточкой Траубе).
В более концентрированных по сравнению с клеточным соком растворах (гипертонический раствор) вода будет выходить из клетки
(рис. ).
Изотоническим называют такой раствор, концентрация растворённых веществ в котором такая же, как и в клеточном соке. В таком
растворе отсутствует градиент концентрации и клетка не меняет свой
объём (рис. ).
Рис. . Поступление воды по градиенту концентрации
... Наблюдение плазмолиза/деплазмолиза. Процесс поступления воды в клетку и выхода её из клетки через полупроницаемую
мембрану можно проследить, наблюдая явления плазмолиза и деплаз-

Физиология растений
молиза. Для этого нам понадобится раствор плазмолитика, то есть
растворённого вещества, молекулы или ионы которого почти (в идеальном случае совсем) не диффундируют через плазмалемму (или тонопласт вакуоли) и концентрированные растворы которых вызывают
плазмолиз. Такими веществами могут быть хорошо растворимые неорганические соли (например, NaCl, Ca(NO3 )2 , KNO3 , KCNS) или низкомолекулярные органические соединения (например, сорбит, ксилит,
маннит, сахароза).
Задание
. Приготовить препарат эпидермиса чешуи лука (в воде), рассмотреть его, зарисовать клетки, состояние цитоплазмы.
. Заменить воду на  М раствор хлорида натрия (NaCl). Наблюдать за происходящими изменениями, зарисовать форму плазмолиза.
Объяснить происходящие изменения.
. Заменить раствор  М NaCl на воду, наблюдать за происходящими изменениями. Объяснить происходящие изменения.
Ход работы
. Приготовление препарата эпидермиса чешуи лука.
Возьмите красную луковицу, клетки эпидермиса которой содержат
антоциан. На эпидермисе чешуи луковицы лезвием бритвы сделайте
насечки в виде квадратиков 3 × 4 мм. Пинцетом снимите – кусочка
эпидермиса без подстилающих тканей и поместите их на предметное
стекло в каплю воды. Закрыв покровным стеклом, рассмотрите клетки
под микроскопом. Мы видим, что все клетки препарата равномерно
окрашены антоцианом (рис.  а цветной вклейки).
. Наблюдение плазмолиза.
На препарате с одной стороны покровного стекла поместите каплю  М раствора хлорида натрия, с противоположной стороны из-под
покровного стекла кусочком фильтровальной бумаги оттяните воду.
Необходимо всё время следить под малым увеличением микроскопа
за тем, что происходит в клетках эпидермиса лука. По мере появления под покровным стеклом хлорида натрия вода выходит из клетки,
объём окрашенного клеточного сока уменьшается, вакуоль сжимается.
Происходит постепенное отставание протопласта от оболочки клетки
сначала в уголках (пространство между оболочкой и плазмалеммой
заполняется бесцветным раствором хлорида натрия), а затем и по всей
поверхности оболочки. Наблюдается явление плазмолиза (рис.  б
цветной вклейки).
. Растительная клетка как осмотическая система

. Наблюдение деплазмолиза.
Сбоку от препарата осторожно поместите каплю воды и медленным
отсасыванием отмойте препарат от плазмолитика. Вода начинает поступать в концентрированный клеточный сок, плазмолиз прекращается, и протопласт снова заполняет весь объём клетки. Наступает деплазмолиз.
... Формы плазмолиза. Если наблюдать в микроскоп за процессом плазмолиза, то можно выявить разные его формы, возникающие на разных стадиях или при определённых условиях.
Если добавить к клеткам гипертонический раствор плазмолитика, то протопласт будет вначале отставать от клеточной стенки лишь
в некоторых местах, чаще всего в уголках. Такой плазмолиз называют
уголковым (рис.  ()). С течением времени протопласт начнёт отходить от клеточных стенок всё больше, сохраняя связь с ними лишь
в отдельных точках. Поверхность протопласта между этими точками
имеет вогнутую форму, поэтому на этой стадии плазмолиз называют
вогнутым (рис.  ()). Постепенно протопласт оторвётся от клеточных стенок по всей поверхности и примет округлую форму. Такой плазмолиз называется выпуклым (рис.  ()).
Рис. . Формы плазмолиза:  — уголковый,  — вогнутый,  — выпуклый,
 — судорожный,  — колпачковый (а — цитоплазма, б — вакуоль)
Форма плазмолиза определяется вязкостью цитоплазмы, которая
в свою очередь зависит от ионов плазмолитика. Так, ионы К+ , которые
способны ограниченно диффундировать через плазмалемму, проникая
внутрь клетки, способствуют притоку туда воды, тем самым снижая
вязкость цитоплазмы. При этом протопласт легко отходит от клеточной стенки и наблюдается выпуклый плазмолиз.
Обратное действие на цитоплазму оказывают ионы кальция (Ca2+ ),
которые не проходят через плазмалемму и повышают вязкость цитоплазмы, увеличивая силы её сцепления с клеточной стенкой. В этом
случае наблюдается судорожный плазмолиз (рис.  ()). При этом
протопласт остаётся связанным с оболочкой многочисленными нитями Гехта, а его плазмалемма будет иметь «рваный» вид. Судорожный
плазмолиз может быть вызван также резким добавлением большой
концентрации плазмолитика.

Физиология растений
Колпачковый плазмолиз возникает в вытянутых по форме клетках
(где вакуоль с боковых сторон касается плазмалеммы — рис.  ())
при действии гипертонических растворов солей (например, KCNS,
KNO3 ), проникающих через плазмалемму, но не проходящих или очень
слабо проходящих через тонопласт вакуоли. При этом возникает разность концентраций ионов между внутренним пространством вакуоли и цитоплазмой. Вода начинает выходить из вакуоли, стремясь разбавить гипертонический по отношению к ней раствор цитоплазмы.
Вследствие этого происходит набухание цитоплазмы и некоторое вытягивание плазмалеммы на «торцевых» сторонах протопласта, т. е. образование так называемых «колпачков» (рис.  ()).
Задание
По изменению свойств цитоплазмы установить проникновение
ионов через плазмалемму.
Ход работы
На одно предметное стекло нанесите каплю  М раствора нитрата
калия, на другое — , М раствора нитрата кальция. В обе капли поместите по кусочку эпидермы лука, снятой с вогнутой поверхности одной
и той же чешуи луковицы, накройте покровными стёклами. Через 
мин рассмотрите препараты под микроскопом.
.. Проникновение веществ в вакуоли живых клеток (окрашивание нейтральным красным)
Тонопласт, как и все мембраны, обладает избирательной проницаемостью. Витальные (прижизненные) красители, к которым относится и нейтральный красный, проходят через плазмалемму, цитоплазму
и тонопласт в вакуоль и окрашивают клеточный сок. Чтобы убедиться, что клетки живы, их плазмолизируют гипертоническим раствором.
С гибелью или повреждением клеток плазмолиз не происходит, структура цитоплазмы и ядра нарушается, их сродство к красителям возрастает.
Задание
Установить проникновение веществ (витальных красителей) в вакуоли живых клеток.
Ход работы
Срез эпидермиса с вогнутой поверхности чешуи неокрашенного лука поместите в бюкс с раствором нейтрального красного на  минут.
Затем срез перенесите на предметное стекло в каплю воды, покрыть
покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом при малом увеличении, далее — при большом.
. Наблюдение за движениями устьиц

У живых клеток вакуоль окрашивается в малиновый цвет, цитоплазма и ядра не окрашиваются. У мёртвых и повреждённых клеток
окрашиваются и цитоплазма, и ядро.
Затем полоской фильтровальной бумаги отсосите воду из-под покровного стекла и введите под него пипеткой каплю  М раствора
KNO3 . Плазмолиз в клетках с окрашенной вакуолью свидетельствует
о том, что они живые. Малиновый цвет вакуоли указывает на кислую
реакцию клеточного сока.
Далее под покровное стекло внесите каплю  %-го раствора аммиака — при этом окраска клеточного сока меняется на жёлтую, так
как в щелочной среде краситель нейтральный красный имеет жёлтый
цвет. В клетках, погибших под действием аммиака, в жёлто-бурый цвет
окрашиваются также цитоплазма и ядро.
. Наблюдение за движениями устьиц
В регуляции транспирации растений основное значение отводится
устьицам.
Устьице — это отверстие (щель), ограниченное двумя замыкающими клетками (рис.  и рис.  цветной вклейки). Число устьичных
отверстий колеблется в зависимости от вида растений от  до  на
 мм2 листа. Степень открытости устьица может служить физиологическим показателем для определения того, насколько растение обеспечено водой.
Устьица в зависимости от насыщенности клеток водой способны
закрываться и открываться. Движение устьиц обусловлено особенностями их анатомического строения.
Устьица двудольных растений состоят из двух замыкающих клеток бобовидной формы. Стенки таких клеток неравномерно утолщены
(рис.  A). Стенка, находящаяся ближе к отверстию устьица (внутренняя, вентральная), толще, чем противоположная (наружная, дорсальная). При этом целлюлозные микрофибриллы стенки ориентированы
таким образом, что внутренняя стенка менее эластична, чем наружная.
Некоторые микрофибриллы образуют как бы обручи вокруг замыкающих клеток (рис.  Б).
Эти обручи не эластичны, и по мере заполнения клетки водой они
не дают увеличиваться её диаметру, позволяя клетке растягиваться
только в длину. Но поскольку замыкающие клетки соединены своими
концами, а тонкие наружные стенки растягиваются легче, чем толстые
внутренние, при насыщении водой клетки приобретают дугообразную
форму. В результате между двумя соседними замыкающими клетками появляется зазор, называемый устьичной щелью. Такой же эффект
наблюдается, если надувать два скреплённых концами продолговатых

Физиология растений
Рис. . Строение устьица
воздушных шарика, наклеив вдоль их соприкасающихся сторон липкую ленту (имитация нерастяжимой внутренней стенки). Для полноты
картины можно неплотно обмотать их такой же лентой по спирали,
имитируя целлюлозные обручи.
Механизм открывания и закрывания устьичной щели тесно связан
с явлением осмоса. При высоком содержании воды в тканях растения
в замыкающих клетках начинает активно работать «калий-натриевый
насос» (система активного транспорта за счёт белков-переносчиков),
который закачивает ионы K+ в клетку. За счёт поступления ионов
калия изменяется концентрация раствора, он становится гипертоничным по отношению к внешнему раствору, и вслед за K+ в замыкающие
клетки (в их цитоплазму и вакуоли) начинает поступать вода. Далее,
за счёт разности в толщине стенок и концентрического расположения
микрофибрилл по механизму, описанному выше, между замыкающими клетками образуется щель — устьица открываются.
При недостатке воды в тканях растения белки-переносчики ионов
К+ прекращают свою работу и ионы К+ по градиенту концентраций
пассивно покидают клетки устьиц, а вслед за ними уходит вода. Замыкающие клетки теряют тургор и пассивно смыкаются — устьица закрываются.
У однодольных растений строение замыкающих клеток несколько иное (рис. ). Они представлены двумя удлинёнными клетками,
стенки которых на концах более тонкие. При насыщении водой более
тонкие стенки на концах растягиваются и раздвигают замыкающие
клетки, благодаря чему образуется щель.
Задание
. Срез нижнего эпидермиса листа рассмотреть в капле воды при
большом увеличении. Зарисовать устьице, отметить разность в толщине клеточных стенок у замыкающих клеток.
Приложение. Физические принципы осмотических явлений

Рис. . Структура устьица у однодольных растений
. Заменить воду на раствор осмотически активного вещества
низкой концентрации ( М раствор сахарозы или , М раствор глицерина). Наблюдать за происходящими изменениями, зарисовать состояние устьиц. Объяснить происходившие изменения.
Ход работы
. Приготовление препарата эпидермиса листа.
Перед опытом растения рекомендуется хорошо полить и выдержать на ярком свету в течение ,– часов, чтобы устьица открылись.
У  % видов растений устьица расположены на нижней стороне листа.
Для приготовления препарата необходимо надломить лист и подцепить лоскут эпидермиса нижней стороны препаровальной иглой. Если
перед вами лист злака, разорвите его в направлении, параллельном
жилкованию. По краю разрыва под микроскопом будут видны участки
эпидермиса. Приготовленный препарат поместите в каплю воды под
покровное стекло. Проанализируйте препарат под микроскопом и зарисуйте результат.
. Закрытие устьичной щели.
На препарате с одной стороны покровного стекла поместите каплю
 М раствора сахарозы (или , М раствор глицерина). С противоположной стороны из-под покровного стекла кусочком фильтровальной бумаги оттяните воду. В результате таких манипуляций раствор осмотически активного вещества будет затянут под покровное стекло. Наблюдается явление плазмолиза, как в замыкающих клетках, так и в остальных клетках эпидермиса. Устьичные щели при этом закрываются.
Приложение. Физические принципы осмотических
явлений
Для начала рассмотрим явление осмоса на примере простой системы. Возьмём тонкую полупроницаемую плёнку, которая пропускает воду, а растворённые в ней вещества не пропускает, и натянем её поперёк
банки так, чтобы она герметично отделяла одну половину от другой.

Физиология растений
В первую половину нальём чистой воды, а во вторую — раствор соли.
В общем случае такая система называется «осмотической ячейкой».
Что же будет в ней происходить? Вода начнёт перемещаться (диффундировать) через мембрану из половины с чистой водой в раствор
соли, стремясь его разбавить. В этом случае мы наблюдаем явление
осмоса, которое состоит в том, что любое вещество перемещается туда, где его меньше (если, конечно, это вещество способно свободно
перемещаться). В нашей экспериментальной системе свободно перемещаться через полупроницаемую мембрану могут только молекулы
воды (растворителя). Заметим, что, когда часть воды переместится из
половины с чистой водой в раствор соли, объём последнего увеличится
и, как следствие, повысится его уровень, а вместе с этим увеличится
давление на стенки и полупроницаемую мембрану со стороны раствора. С увеличением давления увеличивается и обратный ток молекул
воды через мембрану из раствора соли в зону с чистой водой, то есть
обратная диффузия. С самого начала опыта в нашей системе существовали прямой и обратный потоки молекул воды (то есть в раствор
соли и из него). Но если в начале процесса обратная диффузия была
пренебрежимо мала, то по мере насыщения раствора водой её скорость
будет увеличиваться. В определённый момент скорости прямой и обратной диффузии становятся равны и система приходит в состояние,
которое называется термодинамическим равновесием. Концентрацию
раствора соли в точке равновесия называют изотонической концентрацией, а гидростатическое давление раствора соли на стенки — осмотическим давлением (обозначается π). Между этими параметрами
существует прямая зависимость, которая описывается законом ВантГоффа:
π = ciRT,
где
c — изотоническая концентрация (моль/л),
i — изотонический коэффициент: число частиц, на которые распадается одна молекула вещества (зависит от степени диссоциации вещества в конкретных условиях (С, T) и числа ионов, на которые оно
распадается; для неэлектролитов i = 1),
R — газовая постоянная (R = 8,31Дж/K·моль= 0,082атм ·л/K·моль),
T — температура (в градусах Кельвина, К; 0◦ C = 273 K).
Вернёмся к нашему опыту. Если приложить к одной из половинок
банки внешнее давление, то равновесие в системе нарушится, вода
вновь начнёт перемещаться и её ток будет направлен из зоны с более
высоким давлением в зону с более низким. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока давления не выровняются и система вновь не
придёт в равновесие. Можно с самого начала приложить к половине
Приложение. Физические принципы осмотических явлений

с раствором такое давление, при котором вода туда перемещаться не
будет, то есть будет достигнуто равновесие за счёт внешнего давления.
В этом случае гидростатическое давление раствора вновь будет равно
осмотическому. Таким образом, направление перемещения воды между половинками банки определяется не только соотношением концентраций растворённых веществ (в нашем случае в первой половинке
концентрация нулевая), но и разницей в давлении.
Самопроизвольное перемещение воды в осмотическую ячейку и обратно, будь то искусственно созданная система (такая как в нашей банке) или живая растительная клетка, можно описать в понятиях термодинамики, а именно через термодинамические потенциалы, которые
дают представление об «энергетическом запасе» системы и о возможности протекания в ней того или иного процесса.
В физиологии растений потенциалы выражаются в единицах давления (в единицах СИ — МПа; 1 МПа = 10 бар = 9,88 атм). Осмотическую ячейку можно в общем случае охарактеризовать двумя потенциалами — осмотическим и гидростатическим. Осмотический потенциал
(ψосм ) показывает способность осмотической ячейки (например, клетки) набирать воду. Он численно равен осмотическому давлению, но
противоположен ему по знаку, т. е.
ψосм = −π.
Гидростатический потенциал (ψ) показывает сопротивление осмотической ячейки к насыщению водой. Этот потенциал равен гидростатическому давлению раствора на полупроницаемую мембрану:
ψгидр = P.
В случае растительной клетки это давление клеточного сока на
плазмалемму (и под действием этого протопласта — на клеточную
стенку), которое также называется тургорным давлением.
Способность воды к перемещению внутрь осмотической ячейки характеризуется водным потенциалом (ψв ), который можно выразить
так:
ψв = ψгидр + ψосм = P − π.
()
Законы термодинамики гласят, что самопроизвольные процессы
происходят при отрицательном изменении потенциальной энергии системы. Поэтому вода будет самопроизвольно заходить в клетку при
ψ < 0, то есть когда осмотическое давление будет больше гидростатического (тургорного): π > P. В состоянии равновесия эти давления
равны, а ψв = 0.
В случае растительной клетки, находящейся в обычных для жизни
растения условиях, величина тургорного давления (P) пренебрежимо

Физиология растений
мала по сравнению с осмотическим давлением (π), поэтому в физиологии растений уравнение () часто приводят в сокращённом виде:
ψв = −π = −ciRT.
Задания по расчёту осмотического давления или водного потенциала часто включаются в практический тур олимпиады в кабинете
физиологии растений. Термодинамические принципы важны для понимания не только явления осмоса, но и многих других клеточных
и физиологических процессов в биологии.
Список литературы
. Батурицкая Н. В. , Фенчук Т. Д. Удивительные опыты с растениями:
Кн. для учащихся. Мн.: Нар. асвета, .
. Волков А. И. , Жарский И. М. Большой химический справочник.
Мн.: Современная школа, .
. Климачев Д. А. , Дубровская А. М. Практикум по физиологии растений. М.: Изд-во МГОУ, . С. –.
. Кузнецов Вл. В. , Дмитриева Г. А. Физиология растений: Учеб. для
вузов. М.: Высш. шк., . С. –.
. Третьяков Н. Н., Карнаухова Т. В., Паничкин Л. А. и др. Практикум по
физиологии растений. Изд. -е, перераб. и доп. М.: Агропромиздат,
. С. –, –.
. Плотникова И. В., Живухина Е. А., Михалевская О. Б. и др. Практикум по физиологии растений: Учеб. пособие для студ. высш.
пед. учеб. заведений. Под. ред. Б. В. Иванова. М.: Академия, .
С. –, –, –.
. Воробьев В. Н., Невмержицкая Ю. Ю., Хуснетдинова Л. З., Якушенкова Т. П. Практикум по физиологии растений: учебно-методическое
пособие. Казань: Казанский университет, . С. –, –.
. Смашевский Н. Д. Практикум по физиологии растений: учебное пособие. Астрахань: Астраханский государственный университет, Издательский дом «Астраханский университет», . С. –, , –.
. Алехина Н. Д., Балнокин Ю. В., Гавриленко В. Ф. и др. Физиология
растений: Учебник для студ. вузов. Под ред. И. П. Ермакова. М.: Академия, . С. –.
. Якушкина Н. И. , Бахтенко Е. Ю. Физиология растений: учеб. для
студентов вузов, обучающихся по специальности  «Биология». М.: Гуманитар. изд. центр ВЛАДОС, . С. –.
. Taiz L. , Zeiger E. Plant physiology. — rd edn. and Sunderland: Sinauer
Associates, . P. –.
АНАТОМИЯ БЕСПОЗВОНОЧНЫХ
Автор: М. В. Тиунова
. Введение
Практические задания по анатомии беспозвоночных прежде всего
проверяют, насколько участники олимпиады ориентируются в плане
строения животных из различных систематических групп. Для успешного их выполнения вам необходимо не только владеть практическими
навыками вскрытия и препаровки животных, но и уметь применять общие теоретические знания о внешнем и внутреннем строении организмов какой-либо группы (например, моллюсков или членистоногих) для
понимания того, как устроен вполне конкретный объект. Если вы хорошо представляете себе план строения, например, членистоногих, то
сможете сориентироваться и найти все системы и органы у вскрытого
таракана или речного рака. Ниже приведены рекомендации по использованию препаровальных инструментов, оборудования и инструкции
по работе с конкретными видами животных. Мы рассмотрим препаровку и анализ строения беспозвоночных на классических объектах,
таких как беззубка — представитель класса двустворчатых моллюсков,
а также речной рак и таракан — представители типа членистоногих.
Конечно, на олимпиаде вы, скорее всего, встретитесь с другими объектами, но общие принципы работы останутся теми же. Перечислим
их:
— важно хорошо представлять общий план внешнего и внутреннего строения животных крупных систематических групп;
— препарируя и рассматривая объект, в первую очередь ищите общие черты строения для группы, к которой он принадлежит;
— продумывайте последовательность своих действий, будьте аккуратны и точны, не спешите;
— удаляя или отрезая какую-либо часть препарата, удостоверьтесь,
что вы не повреждаете каких-либо важных органов и частей;
— применяйте инструменты аккуратно и по назначению.
. Краткий обзор инструментов, используемых для
вскрытия и препаровки животных
Чаще всего при изучении внутреннего строения животных используют следующие инструменты и оборудование: препаровальные ванночки, скальпели, ножницы, пинцеты, препаровальные иглы, булавки

Анатомия беспозвоночных
и лупы. Для того чтобы рассмотреть мелкие детали строения животных, используют бинокуляр.
Скальпель — особый род анатомического ножа с относительно коротким и острым лезвием. Применяется скальпель при вскрытии, им
делают разрезы и надрезы разной глубины, преимущественно работают с мягкими тканями. Важные условия при работе со скальпелем:
поддержание лезвия в остром и чистом состоянии и разумная осторожность. Держать скальпель нужно в правой руке примерно так же, как
ручку.
Ножницы в ряде случаев (но не всегда!) могут заменить скальпель.
Чаще всего их используют для перерезки твёрдых частей объекта (панцирей, раковин и т. п.). Если одно из лезвий ножниц на конце закруглено, то при вскрытии его направляют внутрь полости тела животного,
чтобы избежать повреждения мягких тканей острым лезвием.
Пинцет служит для захвата, перемещения, удержания скользких
частей объекта. Это небольшие щипчики, различающиеся по размерам, форме и остроте кончиков. Пинцеты с рубчатым внутренним покрытием незаменимы при работе со скользкими и слизистыми объектами, так как позволяют удерживать их.
Препаровальные иглы могут быть прямыми или изогнутыми. И те
и другие служат для тонкой местной препаровки, разделения, удерживания, приподнимания, поворота или перемещения объекта или его
частей. Часто бывает удобно работать сразу двумя препаровальными
иглами. Препаровальные иглы не следует использовать для прикрепления объекта ко дну ванночки.
Препаровальные ванночки, дно которых залито парафином, служат для размещения и рассматривания объекта. На дне ванночки объект или его части закрепляют с помощью булавок.
Лупа помогает лучше изучить объект, найти и рассмотреть мелкие
детали строения.
Бинокуляр (стереомикроскоп) — оптический прибор с двумя окулярами (что позволяет рассматривать изучаемый объект сразу двумя
глазами). В большинстве случаев бинокуляр позволяет увеличить изображение объекта от  до  раз. Бинокуляр может иметь встроенный
осветитель, который позволяет подсветить объект сверху или снизу.
Некоторые бинокуляры вместо осветителя могут быть снабжены зеркалом, с помощью которого можно поймать луч света и направить
его на объект снизу. Конечно, для работы в отражённом свете объект
должен быть достаточно тонким и прозрачным. В случае рассмотрения
деталей внутреннего строения животного, находящегося в ванночке
с парафином, нижняя подсветка или свет, отражённый зеркальцем,
. Вскрытие двустворчатого моллюска (беззубки)

бесполезны. При работе с бинокуляром изучаемый объект помещают
под объектив и, глядя на него в окуляры, настраивают резкость изображения с помощью соответствующих винтов. У большинства бинокуляров есть специальные винты для смены увеличения. Поворачивая
их, можно подобрать наиболее подходящее увеличение для конкретной
задачи.
. Вскрытие двустворчатого моллюска (беззубки)
и анализ его строения
Сначала рассмотрите внешнее строение (рис. ) моллюска. На
спинной стороне (рис. ()) (сверху) две створки его раковины
соединены эластичной связкой — лигаментом (рис. ()), состоящим из рогового вещества. А на противоположной брюшной стороне
(рис. ()) (внизу) створки свободны. Передний конец (рис. ())
раковины беззубки широкий и закруглённый, а задний — суженный
и заострённый (рис. ()). Снаружи створки раковины покрыты роговым (конхиолиновым) слоем. Ежегодный прирост раковины соответствует годовым кольцам (рис. ()), заметным на внешней её поверхности, так как мантия наращивает раковину только в благоприятных условиях. Выпуклая часть раковины, расположенная немного
впереди лигамента, называется верхушкой (или макушкой) раковины
(рис. ()). Это самая старая её часть.
Рис. . Внешнее строение раковины беззубки (Anodonta). Обозначения:
 — передний край;  — брюшной край;  — задний край;  — спинной, или
замочный, край;  — макушка;  — лигамент;  — годовые кольца

Анатомия беспозвоночных
Изучение внутреннего строения беззубки можно начать с органов,
расположенных в мантийной полости. Для этого необходимо удалить
одну из створок раковины, а затем — складку мантии. Возьмите моллюска на ладонь левой руки брюшным краем створок к себе. Возможно, проще будет начать вскрытие раковины двустворчатого моллюска с заднего конца, так как раковина там может быть чуть-чуть
приоткрыта. Вставьте лезвие скальпеля между краями брюшных створок и осторожно проведите его к заднему концу раковины, разрезая
задний мускул-замыкатель (рис. ()). Необходимо следить, чтобы
скальпель на всём протяжении делал разрез возле самой поверхности раковины. Затем переверните моллюска на  градусов и вновь
введите кончик скальпеля в щель между брюшными краями створок,
а потом осторожно, чтобы не повредить мягкие части тела моллюска, проведите лезвие к переднему мускулу-замыкателю, перерезая его
(лезвие также остаётся у самой поверхности верхней створки). Теперь, когда оба мускула перерезаны, створки раковины можно открыть. Однако к верхней створке по-прежнему прикреплена мантийная складка — тонкий полупрозрачный желтовато-белый слой мягкой
ткани; её нужно аккуратно отделить скальпелем. После этого, убедившись, что никакие части мягких тканей больше не удерживают
верхнюю створку раковины, вы можете окончательно открыть створки
моллюска.
Рис. . Правая створка беззубки с внутренней стороны. Обозначения:
 — мантийная линия;  — отпечаток переднего мускула-замыкателя;
 — отпечаток заднего мускула-замыкателя;  — отпечаток протрактора
ноги;  — отпечаток ретрактора ноги
Поместите беззубку в ванночку-кювету. Отделите верхнюю створку раковины с помощью ножниц. Рассмотрите её: изнутри ракови-
. Вскрытие двустворчатого моллюска (беззубки)

на покрыта гладким переливающимся перламутровым слоем; вдоль
наружного края створки можно заметить тонкую мантийную линию
(рис. ()) — след прикрепления небольших мускульных пучков края
мантийной складки. Выше, на переднем и заднем краях створки отчётливо видны следы прикрепления переднего (рис. ()) и заднего
(рис. ()) мускулов-замыкателей.
Оставшуюся в ванночке створку залейте водой так, чтобы мягкие
части тела животного были покрыты полностью или почти полностью.
Это позволит органам расправиться, не липнуть друг к другу и не высыхать, пока вы будете препарировать моллюска. Рассмотрите нижнюю
створку моллюска, находящуюся в ванночке. Его тело сверху покрыто
мантией, которую вы отделили ранее от верхней створки. Это спинная
складка, которая облегает животное с двух сторон и ограничивает мантийную полость. Край мантии срастается с раковиной по мантийной
линии (вы уже видели её на свободной створке). При благоприятных
условиях среды именно мантийные железы брюшной стороны наращивают раковину. На заднем конце тела смыкающиеся края мантии образуют отверстия двух сифонов — жаберного (рис. ()) (вводного,
он более широкий и всегда расположен ближе к брюшной стороне, его
край снабжён небольшими чувствительными щупальцами) и анального (рис. ()) (выводного, он узкий и расположен ближе к спинной
стороне). Через жаберный сифон вода входит внутрь раковины, принося кислород и пищу, через анальный — выходит наружу.
Приподнимите пинцетом верхнюю складку мантии, рассмотрите
её внимательно, найдите место прикрепления мантии к телу и осторожно обрежьте её по границе срастания со спинной стороной тела (рис. ()). Прямо перед вами две желтовато-коричневые полосатые тонкие пластинки, это наружный и внутренний жаберные
листки, или полужабры (рис. (,)) (такие же жабры вы можете найти на противоположной стороне тела). Рассмотрите их, осторожно приподнимая пинцетом. Полужабры покрыты мерцательным
эпителием. Волнообразные движения ресничек эпителия создают ток
воды внутри мантийной полости. Вода приносит кислород и пищевые частицы (микропланктон, детрит). Она поступает в мантийную
полость через вводной сифон в результате синхронной работы ресничек мерцательного эпителия и ротовых лопастей. Далее вода омывает полужабры, поднимается вверх и попадает в наджаберные каналы, находящиеся у основания полужабр. Пищевые частицы склеиваются в небольшие слизистые комочки — это происходит на жабрах, особенно в их нижней, брюшной части, где пролегают пищевые желобки — и с помощью всё тех же движений ресничек мерцательного эпителия движутся к ротовым лопастям моллюска. Ротовые
лопасти помогают собрать и доставить пищу в ротовое отверстие.

Анатомия беспозвоночных
Рис. . Вид тела моллюска (Anodonta) с левой стороны при удалённой
раковине. Обозначения:  — передний мускул-замыкатель;  — задний мускул-замыкатель;  — передний ретрактор ноги;  — задний ретрактор ноги;
 — протрактор;  — элеваторы ноги;  — нога;  — правая складка мантии;
 — вводной (дыхательный или жеберный ) сифон;  — выводной (анальный)
сифон;  — клоакальная камера;  — спинной мантийный канал;  — спинное мантийное отверстие;  — ротовое отверстие;  — ротовые лопасти;
 — левая наружная полужабра;  — левая внутренняя полужабра;  — область Кеберова органа;  — область перикарда;  — линия, по которой обрезана мантийная складка
В задней части ноги (рис. ()) наджаберные каналы попарно сливаются, образуя отводящий канал, связанный с клоакальной камерой
(рис. ()).
Жабры правой и левой сторон срастаются между собой по средней
линии в задней части беззубки, а между ними ясно видна клиновидная нога (рис. ()). В верхней части ноги расположены внутренние
органы: петли кишки и гонады (они просвечивают через её покровы
желтоватым цветом). Нижняя (мускулистая) часть ноги предназначена для ползания. Выдвижение ноги наружу и втягивание её в раковину осуществляется с помощью мышц протракторов (рис. ())
и ретракторов (рис. (,)), расположенных рядом с мускуламизамыкателями (рис. ()).
Голова у двустворчатых моллюсков редуцирована (в отличие от других групп моллюсков), но если отвернуть внутреннюю жабру, то в передней части тела животного около ноги можно найти с каждой стороны по две ротовые лопасти (рис. ()) — это треугольные листки,
. Вскрытие двустворчатого моллюска (беззубки)

по цвету напоминающие жабры. Они обрамляют ротовое отверстие
(рис. ()).
Над жабрами, ближе к переднему концу тела, расположен перикард
(или область перикардия) (рис. (); рис. ()). Внутри него находится сердце (рис. (,)), но при невскрытом перикарде оно видно плохо. С каждой стороны между ногой и внутренней жаброй ясно
видна тёмная полоса, это часть почки (рис. ()) (органа Боянуса).
В заднем конце тела, между сросшимися полужабрами с одной стороны
и ногой — с другой, есть отверстие, через которое вода из мантийной
полости уходит по направлению к выводному сифону. Если осторожно отделить ножницами сросшиеся внутренние листочки жабр один
от другого, можно увидеть, что просвечивающая почка продолжается
далеко назад. Рядом (на средней линии тела, под задним мускуломзамыкателем) на конце небольшого сосочка расположено анальное отверстие (рис. ()), которым заканчивается задняя (или прямая)
кишка (рис. ()).
Рис. . Схема внутреннего строения беззубки. Продольный разрез через
тело, вид слева. Обозначения:  — ротовое отверстие;  — пищевод;  —
желудок;  — средняя кишка;  — задняя (прямая) кишка;  — анальное
отверстие;  — печень;  — протоки печени;  — мешок кристаллического
стебелька;  — перикард;  — желудочек сердца;  — предсердие;  —
передняя аорта;  — задняя аорта;  — почка;  — половая железа (гонада);
 — полужабра;  — нога;  — передний мускул-замыкатель;  — задний
мускул-замыкатель;  — задний ретрактор ноги;  — мантийная складка;
 — вводной сифон;  — выводной сифон;  — клоакальная камера;
 — спинной мантийный канал;  — спинное мантийное отверстие

Анатомия беспозвоночных
Теперь нужно найти на переднем конце тела место срастания внутреннего жаберного листка с ногой и осторожно отделить их друг от
друга на несколько миллиметров при помощи пинцета и ножниц,
стараясь не повредить стенки тела с просвечивающейся почкой. Так
вы можете вскрыть внутренний канал наджаберной камеры (это
продолжение мантийной полости) и найти на тёмном фоне почки
два очень маленьких отверстия: выделительное (оно немного больше
и лучше заметно) и половое (меньше, но его можно найти под выделительным отверстием).
Далее положите моллюска ногой вниз, отведите оставшиеся лопасти мантии в стороны и закрепите их булавками. Теперь на переднем конце тела, сразу же за мускулом-замыкателем, можно найти просвечивающую серовато-зелёную пищеварительную железу — печень (рис. ()). За ней виден Кеберов орган (рис. ()) — особая
железистая часть стенки перикарда, он узнаваем благодаря буроватокрасному цвету. За ним — ближе к заднему концу тела — располагается чёрная почка (рис. ()).
Сверху, между левой и правой почками, виден светлый немного
вытянутый орган. Это сердце беззубки, которое находится внутри околосердечной сумки (перикарда) (рис. ()). Если осторожно приподнять мантию, сросшуюся со стенкой тела, то маленькими ножницами
или препаровальной иглой можно вскрыть перикард: для этого в его
верхней стенке делают Т-образный разрез, не переворачивая моллюска
ногой вниз, а оставив его лежать в створке раковины. Сердце у беззубки трёхкамерное: один желудочек (он мускулистый и хорошо заметен)
(рис. ()) и два предсердия (рис. ()) (они почти прозрачны
и видны плохо). В той же области вы можете также найти заднюю (или
прямую) кишку: она проходит сквозь перикард и даже сквозь желудочек сердца!
При препаровке моллюска могут возникнуть ошибки в виде случайного повреждения или удаления каких-либо органов и частей тела.
Подобных ошибок можно избежать, если не торопиться при вскрытии
и перед любым решительным действием (будь то удаление верхней
складки мантии или вскрытие перикарда) внимательно рассматривать
изучаемое животное и сравнивать то, что вы видите перед собой, с общим планом внутреннего строения двустворчатых моллюсков. Помните, что объект вашего исследования не очень крупный, расстояния
между органами небольшие, так что вам не следует делать размашистых и глубоких надрезов скальпелем. А в самом начале препаровки, при перерезании мускулов-замыкателей и разъединении створок,
очень важно совершать все движения скальпелем как можно ближе
к внутренней поверхности раковины.
. Вскрытие ракообразного (речного рака) и анализ его строения

. Вскрытие ракообразного (речного рака) и анализ
его строения
Перед вами — речной рак. Прежде всего рассмотрите его внешнее
строение: найдите головогрудь (рис. ()), прикрытую сверху панцирем — карапаксом, и брюшко (рис. ()), явственно разделённое
на  сегментов и анальную лопасть — тельсон (на нём нет конечностей). Спереди карапакс образует довольно заметный клиновидный
отросток — рострум (рис. ()). Слева и справа от рострума хорошо
видны сложные стебельчатые глаза (рис. ()), а примерно под ним
находятся основания двух пар антенн (рис. ()). Слева и справа
на карпаксе хорошо видны жаберно-сердечные борозды (рис. ()),
между ними — область, где спинной щит прочно срастается со стенкой
спинной стороны груди, а боковые части карапакса только прикрывают полости, где расположены жабры (рис. ()).
Рис. . Внешний вид рака. Обозначения:  — рострум;  — антеннулы;
 — антенны;  — экзоподит антенны;  — стебельчатый глаз;  — клешня первой пары ходильных ног;  — шейный шов;  — жаберно-сердечные бороздки;
 — головогрудь;  — брюшко;  — уроподы;  — тельсон;  — ходильные
конечности
Переверните рака так, чтобы вам были хорошо видны его брюшные
ноги (рис. ()). По внешнему виду этих конечностей вы можете
определить, самка или самец перед вами. У самцов первая и вторая
(если считать от границы головогруди и брюшка) пары брюшных конечностей видоизменены и выглядят как длинные белые трубчатые
органы (рис. ()). Кроме видоизменённых половых ножек самцов,

Анатомия беспозвоночных
Рис. . Схема вскрытия речного рака. Стрелками показано направление разреза
все конечности брюшка двуветвисты. У самок (см. рис. ) брюшные конечности (кроме последней пары) более или менее одинаковы,
а первые две пары обычно даже меньше последующих. Последняя пара
брюшных ног и у самцов, и у самок устроена одинаково: они расширены, уплощены и вместе с тельсоном образуют структуру, похожую на
хвостовой плавник (и внешне, и функционально) (рис. ()).
Теперь возьмите рака в левую руку так, чтобы его спинная сторона была обращена кверху, а голова — влево. Слегка оттяните брюшко вниз, а затем скальпелем аккуратно перережьте тонкую хитиновую плёночку-перегородку между головогрудью и брюшком (рис. ).
Осторожно введите кончик ножниц в получившееся отверстие и с их
помощью сделайте два продольно-параллельных надреза хитиновой
центральной части карапакса. Надрезы должны проходить (примерно)
вдоль заметных со спинной стороны жаберно-сердечных борозд, вплоть
до основания глаз. Соедините получившиеся продольные разрезы коротким поперечным. Затем поверните рака головой к себе и сделайте
два продольных разреза через спинные хитиновые пластинки сегментов брюшка так, чтобы они продолжали головогрудные разрезы. На
границе между последним брюшным сегментом и тельсоном соедините два разреза коротким поперечным.
Прикрепите рака ко дну ванночки: это удобно сделать, воткнув булавки в тельсон и расширенные части передних клешнёй. Наполните
ванночку водой.
С помощью пинцета осторожно отделите один за другим участки
спинных хитиновых пластинок сегментов брюшка, начиная с задней
части. Возьмите пинцет в левую руку и осторожно приподнимайте
отрезанную полоску карапакса, если необходимо, изнутри подрежьте
скальпелем мышцы в местах их прикрепления. Аккуратно удалите пинцетом остатки тонкой плёнки гиподермы, прикрывающей внутренние
. Вскрытие ракообразного (речного рака) и анализ его строения

органы, если после удаления хитинового панциря они сохранились.
При необходимости немного подрежьте края оставшихся боковых частей карапакса.
Рис. . Схема вскрытия речного рака. Обозначения:  — клешни;  — ветви
антеннулы;  — рострум (лобный шип);  — эндоподит (усик) антенны;
 — глаз;  — желудок;  — шейная бороздка;  — железы средней кишки;
 — передние артерии;  — яичник;  — сердце;  — ходильная ножка;
 — жабра;  — бранхиостегит;  — верхняя артерия;  — нервная цепочка;
 — задняя кишка;  — тельсон;  — экзоподит (чешуйка) антенны;
 — уроподы;  — печень
Теперь вы можете рассмотреть внутренние органы речного рака.
Ближе к переднему концу тела хорошо виден тёмный объёмный желудок (рис. ()), на поверхностной стенке которого можно заметить
перерезанные пучки мышц, прикреплявших стенку желудка к внутренней поверхности карапакса. Если пинцетом осторожно приподнять желудок спереди, то можно заметить, как вперёд и вниз отходит короткий
пищевод (рис. ()). Пищевод ведёт от ротового отверстия в переднюю часть пищеварительной системы рака — жевательный (или мускульный) желудок (рис. ()). В его стенках хорошо видны три утолщённых хитиновых «зуба» (рис. ()). Следующая часть пищеварительной системы — пилорический желудок (рис. ()) — служит для
сортировки пищи и определения степени её измельчённости, так как
его стенки покрыты тонкими хитиновыми волосками и не пропускают
крупные фрагменты. И пищевод, и желудок речного рака выстланы
хитиновой кутикулой. Из желудка пищевые частицы попадают в очень
короткую среднюю кишку (на верхней части её стенки можно заме-

Анатомия беспозвоночных
тить непарный слепой вырост), а оттуда — в заднюю. Задняя кишка
(рис. (), ()) длинная и так же, как пищевод и желудок, выстлана хитином. Её легко можно увидеть, удалив пинцетом слой мышц
спинной части сегментов брюшка. В брюшке рака также хорошо видны
сегментированные мышцы — сгибатели брюшка (рис. ()).
Рис. . Продольный разрез через тело речного рака. Обозначения:  — пищевод;  — жевательный (или мускульный) желудок;  — пилорический отдел
желудка;  — пищеварительная железа;  — семенник;  — сердце;  — верхняя
брюшная артерия;  — нисходящая артерия;  — задняя кишка;  — окологлоточная коннектива;  — эндоскелет груди;  — копулятивные органы самца;  — антеннула;  — жгут антенны;  — поднервная продольная артерия;
 — срединный зуб;  — мышцы — сгибатели брюшка;  — печень
Справа и слева от пищевода, по обеим сторонам передней части
желудка, у основания второй пары антенн вы можете рассмотреть части выделительной системы речного рака — антеннальные (или зелёные) железы.
За желудком, в центральной части головогруди, можно увидеть двулопастную рыхлую пищеварительную железу — печень (рис. ();
()). Обычно она окрашена в жёлтый или жёлто-зелёный цвет и занимает боковые части полости тела головогруди рака.
На спинной стороне головогруди, ещё ближе к брюшку, вы можете увидеть сердце (рис. (); ()) рака. Оно желтоватое, имеет
пятиугольную форму и три пары отверстий (остий), через которые
гемолимфа попадает в сердце. Снаружи сердце прикрыто прозрачным
перикардом. От сердца отходят пять кровеносных сосудов: один вперёд
к голове, один вертикально вниз к брюшной стороне тела рака, два
симметрично вперёд и в стороны к антеннам, и один назад к брюшку
(гемолимфа у раков бесцветная, поэтому артерии часто почти незаметны).
Под сердцем вы найдёте половую железу: яичник (рис. ())
у самок и семенник (рис. ()) у самцов. И женская, и мужская гонады имеют одинаковый план строения: они состоят из двух парных
. Вскрытие ракообразного (речного рака) и анализ его строения

частей, соединённых общим задним отделом, от них к половым отверстиям ведут парные половые протоки. Яичник бывает хорошо заметен
в период созревания икринок и окрашен обычно в коричневатый цвет.
Яйцеводы, короткие и без изгибов, ведут к половым отверстиям, расположенным на основном членике третьей пары ходильных ног. Цвет
семенника светлее, от него к половым отверстиям, расположенным на
основном членике последней пары грудных ног, отходят очень длинные, витые семяпроводы, часто окрашенные в ярко-белый цвет.
Далее с помощью ножниц полностью удалите боковой край карапакса на одной из сторон тела рака. Теперь вы можете рассмотреть
жаберную полость и перистые жабры (рис. ()), расположенные
рядами вдоль тела. Верхний ряд жабр располагается на основаниях
ходильных ног, внутренний — на стенках тела, средний — в местах соединения оснований ног с телом.
Рис. . Центральная нервная система, кишечник и эндоскелет речного рака. Обозначения:  — надглоточный нервный узел;  — подглоточный нервный
узел;  — брюшная нервная цепочка;  — глаз;  — нерв антенны;  — симпатическая нервная система;  — желудок;  — средняя кишка (разрезана);
 — задняя кишка;  — эндоскелет груди;  — бранхиостегит;  — уроподы
(ножки шестого абдоминального сегмента);  — окологлоточные коннективы
Нервную систему речного рака можно детально рассмотреть, если
удалить все (или почти все) остальные внутренние органы (рис. ).
Попробуйте найти надглоточный ганглий (нервный узел) (рис. ())
в головном отделе головогруди, в основании рострума. Назад от него,
в сторону брюшка, отходят две тонкие беловатые нити — это окологлоточные комиссуры (рис. ()) — перемычки, огибающие пищевод
и связывающие надглоточный ганглий с подглоточным (рис. ()) —
первым узлом брюшной нервной цепочки. Чтобы увидеть брюшную
нервную цепочку (рис. ()), нужно удалить нижнюю мышцу — сгибатель брюшка — и внутренние отростки брюшной части панциря
(они огораживают брюшную нервную цепочку с боков). В этом случае

Анатомия беспозвоночных
будут видны  грудных (включая подглоточный ганглий) и  брюшных
нервных узлов. Все ганглии соединены друг с другом перемычками.
Чтобы увидеть периферические нервы, отходящие от ганглиев, осторожно приподнимите брюшную нервную цепочку с помощью препаровальной иглы.
В ходе препарирования речного рака помните, что все твёрдые хитиновые части следует разрезать ножницами, а не скальпелем (и, конечно, не нужно пытаться разорвать какие-либо кусочки хитина руками). Тогда вы сможете сделать это аккуратно, не деформируя внутренние органы. При вскрытии головогруди важно помнить, что карапакс
сверху прикрывает полость тела, а с боков — жаберные полости. Если
вы начнёте разрезать панцирь рака сбоку, то найдёте именно жабры,
а не внутренние органы. Прежде чем удалить какую-либо часть тела рака, следует хорошо понимать, что вы видите перед собой (для
этого вспомните общий план строения речного рака). Это позволит
вам избежать случайного удаления или повреждения важных частей
животного.
. Вскрытие насекомого (таракана) и анализ его
строения
Прежде всего рассмотрите внешнее строение таракана (рис. ).
Его тело, как и у других насекомых, естественным образом разделено
на три отдела: голову (рис. ()), грудь (рис. (, , )) и брюшко
(рис. ()). Покровы каждого сегмента груди и брюшка образованы
четырьмя подвижно соединёнными хитиновыми пластинками: спинной (тергит), грудной (стернит) и двумя боковыми (плевры).
Голова (рис. ()) у таракана небольшая, подогнута под грудь
и отделена от неё перетяжкой. Спинной щиток первого сегмента груди
почти полностью закрывает подогнутую голову. Также голова защищена хитиновой капсулой. На голове расположена пара усиков — антенн
(рис. ()), разделённых на мелкие сегменты. Это органы осязания
и обоняния. По бокам от них расположены два тёмных сложных глаза (рис. ()). В нижней части головы находится ротовой аппарат
таракана, он грызущего типа. Там же легко заметить пару членистых
подвижных нижнечелюстных щупиков (рис. ()). Это так же, как
и антенны, органы обоняния и осязания.
Второй отдел тела — грудь — состоит из трёх сегментов
(рис. (, , )), к каждому из которых прикреплена пара членистых
ног (рис. (, , )). На бедре (рис. ()) и голени (рис. ())
каждой конечности хорошо видны длинные шипы. Лапка (рис. ())
каждой ноги оканчивается парой цепких коготков.
. Вскрытие насекомого (таракана) и анализ его строения

Рис. . Внешний вид самца (А) и самки (Б) чёрного таракана (Blatta orientalis). Обозначения:  — усик;  — челюстное щупальце;  — переднегрудь;
 — надкрылье;  — бедро;  — голень;  — лапка;  — десятый сегмент брюшка;  — церки;  — голова;  — среднегрудь;  — заднегрудь;  — брюшко;
 — глаз;  — грифельки
У некоторых видов тараканов (например, у видов рода Periplaneta)
хорошо виден только передний спинной щиток груди, так как именно к нему крепится передняя пара плотных, сравнительно ярко окрашенных передних крыльев (или надкрыльев) (рис. ()), закрывающих остальные сегменты груди и брюшко. Вторая пара крыльев (или
задние крылья) крепится к среднему сегменту груди и в сложенном
состоянии скрыта под верхней парой; эта пара крыльев более тонкая
и прозрачная (на рисунке не показано). Внутри каждого крыла можно
легко разглядеть хитиновые трубочки — жилки, внутри которых находится жидкость полости тела — гемолимфа и дыхательные трубочки —
трахеи. Жилки придают крылу прочность.
У других видов тараканов характеристики летательного аппарата
могут зависеть от пола или стадии развития. Например, у чёрного
таракана (Blatta orientalis) (рис. ) крылья хорошо развиты только
у самцов (рис. ()), а у самок они рудиментарны и не прикрывают
сегменты груди. Бывают виды тараканов (например, мадагаскарский
таракан — Gromphadorhina portentosa), у которых даже во взрослом состоянии крылья вообще отсутствуют и все сегменты груди и брюшка
хорошо видны.
Брюшко таракана состоит из десяти сегментов, первый из которых виден очень плохо. На конце брюшка имеются небольшие парные сегментированные придатки — церки (рис. ()). Они покрыты чувствительными волосками и исполняют роль органов осязания.

Анатомия беспозвоночных
У самцов, помимо церок, есть ещё одна пара придатков — грифельки
(рис. ()), они меньше церок и расположены ближе к продольной
оси тела.
Теперь займёмся препаровкой. Перед вскрытием таракана необходимо удалить его крылья с помощью пинцета. Далее возьмите таракана в левую ладонь спинной стороной кверху, головой от себя и с помощью тонких ножниц на границе между -м и -м сегментами брюшка
сделайте поперечный разрез в тонком хитиновом покрове. Затем сделайте два продольных разреза вдоль наружных краёв брюшка и доведите их до передней части груди (переднеспинки). Соедините эти разрезы
на переднеспинке ещё одним поперечным разрезом. Из разрезов может выступать белое или чуть желтоватое внутреннее содержимое —
это частички жирового тела, которое служит для запасания питательных веществ и обычно повреждается при вскрытии, так как расположено близко к спинной стороне тела.
Положите таракана в препаровальную ванночку, прикрепите насекомого к её дну булавками (одну булавку воткните в голову, ещё две —
в задний конец брюшка) и залейте водой так, чтобы она полностью
покрывала объект. Спинные части хитинового панциря нужно убрать:
для этого приподнимите его тонким пинцетом и попробуйте снять
спинку целиком, оттягивая её снизу — вперёд и вверх, к голове. Скорее всего, для этого вам понадобится с помощью скальпеля аккуратно
подрезать спинные мышцы, которые крепятся к панцирю в грудных
сегментах, или отделить их при помощи острой препаровальной иголки. Переверните отпрепарированную спинку насекомого и булавками
прикрепите ко дну ванночки.
Теперь рассмотрим внутреннее строение насекомого. На внутренней поверхности отпрепарированной спинки вы можете увидеть трубчатые камеры длинного спинного сосуда — сердца (рис. ()). Оно
вытянуто вдоль средней линии брюшных сегментов. Передняя камера сердца продолжается вперёд, к голове в виде аорты (рис. ()).
Кровеносная система насекомых незамкнута; кровь, смешанная с жидкостью полости тела (прозрачная гемолимфа), изливается в полости
между органами. По бокам спинного сосуда расположены поперечные
пучки беловатых крыловидных мышц.
При рассмотрении основной препарированной части таракана вы
увидите вскрытую полость тела — миксоцель, заполненную различными органами и жировым телом. В передней части груди находится
хорошо заметный зоб (рис. ()), часто тёмный и вздутый от содержащейся в нем пищи. Спереди зоб незаметно переходит в тонкий пищевод
(рис. ()). По бокам пищевода расположены стекловидные слюнные железы (рис. ()), соединённые с мешковидными резервуарами
(рис. ()).
. Вскрытие насекомого (таракана) и анализ его строения

Рис. . Вскрытый чёрный таракан (самец): A — вид сверху; Б — вид сбоку
(жировое тело удалено). Обозначения:  — глотка;  — пищевод;  — зоб;
 — мускульный желудок;  — слепые кишки (пилорические выросты);
 — средняя кишка;  — задняя кишка;  — мальпигиевы трубочки;  — спинной сосуд (сердце);  — надглоточный узел;  — брюшная нервная цепочка;
 — семенник;  — непарная придаточная железа;  — семенной пузырёк
с парной придаточной железой;  — боковые трахейные стволы;  — слюнная железа;  — резервуар слюнной железы;  — общий проток;  — стигма;
 — аорта;  — трахейная система
Чтобы подробно рассмотреть кишечник, аккуратно захватите зоб
пинцетом и отодвиньте вбок, осторожно отделяя его и остальные части
пищеварительной системы от прочих органов и, если нужно, разворачивая петли кишечника. Кишечник оплетён трахеями (рис. ()),
а в брюшке окружён дольками жирового тела. Жировое тело следует
очень осторожно удалить с помощью пинцета и при необходимости
смыть его частицы струйками воды из пипетки. Оттяните кишечник
вбок, разместите на свободном месте дна ванночки и укрепите его
булавками так, чтобы можно было детально рассмотреть его и другие
части пищеварительной системы. За зобом находится небольшой твёрдый жевательный (мускулистый) желудок (рис. ()). Его стенки
изнутри снабжены хитиновыми утолщениями, бугорками и щетинками (это хорошо ощущается, если коснуться поверхности пинцетом). На
границе желудка и беловатой средней кишки (рис. ()) в кишечник
открывается  длинных слепых трубочек — это пилорические выросты
кишечника. Они вырабатывают пищеварительные ферменты, которые

Анатомия беспозвоночных
поступают в среднюю кишку, где пища переваривается и всасывается.
Границу между средней и задней кишкой легко определить по тонким
зеленоватым трубочкам мальпигиевых сосудов (рис. ()). Эти органы
выделения постоянно омываются жидкостью полости тела, собирая из
неё вредные продукты обмена веществ, и впадают в заднюю кишку.
Задняя кишка (рис. ()) тёмного цвета, она несколько увеличена
и образует клоакальное расширение.
Под кишечником в грудном отделе тела таракана видна довольно
сильно развитая мускулатура, а по средней линии груди и брюшка
проходит брюшная нервная цепочка (рис. ()). Три её ганглия
расположены в груди, шесть — в брюшке; самый последний, задний
ганглий слит из нескольких отдельных нервных узлов.
Все органы таракана опутаны сетью тонких дыхательных трубочек — трахей (рис. ()). Иногда удаётся найти два главных боковых трахейных ствола (рис. ()), сообщающихся с наружными дыхательными отверстиями — стигмами (рис. ()).
Половые органы таракана не велики и не всегда хорошо различимы
среди долек жирового тела. У взрослых самок можно найти две группы
трубчатых яичников, которые открываются внутрь двух яйцеводов, а те,
в свою очередь, соединяются в общий выводной проток. Семенники
(рис. ()) у самцов найти гораздо труднее, чем яичники у самок:
их тоже два, и они расположены в заднем конце тела. От семенников
отходят парные семяпроводы, которые открываются общим семяизвергательным каналом. В него впадают многочисленные придаточные
железы (рис. ()), их пучок отыскать сравнительно легко. Наружное половое отверстие и у самок, и у самцов находится на последнем
сегменте брюшка, рядом с анальным.
Основные сложности при вскрытии таракана состоят в том, что всё
пространство между внутренними органами этого насекомого заполнено дольками жирового тела, трубочками трахей, а в нижней части
брюшка также и мальпигиевыми сосудами. Препарируя насекомое,
нужно быть особенно внимательными и аккуратными при удалении
частей жирового тела и разворачивании петель пищеварительной системы.
Список литературы
. Зеликман А. Л. Практикум по зоологии беспозвоночных. Разные издания.
. Шапкин В. А., Тюмасева З. И., Машкова И. В. и др. Практикум по зоологии беспозвоночных: Учебное пособие для вузов. М.: Академия,
.
. Вскрытие насекомого (таракана) и анализ его строения

. Аверинцев С. В. Малый практикум по зоологии беспозвоночных. Разные издания.
. Иванов А. В., Мончадский А. С., Полянский Ю. И., Стрелков А. А.
Большой практикум по зоологии беспозвоночных. В  частях. Т. , .
М.: Высшая школа, –.
. Зоология беспозвоночных. В  томах / Под ред. В. Вестхайде и Р. Ригера. Пер. с нем. под ред. проф. А. В. Чесунова. М.: Товарищество
научных изданий КМК. .
. Догель В. А. Зоология беспозвоночных. М.: Высшая школа. Разные
годы издания.
. Дольник В. Р., Козлов М. А. Зоология. Беспозвоночные. Учебник для
 класса. М.: Специальная литература, .
. Дольник В. Р., Козлов М. А. Серия атласов по зоологии для средней
школы. Насекомые. Ракообразные. Моллюски.
АНАТОМИЯ ПОЗВОНОЧНЫХ
Автор: Е. М. Литвинова
. Морфология черепов
Четыре класса позвоночных животных, освоивших наземную среду
обитания, имеют особенности строения черепов, по которым их легко
можно опознать.
.. Основные черты строения черепа амфибий
Представители наиболее многочисленного отряда этого класса —
Бесхвостые амфибии (Anura) — обладают очень широким черепом
с большими глазницами (рис. ). Для амфибий характерно сохранение
Рис. . Строение черепа бесхвостой амфибии (на примере лягушки). Обозначения:  — межчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;  — квадратноскуловая кость;  — носовая кость;  — наружная ноздря;  — нёбно-квадратный хрящ;  — лобно-теменная кость;  — чешуйчатая кость;  — переднеушная кость;  — боковая затылочная кость;  — большое затылочное отверстие;  — затылочный мыщелок
в составе черепа большого количества хрящевой ткани на протяжении
всей жизни, а количество костных элементов, по сравнению с другими
. Морфология черепов

позвоночными, невелико. Мозговая капсула, защищающая головной
мозг, очень маленькая, большую часть черепа занимает лицевой отдел.
Особенностью строения крыши черепа амфибий является слияние лобных и теменных костей в единые парные лобно-теменные кости. Верхняя и нижняя челюсти очень тонкие, удлинённые, не приспособленные
к большими нагрузкам.
Широкий и уплощённый череп — необходимое условие для использования дна ротовой полости в качестве насоса для накачки воздуха
в лёгкие. При таком способе дыхания расширение черепа позволяет
увеличить площадь рабочей поверхности и сделать процесс дыхания
более эффективным.
Верхняя челюсть, неподвижно прикреплённая к обонятельному
и слуховому отделу мозгового черепа, состоит в основном из нёбноквадратного хряща, к которому добавляются парные межчелюстные,
верхнечелюстные и квадратно-скуловые кости. Нижняя челюсть представлена меккелевым хрящом, укреплённым парными подбородочночелюстными, зубными и угловыми костями. Крепление верхней челюсти к черепу аутостилическое, неподвижное (как и у всех остальных наземных позвоночных), челюстной сустав сформирован нёбноквадратным хрящом сверху, меккелевым хрящом и угловой костью
снизу.
Зубная система бесхвостых амфибий крайне упрощена и редуцирована. Зубы присутствуют только на верхней челюсти, на межчелюстных и верхнечелюстных костях (и то не у всех: например, жабы, в отличие от лягушек, полностью лишены зубов). Зубы простой конической
формы, очень небольшие (их проще обнаружить на ощупь, проводя
пальцем или иглой вдоль челюстных костей).
В затылочном отделе черепа (который тоже преимущественно хрящевой) для присоединения к единственному шейному позвонку имеются два затылочных мыщелка.
Таким образом, основные черты черепа амфибий следующие: а) широкий уплощённый череп с большими глазницами; б) сохранение большого количества хряща в составе черепа на протяжении всей жизни;
в) слияние лобных и теменных костей; г) редуцированная зубная система; д) два затылочных мыщелка.
.. Основные черты строения черепа рептилий
Череп рептилий, в отличие от черепа амфибий, окостеневает гораздо сильнее, небольшое количество хряща сохраняется только в слуховой области и обонятельной капсуле, но этот хрящ снаружи полностью
закрыт костными элементами. Мозговая капсула очень маленькая, основную часть черепа занимает лицевой отдел. В отличие от амфибий,

Анатомия позвоночных
череп более узкий, глазницы небольшие. С шейным отделом позвоночника череп подвижно соединяется при помощи единственного затылочного мыщелка.
Для рептилий характерно наличие большого количества отдельных
парных костных элементов, формирующих крышу черепа; центральный ряд костей крыши черепа представлен парными теменными, лобными и носовыми костями. Челюсти полностью окостеневшие, основу
верхних челюстей составляют предчелюстные, верхнечелюстные и скуловые кости; основу нижней челюсти составляют парные зубные кости, а также несколько мелких косточек: венечная, сочленовная, надугловая и угловая. Челюстной сустав сформирован сочленовной костью снизу и квадратной костью сверху (так называемый «первичный
челюстной сустав»).
Зубы у рептилий простой конической формы, иногда слегка загнутые назад. Зубы располагаются в верхней челюсти на предчелюстных и верхнечелюстных костях, в нижней челюсти — на зубной кости.
У чешуйчатых рептилий зубы прирастают к верхне-боковому краю костей, у крокодилов сидят в особых лунках-углублениях, расположенных
по верхнему краю челюстных костей, — такой вариант зубной системы называется текодонтным. Черепахи зубов полностью лишены, по
верхнему краю челюстных костей у них развивается острый роговой
гребень с режущей кромкой.
У современных рептилий есть два варианта строения крыши черепа. У большей части рептилий — чешуйчатых (ящерицы, змеи), клювоголовых (гаттерия) и архозавров (крокодилы) — в крыше черепа с каждой стороны формируются два отверстия — верхняя и боковая височные ямы (или окна) (рис. (, ), рис. (, ). Они разделены костным мостиком, состоящим из чешуйчатой и заглазничной костей (верхняя височная дуга). Боковая височная яма снизу ограничена
нижней височной дугой — костным мостиком из квадратно-скуловой
и скуловой костей. Такой вариант строения крыши черепа называется
диапсидным или двудужным. У крокодилов обе височные дуги полностью замкнуты, то есть височные ямы целиком ограничены костными
мостиками (рис. ). У многих ящериц квадратно-скуловая кость редуцируется, в результате чего нижняя височная дуга разомкнута и боковая височная яма оказывается открытой снизу (рис. ()). У змей
разомкнуты обе височные дуги, хотя исходно череп в эмбриогенезе
закладывается как диапсидный.
Второй вариант строения крыши черепа представлен у черепах.
У этой группы рептилий височных ям нет, а на заднем крае черепа
справа и слева образуются выемки, которые называются ложными височными ямами. С боков эти выемки ограничены плотно сросшимися
костями крыши черепа: заглазничной, чешуйчатой, квадратно-скуло-
. Морфология черепов

Рис. . Строение черепа рептилии (на примере варана). Обозначения:
 — предчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;  — слёзная кость;
 — скуловая кость;  — крыловидная кость;  — верхнекрыловидная кость;
 — квадратная кость;  — предглазничная кость;  — предлобная кость;
 — носовая кость;  — лобная кость;  — заглазничная кость;  — теменная
кость;  — верхняя височная яма;  — чешуйчатая кость;  — боковая
височная яма;  — зубная кость;  — венечная кость;  — надугловая кость;
 — угловая кость;  — сочленовная кость
вой и скуловой. Такой тип строения черепа называется анапсидным
или бездужным (рис. ).
Таким образом, характерными чертами черепа рептилий являются:
а) практически полностью окостеневающий череп; б) большое количество костных элементов в крыше черепа; в) первичный челюстной сустав, сформированный сочленовной и квадратной костями; г) хорошо
заметные многочисленные зубы простой конической формы, прирастающие к краю челюстных костей или сидящие в специальных лунках
(у крокодилов), а также полное отсутствие зубов у черепах; д) единственный затылочный мыщелок; е) диапсидный череп у большинства
рептилий и анапсидный череп у черепах.
.. Основные черты строения черепа птиц
Птицы унаследовали от своих предков — архозавров — диапсидный
тип строения черепа с двумя височными ямами, однако птичий череп
заметно отличается от черепа рептилий. Нижняя височная дуга, состоящая из скуловой и квадратно-скуловой костей, у птиц сохранена полностью, а вот верхняя височная дуга разомкнута, так как редуцирована
заглазничная кость. Таким образом, в исходно диапсидном черепе птиц

Анатомия позвоночных
Рис. . Строение диапсидного черепа (на примере крокодила). Обозначения:
 — предчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;  — скуловая кость;
 — квадратно-скуловая кость;  — квадратная кость;  — наружная ноздря;
 — носовая кость;  — предлобная кость;  — слёзная кость;  — лобная
кость;  — глазница;  — теменная кость;  — заглазничная кость;  — боковая височная яма;  — верхняя височная яма;  — чешуйчатая кость;
 — боковая затылочная кость;  — затылочный мыщелок
верхняя и боковая височные ямы сливаются вместе. Из характерных
черт рептильного черепа птицы также унаследовали единственный затылочный мыщелок (обеспечивает крайне высокую степень подвижности черепа относительно шейных позвонков) и первичный челюстной
сустав (образуется сочленовной костью нижней челюсти и квадратной
костью, рис. ).
Большая часть преобразований черепа птиц по сравнению с рептилиями связана с увеличением объёма мозга и необходимостью максимально облегчить череп в связи с полётом. Мозговая капсула сильно
увеличивается и занимает почти треть от всей длины черепа. Для крупных глаз на боковых сторонах головы места уже не остаётся, поэтому
глазницы смещены вперёд от мозговой капсулы и разделены только
тонкой костной перегородкой. Кости крыши черепа и челюстного аппарата очень сильно утончаются и сливаются друг с другом без образования заметных швов — такое строение позволяет заметно облегчить
вес черепа.
. Морфология черепов

Рис. . Строение анапсидного черепа черепахи. Обозначения:  — предчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;  — скуловая кость;  — квадратно-скуловая кость;  — квадратная кость;  — чешуйчатая кость;  — предлобная кость;  — лобная кость;  — заглазничная кость;  — теменная кость;
 — верхняя затылочная кость;  — ложновисочная яма
Рис. . Строение черепа птицы (на примере вороны). Обозначения:
 — боковая затылочная кость;  — наружное слуховое отверстие;  — затылочный мыщелок;  — теменная кость;  — лобная кость;  — глазница;
 — носовая кость;  — предчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;
 — слёзная кость;  — скуловая кость;  — квадратно-скуловая кость;
 — квадратная кость;  — крыловидная кость;  — чешуйчатая кость;
 — наружная ноздря;  — зубная кость;  — угловая кость;  — сочленовная кость

Анатомия позвоночных
Зубная система у птиц полностью редуцирована в связи с необходимостью максимального облегчения черепа. Верхняя половина клюва — надклювье, сформировано предчелюстными, верхнечелюстными
и носовыми костями, а нижняя половина клюва — подклювье, сформировано зубными костями. Костная основа клюва закрывается затем
роговым чехлом, формирующим острую кромку по его краям.
На стыке надклювья и глазничного отдела черепа, по заднему краю
носовых костей, у птиц проходит гибкая зона, позволяющая надклювью несколько отгибаться вверх. Это явление называется кинетизмом
черепа и позволяет птицам увеличить манипуляторную подвижность
клюва.
Таким образом, для птиц характерны следующие особенности строения черепа: а) увеличение мозговой капсулы; б) очень крупные глазницы, лежащие впереди от мозговой капсулы; в) преобразование челюстей в надклювье и подклювье; г) полная редукция зубов; д) практически полное слияние костей крыши черепа между собой; е) образование гибкой зоны на стыке надклювья и глазничного отдела черепа, кинетизм черепа; ж) сохранение исходно диапсидного черепа
с первичным челюстным суставом; з) единственный затылочный мыщелок.
.. Основные черты строения черепа млекопитающих
Череп млекопитающих во взрослом состоянии полностью окостеневает. Большая часть стыков костей крыши черепа хорошо заметна, на
поверхности костей черепа имеются разнообразные выступы и шероховатости для крепления лицевой и челюстной мускулатуры. Мозговая
капсула крупная, сильно увеличенная по сравнению с рептилиями. Расположение и размер глазниц у разных представителей сильно варьирует, от небольших глазниц по бокам черепа (насекомоядные, копытные) до крупных, смещённых вперёд от мозговой капсулы (приматы).
В отличие от современных рептилий, череп млекопитающих крепится
к шейному отделу позвоночника посредством двух затылочных мыщелков (рис. ).
У млекопитающих развивается свой, типичный только для данного
класса вариант строения крыши черепа. У них формируется одна височная яма, ограниченная снизу костным мостиком — скуловой дугой.
Скуловая дуга сформирована двумя костями: скуловой костью спереди
и чешуйчатой костью сзади. Если у рептилий скуловая кость входит
в состав нижней височной дуги, а чешуйчатая кость — в состав верхней, то у млекопитающих эти кости формируют единую височную дугу
смешанного типа. Такой вариант строения черепа называется синапсидным. Передняя часть единой височной ямы формирует глазницу,
а скуловая дуга ограничивает её снизу.
. Морфология черепов

Рис. . Строение черепа млекопитающего (на примере лисицы). А — вид
сбоку; Б — вид снизу. Обозначения:  — затылочная кость;  — затылочный мыщелок;  — слуховой барабан;  — теменная кость;  — наружный слуховой
проход;  — чешуйчатая кость;  — скуловая кость;  — лобная кость;  — надглазничный отросток лобной кости;  — слёзная кость;  — носовая кость;
 — предчелюстная кость;  — верхнечелюстная кость;  — резцы;  — клыки;  — предкоренные зубы;  — коренные зубы;  — подглазничное отверстие;  — зубная кость;  — венечный отросток зубной кости;  — сочленовный отросток зубной кости;  — нёбный отросток предчелюстной кости;
 — нёбный отросток верхнечелюстной кости;  — нёбная кость;  — передняя клиновидная кость;  — основная клиновидная кость;  — площадка для
крепления нижней челюсти;  — резцовые отверстия;  — большое затылочное отверстие

Анатомия позвоночных
Ещё одной характерной чертой черепа млекопитающих является
формирование в челюстном отделе твёрдого костного нёба, разделяющего носовую и ротовую полости (твёрдое костное нёбо также есть
у крокодилов, в связи с их водным образом жизни). В формировании
этой структуры принимают участие нёбные отростки предчелюстных и
верхнечелюстных костей, а также нёбные кости. Внутренние ноздри —
хоаны — отодвинуты далеко назад.
У млекопитающих усложняется строение среднего уха и слухового
отдела черепа. На черепе появляется структура, которой не было у рептилий, — слуховые барабаны, вмещающие в себя увеличенную полость
среднего уха. Слуховые барабаны хорошо заметны у большинства млекопитающих, они располагаются на нижней поверхности черепа в слуховом отделе, между челюстным суставом и затылочными мыщелками.
На боковой поверхности слуховых барабанов открывается наружный
слуховой проход.
Челюстной сустав у млекопитающих претерпевает значительные
изменения по сравнению с рептилиями. Нижняя челюсть млекопитающих представлена только зубной костью, угловая и сочленовная кости переходят в полость среднего уха и участвуют в формировании
слуховых косточек (сочленовная кость) и слуховых барабанов (угловая кость). Такая же участь постигает и квадратную кость: она тоже
перемещается в полость среднего уха. В результате этих перестроек
челюстной сустав у млекопитающих строится иначе, нежели у их эволюционных предшественников: он формируется из зубной кости снизу
и чешуйчатой кости сверху. Такая структура называется вторичным челюстным суставом. Помимо изменения структуры, челюстной сустав
у млекопитающих, по сравнению с рептилиями, сильно смещён вперёд,
что укорачивает длину плеч рычагов челюстного аппарата и позволяет прикладывать к челюстям большую силу. В итоге млекопитающие могут разгрызать твёрдые предметы, не боясь сломать челюстные
кости.
Зубная система млекопитающих также претерпела ряд изменений. Зубы расположены в специальных лунках — альвеолах — на краях челюстных костей. Такая зубная система называется альвеолярной
(или текодонтной). Также для млекопитающих характерна гетеродонтия — зубы сильно различаются по форме, размерам и выполняемым
функциям (подробнее об этом — в следующем пункте). Основные типы зубов: резцы, клыки, предкоренные (или премоляры) и коренные
(моляры). В нижней челюсти зубы располагаются на зубной кости,
в верхней челюсти — на предчелюстной (резцы) и верхнечелюстной
(все остальные зубы) костях. Форма и расположение зубов на верхних
и нижних челюстях таково, что острые вершины и бугры зубов верхней
челюсти аккуратно попадают во впадины и углубления зубов нижней
. Морфология зубов

челюсти и наоборот. Такое смыкание жевательных поверхностей верхних и нижних зубов называется окклюзией и служит адаптацией для
эффективной переработки пищи в ротовой полости.
Итак, перечислим основные характерные черты строения черепа
млекопитающих: а) крупная мозговая капсула; б) синапсидный вариант строения со смешанной скуловой дугой; в) наличие слухового
барабана; г) твёрдое костное нёбо и отодвинутые сильно назад хоаны; д) вторичный челюстной сустав; е) альвеолярная зубная система;
ж) гетеродонтия и окклюзия зубов; з) два затылочных мыщелка.
. Морфология зубов
В предыдущей теме мы уже коснулись общих черт строения зубов
позвоночных, так как зубы являются характерным элементом черепов
и важны для правильной классификации животных. Далее мы разберём особенности зубных систем и их анализ более подробно, опираясь
на вышеизложенный материал.
.. Сравнительный анализ зубных систем позвоночных
Для амфибий и рептилий характерна множественная регулярная
смена зубов на протяжении всей жизни животного — полифиодонтия.
У амфибий и рептилий зубы имеют схожую простую коническую
форму. Зубы закрепляются на нижней поверхности верхней челюсти
и верхней поверхности нижней челюсти, у разных групп амфибий
и рептилий набор челюстных костей, несущих зубы, может быть различён. Так, у бесхвостых амфибий, помимо наличия зубов на межчелюстных и верхнечелюстных костях, возможно расположение зубов
на сошниках — небольших костных элементах черепного дна. Среди
рептилий можно отметить своеобразное расположение зубов у змей —
зубы располагаются на нёбных и крыловидных костях, — а также у гаттерий (отряд Клювоголовые) — у них в верхней челюсти имеется дополнительный ряд зубов, находящийся ближе к центральной линии
дна черепной коробки.
У млекопитающих строение зубной системы сильно усложняется.
В связи с адаптацией к обработке пищи в ротовой полости у них формируется гетеродонтия и сложная система окклюзии верхних и нижних зубов. Это влечёт за собой необходимость стабильного соотношения между взаимно противопоставленными и тесно взаимодействующими верхними и нижними зубными рядами. В таких условиях регулярная замена зубов оказывается неадаптивной, так как она будет нарушать работу этой сложно регулируемой стабильной структуры. В итоге полифиодонтия в ходе эволюции млекопитающими была

Анатомия позвоночных
утеряна, а на смену ей пришла диофиодонтия — двухсменная зубная
система, представленная молочными и постоянными зубными рядами.
Постоянные зубы сохраняются на протяжении всей жизни млекопитающего и не заменяются даже в случае их утери. Для ряда зубов конкретных млекопитающих характерна и вовсе только одна генерация
в течение жизни. К таким постоянным и несменяемым зубам относятся, например, резцы грызунов.
У других представителей млекопитающих помимо вертикальной
смены зубов (замена молочных зубов на постоянные) также происходит горизонтальная смена. Это явление характерно для слонов и ламантинов. У этих животных задний зуб перемещается вперёд на смену
изношенному и выпадающему, следующему за ним. Вместе с зубами
перемещаются и их альвеолы — это происходит за счёт разрушения
передней стенки альвеолы клетками-остеокластами и восстановления
противоположной стенки клетками-остеобластами после смещения зуба вперёд.
.. Общие черты строения зубной системы млекопитающих
Основные типы зубов млекопитающих представлены на рис. .
У большинства млекопитающих все типы зубов — резцы, клыки, предкоренные и коренные — относятся к зубам постоянной генерации,
имеют корни и ограниченный рост. Однако в том случае, когда животному необходим постоянный рост зуба из-за высокой скорости его
стирания, корни зуба утрачиваются и зуб растёт постоянно на протяжении всей жизни. Таковы, например, резцы всех грызунов и щёчные
зубы серых полёвок.
Рис. . Форма жевательной поверхности щёчных зубов млекопитающих.
А — секодонтный предкоренной зуб хищника (собака); Б — секодонтный зуб
ластоногого с дополнительными вершинками (тюлень-крабоед); В — трибосфенический зуб летучей мыши и его жевательная поверхность; Г — селенодонтный (лунчатый) зуб копытного (лось); Д — лофодонтный щёчный зуб слона
. Морфология зубов

Зубная формула. При рассмотрении особенностей строения зубных систем у разных групп млекопитающих обычно указывают зубную формулу — число зубов разных типов в одной из половин верхней
и нижней челюсти (так как в правых и левых половинках челюстей
зубы расположены симметрично). При составлении зубной формулы
обычно используют латинские обозначения зубов:
I — резцы (от латинского incisive); C — клыки (от canini); P — предкоренные зубы (от premolares) и M — коренные зубы (от molares).
В соответствии с этими обозначениями зубная формула лисицы,
череп которой приведён на рис. , будет выглядеть следующим образом:
I3/3 C1/1 P4/3 M2/3
Таким образом, у лисы на половине верхней и половине нижней
челюсти имеются следующие зубы:  верхних и  нижних резца, верхний и нижний клыки,  верхних и  нижних премоляра,  верхних
и  нижних моляра.
Зубная формула человека выглядит следующим образом:
I2/2 C1/1 P2/2 M3/3
При работе с зубными формулами и при самостоятельном их написании необходимо иметь в виду, что зубная система довольно пластична. У отдельных особей внутри вида могут наблюдаться те или
иные отклонения как в расположении зубов (иногда тот или иной зуб
«выдавливается» вбок со своего места в зубном ряду), так и в их количестве.
Форма зубной поверхности. Специализация к определённому виду пищи у млекопитающих накладывает заметный отпечаток на строение их зубной системы. По тому, как выглядят зубы у того или иного
вида, можно определить основной тип его питания.
Общие тенденции здесь следующие: плотоядным млекопитающим
для обработки мягкой мясной пищи служат щёчные зубы с острым,
режущим внешним краем. Такими зубами звери перерезают мышцы,
шкуру и сухожилия добычи, а также дробят кости. Щёчный зуб с режущей внешней кромкой называется секодонтным; таковы предкоренные и коренные зубы многих хищников (рис. А).
У зубатых китообразных (касатки, дельфины, кашалоты), а также у ластоногих при переходе к питанию рыбой и морскими беспозвоночными произошло эволюционное видоизменение исходных секодонтных зубов. Так, у китообразных зубная система упрощается, зубы
уменьшаются в размере, становятся одинаковыми и приобретают простую коническую форму (как у рептилий); при этом число таких зубов
может сильно возрастать (рис. ). Ластоногие сохраняют типичные

Анатомия позвоночных
секодонтные щёчные зубы хищников, но на их передних и задних краях появляются дополнительные вершинки (рис. Б).
Если в рационе млекопитающих присутствует большая доля членистоногих животных (в частности, насекомых с жёстким хитиновым
панцирем), тогда характерной чертой для зубной системы будут зубы
с несколькими очень острыми и высокими вершинками. Если смотреть
на такой зуб сверху, то видно, что эти вершинки образуют треугольный
рисунок на жевательной поверхности зуба (рис. В). Такие зубы называются трибосфеническими, они характерны для рукокрылых и отчасти для насекомоядных.
С переходом к всеядности и включением в рацион значительного количества растительных кормов (семена, корневища) происходит
уплощение жевательной поверхности щёчных зубов и развитие на ней
нескольких бугорков. Такой зуб давящего типа называется бунодонтным (рис. В). Бунодонтные щёчные зубы характерны для приматов
(в том числе и для человека), всеядных копытных (свинья), некоторых
хищников, тяготеющих к всеядности (барсук, медведь), и семеноядных
грызунов (мыши, хомяки).
Но самым трудоёмким для млекопитающих оказывается травоядный тип питания. Зелёную массу растений необходимо тщательно перетирать, в связи с чем жевательная поверхность щёчных зубов таких млекопитающих напоминает мельничный жёрнов — она выглядит
плоской, а над её поверхностью из дентина и зубного цемента выступают разные по форме складки более прочной эмали. Чаще всего эти
складки образуют поперечные гребни — такие зубы называются лофодонтными (рис. Д; рис. А). Также могут быть варианты с продольными складками полулунной формы (селенодонтные или лунчатые зубы — рис. Г) или же с треугольными петлями (рис. Б).
Рис. . Гипсодонтные и брахиодонтные щёчные зубы. А — гипсодонтный лофодонтный зуб лошади; Б — гипсодонтный щёчный зуб и его жевательная поверхность с треугольными эмалевыми петлями (серая полёвка); В — брахиодонтный бунодонтный предкоренной зуб свиньи
. Строение черепов и зубов у основных отрядов млекопитающих

Помимо формы, щёчные зубы различаются по высоте коронки
(часть зуба, выступающая над десной). Зубы, у которых высота коронки значительно превышает её ширину, называются гипсодонтными
(рис. А, Б). Гипсодонтные зубы — это адаптация к быстрому истиранию щёчного зуба при питании грубой растительной пищей, такие
зубы характерны для травоядных копытных и грызунов. Зубы с низкой
коронкой называются брахиодонтными (рис. В).
. Строение черепов и зубов у основных отрядов
млекопитающих
Детали строения черепа и зубной системы — важные определительные признаки при работе с любой группой млекопитающих. Не зная
конкретный вид, можно по черепу легко определить, к какому отряду
и семейству млекопитающих он относится. Ниже приведены наиболее
характерные черты строения черепа и зубов основных групп современных млекопитающих, обитающих на территории России.
Отряд Насекомоядные (Lypotyphla). Для представителей этой
группы характерен вытянутый небольшой череп, маленькие и неглубокие глазницы (особенно у семейства Землеройковые). Скуловая дуга
очень тонкая и сохраняется только у представителей семейств Ежиные
и Кротовые (рис. ). У семейства Землеройковые скуловая дуга полностью утрачена. Зубы островершинные, привычное деление на  типа
зубов по отношению к насекомоядным практически не применяется.
После первого резца обычно идут промежуточные зубы, некоторые
из них могут выглядеть как клыки, затем трибосфенические моляры
с острыми вершинками, которые соединены гребнями. Для семейства
Землеройковые характерен передний резец с раздвоенной верхушкой
(рис. ).
Рис. . Череп обыкновенного крота (Talpa europaea). Обозначения:  — глазница;  — скуловая дуга

Анатомия позвоночных
Рис. . Череп бурозубки (Sorex sp.). Обозначения:  — глазница;  — передний резец с раздвоенной вершиной;  — промежуточные зубы
Отряд Рукокрылые (Chiroptera). У летучих мышей, обитающих
в России, отличительной особенностью черепа является передняя нёбная вырезка — глубокая выемка на межчелюстных костях, между резцами (рис. ). Вырезка нужна для лучшей фокусировки пучка ультразвука, издаваемого летучей мышью при эхолокации. Для зубов характерны тонкие и острые вершинки, щёчные зубы выраженного трибосфенического типа.
Рис. . Череп летучей мыши (Myotis). А — вид сверху; Б — вид сбоку.
 — нёбная вырезка
. Строение черепов и зубов у основных отрядов млекопитающих

Отряд Грызуны (Rodentia). Это разнообразная группа, с большим
количеством семейств и родов. Для отряда в целом характерна полная
утрата клыков: на их месте образуется пустой промежуток в зубном
ряду — диастема (рис. ). Резцов всего по два в верхней и нижней
челюстях, корни у резцов отсутствуют, и они обладают пожизненным
ростом. Щёчные зубы чаще всего имеют плоскую жевательную поверхность, на которой располагаются разнообразные бугорки (у мышей),
гребни (у бобров и белок) или треугольные петли (полёвки, песчанки).
У представителей рода Серые полёвки (Microtus) щёчные зубы гипсодонтного типа, так же как и резцы, утеряли корни и растут на протяжении всей жизни.
Рис. . Череп сурка (Marmota).  — диастема
Отряд Зайцеобразные (Lagomorpha). Череп зайцеобразных в целом похож на череп грызунов: у зайцев также отсутствуют клыки, и на
их месте располагается пустой промежуток — диастема (рис. ). Однако, в отличие от грызунов, у зайцеобразных на верхней челюсти
вслед за передними резцами идёт дополнительная пара резцов меньшего размера. В нижней челюсти зайцеобразных, как и у грызунов,
имеется только два резца.
Отряд Хищные (Carnivora). Для этой группы млекопитающих характерны хорошо развитые и хорошо заметные длинные клыки, основное орудие для захвата и умерщвления добычи. Помимо клыков
у большинства хищников в зубном ряду присутствуют хищнические
зубы — крупные, островершинные и с режущей кромкой, секодонтного типа. В верхней челюсти хищнический зуб — это последний предкоренной, в нижней челюсти — первый коренной зуб (знание этого

Анатомия позвоночных
Рис. . Череп зайца (Lepus). Обозначения:  — дополнительная пара резцов;
 — диастема
правила очень помогает при составлении зубных формул хищников).
Типичный череп хищника на примере лисы представлен на рис. .
На территории России из отряда Хищные встречаются представители семейств Псовых (волки, лисы, собаки и др.), Кошачьих (рысь,
кошка, тигр и др.), Куньих (куницы, норки, горностаи и др.), Медвежьих (бурый, белый и гималайский медведи), а также три семейства
ластоногих, ранее выделявшиеся в отдельный отряд: Моржовые, Ушастые и Настоящие тюлени. Каждое из этих семейств обладает набором
специфических черт, далее мы разберём их основные отличия.
Для семейства Кошачьих характерна округлая форма черепа с сильно укороченной лицевой частью. Все щёчные зубы острые, секодонтного типа (рис. ).
Рис. . Череп кошки (Felis sylvestris)
Для семейства Медвежьих характерно (помимо крупного размера)
уплощение жевательной поверхности щёчных зубов, эти зубы становятся бунодонтными.
У представителей семейств Куньих и Псовых при общей схожести
внешнего облика черепа есть одно заметное различие: у псовых задний
край костного нёба заканчивается на уровне задних краёв последних
. Строение черепов и зубов у основных отрядов млекопитающих

коренных зубов и на уровне переднего края скуловых дуг черепа; у куньих задний край костного нёба оттянут далеко назад и заканчивается
значительно дальше задних краёв зубных рядов (рис. ).
Рис. . Черепа представителей семейств Куньих (горностай) и Псовых (лиса).
Обозначения:  — задний край костного нёба;  — задний край зубного ряда.
Масштаб не соблюдён
Для черепов основной группы ластоногих — семейства Настоящих
тюленей — характерны очень крупные и близко посаженные глазницы, а также наличие на щёчных зубах добавочных вершин (рис. ).
Рис. . Череп обыкновенного тюленя (Phoca vitulina)
Отряд Непарнокопытные (Perissodactyla). Из представителей этого отряда на территории России встречаются домашняя лошадь, домашний осёл, реинтродуцированная лошадь Пржевальского, а также
кулан. В целом череп непарнокопытных характеризуется крупным размером. В зубном ряду хорошо развиты и верхние, и нижние резцы,

Анатомия позвоночных
щёчные зубы гипсодонтные, очень крупные, с лофодонтными складками. В верхней челюсти клыки сильно редуцированы и отделены от щёчных зубов заметной заклыковой диастемой, а в нижней они полностью
исчезают и на их месте образуется обширная диастема (рис. А).
Рис. . Черепа копытных: А — лошадь; Б — корова; В — свинья. Обозначения:  — верхние резцы;  — редуцированный верхний клык;  — роговая мозоль на месте верхних резцов;  — загнутые вверх клыки;  — хоботная кость
Отряд Парнокопытные (Artiodactyla). В целом черепа парнокопытных и непарнокопытных схожи, однако внутри отряда Парнокопытные основные семейства хорошо отличимы как друг от друга, так
и от непарнокопытных.
У жвачных парнокопытных — семейства Оленьи и Полорогие —
клыков нет, на их месте расположена диастема. Нижние резцы хорошо развиты, а верхние полностью редуцированы, на их месте на межчелюстных костях образуется роговое утолщение слизистой оболочки
ротовой полости (рис. Б; рис. ). Щёчные зубы крупные и, как
правило, гипсодонтные, с жевательной поверхностью селенодонтного
(лунчатого) типа.
У представителей семейства Свиные верхние и нижние резцы хорошо развиты и направлены несколько вперёд. Верхние и нижние клыки
крупные, направлены вбок и вверх. Щёчные зубы бунодонтного типа. Перед носовыми костями располагается специальная небольшая
кость, поддерживающая и укрепляющая пятачок, — хоботная кость
(рис. В).
Для представителя семейства Кабарожьих — кабарги — при общем
«оленьем» типе черепа характерно чрезмерное развитие клыков (рис. ).
. Строение черепов и зубов у основных отрядов млекопитающих

Рис. . Череп лося (Alces, сём. Оленьи)
Рис. . Череп кабарги (Moschus)
Рис. . Череп дельфина афалины (Tursiops). Обозначения:  — наружные
ноздри;  — глазница;  — рострум
Отряд Китообразные (Cetacea). В силу размеров в коллекциях
обычно представлены черепа зубатых китов, в основном дельфинов.
Черепа китообразных очень специфичны, и их сложно с чем-либо перепутать (хотя многие школьники регулярно обзывают их либо аистами,

Анатомия позвоночных
либо крокодилами). Для черепа дельфина характерно наличие вытянутого рострума, сформированного предчелюстными костями. Многочисленные конические зубы расположены только на предчелюстных
и зубных костях. Помимо изменения зубной системы, для дельфинов характерны размыкание скуловой дуги и постановка глазниц на
нижне-боковой поверхности черепа. При формировании дыхала ноздри вместе с носовыми костями сдвигаются с переднего края черепа
далеко назад и открываются наружу практически на теменной части
черепа (рис. ).
Список литературы
. Ананьева Н. Б. , Боркин Л. Я. , Даревский И. С. , Орлов Н. Л. . Земноводные и пресмыкающиеся. Энциклопедия природы России. М.:
ABF, .
. Бёме Р. Л. , Динец В. Л. , Флинт В. Е. , Черенков А. Е. Птицы. Энциклопедия природы России. Изд. -е, дополненное и переработанное.
М.: ABF, .
. Динец В. Л. , Ротшильд Е. В. Звери. Энциклопедия природы России.
Изд. -е, дополненное и переработанное. М.: ABF, .
. Калякин М. В. , Волцит О. В. , Атлас. Птицы Москвы и Подмосковья.
София-Москва: Pensoft, .
. Наумов Н. П. , Карташев Н. Н. . Зоология позвоночных. М.: Высшая
школа, .
. Павлинов И. Я. , Крускоп С. В. , Варшавский А. А. , Борисенко А. В. Наземные звери России. Справочник-определитель. М.: КМК, .
. Ромер А. , Парсонс Т. Анатомия позвоночных. М.: Мир, .
АНАТОМИЯ ЧЕЛОВЕКА
Автор: И. М. Синёва
В кабинете анатомии человека на практическом туре олимпиады
часто предлагают задания, связанные с описанием костей скелета и их
соединений. В данном разделе мы дадим теоретическую базу и рекомендации для выполнения таких заданий. При подготовке к олимпиаде
помимо прочтения данной главы будет полезно ознакомиться с рисунками костей в анатомическом атласе. Обратите внимание на то, что
в ответах на задания не требуется писать латинские названия костей
и их частей, это не приносит дополнительных баллов (хотя и не идёт
в минус). Поэтому не рекомендуем тратить на них время.
На практическом туре в кабинете анатомии человека вы получаете
реальный объект для изучения — кость скелета человека (или сочленение костей) и задание, которое чаще всего звучит так.
«Составить описание выданной кости».
Для описания кости необходимо указать:
) её название;
) принадлежность к одной из групп классификации костей (трубчатые, губчатые, плоские, смешанные, воздухоносные);
) принадлежность к одному из отделов скелета;
) кости, с которыми она сочленяется, способ соединения;
) строение, функции.
Далее мы приводим сведения о строении скелета человека (строение костей и их сочленений), знание и понимание которых обеспечат
грамотное выполнение данного задания.
. Терминология
Прежде чем рассматривать строение отдельных костей скелета, необходимо определить основные понятия в анатомии как описательной
науке.
Анатомия (от греческого anatemno — рассекаю, расчленяю) — наука о формах и строении органов, систем органов и человеческого организма в целом, рассматриваемых с позиций развития, функциональных возможностей и постоянного взаимодействия с внешней средой.
Анатомия рассматривает тело человека в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях и относительно них описывает различные отделы
тела, их части и структуры (см. рис.  цветной вклейки).
Сагиттальная плоскость (от лат. sagitta — стрела) — вертикальная плоскость, проходящая спереди назад. Срединная сагиттальная
плоскость делит тело на две половины — левую и правую.

Анатомия человека
Для обозначения расположения органов и структур по отношению
к этой плоскости применяют термины медиальный (внутренний) —
расположенный ближе к срединной сагиттальной плоскости — и латеральный (боковой) — удалённый от срединной сагиттальной плоскости.
Фронтальная плоскость (от лат. frons — лоб) — вертикальная плоскость, ориентированная справа налево соответственно плоскости лба.
В теле человека можно провести множество таких плоскостей, параллельных друг другу. По отношению к фронтальной плоскости применяют термины вентральный (от лат. ventrum — живот) — передний —
и дорсальный (от лат. dorsum — спина) — задний.
Горизонтальная плоскость (поперечная, или трансверзальная) —
плоскость, перпендикулярная первым двум; возможно провести множество таких плоскостей параллельно плоскости земли на разных
уровнях. Относительно этой плоскости выделяют краниальные (от лат.
cranium — череп) — верхние — и каудальные (от лат. cauda — хвост) —
нижние структуры. Для обозначения частей конечностей применяют
термины проксимальный — расположенный ближе к началу конечности, к туловищу, — и дистальный — находящийся дальше от туловища.
. Остеология — учение о костях
Скелет — это комплекс костей и их соединений (от греч. skeletos —
высушенный, высохший). Он составляет пассивную часть опорно-двигательного аппарата, активным элементом которого являются мышцы.
Масса скелета в среднем составляет – % от массы тела.
В теле человека около  костей, большая часть которых — парные.
Высушенная кость на треть состоит из органических веществ (белок оссеин) и на две трети — из неорганических (в основном фосфат
кальция). Органические вещества придают костям гибкость, эластичность, а неорганические определяют её твёрдость. У детей процент
органических веществ в составе кости преобладает, к старости количество органических веществ сокращается, поэтому кости становятся
ломкими.
Скелет выполняет следующие функции:
) опорная;
) защитная;
) двигательная;
) формообразующая;
) участвует в минеральном обмене, является депо солей (Ca2+ ,
2+
Mg , PO3−
4 );
) кроветворная, иммунная (красный костный мозг).
. Остеология — учение о костях

Классификация костей
В кости выделяют компактное и губчатое вещество, отличающиеся структурой и расположением костных элементов (в компактном
веществе это параллельно расположенные остеоны, в губчатом — пересекающиеся в различных направлениях балки). В кости компактное
вещество располагается на периферии (снаружи), губчатое вещество
находится внутри.
Снаружи кость покрыта тонкой соединительно-тканной пластинкой — надкостницей (периостом), которая выполняет функции защиты, питания и иннервации кости (за счёт содержащихся в ней сосудов
и нервов); внутренний слой надкостницы является остеогенным, т. е.
за счёт периоста кость нарастает в толщину и восстанавливается после
переломов.
По строению, а также взаимному расположению и процентному соотношению компактного и губчатого вещества выделяют следующие
классы костей:
— трубчатые (подклассы: длинные трубчатые и короткие трубчатые),
— губчатые (подклассы: длинные губчатые и короткие губчатые;
частный случай — сесамовидные кости),
— плоские (частный случай — диплоэ — кости свода черепа),
— смешанные,
— воздухоносные.
Различие в строении костей разных классов определяется выполняемой ими специфической функцией. Так, например, трубчатые кости
составляют различные отделы скелета конечностей и выполняют функцию рычагов при передвижении тела в пространстве; плоские кости
образуют обширные площадки для прикрепления мышц и формируют
полости, выполняя функцию защиты внутренних органов.
Рассмотрим каждый класс более подробно.
. Трубчатые кости:
а) длинные трубчатые: ключица, бедренная, плечевая, большая
и малая берцовые, локтевая, лучевая.
б) короткие трубчатые: кости пясти, плюсны, фаланги пальцев.
Трубчатые кости образуют рычаги движения. Они имеют вытянутую цилиндрическую часть (та самая трубка, определившая название
этого класса костей) — диафиз (тело), — стенки которой состоят из
компактного вещества. Внутри диафиза имеется костномозговой канал, заполненный жёлтым костным мозгом (жировая ткань). На каждом конце диафиза находится эпифиз — участок концевого отдела кости, который участвует в образовании сустава. Эпифизы образованы
губчатым веществом, покрытым тонким слоем компактного и содер-

Анатомия человека
жащим красный костный мозг (сеть кровеносных сосудов) (рис. 
цветной вклейки).
Между эпифизом и диафизом располагается метафиз — участок
кости, в котором до завершения ростовых процессов находится хрящ —
за счёт него кость нарастает в длину.
Вырост диафиза вблизи эпифиза носит название апофиз — это различные костные выступы, бугры, гребни и шероховатости, которые
служат для прикрепления связок и мышц.
. Губчатые кости:
а) длинные губчатые: рёбра, грудина.
б) короткие губчатые: кости запястья, предплюсны.
в) сесамовидные кости: надколенник, гороховидная кость запястья.
Губчатые кости состоят из губчатого вещества, покрытого снаружи
тонким слоем компактного. В губчатом веществе костные пластинки
образуют перекладины (балки, трабекулы), направление хода которых строго соответствует ориентации и выраженности действующих
на кость сил (линии сжатия и растяжения), что обеспечивает максимальную прочность при минимальной массе (рис. ).
Рис. . Строение губчатой кости (на примере эпифиза бедренной кости)
Сесамовидные кости — кости, расположенные вблизи суставов, внутри сухожилий мышц, вследствие чего они не имеют надкостницы. Своё
название они получили от латинского названия кунжутного семени —
«sesamum», поскольку они сходны с ним по форме. Эти кости укрепляют сухожилия, предохраняют их и суставы от повреждений, а также
играют роль костных блоков, изменяющих углы приложения сил при
действии мышц.
. Остеология — учение о костях

. Плоские кости: лопатка, тазовая кость.
Состоят из тонкого слоя губчатого вещества, покрытого снаружи
компактным (рис.  а).
Рис. . а) Плоская кость (лопатка); б) строение костей свода черепа (диплоэ)
Строение костей свода черепа называется диплоэ (двойное) — это
тонкий слой губчатого вещества, лежащий между двумя пластинками
компактного — плотной наружной и тонкой внутренней (стеклянной);
основная особенность такого строения кости заключается в наличии
в губчатой прослойке многочисленных диплоических каналов, в которых проходят венозные сосуды (рис.  б).
. Смешанные кости: позвонки, височная кость.
Сочетают в себе элементы губчатых и плоских костей (рис. ).
Рис. . Смешанные кости

Анатомия человека
. Воздухоносные кости: лобная, клиновидная, решётчатая, верхняя челюсть.
Имеют полости внутри (пазухи), заполненные воздухом (рис. ).
Рис. . Воздухоносные кости
Весь скелет человека можно подразделить на две части: скелет головы (череп — лат. Cranium) и скелет туловища (посткраниальный скелет). В заданиях олимпиады кости черепа, как правило, не встречаются, поэтому в данном пособии приводится обзор только костей посткраниального скелета.
Обзор костей посткраниального скелета
Ниже представлена классификация костей посткраниального скелета.
Рассмотрим каждый отдел посткраниального скелета более подробно.
I. Осевой скелет
Осевой скелет образован позвоночным столбом, или позвоночником, состоящим из – позвонков, и грудной клеткой, которая сформирована грудиной,  парами рёбер и соответствующими грудными
позвонками.
А. Позвоночный столб
Позвоночный столб (позвоночник) человека — это длинный изогнутый столб, состоящий из пяти отделов: шейного, грудного, поясничного, крестцового и копчикового. Позвоночный столб связывает части
тела в единое целое, выполняет защитную и опорную функции для
спинного мозга и выходящих из позвоночного канала спинномозговых
нервов. Верхний конец позвоночника поддерживает голову. К позвоночнику посредством поясов прикрепляется скелет верхних и нижних
свободных конечностей. Положение и форма позвоночника человека
обусловливают возможность прямохождения.
. Остеология — учение о костях


Анатомия человека
Ширина позвоночника в различных отделах неодинакова: масса позвонков увеличивается сверху вниз, что обусловлено возрастающей нагрузкой со стороны вышележащих отделов.
Позвоночный столб взрослого человека имеет на своём протяжении несколько изгибов, которые служат для амортизации при ходьбе:
это лордозы и кифозы (рис. ). Лордоз — это изгиб, обращённый выпуклостью вперёд (шейный и поясничный), кифоз — изгиб, обращённый выпуклостью назад (грудной и крестцовый). Изгибы позвоночного столба в стороны называют сколиозами.
Рис. . Строение позвоночного столба: А — вид сбоку; Б — вид спереди;
В — вид сзади. Обозначения: I — шейный отдел, II — грудной отдел, III — поясничный отдел, IV — крестцовый отдел, V — копчиковый отдел;  — шейный
лордоз,  — грудной кифоз,  — поясничный лордоз,  — крестцовый кифоз
Строение позвонков. Независимо от принадлежности к тому или
иному отделу позвоночника, позвонки гомологичны, то есть имеют
общий план строения, обусловленный вертикальным положением тела
человека. Позвонок состоит из тела, которое обращено вперёд и является его опорной частью. Позади тела располагается дуга позвонка,
соединяющаяся с телом позвонка при помощи двух ножек. В результате
соединения тела и дуги образуется позвоночное отверстие. Отверстия
всех позвонков, накладываясь одно на другое, формируют позвоночный канал, в котором располагается спинной мозг. От дуги позвонка отходят  отростков, к которым прикрепляются мышцы. Сзади по
срединной линии находится непарный остистый отросток. Во фронтальной плоскости справа и слева располагается парный поперечный
отросток. Вверх и вниз от дуги направлены парные верхние и нижние
. Остеология — учение о костях

суставные (сочленовные) отростки, которыми позвонки соединяются друг с другом. Основания суставных отростков ограничивают верхнюю и нижнюю позвоночные вырезки. При соединении позвонков друг
с другом нижняя вырезка вышележащего позвонка и верхняя вырезка
нижележащего образуют справа и слева межпозвоночные отверстия,
через которые проходят спинномозговые нервы и кровеносные сосуды
(рис. ).
Рис. . Общий план строения позвонка. А — вид сбоку; Б — вид сверху. Обозначения:  — тело позвонка,  — дуга позвонка,  — позвоночное отверстие,
 — ножка дуги,  — остистый отросток,  — поперечный отросток,  — верхний суставной отросток,  — нижний суставной отросток,  — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка
Позвонки различных отделов отличаются друг от друга деталями
строения, что обусловлено различием функций, возложенных на тот
или иной отдел. Помимо этого, в каждом отделе имеются позвонки,
морфологически отличающиеся от типичных для данного отдела. Такие исключения находятся на границе отделов. Ниже рассмотрим строение позвонков каждого отдела.
. Шейный отдел
Шейный отдел позвоночника состоит из  позвонков, отличающихся
от позвонков других отделов следующими особенностями (рис. ).
. Шейный позвонок состоит из относительно небольшого прямоугольного тела, позвоночное отверстие треугольной формы.
. Каждый поперечный отросток состоит из двух отростков — собственно поперечного (сзади) и рёберного (спереди), являющегося рудиментом шейного ребра, благодаря чему в поперечном отростке формируется небольшое округлое отверстие (поперечное отверстие). При
естественном положении шейных позвонков эти отверстия, накладываясь одно на другое, образуют прерывистый канал, в котором, начиная с VI шейного позвонка, вверх направляется позвоночная артерия,

Анатомия человека
Рис. . Шейный позвонок. А — вид сверху; Б — вид сбоку. Обозначения:
 — тело позвонка,  — дуга позвонка,  — остистый отросток,  — поперечный
отросток,  — верхний суставной отросток,  — нижний суставной отросток,
 — поперечное отверстие,  — передний бугорок,  — задний бугорок,
 — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка,
 — позвоночное отверстие
питающая головной мозг. Каждый поперечный отросток заканчивается передним и задним бугорками. Передний бугорок VI шейного позвонка развит лучше, чем бугорки других позвонков. Благодаря соседству
с сонной артерией он получил название сонного бугорка.
. Суставные отростки имеют округлую гладкую суставную поверхность, у верхних отростков она обращена назад и вверх, у нижних —
вперёд и вниз.
. Остистые отростки короткие, их длина увеличивается от II к VII
позвонку, их концы раздвоены, кроме VII позвонка, остистый отросток
которого самый длинный.
А.. Особые позвонки шейного отдела
• Атлант — I шейный позвонок, вместе с осевым позвонком и затылочной костью черепа формирует атланто-затылочный комплекс,
обеспечивающий подвижность головы, принимает участие в формировании позвоночного столба и позвоночного канала (рис. ).
Атлант имеет вид кольца, он лишён тела и остистого отростка (средняя часть тела, отделившись от атланта, приросла к телу II позвонка,
образовав его зуб) и состоит из двух дуг — передней и задней, соединённых между собой двумя более развитыми частями — латеральными
массами. Дуги атланта ограничивают широкое позвоночное отверстие.
На средней части наружной поверхности дуг располагаются передний
и задний бугорки. На внутренней поверхности передней дуги атланта
имеется суставная поверхность — ямка зуба, которая образует сустав
. Остеология — учение о костях

Рис. . I шейный позвонок (атлант). А — вид сверху; Б — вид снизу. Обозначения:  — передняя дуга,  — задняя дуга,  — позвоночное отверстие,
 — передний бугорок,  — задний бугорок,  — ямка зуба,  — поперечный отросток,  — поперечное отверстие,  — латеральные массы,  — верхняя суставная площадка,  — нижняя суставная площадка
с зубом осевого позвонка. Латеральные массы сверху и снизу имеют две суставные поверхности. Верхние суставные поверхности вогнутые бобовидной формы, они сочленяются с затылочными мыщелками.
Нижние суставные поверхности округлые плоские, они сочленяются
с верхними суставными поверхностями осевого позвонка. От латеральных масс с каждой стороны отходят поперечные отростки, которые,
как и у типичных шейных позвонков, имеют поперечное отверстие.
• Осевой позвонок — II шейный позвонок, названный А. Везалием эпистрофеем, т. е. вращательным. При поворотах головы атлант вместе с черепом вращается вокруг его зубовидного отростка
(рис. ).
Рис. . II шейный позвонок (эпистрофей), вид сбоку. Обозначения:  — тело позвонка,  — дуга позвонка,  — зубовидный отросток,  — остистый отросток,  — передняя суставная площадка зуба,  — задняя суставная площадка зуба,  — верхняя суставная площадка,  — нижний суставной отросток,
 — поперечный отросток,  — поперечное отверстие
Осевой позвонок состоит из тела, от которого отходит дуга позвонка.
От тела позвонка вертикально вверх отходит зубовидный отросток

Анатомия человека
(зуб), он цилиндрической формы, имеет верхушку и две суставные поверхности. Передняя суставная поверхность сочленяется с ямкой зуба
атланта, задняя — с поперечной связкой атланта. Латерально от зуба
расположены две плоские округлые суставные поверхности, обращённые вверх и сочленяющиеся с нижними суставными поверхностями
атланта. На нижней стороне осевого позвонка имеются типичные суставные отростки, обращённые вперёд и вниз. Остистый отросток
короткий, массивный, с раздвоенным концом. В поперечных отростках
имеются отверстия.
• Выступающий позвонок — VII шейный позвонок.
Имеет длинный, нераздвоенный на конце остистый отросток, сильно
выдающийся назад. Его верхушка хорошо прощупывается у живого
человека и служит ориентиром при определении границы отделов.
. Грудной отдел
Грудной отдел позвоночника состоит из  позвонков, которые входят в состав грудной клетки и соединяются с рёбрами. Это накладывает
отпечаток на их строение (рис. ).
Рис. . VIII грудной позвонок. А — вид сбоку; Б — вид сверху. Обозначения:
 — тело позвонка,  — дуга позвонка,  — позвоночное отверстие,  — ножка
дуги,  — остистый отросток,  — поперечный отросток,  — верхний суставной отросток,  — нижний суставной отросток,  — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка,  — верхняя рёберная (полу)ямка,
 — нижняя рёберная (полу)ямка,  — рёберная ямка поперечного отростка
. На боковых поверхностях тел расположены верхняя и нижняя
рёберные ямки (фасетки) для сочленения с головками рёбер. Рёбра
со II по X включительно присоединяются к двум смежным позвонкам,
поэтому у II–IX грудных позвонков на телах сверху и снизу имеются полуямки (верхняя — для одноимённого, нижняя — для нижележащего).
. Поперечные отростки грудных позвонков длинные, отклонены
назад, их концы утолщены, отверстий не имеют. На передней поверх-
. Остеология — учение о костях

ности каждого поперечного отростка у  верхних грудных позвонков
имеется рёберная ямка поперечного отростка, с которой сочленяется
бугорок соответствующего ребра.
. Остистые отростки грудных позвонков длинные, острые, нераздвоенные, сильно наклонены вниз. Их наклонное книзу расположение
препятствует переразгибанию позвоночного столба, защищая этим органы грудной полости от повреждения.
. Суставные отростки грудных позвонков расположены во фронтальной плоскости, суставные поверхности верхних суставных отростков направлены назад и латерально, нижних — вперёд и медиально.
А.. Особые позвонки грудного отдела
• I грудной позвонок. На теле I грудного позвонка сверху имеется
целая ямка для сочленения с головкой I ребра и половина ямки снизу
для верхней половины головки II ребра (рис. ).
Рис. . I грудной позвонок, вид сбоку. Обозначения:  — тело позвонка,
 — остистый отросток,  — верхний суставной отросток,  — нижний суставной отросток,  — поперечный отросток,  — верхняя рёберная ямка (целая),
 — нижняя рёберная (полу)ямка,  — рёберная ямка поперечного отростка,
 — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка
Рис. . XII грудной позвонок, вид сбоку. Обозначения:  — тело позвонка,
 — остистый отросток,  — верхний суставной отросток,  — нижний суставной отросток,  — верхняя рёберная ямка (целая),  — поперечный отросток,
 — сосцевидный отросток,  — добавочный отросток,  — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка

Анатомия человека
• Х грудной позвонок. Имеет на теле лишь верхнюю полуямку для
нижней половины головки X ребра.
• XI и XII грудные позвонки. На теле сверху имеют по целой ямке
для прикрепления соответственно XI и XII рёбер. Поперечные отростки
XI и XII грудных позвонков короткие и не имеют рёберных ямок, так
как с бугорками рёбер не соединяются. Нижние суставные отростки
располагаются в сагиттальной плоскости, как у поясничных позвонков,
а их суставные поверхности направлены латерально (рис. ).
. Поясничный отдел
Состоит, как правило, из  позвонков. Особенности их строения обусловлены большой нагрузкой, приходящейся на этот отдел позвоночника (рис. ).
Рис. . III поясничный позвонок. А — вид сбоку; Б — вид сзади. Обозначения:
 — тело позвонка,  – остистый отросток,  — верхний суставной отросток,
 — нижний суставной отросток,  — рёберный отросток,  — сосцевидный отросток,  — добавочный отросток,  — верхняя позвоночная вырезка,  — нижняя позвоночная вырезка,  — зонд в позвоночном отверстии
. Тело массивное, бобовидной формы, его поперечный размер
больше передне-заднего. Высота и ширина постепенно увеличиваются
от I к V позвонку.
. Позвоночное отверстие большое, треугольной формы, с закруглёнными углами.
. Поперечные отростки длинные, являются рудиментами рёбер
(это рёберные отростки), слившимися в процессе развития с истинными поперечными отростками. Рудиментарный поперечный отросток
имеет вид бугорка, расположенного на задней поверхности рёберного
отростка, — это добавочный отросток.
. Остистые отростки короткие, уплощённые с боков, с утолщёнными концами, направлены назад. Такое положение остистых отростков
поясничных позвонков обеспечивает большую подвижность позвоночного столба в этой области.
. Остеология — учение о костях

. Суставные поверхности суставных отростков расположены в сагиттальной плоскости, у верхних отростков они направлены медиально, у нижних — латерально. Каждый верхний суставный отросток имеет небольшой бугорок — сосцевидный отросток — рудимент бугорка
ребра.
. Крестцовый отдел
В крестцовом отделе позвоночника, как правило,  позвонков. Примерно к  годам они срастаются в одну кость — крестец (рис. ).
Рис. . Крестец и копчик. А — вид спереди (тазовая поверхность); Б — вид
сзади. Обозначения:  — основание крестца,  — верхушка крестца,  — мыс
крестца,  — верхний суставной отросток,  — крыло крестца,  — ушковидная
поверхность,  — поперечные линии,  — передние крестцовые отверстия,
 — срединный гребень,  — промежуточный гребень,  — латеральный гребень,  — задние крестцовые отверстия,  — крестцовая бугристость,
 — крестцовый канал,  — крестцовая щель,  — крестцовый рог,  — копчик,  — копчиковый рог
Крестец формирует заднюю стенку малого таза, участвует в формировании позвоночного столба и позвоночного канала.
Крестец имеет треугольную форму. В нем выделяют широкое и утолщённое основание крестца, направленное вверх, и верхушку крестца,
обращённую вниз и вперёд. Передняя тазовая поверхность вогнутая,
задняя дорсальная поверхность выпуклая. Основание крестца имеет
суставные отростки, которые сочленяются с нижними суставными отростками V поясничного позвонка. Место соединения крестца с телом
этого позвонка образует выступ, направленный вперёд, — мыс крестца.
На тазовой поверхности крестца видны идущие в горизонтальном
направлении  поперечные линии — следы сращения тел крестцовых
позвонков. На концах этих линий справа и слева открываются передние
крестцовые отверстия.

Анатомия человека
На дорсальной поверхности крестца хорошо выражены  продольных гребней. Непарный срединный гребень образовался в результате
сращения остистых отростков. По сторонам от него находится парный промежуточный гребень, образовавшийся из суставных отростков
крестцовых позвонков. Книзу промежуточный гребень заканчивается крестцовым рогом — рудиментом суставных отростков последнего
крестцового позвонка. Рядом с промежуточными гребнями видны задние крестцовые отверстия. Латеральнее от этих отверстий на каждой
стороне крестца лежит латеральный гребень — результат сращения поперечных и рёберных отростков крестцовых позвонков.
Снаружи от латерального гребня с каждой стороны расположена
утолщённая латеральная часть, на которой находится ушковидная суставная поверхность для сочленения с подвздошной костью соответствующей стороны. Между суставной поверхностью и латеральным
гребнем имеется крестцовая бугристость (шероховатость), к которой
прикрепляются связки и мышцы.
Внутри крестца от его основания к верхушке проходит крестцовый
канал, образовавшийся в результате слияния позвоночных отверстий
крестцовых позвонков и являющийся продолжением позвоночного канала. Книзу крестцовый канал заканчивается крестцовой щелью.
. Копчиковый отдел
Состоит из – рудиментарных позвонков, с возрастом срастающихся в единую кость — копчик (рис. ).
Копчик имеет треугольную форму, изогнут вперёд. Его основание
направлено вверх, верхушка — вниз и вперёд. Тело копчика сочленяется с крестцом, на его задней поверхности имеется парный копчиковый
рог — рудимент верхнего суставного отростка первого копчикового позвонка. Оба рога направлены вверх, навстречу рогам крестца, и соединяются с ними при помощи связок.
Установление типа позвонка. Чтобы установить принадлежность
позвонка к шейному, грудному или поясничному отделу позвоночника,
предлагаем вам ознакомиться с рисунками – и приведённой ниже таблицей , в которой указаны основные отличительные признаки
позвонков. В таблицу также включено описание позвонков, имеющих
нетипичное строение (I, II и VII шейные, XII грудной).
Б. Грудная клетка
Кости грудной клетки представлены грудиной и  парами рёбер,
соединяющимися сзади с позвонками грудного отдела. Грудная клетка
образует вместилище для органов грудной полости и выполняет функцию их защиты. Рассмотрим строение костей этого отдела.

. Остеология — учение о костях
Т а б л и ц а . Морфологические характеристики позвонков
Тело
Позвоночное
отверстие
округлое,
большого
диаметра
Остистый
отросток
Другие
признаки
отсутствует
поперечное
отверстие
I шейный
(атлант)
отсутствует
II шейный
(эпистрофей)
небольшое
треугольное
раздвоенный
III–VI шейные
небольшое
треугольное
раздвоенный
VII шейный
(выступающий)
небольшое
треугольное
нераздвоенный
I–XI грудные
средней
величины
округлое
нераздвоенный
XII грудной
средней
величины
округлое
нераздвоенный
I–V поясничные
массивное
овальное
нераздвоенный,
закруглён на
конце
зуб,
поперечное
отверстие
поперечное
отверстие
поперечное
отверстие
рёберные
ямки
рёберные
ямки,
сосцевидный
отросток
сосцевидный
отросток
. Грудина
Грудина — длинная губчатая кость, непарная, расположена во фронтальной плоскости, состоит из трёх частей. Верхняя её часть — рукоятка грудины, средняя часть — тело, нижняя — мечевидный отросток.
У взрослых людей эти  части срастаются в единую кость (рис. ).
Рис. . Грудина, вид спереди. Обозначения:  — рукоятка грудины,  — тело грудины,  — мечевидный отросток,  — яремная вырезка,  — ключичная
вырезка,  — I рёберная вырезка,  — полувырезки II ребра,  — угол грудины,
 — рёберные вырезки,  — поперечные линии

Анатомия человека
Рукоятка грудины широкая, толстая, на верхнем крае имеет яремную вырезку. По бокам от неё находятся ключичные вырезки для сочленения с ключицами. На правом и левом краях рукоятки грудины,
ниже ключичной вырезки, расположены рёберные вырезки для хряща
I ребра. Ещё ниже находится половина вырезки, которая, соединяясь
с такой же половиной вырезки на теле грудины, образует полную рёберную вырезку для сочленений с хрящом II ребра. В месте соединения
рукоятки с телом грудины образуется небольшой обращённый вперёд
угол грудины.
Тело грудины в средних и нижних отделах более широкое, чем вверху. На передней поверхности тела видны поперечные линии (места сращения костных сегментов), на краях имеются рёберные вырезки для сочленения с хрящами истинных рёбер. Рёберная вырезка для VII ребра
расположена на границе между телом грудины и мечевидным отростком.
Мечевидный отросток может быть различной формы, иногда книзу
раздвоен или имеет отверстие, образовавшееся при развитии отростка
из двух зачатков. Мечевидный отросток служит местом прикрепления
диафрагмы и мышц брюшного пресса.
. Рёбра
Рёбра представляют собой изогнутые костные пластинки, которые
спереди переходят в хрящевые части. Передняя хрящевая часть — рёберный хрящ — короткая, костная часть ребра — рёберная кость — более длинная (рис. ).
Рис. . Рёбра. А — VIII ребро, вид изнутри; Б — VIII ребро, вид снаружи;
В — I ребро, вид сверху. Обозначения:  — головка ребра,  — шейка ребра,  — бугорок ребра,  — угол ребра,  — тело ребра,  — бороздка ребра,
 — верхний край,  — верхняя поверхность
Семь пар верхних рёбер (I–VII) своими хрящевыми частями соединяются с грудиной. Они называются истинными рёбрами. Хрящи
VIII, IX и X пар рёбер соединяются с грудиной посредством хряща
. Остеология — учение о костях

вышележащего ребра, поэтому они получили название ложных рёбер.
XI и XII рёбра имеют короткие хрящевые части, которые заканчиваются в мышцах передней брюшной стенки и не крепятся к грудине.
Эти рёбра отличаются от других большей подвижностью и поэтому
называются колеблющимися рёбрами.
На заднем конце каждого ребра имеется головка, которая сочленяется с рёберными ямками на теле одного или двух смежных грудных
позвонков. Головка ребра переходит в более узкую часть — шейку ребра. На границе шейки и тела ребра имеется бугорок ребра, которым
ребро соединяется с ямкой на поперечном отростке соответствующего
грудного позвонка. Бугорок на XI и XII рёбрах выражен слабо или вовсе
отсутствует. За бугорком следует более широкая и самая длинная часть
рёберной кости — тело ребра, которое недалеко от бугорка резко изгибается вперёд. Это место носит название угол ребра. Тело рёбер плоское, имеет наружную и внутреннюю поверхности, верхний и нижний
края. Внутренняя поверхность ребра гладкая, вдоль нижнего края на
протяжении всего тела проходит бороздка ребра, к которой прилежат
межрёберные сосуды и нервы. Передняя утолщённая часть тела ребра
на конце имеет ямку для соединения с рёберным хрящом.
Первое ребро, в отличие от остальных, уплощено сверху вниз и имеет верхнюю и нижнюю поверхности, медиальный и латеральный края.
У I ребра угол его изгиба совпадает с бугорком.
II. Добавочный скелет
Добавочный скелет представлен свободными верхними и нижними
конечностями и их поясами. Функции конечностей у человека чётко
разграничены: верхние являются органом труда, а нижние служат для
опоры и передвижения. В то же время верхние и нижние конечности
имеют одинаковый план строения. Пояса крепят конечности к осевому
скелету. Свободная часть конечности состоит из трёх сегментов. Проксимальный сегмент имеет одну кость, средний — две кости, дистальный — несколько костей, включая фаланги пальцев.
А. Верхняя конечность
А. Пояс верхней конечности
. Лопатка
Лопатка — плоская кость треугольной формы, участвующая в формировании пояса верхней конечности. Имеет три края: верхний, латеральный и медиальный, а также три угла: верхний, нижний и латеральный (рис. ).
Верхний край лопатки относительно короткий, несёт надлопаточную вырезку, латерально переходит в клювовидный (коракоидальный)
отросток, служащий местом крепления связок плечевого сустава. Ме-

Анатомия человека
Рис. . Лопатка. А — дорсальная поверхность; Б — вентральная поверхность.
Обозначения:  — медиальный край,  — верхний край,  — латеральный край,
 — верхний угол,  — нижний угол,  — латеральный угол,  — суставная впадина,  — лопаточная вырезка,  — акромион,  — лопаточная ость,  — надостная ямка,  — подостная ямка,  — подлопаточная ямка,  — клювовидный отросток
диальный край лопатки истончён, обращён в сторону позвоночника. Латеральный край утолщён и направлен в подмышечную область.
Латеральный угол лопатки несёт суставную впадину, служащую для
сочленения с головкой плечевой кости. Суставная впадина отделена
сужением — шейкой лопатки. Над и под суставной ямкой располагаются соответственно верхний и нижний бугорки, к которым прикрепляются мышцы. Передняя, или рёберная поверхность лопатки вогнута
и носит название подлопаточной ямки. Задняя поверхность лопатки
разделена на две части остью лопатки. Верхняя часть носит название
надостной ямки, нижняя — подостной ямки. Латеральный отдел ости
лопатки переходит в акромион, несущий суставную поверхность акромиона для сочленения с ключицей.
. Ключица
Ключица — длинная S-образно изогнутая трубчатая кость, расположенная между ключичной вырезкой грудины и акромиальным отростком лопатки (рис. ). Ключица имеет тело округлой формы и два
конца: утолщённый медиальный — грудинный конец — и расширенный
уплощённый латеральный — акромиальный конец. На грудинном конце ключицы находится седловидной формы грудинная суставная поверхность для сочленения с ключичной вырезкой грудины. На акромиальном конце ключицы имеется плоская акромиальная поверхность,
образующая сустав с соответствующей суставной поверхностью акромиона лопатки. На нижней поверхности ключицы видны два возвышения: конусовидный бугорок и трапециевидная линия. Верхняя поверхность ключицы гладкая.
. Остеология — учение о костях

Рис. . Ключица. А — верхняя поверхность; Б — нижняя поверхность. Обозначения:  — тело ключицы,  — грудинный конец,  — акромиальный конец,
 — грудинная суставная поверхность,  — акромиальная суставная поверхность,  — трапециевидная линия,  — конусовидный бугорок
А. Свободная верхняя конечность
Состоит из трёх отделов: проксимальный отдел — плечо, который
составляет одна кость — плечевая, средний отдел — предплечье, состоящий из двух костей — локтевой и лучевой, дистальный отдел —
кисть.
. Плечевая кость
Плечевая кость — длинная трубчатая кость, образующая плечевой
отдел скелета свободной верхней конечности. Различают тело плечевой кости (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный эпифизы (рис. ).
Тело плечевой кости в верхнем отделе округло, в нижнем — трехгранно. На медиальной поверхности несколько ниже середины длины
располагается питательное отверстие. Несколько выше, на латеральной поверхности, расположена дельтовидная бугристость, к которой
прикрепляется дельтовидная мышца. На задней поверхности расположена борозда лучевого нерва, в которой залегает одноимённый нерв.
На проксимальном эпифизе медиально расположена суставная поверхность — головка плечевой кости, сочленяющаяся с суставной ямкой лопатки. Головка отделена сужением — анатомической шейкой.
Латерально на верхнем эпифизе располагается большой бугорок, на передней поверхности — малый бугорок. От бугорков вниз отходят гребни
большого и малого бугорка соответственно. Большой и малый бугорки
и их гребни разделены межбугорковой бороздой. Проксимальный эпифиз отделён от тела хирургической шейкой.

Анатомия человека
Рис. . Плечевая кость. А — вид спереди; Б — вид сзади. Обозначения:
 — головка,  — анатомическая шейка,  — хирургическая шейка,  — большой бугорок,  — малый бугорок,  — межбугорковая борозда,  — гребень
большого бугорка,  — гребень малого бугорка,  — тело плечевой кости,
 — дельтовидная бугристость,  — борозда лучевого нерва,  — блок,
 — головка мыщелка,  — венечная ямка,  — лучевая ямка,  — локтевая
ямка,  — медиальный надмыщелок,  — латеральный надмыщелок,
 — гребень медиального надмыщелка,  — гребень латерального
надмыщелка
Дистальный эпифиз сжат во фронтальной плоскости. Он несёт суставную поверхность — мыщелок плечевой кости, поделённый на две
части. Медиально располагается блок плечевой кости, к которому крепится локтевая кость, латерально расположена головка мыщелка плечевой кости (головочка), сочленяющаяся с лучевой костью. На передней поверхности эпифиза располагаются два углубления — венечная
ямка (над блоком) и лучевая ямка (над головкой мыщелка), в которые при сгибании руки в локтевом суставе заходят венечный отросток
локтевой кости и головка лучевой кости соответственно. На задней
поверхности расположена локтевая ямка, в которую входит локтевой
отросток локтевой кости. По бокам от мыщелка находятся медиальный
и латеральный надмыщелки, которые выше переходят в гребни медиального и латерального надмыщелков.
. Остеология — учение о костях

. Локтевая кость
Локтевая кость — длинная трубчатая кость, участвующая в формировании скелета предплечья. В исходном анатомическом положении
(когда кости предплечья параллельны друг другу) локтевая кость лежит в предплечье медиально. Различают тело локтевой кости (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный эпифизы (рис. ).
Рис. . Локтевая кость. А — вид спереди; Б — вид сзади. Обозначения:
 — блоковая вырезка,  — локтевой отросток,  — венечный отросток,  — лучевая вырезка,  — локтевая бугристость,  — межкостный край,  — медиальный край,  — задний край,  — передняя поверхность,  — питательное отверстие,  — головка,  — суставная окружность,  — шейка,  — шиловидный отросток
Тело локтевой кости имеет трёхгранную форму. Острый межкостный край обращён латерально — в сторону лучевой кости. В средней
части длины на передней поверхности располагается питательное отверстие, проксимальнее находится локтевая бугристость, служащая
местом крепления плечевой мышцы.
Проксимальный эпифиз локтевой кости утолщён и несёт блоковую
вырезку, сочленяющуюся с блоком плечевой кости. Сверху и сзади она

Анатомия человека
ограничена локтевым отростком, снизу и спереди — венечным, которые входят в локтевую и венечную ямку плечевой кости соответственно. Латерально на венечном отростке расположена лучевая вырезка —
суставная поверхность, сочленяющаяся с суставной окружностью головки лучевой кости.
Дистальный эпифиз локтевой кости имеет округлую форму и заканчивается головкой локтевой кости. Нижняя часть головки несёт
суставную поверхность, соединяющуюся с костями запястья, наружная часть несёт суставную поверхность, соединяющуюся с лучевой костью, — суставную окружность локтевой кости. Медиально дистальный эпифиз заканчивается шиловидным отростком.
. Лучевая кость
Лучевая кость — длинная трубчатая кость, участвующая в формировании скелета предплечья. В исходном анатомическом положении
лучевая кость лежит в предплечье латерально. Различают тело лучевой
кости (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный эпифизы
(рис. ).
Рис. . Лучевая кость. А — вид спереди; Б — вид сзади. Обозначения:
 — головка,  — суставная окружность,  — шейка,  — лучевая бугристость,
 — межкостный край,  — латеральная поверхность,  — нижний эпифиз,
 — шиловидный отросток,  — локтевая вырезка,  — запястная суставная
поверхность
Тело лучевой кости имеет трёхгранную форму. Медиально, в сторону локтевой кости, направлен заострённый межкостный край. На передней поверхности в середине длины находится питательное отвер-
. Остеология — учение о костях

стие. Проксимальнее расположена лучевая бугристость, являющаяся
местом крепления двуглавой мышцы плеча.
Проксимальный эпифиз представлен головкой лучевой кости, ограниченной снизу более узкой шейкой. На верхней поверхности головки
имеется ямка, соединяющаяся с головкой мыщелка плечевой кости. На
боковой поверхности головки суставная окружность образует сустав
с лучевой вырезкой локтевой кости.
Дистальный эпифиз утолщён и расширен во фронтальной плоскости. На медиальной поверхности располагается локтевая вырезка, соединяющаяся с суставной окружностью головки локтевой кости. Латерально дистальный эпифиз переходит в шиловидный отросток. Нижняя поверхность вогнута и представляет собой запястную суставную
поверхность, сочленяющуюся с костями запястья.
Таким образом, локтевая и лучевая кости оказываются обратно
параллельны друг другу. Такое строение костей предплечья позволяет им вращаться друг относительно друга. Исходное анатомическое
положение — ладонью вперёд — называется супинированным, в таком
положении кости предплечья параллельны. При вращении внутрь —
пронации — лучевая кость перекрещивает локтевую, которая остаётся
неподвижной. В живом организме между межкостными краями костей
предплечья натянута межкостная перепонка (мембрана), удерживающая локтевую и лучевую кости рядом друг с другом.
. Кисть
Кисть — это дистальный отдел верхний конечности, состоящий
в свою очередь из трёх частей: запястья, пясти и фаланг пальцев
(рис. ).
Кости запястья — это  коротких губчатых костей, расположенных в два ряда. Проксимальный ряд прилегает к дистальной поверхности костей предплечья, дистальный — к пястным костям.
. Проксимальный ряд (начиная со стороны большого пальца):
•
•
•
•
ладьевидная кость (несёт бугорок ладьевидной кости);
полулунная кость;
трёхгранная кость;
гороховидная кость (сесамовидная, прилегает к трёхгранной).
. Дистальный ряд (начиная со стороны большого пальца):
• трапеция (несёт седловидную суставную поверхность и образует уникальный сустав с I пястной костью);
• трапециевидная (сочленяется со II пястной костью);
• головчатая (сочленяется с III пястной костью, проксимально
имеет круглую головку, соединяющуюся с полулунной и ладьевидной костями);

Анатомия человека
• крючковидная (сочленяется с IV и V пястными костями, несёт
отросток, направленный на ладонную поверхность, — крючок).
Рис. . Кисть, ладонная поверхность. Обозначения:  — запястье,  — пясть,
 — фаланги пальцев,  — ладьевидная кость,  — полулунная кость,  — трёхгранная кость,  — гороховидная кость,  — кость трапеция,  — трапециевидная кость,  — головчатая кость,  — крючковатая кость,  — пястная кость,
 — тело пястной кости,  — основание пястной кости,  — головка пястной кости,  — сесамовидные кости,  — проксимальная (основная) фаланга,  — медиальная (средняя) фаланга,  — дистальная (ногтевая) фаланга,
 — тело фаланги,  — основание фаланги,  — головка фаланги,  — ногтевая бугристость
Пясть представлена пятью короткими трубчатыми костями. Каждая из них имеет цилиндрический диафиз — тело — и два эпифиза:
проксимальный эпифиз — основание, имеет уплощённую суставную
поверхность, соединяющуюся с костями запястья, дистальный эпифиз — головка, шаровидной формы, соединяется с основными фалангами пальцев кисти.
Кости пальцев кисти (фаланги) — это  коротких трубчатых костей. У каждого пальца, за исключением первого, три фаланги — проксимальная (основная), медиальная (средняя) и дистальная (ногтевая).
У первого пальца отсутствует медиальная фаланга. Каждая фаланга,
как и кости пясти, имеет тело, основание и головку. Проксимальная
фаланга своим основанием сочленяется с головкой пястной кости. Головка дистальной фаланги видоизменена — она уплощена и несёт бугристость.
. Остеология — учение о костях

Б. Нижняя конечность
Б. Пояс нижней конечности
Пояс нижней конечности (тазовый пояс) представлен тазом, состоящим из крестца и копчика, и двумя тазовыми костями, соединяющимися с тазом и друг с другом.
. Тазовая кость
Тазовая кость образована тремя сросшимися костями: подвздошной, седалищной и лобковой. Тела этих костей, соединяясь, формируют вертлужную впадину тазовой кости — место прикрепления головки бедренной кости. Вертлужная впадина представлена вертлужной ямкой, окружённой суставной полулунной поверхностью. В нижней
части полулунная поверхность прерывается вырезкой вертлужной впадины (рис. ).
Рис. . Тазовая кость. А — наружная поверхность; Б — внутренняя поверхность. Обозначения:  — подвздошный гребень,  — крыло подвздошной кости,  — ягодичные линии,  — подвздошная ямка,  — подвздошная бугристость,  — верхняя передняя подвздошная ость,  — нижняя передняя подвздошная ость,  — верхняя задняя подвздошная ость,  — нижняя задняя
подвздошная ость,  — большая седалищная вырезка,  — седалищная ость,
 — малая седалищная вырезка,  — ушковидная поверхность,  — дугообразная линия,  — тело подвздошной кости,  — подвздошно-лобковое возвышение,  — лобковый гребень,  — запирательная борозда,  — запирательное отверстие,  — лобковый бугорок,  — тело лобковой кости,  — нижняя ветвь лобковой кости,  — симфизиальная поверхность,  — вертлужная
впадина,  — полулунная поверхность,  — вертлужная вырезка,  — тело
седалищной кости,  — ветвь седалищной кости,  — седалищный бугор

Анатомия человека
Подвздошная кость имеет внизу утолщённое тело, которое участвует в образовании вертлужной впадины, и расширяющееся вверху
крыло подвздошной кости. Верхняя часть крыла изогнутая, образует
утолщённый край — подвздошный гребень. Подвздошный гребень спереди и сзади заканчивается костными выступами. Передний выступ —
верхняя передняя подвздошная ость — легко прощупывается через кожные покровы. Несколько ниже располагается ещё один выступ — нижняя передняя подвздошная ость. Задний конец подвздошного гребня образует верхнюю заднюю подвздошную ость, ниже которой видна
нижняя задняя подвздошная ость. На внутренней поверхности крыла подвздошной кости находится пологое углубление — подвздошная
ямка, нижнюю границу которой образует дугообразная линия. Сзади
эта линия подходит к переднему краю ушковидной поверхности, которая вместе с такой же поверхностью крестца образует крестцовоподвздошный сустав. Над ушковидной поверхностью находится подвздошная бугристость, к которой прикрепляются межкостные связки.
Спереди дугообразная линия переходит в подвздошно-лобковое возвышение.
Лобковая кость состоит из утолщённого тела, участвующего в образовании переднего отдела вертлужной впадины, и двух ветвей. От
тела вперёд отходит верхняя ветвь лобковой кости, имеющая на себе подвздошно-лобковое возвышение. Круто изогнутая вниз передняя часть верхней ветви составляет нижнюю ветвь. Медиальная сторона перехода верхней ветви в нижнюю образует овальной формы
симфизиальную поверхность для соединения с лобковой костью противоположной стороны. На верхней ветви лобковой кости, возле её
медиального конца, виден лобковый бугорок, от которого в сторону подвздошно-лобкового возвышения направляется лобковый гребень. На нижней поверхности верхней ветви лобковой кости в направлении сзади вперёд и медиально проходит запирательная борозда.
Седалищная кость имеет утолщённое тело, участвующее в образовании нижней части вертлужной впадины. От нижней части тела
круто вперёд отходит ветвь седалищной кости. Место перехода тела
седалищной кости в её ветвь образует утолщение — седалищный бугор. Выше этого бугра от заднего края тела отходит седалищная ость,
которая разделяет две вырезки. Нижняя, малая седалищная вырезка
находится на уровне между указанной остью и седалищным бугром.
Более широкая большая седалищная вырезка ограничена сверху задней
частью крыла подвздошной кости.
Тела и ветви лобковой и седалищной костей ограничивают запирательное отверстие, при жизни затянутое перепонкой, от которой
берут начало мышцы.
. Остеология — учение о костях

Б. Свободная нижняя конечность
Состоит из трёх отделов: проксимальный отдел — бедро — представлен двумя костями — бедренной и надколенником, средний отдел — голень — состоит из двух костей — большой и малой берцовых,
дистальный отдел — стопа.
. Бедренная кость
Бедренная кость — длинная трубчатая кость, образующая бедренный отдел скелета свободной нижней конечности. Различают тело бедренной кости (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный
эпифизы (рис. ).
Рис. . Бедренная кость. А — вид сзади; Б — вид спереди. Обозначения:
 — головка,  — шейка,  — большой вертел,  — малый вертел,  — межвертельная ямка,  — межвертельный гребень,  — межвертельная линия,
 — ямка головки,  — тело бедренной кости,  — шероховатая линия бедра,  — медиальная губа,  — латеральная губа,  — гребенчатая линия,
 — ягодичная бугристость,  — подколенная поверхность,  — медиальный
мыщелок,  — латеральный мыщелок,  — межмыщелковая ямка,  — медиальный надмыщелок,  — латеральный надмыщелок,  — надколенниковая
суставная поверхность
Тело бедренной кости может иметь различную форму — от цилиндрической до трёхгранной — в зависимости от степени развития костного рельефа. На задней поверхности тела проходит вертикальная шероховатая линия. Она состоит из двух губ — латеральной и медиаль-

Анатомия человека
ной. В нижней части тела они расходятся, ограничивая треугольную
подколенную поверхность. В верхней части латеральная губа, отклоняясь, латерально переходит в ягодичную бугристость, к которой крепится одноимённая мышца. При сильном развитии ягодичной мышцы
в этом месте образуется третий вертел. Медиальная губа, отклоняясь
медиально, переходит в гребенчатую линию.
Проксимальный эпифиз на границе с телом несёт два выступа —
большой (латеральный) и малый (задний) вертелы. На передней поверхности кости они сединяются межвертельной линией, на задней —
межвертельным гребнем. Медиальная часть эпифиза направлена вверх
и представлена шейкой бедренной кости, несущей шаровидную головку бедренной кости. В средней части поверхности головки расположена ямка головки, служащая местом крепления внутрисуставной связки
тазобедренного сустава.
Дистальный эпифиз бедренной кости представлен двумя изогнутыми мыщелками: латеральным и медиальным, — которые сочленяются с мыщелками большеберцовой кости. Мыщелки бедренной кости
сзади разделены межмыщелковой ямкой; впереди мыщелки переходят
друг в друга, образуя надколенниковую поверхность, к которой прилежит и надколенник. По бокам от мыщелков находятся шероховатые
надмыщелки — медиальный и латеральный.
. Надколенник (коленная чашечка)
Надколенник является самой большой сесамовидной костью и располагается в сухожилии четырёхглавой мышцы бедра. У надколенника
выделяют направленное кверху основание и обращённую вниз верхушку. Задняя уплощённая суставная поверхность сочленяется с надколенниковой поверхностью бедренной кости и поделена гребнем на две части — медиальную и латеральную. Передняя поверхность шероховатая,
выпуклая, легко прощупывается через кожу (рис. ).
Рис. . Надколенник (коленная чашечка). А — вид спереди; Б — вид сзади.
Обозначения:  — основание,  — верхушка,  — передняя поверхность,  — суставная поверхность
. Остеология — учение о костях

. Большая берцовая кость
Большая берцовая кость — длинная трубчатая кость, участвующая
в образовании скелета голени, где она лежит с медиальной стороны.
У неё различают тело (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный эпифизы (рис. ).
Рис. . Большая берцовая кость. А — вид с латеральной стороны; Б — вид
сзади. Обозначения:  — медиальный мыщелок,  — латеральный мыщелок,
 — межмыщелковое возвышение,  — медиальный надмыщелок,  — латеральный надмыщелок,  — малоберцовая суставная поверхность,  — большеберцовая бугристость,  — линия камбаловидной мышцы,  — питательное отверстие,  — тело большой берцовой кости,  — передний край,
 — межкостный край,  — латеральная поверхность,  — медиальный край,
 — нижний эпифиз,  — малоберцовая вырезка,  — нижняя суставная поверхность,  — медиальная лодыжка
Тело большой берцовой кости трёхгранное. Оно имеет три поверхности (медиальную, латеральную и заднюю) и три края (передний, межкостный и медиальный). Передний край большеберцовой кости заострён и переходит в верхних отделах в большеберцовую бугристость. В верхней части задней поверхности проходит линия камбаловидной мышцы, к которой прикрепляется одноимённая мышца. Ниже
и латеральнее этой линии располагается питательный желобок, ведущий в питательное отверстие.
Проксимальный эпифиз большеберцовой кости утолщён и представлен двумя вогнутыми мыщелками: латеральным и медиальным, —
которые несут гладкие суставные поверхности, соединяющиеся с су-

Анатомия человека
ставными поверхностями мыщелков дистального эпифиза бедренной
кости. Мыщелки разделены межмыщелковым возвышением, состоящим из двух бугорков — латерального и медиальнго. По бокам от мыщелков имеются медиальный и латеральный надмыщелки. Латерально сзади (под латеральным мыщелком) располагается малоберцовая
суставная поверхность, образующая сустав с головкой малоберцовой
кости.
Дистальный эпифиз большой берцовой кости несёт нижнюю суставную поверхность, образующую сустав с таранной костью предплюсны. Медиально книзу дистальный эпифиз оканчивается выступом — медиальной лодыжкой, латерально находится малоберцовая вырезка, сочленяющаяся с нижней частью малоберцовой кости.
. Малая берцовая кость
Малая берцовая кость — длинная трубчатая кость, участвующая
в образовании скелета голени, где она располагается латерально. Различают тело (диафиз) и два конца — проксимальный и дистальный
эпифизы (рис. ).
Рис. . Малая берцовая кость. А — вид спереди; Б — вид сзади. Обозначения:
 — головка,  — верхушка головки,  — шейка,  — латеральная поверхность,
 — медиальная поверхность,  — межкостный край,  — передний край,
 — задний край,  — тело малой берцовой кости,  — питательное отверстие,
 — латеральная лодыжка,  — ямка лодыжки
. Остеология — учение о костях

Тело малой берцовой кости трёхгранной формы. Оно имеет три поверхности (латеральную, медиальную и заднюю) и три края (передний,
латеральный и межкостный). На задней поверхности тела расположено питательное отверстие.
Проксимальный эпифиз представлен головкой малой берцовой кости. Медиально располагается верхняя суставная поверхность, сочленяющаяся с проксимальным эпифизом большеберцовой кости, сверху
латерально — верхушка головки малой берцовой кости.
Дистальный конец малой берцовой кости уплощён с боков и образует латеральную лодыжку. На медиальной поверхности латеральной
лодыжки находится гладкая суставная поверхность для сочленения
с таранной костью. На заднем крае лодыжки видна ямка латеральной
лодыжки, к которой прилежат сухожилия малоберцовых мышц.
. Стопа
Кости стопы, подобно костям кисти, подразделяются на три отдела:
предплюсну, плюсну и кости пальцев стопы (рис. ).
Предплюсна состоит из семи коротких губчатых костей, расположенных в два ряда. Проксимальный (задний) ряд имеет две крупные кости: таранную и пяточную. Другие пять костей предплюсны
(ладьевидная, кубовидная и три клиновидные) образуют дистальный
(передний) ряд предплюсны.
Таранная кость имеет тело, головку и узкую её часть — шейку.
Тело таранной кости крупное, на его верхней поверхности находится
блок таранной кости, имеющий три суставные поверхности. Верхняя
поверхность сочленяется с нижней суставной поверхностью большой
берцовой кости. Две другие суставные поверхности расположены по
бокам блока. Медиальная лодыжковая поверхность и более крупная
латеральная лодыжковая поверхность предназначены для сочленения
с суставными поверхностями лодыжек большой и малой берцовой костей. Сзади от тела таранной кости отходит задний отросток таранной
кости. На нижней стороне таранной кости имеется пяточная суставная поверхность для сочленения с пяточной костью. Головка таранной
кости направлена вперёд и медиально. На ней имеется закруглённая
ладьевидная суставная поверхность для сочленения с ладьевидной костью.
Пяточная кость, самая большая кость стопы, располагается под
таранной костью. Сзади тело пяточной кости образует крупный выступ — пяточный бугор. На верхней стороне пяточной кости видна
таранная суставная поверхность. На переднем конце пяточной кости
имеется кубовидная суставная поверхность сочленения с кубовидной
костью.

Анатомия человека
Рис. . Стопа, вид сверху. Обозначения:  — предплюсна,  — плюсна,  — фаланги пальцев,  — пяточная кость,  — пяточный бугор,  — таранная кость,
 — блок таранной кости,  — головка таранной кости,  — шейка таранной
кости,  — ладьевидная кость,  — кубовидная кость,  — медиальная клиновидная кость,  — латеральная клиновидная кость,  — промежуточная клиновидная кость,  — плюсневая кость,  — тело плюсневой кости,  — основание плюсневой кости,  — головка плюсневой кости,  — проксимальная
фаланга,  — медиальная фаланга,  — дистальная фаланга,  — тело фаланги,  — основание фаланги,  — головка фаланги,  — ногтевая бугристость
Ладьевидная кость располагается в медиальной части стопы между таранной костью сзади и тремя клиновидными костями спереди.
Проксимальная (задняя) вогнутая поверхность кости служит для сочленения с головкой таранной кости. Дистальная (передняя) поверхность ладьевидной кости имеет три суставные площадки для соединения с тремя клиновидными костями. На латеральной стороне ладьевидной кости встречается непостоянная суставная поверхность для
сочленения с кубовидной костью.
Клиновидные кости — медиальная, промежуточная и латеральная — находятся спереди от ладьевидной кости. Медиальная клиновид-
. Артрология — учение о соединениях костей

ная кость самая большая, она сочленяется с основанием I плюсневой
кости. Промежуточная клиновидная кость образует сустав со II плюсневой костью. Латеральная клиновидная кость сочленяется с III плюсневой костью.
Кубовидная кость находится с латеральной стороны стопы между
пяточной костью сзади и двумя латерально лежащими плюсневыми
костями спереди. В местах соприкосновения этих костей друг с другом
имеются суставные поверхности. На медиальной стороне кубовидной
кости видна суставная площадка для латеральной клиновидной кости,
а несколько сзади от неё — площадка для сочленения с ладьевидной
костью.
Кости плюсны представляют собой пять коротких трубчатых костей. У каждой плюсневой кости выделяют тело, головку и основание.
Тела плюсневых костей имеют трёхгранную форму, верхняя сторона
выпуклая. Основания плюсневых костей утолщены, на каждом из них
имеется поверхность для сочленения с костями предплюсны. Головки
плюсневых костей служат для сочленения с основанием проксимальной фаланги.
Кости пальцев стопы (фаланги) — это короткие трубчатые кости.
Имеются проксимальная, медиальная и дистальная фаланги. Только
I палец стопы имеет две фаланги: проксимальную и дистальную. У каждой фаланги различают тело, головку и основание. Основание каждой
проксимальной фаланги имеет уплощённую ямку для сочленения с головкой соответствующей плюсневой кости. Каждая дистальная (ногтевая) фаланга заканчивается бугристостью.
. Артрология — учение о соединениях костей
В теле человека все соединения костей делятся на три большие
группы:
• неподвижные (непрерывные, синартрозы);
• полуподвижные (симфизы, гемиартрозы);
• подвижные (прерывные, суставы).
I. Неподвижные соединения
Это соединения костей с помощью различных видов соединительной ткани, в которых нет щелей или полостей между соединяющимися
костями. Непрерывные соединения весьма прочны, но подвижность
ограничена или вообще отсутствует. В зависимости от характера ткани, соединяющей кости, различают фиброзные (синдесмозы), хрящевые (синхондрозы) и костные соединения (синостозы).

Анатомия человека
. Синдесмозы
В прочных фиброзных соединениях (синдесмозах) кости соединены
между собой плотной волокнистой соединительной тканью. К ним относятся межкостные связки, мембраны, роднички, швы и вколачивание
(рис. ).
Рис. . Синдесмозы. А — схема синдесмоза; Б — роднички; В — зубчатый
шов; Г — межпозвоночные связки; Д — межкостная мембрана; Е — вколачивание (гомфозис). Обозначения:  — надкостница,  — кость,  — волокнистая
соединительная ткань,  — большой родничок,  — малый родничок,  — сосцевидный родничок,  — клиновидный родничок
Межкостные связки представляют собой толстые пучки или пластины, образованные плотной волокнистой соединительной тканью,
которые перекидываются от одной кости к другой, укрепляя соединения костей и ограничивая их движения. Большинство связок образовано пучками коллагеновых волокон. Однако встречаются связки, образованные эластическими волокнами, например жёлтые связки, натянутые между дугами позвонков. Они растягиваются при сгибании позвоночного столба и благодаря своей эластичности вновь укорачиваются,
способствуя разгибанию позвоночника.
Межкостные перепонки (мембраны) представляют собой соединительнотканные пластины, натянутые между диафизами длинных
трубчатых костей предплечья и голени. Они прочно удерживают одну
кость возле другой, служат местом начала многих мышц. Межкостные
перепонки сформированы параллельными пучками коллагеновых волокон, образующих слои, направленные от одной кости к другой.
Швы — это соединения краёв костей крыши черепа между собой
с помощью тонких прослоек волокнистой соединительной ткани. В зависимости от конфигурации краёв соединяющихся костей различают
зубчатый, плоский и чешуйчатый швы.
. Артрология — учение о соединениях костей

Разновидностью фиброзного соединения является вколачивание —
соединение корня зуба с костной тканью зубной альвеолы с помощью
периодонта — тонкой прослойки соединительной ткани. Швы, а также
вколачивание представляют собой прочные, эластичные, практически
неподвижные соединения костей черепа.
. Синхондрозы
Хрящевые соединения — это соединения костей с помощью волокнистой хрящевой ткани (рис. ). Синхондрозы отличаются прочностью, упругостью и малой подвижностью, объём и амплитуда которой
зависят от толщины и структуры хрящевой прослойки между костями. Крайне редко хрящ между соединяющимися костями сохраняется
в течение всей жизни. Такие синхондрозы являются постоянными (например, межпозвоночные и рёберные хрящи). Большинство синхондрозов является временными — хрящевая прослойка между костями сохраняется лишь до определённого возраста (например, клиновидно-затылочный синхондроз), после чего хрящ замещается костной тканью.
Рис. . Синхондрозы. А — схема синхондроза; Б — постоянный синхондроз; В — временный синхондроз. Обозначения:  — надкостница,  — кость,
 — хрящ
. Синостозы Костные соединения появляются по мере окостенения синхондрозов: между отдельными костями основания черепа, костями, составляющими тазовую кость, и др. (рис. ). Также при различных заболеваниях, вследствие травм и нарушений обменных процессов могут окостеневать другие виды соединительной ткани — это
патологические синостозы (например, болезнь Бехтерева — окостенение межпозвоночных связок).

Анатомия человека
Рис. . Синостозы. А — нормальный синостоз (окостенение синхондроза);
Б — патологический синостоз (болезнь Бехтерева)
II. Полуподвижные соединения (симфизы)
Симфизы (другое название — гемиартрозы) представляют собой
хрящевые соединения, лишённые суставной капсулы. Однако в толще
хряща имеется небольшая щелевидная полость, заполненная синовиальной жидкостью. К ним относятся межпозвоночные симфизы, лобковый симфиз (рис. ).
Рис. . Симфиз. А — схема симфиза; Б — лобковый симфиз. Обозначения:
 — надкостница,  — кость,  — межкостный диск,  — щель в межкостном
диске,  — верхняя лобковая ветвь,  — нижняя лобковая ветвь,  — верхняя лобковая связка,  — нижняя лобковая связка,  — межлобковый диск,
 — симфизиальная полость,  — гиалиновый хрящ
III. Подвижные соединения (суставы)
Суставы (или синовиальные соединения) представляют собой прерывные соединения костей, у которых между соединяющимися костями всегда имеется «прерывность» — суставная полость (рис. ). Каждый сустав имеет: ) суставные поверхности костей, покрытые суставным хрящом; ) суставную капсулу; ) суставную полость, заполненную синовиальной жидкостью.
. Артрология — учение о соединениях костей

Рис. . Схема строения сустава. Обозначения:  — надкостница;  — кость;
 — суставная капсула;  — суставной хрящ;  — суставная полость
Суставные поверхности покрыты, как правило, гиалиновым хрящом. Суставной хрящ защищает суставные концы кости от механических воздействий, уменьшает давление и равномерно распределяет его
по поверхности кости.
Суставная капсула, прикрепляющаяся вблизи краёв суставных поверхностей сочленяющихся костей или отступающая на некоторое расстояние от них, прочно срастается с надкостницей, образуя замкнутую
суставную полость.
Синовиальная жидкость, имеющаяся в небольшом количестве в полости суставов, содержит  % воды, остальная часть — белки, мукополисахариды и соли, глюкоза, мочевина. Синовиальная жидкость смачивает покрытые хрящом суставные поверхности, устраняет их трение
друг о друга и одновременно осуществляет трофику суставного хряща.
Суставные поверхности редко полностью соответствуют друг другу по форме. Для достижения конгруэнтности в суставах имеется ряд
вспомогательных образований — хрящевых дисков, менисков и губ
(рис. ). Суставной диск, как правило, разделяет суставную полость
на два этажа. Суставные мениски — это хрящевые или соединительнотканные пластинки полулунной формы, расположенные между суставными поверхностями. В коленном суставе имеются полукольцевые
медиальный и латеральный мениски, которые расположены между суставными поверхностями бедренной и большеберцовой костей. Диски и мениски способны смещаться при движениях. Они сглаживают
неровности сочленяющихся поверхностей, делают их конгруэнтными,
амортизируют сотрясения и толчки при передвижении.
Суставная губа, расположенная по краю вогнутой суставной поверхности, дополняет и углубляет её. Она прикреплена своим основа-

Анатомия человека
Рис. . Вспомогательный аппарат сустава. А — внутрисуставные связки;
Б — суставной диск; В — мениски; Г — суставная губа; Д — жировая складка;
Е — сесамовидная кость; Ж — суставная сумка
нием к краю суставной поверхности, а внутренней вогнутой поверхностью обращена в сторону полости сустава. Суставные губы имеют строение, аналогичное менискам, но в них преобладает плотная оформленная коллагеновая (волокнистая) ткань, напоминающая по строению
сухожилие.
IV. Принципы классификации суставов
. В зависимости от количества суставных поверхностей и их взаимоотношений между собой суставы делятся на простые (две сочленяющиеся суставные поверхности в одной капсуле) и сложные (более
двух суставных поверхностей в одной капсуле). Если два или более
анатомически самостоятельных сустава функционируют совместно, то
они называются комбинированными (например, оба височно-нижнечелюстных сустава). В комплексных суставах между сочленяющимися
поверхностями имеются диск или мениски, разделяющие полость сустава на два отдела.
. Суставы подразделяют также по форме их суставных поверхностей и по числу осей вращения, вокруг которых выполняются движения в этих суставах (биомеханическая классификация суставов).
Движения в суставах совершаются вокруг фронтальной, сагиттальной и продольной осей. Вокруг фронтальной оси выполняются сгибание, при котором угол между сочленяющимися костями уменьшается, и разгибание, при котором угол в суставе между костями увеличивается. Вокруг сагиттальной оси выполняются приведение, при
котором одна из сочленяющихся костей приближается к срединной
плоскости (к туловищу), и отведение, при котором кость удаляется
от неё. При вращении кость вращается вокруг своей продольной оси
. Артрология — учение о соединениях костей

в ту или другую сторону. Круговое движение — это последовательное
движение вокруг всех осей, при котором свободный конец движущейся
кости или конечности (например, кисть руки) описывает окружность.
Чем больше разность угловых величин (в угловых градусах) сочленяющихся поверхностей, тем больше размах (объём) движений. При почти равной протяжённости суставных поверхностей объём движений
в суставах незначителен. На объём движений в суставах влияют также
число и расположение связок, укрепляющих сустав, положение и растяжимость мышц, окружающих сустав.
Форма сочленяющихся поверхностей обусловливает число осей, вокруг которых может совершаться движение. В зависимости от этого
суставы делятся на одно-, двух- и многоосные (рис. ). Для удобства
форму суставной поверхности сравнивают с отрезком тела вращения,
при этом каждая форма сустава имеет то или иное число осей вращения.
Рис. . Биомеханическая классификация суставов. А — одноосный сустав
(блоковый); Б — двуосный сустав ( — эллипсоидный,  — седловидный);
В — многоосный сустав (шаровидный)
Так, к одноосным суставам относятся цилиндрические и блоковидные суставы. При вращении прямой линии вокруг параллельной
ей прямой оси возникает цилиндрическое тело вращения. У цилиндрического сустава одна суставная поверхность выпуклая, представляет собой отрезок цилиндра, другая суставная поверхность вогнутая,
по форме соответствует цилиндру. Цилиндрические суставы — это срединный атлантоосевой, проксимальный и дистальный лучелоктевые.
У блоковидного сустава блок представляет собой цилиндр с бороздой или гребнем, расположенными перпендикулярно оси цилиндра. На
другой суставной поверхности имеется соответствующее углубление

Анатомия человека
или выступ. Примерами блоковидных суставов служат межфаланговые
суставы кисти. Разновидностью блоковидного сустава является винтообразный (улитковый) сустав. Отличие винта от блока в том, что
борозда расположена не перпендикулярно оси вращения, а ориентирована по спирали. Примером винтообразного сустава может служить
плечелоктевой сустав.
Двуосными суставами являются эллипсовидный, мыщелковый
и седловидный суставы. Суставные поверхности эллипсовидного сустава имеют форму эллипса в виде выпуклости (суставной головки)
и вогнутости (суставной ямки). Вращение в эллипсовидном суставе
происходит вокруг двух взаимно перпендикулярных осей. Примером
эллипсовидного сустава служит лучезапястный сустав. Мыщелковый
сустав по форме близок и к блоковидному, и к эллипсовидному. Его
суставная головка имеет форму эллипса, но, в отличие от блоковидного, его суставная поверхность располагается на мыщелке. Например, коленный и атлантозатылочный суставы являются мыщелковыми
(первый является также комплексным, второй — комбинированным).
У седловидного сустава суставные поверхности представляют собой
два «седла», сидящих одно на другом, с пересекающимися под прямым
углом осями. Седловидным является запястно-пястный сустав большого пальца, который характерен только для человека и обусловливает
противопоставление большого пальца кисти остальным. Преобразование сустава в типично седловидный связано с трудовой деятельностью.
К многоосным суставам относят шаровидный сустав. У шаровидного сустава выпуклая суставная поверхность имеет форму отрезка
шара и представляет собой суставную головку. Вогнутая суставная поверхность (суставная ямка) на другой кости соответствует выпуклости.
Однако поверхность суставной головки обычно больше, чем у суставной ямки, поэтому движения в шаровидных суставах имеют большой
объём. Примером могут служить движения в шаровидном плечевом
суставе.
Разновидностью шаровидного сустава является так называемый чашеобразный сустав. У чашеобразного сустава очень глубокая суставная ямка, которая охватывает более половины поверхности шаровидной головки, поэтому разность между угловыми размерами шаровидной головки и суставной ямки (впадины) мала. Движения в чашеобразном суставе ограничены. Примером чашеобразного сустава, который
называют также ореховидным, служит тазобедренный сустав.
К шаровидным суставам относятся также плоские суставы. Суставные поверхности плоских суставов напоминают участки поверхности
шара большого диаметра. Движения в плоских суставах выполняются
вокруг трёх взаимно перпендикулярных осей. Однако размах движений ограничен, так как форма суставных поверхностей плоская и раз-
. Заключение

ность угловых размеров таких суставных поверхностей невелика. Примером плоских суставов служат межзапястные, предплюсне-плюсневые суставы, латеральный атланто-осевой.
. Заключение
Таким образом, мы рассмотрели строение всех костей посткраниального скелета и способы их соединений между собой. Остаётся сказать несколько слов о том, как применить эти полезные сведения для
выполнения олимпиадных заданий.
Получив задание, внимательно рассмотрите доставшуюся вам кость.
Помните, что строение кости (как и любого другого органа) зависит от
функции, которую она выполняет. Анализируя строение кости, можно
найти ответы на основные вопросы задания: к какому отделу скелета
относится кость, какие функции она выполняет и, в конечном итоге,
какая конкретно это кость. Перечисляя функции каждой кости, не забывайте, что, помимо общих функций для всего скелета, кости конкретных отделов выполняют свою специфическую роль.
Список литературы
. Синельников Р. Д. , Синельников А. Р. , Синельников Я. А. Атлас анатомии человека. Том I. Остеология, артрология, миология. М.: Новая волна, .
. Сапин М. Р. , Билич Г. Л. Анатомия человека. М.: ГЭОТАР-Медиа,
.
. Гайворонский И. В. , Ничипорук Г. И. , Гайворонский А. И. Анатомия
с основами физиологии. М.: Академия, .
ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА
Авторы: Д. А. Сутормин, А. Р. Гафуров , Л. А. Абовян 
В разделе рассмотрены отдельные темы и вопросы, касающиеся
общей и медицинской физиологии человека, на понимании которых
достаточно часто базируются практические олимпиадные задания.
. Электрофизиология
.. Электрические явления в живых клетках
Для передачи сигнала многоклеточными живыми организмами используются электрические явления из-за очень высокой скорости их
распространения (скорость распространения электромагнитных волн,
как известно, приближается к скорости света). Однако использование
электричества сопряжено с рядом проблем: во-первых, напряжённость
поля, обусловленного простой диффузией ионов в растворе, быстро
затухает (по экспоненте). Во-вторых, поле распространяется во всех
направлениях, и клетки как-то должны уметь отличать свои сигналы
от чужих. Природа, конечно же, нашла способы решить поставленные
задачи. Далее мы разберём, как именно.
На мембране каждой живой клетки существует электрохимический потенциал, обусловленный разностью в концентрациях ионов
по разные стороны от этой мембраны. Электрическая природа этого потенциала обусловлена тем, что ионы — это заряженные частицы,
а химическая — разностью концентраций частиц.
Основными ионами, за счёт которых формируется мембранный потенциал, являются K+ , Na+ и Cl− . Обычно концентрация ионов калия внутри клетки примерно в  раз выше, чем снаружи, а ионов
натрия — в – раз ниже. Можно провести мысленный эксперимент
и представить, что клеточная мембрана проницаема только для одного
вида ионов, например для K+ . Как мы знаем, калия гораздо больше
внутри клетки, чем снаружи, так что его ионы начнут выходить из
клетки по градиенту концентрации (принцип процесса будет подобен
явлениям осмоса, которые мы разбирали в разделе «Физиология растений» данной книги). Однако электрические силы будут препятствовать
этому процессу, ведь противоионы калия (например, отрицательно заряженные молекулы белков) не смогут последовать за ним — в этом
состоит работа электрического потенциала. В какой-то момент уста

Подразделы –.
Подраздел .

. Электрофизиология
новится равновесие сил и поток ионов через мембрану прекратится.
Электрический потенциал в состоянии равновесия системы называется равновесным мембранным потенциалом и может быть рассчитан
по уравнению Нернста:
RT
[K + ]0
Eeq,K + = zF ln + ,
[K ]i
где R — универсальная газовая постоянная, равная , Дж/(моль·К);
T — температура в кельвинах; z — заряд иона (в данном случае z = 1);
F — число Фарадея (F = 96 485 Кл/моль); [K + ]0 — равновесная концентрация ионов снаружи клетки; [K + ]i — равновесная концентрация
ионов внутри клетки.
Равновесные потенциалы основных ионов показывают нам предельные значения потенциалов на мембране. При возбуждении нейрона генерируется потенциал действия, максимальное значение которого ограничено сверху равновесным потенциалом для ионов натрия. После прохождения сигнала мембранный потенциал возвращается к исходному значению — потенциалу покоя, который ограничен
снизу равновесиями по калию и хлору (таблица ).
Т а б л и ц а . Концентрации и равновесные потенциалы основных ионов
(при температуре +37 ◦ C)
[I]i , мМ
Eeq , мВ
K+


−95
+
Na


67
Cl
+


−90
Тип ионов
[I]0 , мМ
Однако равновесный потенциал не говорит нам о реальном значении потенциала покоя клетки, который зависит не только от концентраций ионов, но и от их проницаемости через мембрану. Для его
расчёта используют уравнение Гольдмана—Ходжкина—Катца:
P + [Na+ ] + P + [K+ ] + P − [Cl− ] RT
Na
0
K
0
Cl
i
Em =
ln
,
−
+
+
F
PNa+ [Na ]i + PK+ [K ]i + PCl− [Cl ]0
где P — проницаемости конкретных ионов (остальные обозначения
аналогичны тем, которые используются в уравнении Нернста).
Проницаемости ионов K+ , Cl− и Na+ в состоянии покоя соотносятся
как 1 : 0,45 : 0,04, поэтому максимальный вклад в формирование потенциала вносит калий. Как следствие, потенциал покоя многих клеток
приближается к равновесному потенциалу для калия (таблицы  и ).
В создании и поддержании мембранного потенциала участвуют различные транспортные белки, локализованные на мембране. Их можно разделить на две группы. К первой относятся транспортёры, пе-

Физиология человека
Т а б л и ц а . Потенциалы покоя различных возбудимых клеток
Тип клеток
Потенциал покоя, мВ
Нейроны
−70
Мышечные клетки
От −60 до −95
Фоторецепторные клетки
−40
реносящие ионы с затратой энергии АТФ, — это так называемый первично активный транспорт. Ко второй группе относятся белки, которые используют для переноса веществ уже существующие потенциалы градиентов концентраций (образовавшиеся за счёт первично активного транспорта), — в этом случае говорят о вторично активном
транспорте.
Ярким представителем первой группы является Na+ /K+ -АТФаза, которая переносит два иона калия внутрь клетки против трёх ионов натрия, выбрасываемых наружу (рис.  цветной вклейки). Именно этот
фермент во многом обеспечивает создание потенциала покоя клетки.
Следует отметить, что в большинстве клеток на работу АТФазы затра1
чивается до 5 всей энергии клетки, а в нейронах это значение может
2
доходить до 3 . Представителем второй группы транспортных белков
является Ca2+ /Na+ -транспортёр, выводящий из клетки один ион Ca2+
в обмен на три иона Na+ .
Теперь если добавить на мембрану потенциал-чувствительные каналы, мы получим систему, способную отвечать потенциалом действия
на повышение мембранного потенциала. Такими являются, например,
натриевые или калиевые каналы, работа которых проиллюстрирована
на рис.  цветной вклейки.
Повышение мембранного потенциала вызывает ответ по типу «всё
или ничего», то есть подпороговые стимулы не вызывают никакого ответа, а пороговый и надпороговые (вне зависимости от силы) вызывают сразу максимальный ответ. Почему же наблюдается подобный скачок? Дело в том, что открытие и закрытие ионных каналов — процесс
вероятностный и даже при потенциале покоя можно наблюдать переходы между состояниями отдельных каналов. Приложение к ним внешнего электрического стимула повышает вероятность открытия каналов
и синхронизует их работу. При каких-то значениях внешнего стимула
происходит одновременное открытие множества каналов и резкий скачок потенциала. Пороговый стимул — это мембранный потенциал, который вызывает синхронное открытие минимального числа каналов,
необходимого для лавинообразного запуска реакции.
Остаётся понять, почему распространение потенциала действия по
аксону нейрона имеет направление. Действительно, поляризация мем-
. Электрофизиология

браны в зоне потенциала действия симметрична. Однако свойства потенциал-чувствительных каналов по разным сторонам от этой зоны
различаются. Каналы, по которым ПД уже прошёл, временно инактивируются (т. е. становятся невосприимчивыми к новым стимулам),
совокупность таких каналов называется областью абсолютной рефрактерности (рис.  цветной вклейки). Таким образом, у бегущего потенциала только один путь развития — вперёд. Если же с помощью
внутриклеточного электрода создать разность потенциалов где-то посередине длины аксона, находящегося в состоянии покоя, то ПД будет распространяться в обе стороны — ведь ионные каналы одинаково
«свежие».
Главным препятствием для любого тока является сопротивление
среды. Природа нашла два способа решения этой проблемы, которые реализуются у разных организмов. Первый способ — увеличение
диаметра аксона (поскольку сопротивление обратно пропорционально
площади сечения проводника). Этим путём пошли беспозвоночные:
например, гигантские аксоны кальмара могут достигать – мм в диаметре. Второй способ — изоляция нейрона от окружающих его тканей.
Этот метод применяется в клетках позвоночных и реализуется с помощью миелинизированных волокон. Олигодендроциты в центральной
нервной системе и шванновские клетки в периферической образуют
муфты вокруг аксонов. Между ними расположены перехваты Ранвье
с повышенным содержанием ионных каналов. ПД в такой системе распространяется сальтаторно, т. е. от перехвата к перехвату (или от узла
к узлу). Такое устройство экономит время — это достигается за счёт
того, что массированный выброс ионов натрия в области перехвата
рождает электрическое поле, которое мгновенно распространяется до
следующего узла. Кроме того, происходит сокращение энергозатрат
на восстановление ионного баланса (при активном участии фермента
Na+ /K+ -АТФазы), так как в миелинизированных нейронах необходимо
восстанавливать градиенты ионов только в области перехватов Ранвье,
а в немиелинизированных — по всему аксону. Интересно, что сальтаторное проведение было недавно обнаружено и у некоторых креветок,
отдельные нервы которых также миелинизированы.
Теперь давайте разберём процессы, которые сопровождают синаптическую передачу сигнала, т. е. передачу, осуществляемую через область контакта возбудимой и эффекторной клеток или же двух возбудимых клеток. Различают электрические синапсы, в которых происходит прямая передача ПД с помощью миграции ионов из клетки
в клетку (с ними мы познакомимся ближе при рассмотрении функционирования сердца), и химические синапсы: в них передатчиком между
клетками является химическое вещество — медиатор. Последний способ разберём здесь более подробно.

Физиология человека
Химический синапс состоит из двух частей: пресинаптической —
она представляет собой булавовидное расширение на конце аксона передающей клетки — и постсинаптической, представленной контактным участком плазматической мембраны принимающей клетки. Между обеими частями имеется синаптическая щель (промежуток шириной – нм), края которой укреплены межклеточными контактами. Мембранные участки, ограничивающие синаптическую щель
с двух сторон, называются пресинаптической и постсинаптической
мембранами. Исходно медиатор находится в везикулах, содержащихся
в булавовидном расширении (пресинаптическая часть). ПД вызывает слияние этих везикул с пресинаптической мембраной, при котором происходит выброс медиатора в синаптическую щель. Более подробно этот процесс выглядит так: ПД вызывает открытие потенциалчувствительных кальциевых каналов, плотность которых на пресинаптической мембране очень высока. Ионы кальция заходят внутрь
клетки и образуют зону с высокой концентрацией Ca2+ (кальциевый
микродомен). Далее ионы кальция связываются с белком синаптотагмином (трансмембранный белок везикул), который благодаря этому
связыванию начинает взаимодействовать с трёхбелковым комплексом
SNARE (состоит из белков синаптобревина, синтаксина и SNAP-), что
в свою очередь производит запуск процесса слияния мембраны везикулы с плазмалеммой.
Попав в синаптическую щель, медиатор диффундирует к постсинаптической мембране, где может взаимодействовать с двумя группами
рецепторов. Первая группа — это ионотропные рецепторы, лигандзависимые ионные каналы, которые открываются при присоединении
медиатора. Существует несколько типов таких каналов. Если они пропускают натрий внутрь клетки, то мембрана деполяризуется, и такой
потенциал называют возбуждающим постсинаптическим потенциалом (ВПСП). Если же по каналам внутрь клетки поступают хлориды,
а наружу выводятся ионы калия, то мембрана гиперполяризуется, и такой потенциал называют тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП).
Второй группой являются метаботропные рецепторы постсинаптической мембраны. При присоединении к ним медиатора запускается
внутриклеточный каскад (чаще всего через G-белки), который может
влиять на метаболизм клетки, регулировать экспрессию генов, а также
открытие/закрытие ионных каналов (тем самым опосредованно возникает ВПСВ или ТПСП).
Важно понимать, что постсинаптические потенциалы не подчиняются закону «всё или ничего», они являются электротоническими, т. е.
обусловлены только диффузией ионов, и их амплитуда зависит от количества выброшенного синапсом медиатора. ВПСП и ТПСП, образовав-
. Электрофизиология

шиеся на разных отростках (дендритах) одного нейрона, суммируются
в его теле (соме). Поэтому наличие или отсутствие генерации ПД в аксонном холмике клетки зависит от того, какой из постсинаптических
потенциалов преобладает.
.. Принципы функционирования сердца
Сердце обладает всеми свойствами, необходимыми для постоянной работы в течение очень длительного времени (всей жизни). Орган обладает автоматией, то есть способен поддерживать свою деятельность независимо от вышестоящих контролирующих систем (например, центральной нервной системы). Для автономных органов,
обладающих периодической активностью (сокращения сердца, перистальтические волны кишечника), характерно существование водителя ритма (пейсмейкера), который задаёт ритм для системы. В сердце имеется несколько таких устройств. Пейсмейкером первого порядка является синоатриальный узел (САУ, он же узел Киса—Флека),
расположенный на вершине правого предсердия в области впадения
верхней полой вены; он имеет собственную частоту генерации импульсов — – импульсов в минуту. Пейсмейкером второго порядка является атрио-вентрикулярный узел (АВУ), локализованный
в нижней части межпредсердной перегородки; частота его импульсации — – в минуту. От АВУ берёт начало пучок Гиса, спускающийся по межжелудочковой перегородке вниз и разделяющийся на две
ножки, которые идут к левому и правому желудочкам. Ножки пучка Гиса разбиваются на многочисленные волокна Пуркинье, которые
иннервируют отдельные группы кардиомиоцитов. Пучок Гиса также
обладает автоматией (пейсмейкер третьего порядка) и генерирует
импульсы с частотой – в минуту. Названные структуры — САУ,
АВУ, пучок Гиса и волокна Пуркинье — состоят из атипичных кардиомиоцитов и образуют проводящую систему сердца (рис.  цветной
вклейки).
Эта система устроена иерархично (от вышестоящих к нижестоящим), и собственная пейсмейкерная активность некоего участка проявляется только в том случае, если вышестоящие структуры повреждены или выключены, т. е. в норме САУ навязывает ритм всему сердцу,
если же он не активен, то главным становится АВУ и т. д.
Пейсмейкерная активность атипических мышечных клеток заключается в периодической спонтанной генерации ПД (рис.  цветной
вклейки).
Для таких клеток характерен период медленной деполяризации,
обусловленный уменьшением калиевой (ток наружу) и увеличением
натриевой (funny-ток) и кальциевой (каналы T-типа, практически всегда открыты) проводимостей мембраны (ток внутрь), а также сниже-

Физиология человека
нием активности Na+ /K+ -АТФазы. При достижении порогового значения мембранного потенциала открываются кальциевые каналы L-типа
и происходит генерация ПД. После калиевой реполяризации цикл повторяется.
Все клетки сердца — как типичные, так и атипичные кардиомиоциты — соединены между собой электрическими синапсами — каналами, состоящими из белка коннексина. В мембранах клеток сердца коннексин образует кольцо из шести субъединиц, в результате чего формируется трубочка (коннексон), через которую могут свободно проходить
ионы и электрические сигналы, аминокислоты и небольшие сигнальные молекулы (АТФ, АДФ, цАМФ и т. д.). Таким образом, мышечная
ткань сердца является единым функциональным синцитием.
.. Электрокардиография
Тело человека является проводником, поэтому есть возможность
кожной регистрации электрических явлений, происходящих внутри.
Ярким примером такой регистрации является методика электрокардиографии (ЭКГ), с помощью которой регистрируют и оценивают суммарную электрическую активность сердца в реальном времени. На выходе этого метода мы получаем кардиограмму — график зависимости
электрической активности сердца от времени. Для ЭКГ используются следующие типы расположения электродов (отведения): три стандартных отведения по Эйнтховену (рис. ) и грудные отведения.
Рис. . Стандартные отведения ЭКГ по Эйнтховену. Верхний ряд — расположение электродов на теле человека с указанием полярности. Нижний ряд —
треугольники Эйнтховена (стороны представляют собой оси отведений) и проекции вектора электрической оси сердца на отведения
. Электрофизиология

При использовании метода ЭКГ мы видим проекцию электрического вектора сердца (суммарное направление всех токов в сердце в конкретный момент) на данное отведение, что и является кардиограммой.
Сравнивая амплитуды зубцов на кардиограммах, полученных с разных
отведений, можно судить о пространственном расположении сердца.
Если сердце лежит параллельно некоторому отведению, то проекция
его электрического вектора будет максимальной, что отразится на кардиограмме в виде наибольшей амплитуды зубцов.
Теперь мы разберём, как соотносятся этапы распространения возбуждения по проводящей системе сердца с элементами, которые мы
видим на кардиограмме (рис. ).
Рис. . Последовательность зубцов ЭКГ. Указаны основные интервалы
и сегменты
• P-зубец (длительность ,–, с; амплитуда ,–, мВ) отражает распространение возбуждения по предсердиям.
• P-Q интервал (,–, с) включает в себя такие события, как
полная деполяризация предсердий и начало их реполяризации,
а также возбуждение АВУ, где распространение импульса по проводящей системе задерживается, чтобы предсердия успели наполнить желудочки кровью.
• QRS-комплекс (,–, с; амплитуды зубцов: Q — менее , мВ;
R — ,–, мВ; S — –, мВ) соответствует возбуждению миокарда желудочков. Этот комплекс полностью маскирует реполяризацию предсердий, происходящую в то же время.
• Интервал ST (амплитуда зубца Т — ,–, мВ, а длительность —
, с) соответствует реполяризации желудочков.

Физиология человека
• Зубец U (не всегда присутствует на кардиограммах), как считается, иллюстрирует реполяризацию в пучке Гиса и в волокнах
Пуркинье.
Отклонения кардиограммы от нормы отражают нарушения в работе сердца (рис. –).
Ишемия миокарда выявляется на кардиограмме по изменениям
зубца T (широкий, высокий или инвертированный) и по смещению
сегмента RS-T выше или ниже изолинии (рис. ).
Рис. . Характерные изменения ЭКГ при ишемии
Инфаркт миокарда (некроз участка сердца) является следствием
острой ишемии. Соответственно, на самых ранних этапах развития
инфаркта для ЭКГ характерна картина, классическая для ишемии, —
зубец T очень высокий и широкий (минуты после ангиозного кризиса,
то есть развития острой ишемии). Далее происходит подъём сегмента
RS-T над изолинией (часы), по мере распространения очага некроза
проявляется патологический зубец Q, который затем углубляется и расширяется (дни) (рис. ). Все эти события относятся к острейшей
и острой фазам развития инфаркта.
Рис. . Характерные изменения ЭКГ при инфаркте миокарда
Со временем (недели) очаг некроза стабилизируется и начинает
сокращаться, исчезает зона ишемического повреждения сердца, а вместе с ней и характерные изменения ЭКГ. На подострой фазе сегмент
RS-T возвращается к изолинии, из признаков ишемии остаётся только
инвертированный зубец T. Зона некроза находит отражение на ЭКГ
в виде патологического зубца Q (рис. ).
. Электрофизиология

На постинфарктной стадии на месте инфаркта образуется соединительнотканный рубец, который не проводит возбуждение (месяцы).
Признаков ишемии больше нет, зубец T приобретает нормальную полярность. Патологический зубец Q зачастую сохраняется на всю жизнь,
но может и исчезнуть. Однако ЭКГ над рубцом (при использовании
грудных отведений) может регистрировать и инвертированный зубец T, и патологический зубец Q (рис. ).
Другой распространённой патологией сердца являются различного
рода нарушения проводящей системы. Мы остановимся на разборе ЭКГ
при блокадах левой и правой ножек пучка Гиса. Поскольку пучок Гиса
ответствен за возбуждение желудочков, основные нарушения в ЭКГ
будут наблюдаться в комплексе QRS.
Рис. . Характерные изменения ЭКГ при блокаде ножек пучка Гиса
При блокаде одной из ножек пучка возбуждение быстро охватывает второй желудочек, проведение в котором находится в норме. Далее импульсы начинают медленно распространяться по функциональному синцитию от миокарда неповреждённого второго желудочка по
миокарду первого, поэтому QRS-комплекс значительно расширяется.
Таким образом, желудочки возбуждаются последовательно — сначала
неповреждённый (быстро), а за ним повреждённый (медленно). На
некоторых отведениях это отображается как раздвоенный, М-образный зубец R; это отведения, при которых положительный электрод
расположен (относительно электрической оси сердца) с той же сторо-

Физиология человека
ны, что и область нарушения проводимости, т. е. если мы имеем дело
с блокадой левого пучка Гиса (с левой стороны от электрической оси),
то патологический зубец R будут регистрировать отведения с «+»-электродами, расположенными также слева от оси (грудные отведения V,
V и стандартное I). Симметричная картина справедлива при блокаде
правой ножки пучка Гиса: в этом случае нам подойдут грудные отведения V, V и стандартное отведение III (рис. ).
. Рефлексы сердечно-сосудистой системы
Среди кардиально-сосудистых рефлексов можно выделить две основные группы. Первая из них — это группа собственных рефлексов сердца, которые регулируют исключительно активность сердечнососудистой системы. Такие рефлексы запускаются в ответ на изменения давления, регистрируемого барорецепторами стенок камер сердца, а также изменения дуги аорты, каротидного синуса, устьев полых
вен и лёгочных артерий. Если давление в артериях превышает норму,
то система стремится его понизить до нормы путём снижения частоты
сердечных сокращений (ЧСС) — так называемая отрицательная хронотропная реакция — и уменьшения их силы — отрицательная инотропная реакция. Обратный эффект иллюстрируется рефлексом Бейнбриджа: если внутривенно ввести большой объём крови, то будет отмечена тахикардия (учащённое сердцебиение, положительная хронотропная реакция).
Повышенный венозный приток вызывает стимуляцию рецепторов
растяжения правого предсердия, в результате чего повышается ЧСС,
снижая давление в венах. Другим стимулом для запуска собственных
сердечных рефлексов являются концентрации кислорода и углекислого газа, измеряемые артериальными хеморецепторами. Пониженное
содержание кислорода вызывает тахикардию, а повышенное — брадикардию (соответственно увеличение и уменьшение частоты сердечных
сокращений). Изменение концентрации CO2 действует обратным образом.
Другой группой рефлексов являются так называемые сопряжённые
кардиальные рефлексы, которые запускаются при раздражении рефлексогенных зон, непосредственно не связанных с сердечно-сосудистой системой. Например, рефлекс Гольца вызывается стимуляцией механорецепторов брюшины или органов брюшной полости, в результате
чего наблюдается брадикардия или даже полная остановка сердца. Также остановку сердца может вызвать резкое раздражение экстерорецепторов (например, при нырянии в холодную воду). При надавливании
на глазные яблоки запускается соматовисцеральный рефлекс Ашнера—
Данини, вызывающий брадикардию.
. Рефлексы дыхательной системы

Дуги кардиальных рефлексов начинаются с афферентных нейронов,
имеющих различную локализацию, и могут идти совершенно разными
путями (барорецепторы и хеморецепторы сердечно-сосудистой системы, механорецепторы внутренних органов и др.), но все они несут
информацию в продолговатый мозг, где расположены ядра блуждающего нерва и кардиоваскулярного центра. В этих областях информация
интегрируется и передаётся на эфферентные нейроны симпатических
и парасимпатических нервов, идущих к сердцу и регулирующих его
работу.
. Рефлексы дыхательной системы
Прежде чем перейти непосредственно к рассмотрению рефлексов
дыхательной системы, следует разобрать ключевые аспекты регуляции
дыхания. К ним относятся генерация дыхательного ритма и собственно
регуляция дыхания (т. е. регуляция интенсивности дыхания в соответствии с потребностями организма). Разберём их более подробно.
Генерация дыхательного ритма
Нервные структуры, задающие дыхательный ритм, устроены сложно и до конца не изучены. Однако понять общие принципы работы
дыхательного центра можно исходя из следующих данных:
• вдох осуществляется активно, за счёт сокращения инспираторных мышц (главными среди них являются наружные межрёберные мышцы, а также диафрагма; при глубоком вдохе к ним присоединяются грудино-ключично-сосцевидная, лестничные, большая и малая грудные мышцы);
• спокойный выдох осуществляется пассивно, за счёт упругой силы
растянутых лёгких;
• в форсированном выдохе помимо упругой силы лёгких участвуют
экспираторные мышцы (а именно, внутренние косые мышцы).
Следовательно,
• во время вдоха дыхательный центр должен посылать возбуждающие импульсы к мотонейронам инспираторных мышц (расположены в спинном мозге), которые вызывают их сокращение;
• при спокойном выдохе дыхательному центру достаточно просто
затормозить нейроны, посылающие эти возбуждающие импульсы;
• при форсированном выдохе необходимо дополнительно послать
возбуждающую импульсацию к мотонейронам экспираторных
мышц.
В состав дыхательного центра входят три основные структуры, расположенные в продолговатом мозге и мосте (рис. ).

Физиология человека
Рис. . Структуры дыхательного центра
. Дорсальная группа нейронов, задающая дыхательный ритм при
спокойном дыхании и получающая всю информацию, необходимую
для регуляции дыхания. В неё поступают чувствительные волокна
блуждающего и языкоглоточного нервов. Поэтому нейроны дорсальной группы получают информацию от рецепторов растяжения лёгких
и сосудистых хеморецепторов, воспринимающих уровни дыхательных
газов в крови; кроме того, к нейронам дорсальной группы поступает
информация от центральных хеморецепторов продолговатого мозга.
. Вентральная группа нейронов, включающаяся при форсированном дыхании и, следовательно, посылающая импульсы к мотонейронам экспираторных мышц.
. Дыхательные структуры моста, главным из которых является
пневмотаксический центр. Тормозящая импульсация от этого центра
поступает к дорсальной группе нейронов, вызывая укорочение вдоха,
и, как следствие, возникает вторичный эффект — увеличение скорости
дыхания.
Теперь вернёмся к дорсальной группе нейронов, которая отвечает
за дыхательный ритм. Механизм смены вдоха и выдоха легко представить в виде так называемого дыхательного контура (рис. ). В состав
дорсальной группы входит множество таких контуров.
В состав дыхательного контура входят:
• инспираторный нейрон — возбуждающий нейрон, посылающий
импульсы к мотонейронам инспираторных мышц и одновременно, по коллатералям, к расположенному рядом с ним тормозному
нейрону;
• тормозный нейрон, получающий импульсацию от инспираторного нейрона и затормаживающий его.
. Рефлексы дыхательной системы

Рис. . Предполагаемый дыхательный контур — генератор дыхательного
ритма. ДМ — дыхательные мышцы; ИН — инспираторный нейрон; МН — альфа-мотонейрон; ТН — тормозный нейрон; (←) — возбуждающие сигналы;
( ⊢) — тормозные влияния
Этот контур работает следующим образом:
• инспираторный нейрон обладает автоматизмом, то есть способностью самопроизвольно генерировать импульсы;
• по мере вдоха импульсация, поступающая к тормозному нейрону, нарастает, и, когда возбуждение этого нейрона достигает достаточного уровня, он затормаживает инспираторный нейрон;
• вдох прекращается (и сменяется выдохом), одновременно с этим
идёт на спад возбуждение тормозного нейрона; в результате
инспираторный нейрон перестаёт затормаживаться и начинает
вновь генерировать импульсы, что даёт начало новому вдоху.
Тормозные нейроны возбуждаются не только за счёт поступления
импульсов от инспираторных нейронов, но и за счёт импульсов от рецепторов растяжения лёгких, которые поступают через волокна блуждающих нервов. Чем глубже вдох, тем сильнее импульсация, идущая
от этих рецепторов, и тем быстрее нарастает возбуждение тормозных
нейронов. Это ещё один механизм, за счёт которого вдох сменяется
выдохом. Прекращение вдоха в ответ на растяжение лёгких называется
рефлексом Геринга—Брейера.
Регуляция дыхания
Регуляция дыхания состоит в поддержании парциальных давлений
дыхательных газов в артериальной крови и pH артериальной крови за
счёт изменения лёгочной вентиляции.
Механизмы регуляции дыхания можно разделить на две группы:
• отрицательная обратная связь;
• опережающая и произвольная регуляция.

Физиология человека
По механизму отрицательной обратной связи действуют те факторы, поддержание постоянства которых является целью регуляции
дыхания:
• парциальное давление СO2 в артериальной крови (pa CO2 );
• парциальное давление O2 в артериальной крови (pa O2 );
• pH артериальной крови.
Самым сильным стимулятором дыхания является повышение pa CO2 ,
затем снижение pH и затем снижение pa O2 . Эти факторы воспринимаются хеморецепторами, расположенными:
• в продолговатом мозге — центральные хеморецепторы; эти рецепторы воспринимают pa CO2 и pH;
• в крупных артериях — периферические хеморецепторы; эти рецепторы воспринимают все три фактора (pa CO2 , pa O2 и pH).
Периферические хеморецепторы располагаются в дуге аорты (аортальные тельца) и в каротидном синусе (место расширения внутренней
сонной артерии сразу после отхождения её от общей сонной артерии).
От аортальных телец импульсация поступает в дыхательный центр по
волокнам блуждающих нервов, от каротидных — по волокнам языкоглоточных.
Опережающая регуляция включается до того, как меняются pa CO2 ,
pa O2 или pH, — в тех ситуациях, когда появляется достаточно большая
вероятность, что эти факторы будут меняться. Приведём несколько
примеров такой регуляции:
• повышение интенсивности дыхания под действием импульсации от проприорецепторов скелетных мышц, что свидетельствует о повышенной физической нагрузке;
• повышение интенсивности дыхания под действием условно-рефлекторных сигналов коры головного мозга перед физической
нагрузкой;
• повышение интенсивности дыхания в ответ на боль или стресс.
Произвольная регуляция дыхания обусловлена прямым управлением дыхательными мышцами со стороны коры головного мозга через
кортикоспинальные тракты (в обход дыхательного центра).
. Зрительные рефлексы
Существуют три основные вспомогательные системы глаза: регуляция просвета зрачка, регуляция кривизны хрусталика и регуляция
движений глаз. Они неразрывно связаны между собой и имеют единые
центры управления, расположенные в стволе мозга, а именно:
• ядра претектальной области (область на границе между средним и промежуточным мозгом);
• верхние холмики четверохолмия;
. Зрительные рефлексы

• ядро Вестфаля—Эдингера (добавочное ядро глазодвигательного
нерва, оно же ядро Якубовича);
• ядра нервов глазодвигательных мышц (глазодвигательный, отводящий и блоковый нервы).
Претектальные ядра и верхние холмики являются высшими центрами вспомогательных систем глаза, а ядро Вестфаля—Эдингера и ядра нервов глазодвигательных мышц — низшими центрами. При этом
претектальные ядра управляют ядром Вестфаля—Эдингера, а следовательно, размером зрачка (регуляция просвета зрачка) и аккомодацией (регуляция кривизны хрусталика). Верхние холмики четверохолмия
управляют ядрами нервов глазодвигательных мышц, и через них —
движением глаз.
К стволовым системам управления вспомогательным аппаратом
глаза относятся защитные приспособления (брови, веки, ресницы),
а также слёзный и двигательный аппарат. У этих систем существуют
несколько основных входов:
• вход от сетчатки;
• вход от префронтальной и зрительной коры головного мозга;
• вестибулярный вход — для управления взором при поворотах
и наклонах головы;
• слуховой вход — для установки взора в сторону внезапного звукового раздражителя.
Основные выходы:
• к ресничной мышце, регулирующей кривизну хрусталика (от ядра
Вестфаля—Эдингера);
• к сфинктеру зрачка, регулирующему просвет зрачка (от ядра
Вестфаля—Эдингера);
• к глазодвигательным мышцам (от ядер нервов глазодвигательных мышц).
Регуляция просвета зрачка
Оптимальная величина светового потока, падающего на сетчатку,
обеспечивается регуляцией просвета зрачка. Прежде всего это необходимо при изменении освещённости, но также и в некоторых других
ситуациях (изменение расстояния до объекта, стресс и пр.).
Регуляция просвета зрачка обеспечивается за счёт двух мышц: дилататора и сфинктера зрачка.
Сфинктер зрачка иннервируется следующими парасимпатическими нервами:
• тела преганглионарных нейронов, залегают в ядре Вестфаля—
Эдингера;
• аксоны преганглионарных нейронов, входят в состав глазодвигательного нерва;

Физиология человека
• тела постганглионарных нейронов, залегают в ресничном ганглии.
Дилататор зрачка иннервируется следующими симпатическими
нервами:
• тела преганглионарных нейронов, залегают в боковых рогах
спинного мозга на уровне первого грудного сегмента;
• тела постганглионарных нейронов, залегают в верхнем шейном
ганглии.
Рефлекторная дуга зрачкового рефлекса на изменение освещённости
представляет из себя такой путь: сетчатка — чувствительные волокна
(в составе зрительного нерва) — претектальные ядра — ядро Вестфаля—Эдингера — парасимпатические волокна (в составе глазодвигательного нерва — ресничный ганглий — сфинктер зрачка (см. рис. ).
Рис. . Регуляция просвета зрачка. Сплошной линией показана дуга зрачкового рефлекса на изменение освещённости. Пунктирными линиями показаны симпатические волокна. На врезке — зрачковые мышцы и их иннервация.
ДЗ — дилататор зрачка; ПН — парасимпатические нервы; СЗ — сфинктер зрачка; СН — симпатические нервы
. Зрительные рефлексы

Благодаря тому что претектальные ядра иннервируют ядра Вестфаля—Эдингера с обеих сторон, изменение освещённости для одного
глаза влияет на просветы зрачков сразу двух глаз.
Поскольку иннервация сфинктера зрачка происходит за счёт парасимпатической системы,
• увеличение освещённости ведёт к повышению тонуса парасимпатических нервов и сокращению сфинктера зрачка, которое
проявляется в сужении зрачка;
• при уменьшении освещённости, наоборот, происходит снижение тонуса парасимпатических нервов и расслабление сфинктера зрачка, что проявляется как расширение зрачка.
Дилататор зрачка и его симпатическая иннервация от освещённости не зависят, они реагируют на такие факторы, как боль (см. ниже),
стресс и пр.
Существует множество других зрачковых рефлексов, из которых
следует отметить:
• зрачковый рефлекс на аккомодацию — сужение зрачка при увеличении кривизны хрусталика;
• зрачковый рефлекс на конвергенцию — сужение зрачка при конвергенции глаз (сведение зрительных осей глаз при рассматривании близко расположенных предметов);
• зрачковый рефлекс на боль — расширение зрачка при симпатической иннервации дилататора зрачка.
Регуляция кривизны хрусталика
Механизм аккомодации заключается в сокращении ресничной мышцы при близком рассмотрении предметов, что приводит к расслаблению цинновой связки (натянутые волокна, на которые подвешен хрусталик), вследствие чего хрусталик становится более выпуклым (его
преломляющая сила возрастает, а фокусное расстояние соответственно уменьшается). В отсутствие аккомодации волокна цинновой связки
растягивают капсулу хрусталика и хрусталик уплощается (преломляющая сила и фокусное расстояние меняются противоположным образом).
Ресничная мышца иннервируется так же, как и сфинктер зрачка, —
с помощью парасимпатических волокон из ядра Вестфаля—Эдингера,
идущих в составе глазодвигательного нерва к ресничному ганглию.
Возбуждение этих волокон приводит к сокращению ресничной мышцы
и аккомодации. Аккомодационный рефлекс требует участия зрительной зоны коры головного мозга, так как только там оценивается резкость изображения.
Таким образом, дуга аккомодационного рефлекса выглядит так:
сетчатка — латеральное коленчатое тело — зрительная кора — претек-

Физиология человека
тальные ядра — ядро Вестфаля—Эдингера — ресничный ганглий —
ресничная мышца (рис. ).
Рис. . Регуляция кривизны хрусталика
Глазодвигательные рефлексы
. Фиксация взора
Осуществляется за счёт обратной связи от зрительной коры затылочной доли. Рефлекторная дуга: сетчатка — латеральное коленчатое тело — зрительная кора — верхние холмики четверохолмия — ядра
нервов глазодвигательных мышц.
. Произвольное перенесение взора
Осуществляется за счёт путей, идущих от центра произвольных движений глаз, локализованного в префронтальной коре, к верхним холмикам четверохолмия и далее соответственно к ядрам нервов глазодвигательных мышц.
. Группы крови человека

. Слежение за движущимся объектом
Как и фиксация взора, осуществляется за счёт обратной связи от
зрительной коры затылочной доли. Дуга рефлекса аналогична дуге при
фиксации взора.
. Реагирование на внезапный раздражитель
Это реагирование представляет собой поворот головы и глаз в сторону внезапного раздражителя — звукового или светового. Данный рефлекс замыкается через четверохолмие и потому называется четверохолмным рефлексом. Его дуга следующая.
• Для световых раздражителей: сетчатка — верхние холмики четверохолмия — ядра нервов глазодвигательных мышц и мышц
шеи.
• Для звуковых раздражителей: улитка — улитковые ядра продолговатого мозга — нижние холмики четверохолмия — верхние
холмики четверохолмия — ядра нервов глазодвигательных мышц
и мышц шеи.
. Удержание взора на объекте при движениях головы
Эта группа рефлексов, называемая вестибулоокулярными рефлексами, осуществляется за счёт связей между вестибулярными ядрами, воспринимающими информацию о движениях головы, и ядрами нервов
глазодвигательных мышц. Рефлекторная дуга вестибулоокулярных рефлексов следующая: вестибулярный аппарат — вестибулярные ядра —
ядра нервов глазодвигательных мышц.
Важнейшим вестибулоокулярным рефлексом является нистагм, который представляет собой медленное движение глаз в одну сторону,
сменяющееся быстрым скачком в обратную сторону. Нистагм позволяет удерживать взор в постоянном направлении при вращении головы:
голова вращается в одну сторону, глаза — в противоположную; в противном случае при таком вращении окружающий мир представлял бы
собой неразборчивое мелькание. Нистагм включает две фазы:
• медленную стволовую (плавное смещение глаз), представляющую собой собственно вестибулоокулярный рефлекс;
• быструю корковую (скачок в противоположном направлении),
обусловленную командами из префронтальной коры.
. Группы крови человека
В мембраны клеток крови встроены разнообразные гликолипиды
и гликопротеины, которые проявляют свойства антигенов (то есть
к ним могут быть выработаны специфические антитела). При этом
нужно понимать, что у всех без исключения людей естественные ан-

Физиология человека
титела вырабатываются к отсутствующим на поверхности их клеток
антигенам. У разных людей встречаются разные сочетания антигенов,
по которым можно выделять и классифицировать группы крови. На
данный момент известно более  систем групп крови, для которых
существуют даже собственные базы данных. Но самыми известными
и наиболее клинически значимыми системами являются две из них —
АВ и Rh (резус). Они получили широкое распространение, благодаря
тому что тесно связаны с проблемой совместимости, возникающей при
переливании крови (гемотрансфузии).
Система групп крови АВ
Данная система основана на наличии/отсутствии антигенов А и В
(гемоагглютиногены, расположены на мембранах эритроцитов) и комплементарных им антител α и β (гемоагглютинины, принадлежат
к иммуноглобулинам групп М и G).
Гемоагглютиногены представляют из себя олигосахаридные цепочки, присоединённые к липидам или белкам, заякоренным на мембране
эритроцита. Олигосахаридные цепочки могут различаться между собой по составу звеньев (моносахаров) — на этом свойстве и основана
система AB. Все варианты при этом содержат специфический олигосахаридный кор: последовательность D–галактоза — N–ацетил–D–галактозамин — D–галактоза (см. рис.  цветной вклейки).
К этому кору с помощью ферментативных реакций могут присоединяться другие мономерные звенья. Так, фермент фукозилтрансфераза
H присоединяет к кору терминальный остаток фукозы с образованием
антигена H. Люди с антигеном H имеют группу крови  (или I).
При недостатке фукозилтрансферазы H (у гомозигот по рецессивному аллелю гена H, расположенному на -й хромосоме) фукоза присоединиться не может, а следовательно, дальнейшее наращивание цепочки с участием гликозилтрансфераз (о которых речь пойдёт ниже)
невозможно. Люди с недостатком фукозилтрансферазы H относятся
к фенотипу Бомбей (h, генотип hh), хотя формально (по системе AB)
их можно отнести к группе крови  (или I). Данный фенотип встречается крайне редко (, %), но в некоторых местностях, например в индийском городе Бомбее (ныне г. Мумбаи), встречается чаще (, %).
Дальнейшие реакции наращивания олигосахаридной цепочки, где
в качестве кора выступает уже антиген H, осуществляются с помощью
ферментов гликозилтрансфераз. Они могут присоединять к кору следующие остатки сахаров: остаток N-ацетил-D-галактозамина (гликозилтрансферазы А и А) и остаток D-галактозы (гликозилтрансфераза В)
(см. рис.  цветной вклейки). Все три типа ферментов кодируются
аллельными формами гена AB (находится на длинном плече хромосомы ), причём A и В — его кодоминантные аллели, а  — рецессивный.
. Группы крови человека

Соответственно, аллельный состав по гену AB у конкретного человека и будет определять его группу крови (см. таблицу  и рис.  цветной вклейки). У гомозигот по рецессивному аллелю () работоспособный фермент не вырабатывается, поэтому к антигену H новые звенья
присоединяться не могут, и группа крови носителей такого генотипа
будет  (I). У гетерозигот A и B вырабатываются гликотрансферазы
только одного из типов (А или В), и люди с такими генотипами будут
относиться к группам A (II) и B (III) соответственно. Если же у человека вырабатываются обе гликозилтрансферазы (генотип AB), то он
имеет группу крови AB (IV). В настоящее время самой распространённой в мировой человеческой популяции является группа крови  (I) —
около  %; группа А — вторая по распространённости (∼ 32 %), группа
B — третья ( %), и самой редкой группой по системе AB является
группа АВ — примерно  %.
Система групп крови Rh
Система основана на  антигенах крови, самым иммунногенным
(вызывающим наиболее сильный иммунный ответ) из которых является антиген D. Именно его принято называть резус-фактором (Rhфактором). Соответственно, люди, несущие антиген D, обозначаются
как резус-положительные (Rh+, таких людей – %), а не несущие —
как резус-отрицательные (Rh−, – %).
С различием по резус-фактору связана гемолитическая желтуха
новорождённых, когда между Rh− матерью и Rh+ плодом возникает
резус-конфликт. Он обусловлен тем, что эритроциты плода могут попадать в кровоток матери, вызывая иммунный ответ — продукцию антител, связывающих Rh. Выработавшиеся антитела проникают в плод
и агглютинируют с антигеном. Такие комплексы узнаются макрофагами и лимфоцитами иммунной системы плода, что приводит к разрушению меченых ими клеток. Массовый лизис эритроцитов может иметь
серьёзные последствия, вплоть до гибели плода или уже родившегося
ребёнка.
Гемотрансфузия
В норме в организме человека могут вырабатываться только те антитела, к которым у него нет собственных антигенов (во избежание
аутоиммунных реакций, которые нарушают нормальное функционирование организма). Это достигается за счёт выбраковки тех клонов
лимфоцитов, которые вырабатывают аутоиммунные антитела, на стадии формирования иммунной системы. В результате такого отбора состав гемоагглютининов представляет собой «инверсию» состава гемоагглютиногенов. Так, в крови представителей группы  циркулируют
антитела α и β, у группы А — только β, у группы В — только α, а в крови людей с группой AB антитела α и β отсутствуют (таблица ).

Физиология человека
Т а б л и ц а . Система групп крови ABO: состав агглютининов и агглютиногенов, наличие активных ферментов синтеза агглютиногенов
Группа крови
Молекулы системы ABO
 (I), генотипы
hh

A (II)
B (III)
AB (IV)
Фукозилтрансфераза
−
+
+
+
+
Гликозилтрансфераза А
+/−
−
+
−
+
Гликозилтрансфераза В
+/−
−
−
+
+
Гемоагглютиногены
(антигены на эритроцитах)
−
−
А
В
АиВ
Гемоагглютинины
(антитела в плазме крови)
анти-H,
αиβ
αиβ
β
α
−
Учитывая вышесказанное, можно понять принципы совместимости
при переливании крови (этими вопросами занимается трансфузиология). Если в результате переливания встретились одноимённые гемоагглютинин и гемоагглютиноген, то происходит реакция агглютинации — слипание клеток крови в плотные скопления и, как следствие,
осаждение их на стенки сосудов. Такая реакция будет наблюдаться при
переливании пациенту цельной крови, отличной по группе AB и/или
резус-фактору: при этом агглютинировать будут либо эритроциты реципиента, либо эритроциты донора. Соответственно, такая процедура
в клинической практике не допустима во избежание ухудшения состояния пациента (вплоть до летального исхода). Чтобы гемотрансфузия
прошла успешно, возможны два решения:
— перелить цельную кровь, аналогичную по группе и резус-фактору
(если она есть в доступе),
— при отсутствии допустимой для переливания цельной крови
(этот случай более распространён) перелить отдельно плазму (не содержащую «лишних» гемоагглютининов) и отдельно эритроцитарную
массу (не содержащую «лишних» агглютиногенов), которые относятся
к другим группам, совместимым с группой пациента. Так, например,
плазму крови группы AB (при Rh+) и эритроцитарную массу группы 
(при Rh−) можно переливать пациентам с любой другой группой, за
исключением фенотипа Бомбей (h).
Людям с фенотипом h можно переливать кровь (в любой форме)
только от доноров с аналогичным фенотипом, поскольку у них (и только у них!) вырабатываются антитела к антигенам H, а сами антигены
H содержатся в крови всех остальных фенотипов (см. таблицу ).
Вопрос. Людям с какими группами крови можно переливать плазму
крови и эритроцитарную массу от доноров с фенотипом Бомбей и отрицательным резус-фактором?
. Методы неинвазивного исследования человека

В ряде случаев при гемотрансфузии учитывают наличие и других
антигенов, например Kell, Duffy, MNSs и др. Более подробные сведения
о совместимости крови доноров и реципиентов вы найдёте в интернетисточниках и книгах по медицинской физиологии (см. список литературы).
Методы определения групп крови также основаны на эффекте агглютинации. Для определения по системе AB в два образца крови пациента вносят моноклональные антитела: в образец  — α, в образец  —
β — и регистрируют наличие/отсутствие реакции в этих образцах.
Задание. Распишите все возможные комбинации результатов по двум
испытуемым образцам и поставьте их в соответствие группам крови.
. Методы неинвазивного исследования человека
Неинвазивные методы не требуют оперативного вмешательства
в организм человека и поэтому являются перспективным направлением современной диагностики. Ниже мы опишем такие широко используемые в клинической практике подходы, как магнитно-резонансная
томография (МРТ), компьютерная томография (КТ) и ультразвуковое
исследование (УЗИ).
Магнитно-резонансная томография (МРТ)
Метод был разработан Питером Мэнсфилдом и Полом Лотербуром,
за что в  году они были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине. Метод основан на явлении ядерного магнитного
резонанса (ЯМР). У нуклонов (протонов и нейтронов), как и у электро1
нов, есть спин, равный ± 2 . Соответственно, и у ядер тоже есть спин,
складывающийся по векторным правилам из спинов нуклонов. Только
у чётно-чётных ядер (число протонов и число нейтронов чётные) спины нуклонов вычитают друг друга и их суммарный магнитный момент
равен нулю, так что ядро в целом не обладает магнитной активностью.
Все остальные типы ядер (нечётно-нечётные, чётно-нечётные и нечётно-чётные) обладают магнитной активностью.
Простейшим атомом, обладающим магнитно-активным ядром, является атом протия («обычный» изотоп водорода, состоит из одного
протона и одного электрона). Если поместить такие атомы в сильное
магнитное поле, то произойдёт расщепление энергетических уровней
ядра: половина ядер выстроится «по полю» (спин сонаправлен полю),
а половина — против поля. При этом суммарный магнитный момент
всех ядер водорода внутри прибора будет нулевым, так как ядер с разным спином одинаковое количество и они компенсируют друг друга.
Однако, используя дополнительное радиоизлучение на фоне основного
магнитного поля, можно подобрать такую частоту электромагнитного

Физиология человека
излучения, при которой ядра начнут с ним резонировать, поглощать
кванты энергии и менять свои спины. Если затем отключить радиоизлучение (но оставить магнитный фон), то ядра будут возвращаться
в исходные состояния (релаксировать), испуская при этом энергию,
которую можно зарегистрировать внешними датчиками. В этом случае мы получим суммарный отклик всех протонов объекта, но так
и не узнаем о его строении (по сути, мы сделаем обычную ЯМРспектроскопию для исследования структуры молекул).
Для того чтобы получить информацию о строении объекта, внутри
томографа создаётся постоянное магнитное поле, градиентное по всем
трём осям (x, y, z). Получается, что внутри прибора не существует двух
точек с одинаковой напряжённостью магнитного поля и каждая точка
образца имеет свой «уникальный магнитный код». Более того, оказывается, резонансные частоты атомов образца прямо пропорциональны
напряжённости постоянного магнитного поля. Если мы заранее знаем эту зависимость (а при МР-исследованиях это так и есть), тогда,
подав радиоимпульс определённой частоты, мы будем регистрировать
ответ атомов, которые находятся в точке прибора с уникальной напряжённостью магнитного поля, соответствующей частоте импульса.
Таким образом, подавая импульсы переменной частоты, мы сканируем пространственную структуру, а затем с помощью компьютерного
анализа получаем по этим данным трёхмерное изображение объекта,
помещённого в томограф.
Клиническая МРТ основана на резонансе атомов водорода (протонов), входящих в состав воды, так что, по сути, получаемые изображения показывают распределение воды в организме человека. Из-за этой
особенности МРТ чаще всего используют для исследования мягких тканей. С её помощью можно исследовать прохождение крови через ткани
и органы человека (МР-перфузия), а также изучать просвет и функциональность сосудов (МР-ангиография). При ангиографии для улучшения контрастирования сосудов могут применяться специальные агенты, изменяющие магнитно-резонансные свойства молекул воды. К ним
относятся, например, комплексы гадолиния (Gd-ДТПА), которые вводятся внутривенно.
Следует отметить, что МРТ имеет довольно высокое временное
разрешение (десятки миллисекунд), что позволяет следить за активностью органов (сосудистой системы, сердца, мозга) в реальном
времени.
Функциональная МРТ (фМРТ) используется для мониторинга активности мозга в реальном времени. Методика основана на том, что
активные зоны мозга поглощают больше кислорода, вследствие чего в них повышен уровень дезоксигемоглобина (бескислородная форма гемоглобина). Дезоксигемоглобин в данном случае может высту-
. Методы неинвазивного исследования человека

Рис. . МРТ головы человека
пать естественным контрастирующим агентом, поскольку атомы железа в его геме образуют координационные связи с молекулами воды
(вместо молекулы кислорода). Такое сложное электронное окружение
приводит к изменению резонансной частоты протонов в составе координированных молекул воды. Мы можем различить молекулы в зависимости от этой частоты и регистрировать сигнал только от тех,
которые находятся в активных зонах мозга (т. е. от координированных
молекул). Упомянутые выше синтетические контрастирующие агенты
(например, комплексы гадолиния) действуют по тому же принципу:
атом металла (гадолиния) координирует молекулу воды и меняет её
резонансные свойства; это позволяет отличить кровь от тканевой жидкости, куда комплексы не проникают.
Считается, что МРТ полностью безопасна для здоровья человека,
поскольку для мощных магнитных полей, используемых при МРТ (до
 Тл), не показана биологическая активность. Ввиду этого ограничений по частоте проведения процедуры на данный момент нет. Про-

Физиология человека
блемы могут возникнуть из-за наличия у пациента имплантатов и кардиостимуляторов с металлическими частями, которые взаимодействуют с магнитным полем и радиоимпульсами в томографе. По оценкам
специалистов, контрастирующие агенты на основе гадолиния в  %
случаев могут вызывать головную боль и в  % — тошноту. Прямым
противопоказанием к введению таких агентов является только редкое
заболевание — нефрогенный системный фиброз.
Компьютерная томография (КТ)
За разработку метода компьютерной томографии Годфри Хаунсфилд и Аллан Кормак получили в  году Нобелевскую премию по
физиологии и медицине.
Принцип компьютерной томографии близок к обычной рентгенографии и основан на различной пропускающей способности тканей
и органов по отношению к рентгеновскому излучению. При классической рентгенографии пучок электромагнитных волн высокой энергии
проходит сквозь объект (тело человека) в одном определённом направлении, при этом часть волн поглощается, а часть выходит с другой
стороны объекта в рассеянном виде и улавливается (детектируется)
специальной чувствительной плёнкой или цифровой матрицей. Изображение, которое мы при этом получаем, является проекцией объекта
на перпендикулярную волнам плоскость, и по такому изображению
мы мало что можем сказать о пространственном расположении его
деталей.
В случае КТ мы получаем множество рентгенографических проекций (срезов) тела человека во всех измерениях, после чего с помощью компьютерной обработки реконструируем трёхмерную модель.
На основе такой модели можно далее получать любые виртуальные
пространственные срезы.
Для получения большого набора проекций в современных томографах используют вращение источника рентгеновского излучения вокруг
пациента; при этом детектор может быть кольцевым либо вращаться
вместе с источником, а стол с лежащим пациентом движется поступательно. В случае подвижного детектора он описывает спираль вокруг
тела, и поэтому такой вариант метода называется спиральной КТ.
С помощью КТ можно оценить прохождение крови через ткани
и органы пациента (КТ-перфузия) и исследовать состояние сосудов
(КТ-ангиография). Большинство КТ-исследований делается в плановом порядке, по направлению врача, для окончательного подтверждения диагноза. КТ также показана как скрининговый тест при обмороках, головных болях, подозрениях на рак лёгких, а также в экстренных
случаях (травмы головы, судороги, подозрение на повреждение крупных сосудов).
. Методы неинвазивного исследования человека

Рис. . КТ нижних конечностей человека
При решении методом КТ некоторых диагностических задач можно
добиться улучшения изображений за счёт введения контрастирующих
веществ. Так, при исследовании сосудов используют йодсодержащие
вещества (вводятся внутривенно), а при диагностике ЖКТ — сульфат
бария (вводится перорально). Известно, что йодсодержащие контрасты обладают нефротоксичностью, а сульфат бария считается полностью безопасным, поскольку практически не растворим в воде.
КТ не так безопасна, как МРТ, поскольку основана на рентгеновском излучении, имеющем мутагенное действие. Одно КТ-исследование по дозе рентгеновского излучения эквивалентно сотне классических рентгенографий, поэтому считается, что промежуток между плановыми исследованиями должен составлять не менее – месяцев.

Физиология человека
Ультразвуковое исследование (УЗИ)
Впервые ультразвук в медицинских целях предложил использовать
Георг Людвиг в конце -х гг., и уже в  году Джоном Уайльдом
было проведено первое УЗИ кишечника.
В случае УЗИ информацию о структуре объекта несут отражённые ультразвуковые волны (их частота – МГц). Источником таких
волн является пьезокристалл, который при подаче переменного тока
генерирует ультразвуковой импульс (так называемый «обратный пьезоэффект»). Волна ультразвука распространяется внутри тела пациента и, достигнув границы раздела фаз, отличающихся по акустическому сопротивлению (кость/ткань, ткань/воздух, ткань/жир), частично
отражается. Отражённый пучок регистрируется тем же самым пьезокристаллом («прямой пьезоэффект»), в котором при этом генерируется электрический сигнал. По временно́й задержке отражённой волны
можно судить о глубине залегания границы раздела фаз, а по её интенсивности — о характере этой границы. Интенсивность характеризуется «выходным» напряжением, полученным после деформации пьезокристалла отражёнными волнами. Кристалл может служить одновременно и источником, и детектором, поскольку работает в импульсном
режиме — в промежутках между генерацией импульсов он принимает
отражённые сигналы.
Рис. . УЗИ плода человека
УЗИ применяется для диагностики мочеполовой системы, органов
брюшной полости, щитовидной железы, сердца и суставов. Согласно отчёту Всемирной организации здравоохранения (№ ,  г.),
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

УЗИ считается полностью безопасной методикой, поскольку использует волны малой мощности, и поэтому широко используется при ведении беременности. Ограничения по частоте проведения данного диагностического исследования отсутствуют.
. Диагностика и терапия неотложных состояний
в медицине
Список сокращений:
АД
ЛПУ
ОЦК
ПД
САД
СЛР
ЧДД
ЧСС
—
—
—
—
—
—
—
—
артериальное давление;
лечебно-профилактическое учреждение;
объём циркулирующей крови;
потенциал действия;
систолическое артериальное давление;
сердечно-лёгочная реанимация;
частота дыхательных движений;
частота сердечных сокращений.
Неотложное состояние — это совокупность симптомов (клинических признаков), возникающих при внезапном развитии патологических изменений жизненно важных функций организма человека. Возникновение неотложного состояния угрожает жизни и здоровью человека и требует оказания экстренной медицинской помощи — комплекса безотлагательных лечебно-диагностических и тактических мероприятий, направленных на его устранение. Своевременное и квалифицированное оказание доврачебной медицинской помощи, когда
небольшого медицинского вмешательства бывает достаточно, чтобы
вывести пациента из, казалось бы, критического состояния, на сегодняшний день является чрезвычайно актуальным.
Неотложные состояния встречаются в практике врача практически
любой специальности. Важное прогностическое значение имеет первая медицинская помощь, которая должна быть оказана на месте происшествия до прибытия врача или скорой помощи. Оказание сердечнолёгочной реанимации является жизненно необходимым при развитии
клинической смерти. Своевременно использованные методы оживления — искусственная вентиляция лёгких, непрямой массаж сердца —
нередко позволяют сохранить жизнь пострадавшего.
.. Понятие клинической и биологической смерти человека
Клиническая смерть — это ранний, но ещё обратимый этап умирания человека, когда нет видимых признаков жизни (отсутствуют
дыхание, сердцебиение, рефлексы), но ещё продолжаются жизненные
процессы, дающие возможность оживления организма.

Физиология человека
Считается, что продолжительность клинической смерти составляет
не более  минут, после которых возникают необратимые изменения
в коре головного мозга и биологическая смерть.
Основными признаками клинической смерти являются:
• остановка кровообращения (отсутствие пульсации на магистральных артериях);
• отсутствие самостоятельного дыхания;
• отсутствие сознания;
• широкие зрачки;
• арефлексия (отсутствуют корнеальный рефлекс и реакция зрачков на свет).
О бессознательном состоянии свидетельствует отсутствие реакции
на зов и вопросы о самочувствии, а также отсутствие реакции на болевое раздражение (стон и появление гримасы при сильном сжатии
пальцами ногтевой фаланги пострадавшего).
Заподозрить отсутствие дыхания можно по экскурсии грудной клетки. При отсутствии дыхания грудная клетка неподвижна. Отсутствуют
и движения передней стенки живота. Подтвердить достоверность признака можно следующим образом: нагнувшись к лицу пострадавшего,
попытаться собственной щекой ощутить движения воздуха и прослушать дыхательные шумы, исходящие изо рта и носа пациента.
Наличие сердцебиения можно проверить, прощупав пульс на сонных артериях (на периферических сосудах пульс не прощупывается
при падении систолического АД до  мм рт. ст.). Для определения
пульса на сонных артериях подушечки указательного и среднего пальцев кладутся на область кадыка и легко сдвигаются в бок в ямку,
ограниченную грудинно-ключично-сосцевидной мышцей. Отсутствие
здесь пульса свидетельствует об остановке сердца. У людей, находящихся в бессознательном состоянии, возможно выраженное замедление
сердцебиения (менее  в минуту), поэтому ожидать пульсовой волны
следует не менее  секунд. Во время проверки пульса одновременно
следует приоткрыть глаз свободной рукой и оценить ширину зрачка.
Пострадавшему следует несколько раз открыть и закрыть глаз, чтобы
оценить реакцию зрачка на свет. Стойкое расширение зрачков свидетельствует о глубокой гипоксии центральной нервной системы.
К дополнительным признакам клинической смерти относятся изменение цвета видимых кожных покровов (мертвенная бледность, синюшность или мраморность), отсутствие тонуса мышц (слега приподнятая и отпущенная рука безвольно падает).
Поскольку временной промежуток между наступлением клинической смерти и возникновением необратимых изменений в коре головного мозга крайне мал (– минут), максимальное время на диагностику клинической смерти не должно превышать  секунд.
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

Биологическая смерть — необратимые изменения в тканях головного мозга и внутренних органах. В данном случае никакие усилия не
вернут пострадавшего к жизни.
Признаками биологической смерти являются:
• высыхание роговицы (наступает уже через – минут после
биологической смерти), так как со смертью мозга утрачивается
функция слёзовыделения;
• деформация зрачка при сжатии глаза пальцами (симптом «кошачьего глаза»);
• трупные пятна, образующиеся в местах затекания крови под кожу. В ряде случаев выявление трупных пятен может быть затруднительно. В случаях массивной кровопотери, утоплении, пребывании на морозе, а также при отравлении угарным газом трупные пятна могут отсутствовать.
Диагностика наступления биологической смерти в условиях оказания первой помощи может быть затруднительна в связи с тем,
что основные признаки биологической смерти выявляются лишь спустя некоторое время после необратимых изменений головного мозга и внутренних органов. В случае возникновения хоть малейших сомнений в достоверности признаков биологической смерти необходимо
приступить к реанимации.
Если же наступление биологической смерти не вызывает сомнений,
следует накрыть пострадавшего тканью, вызвать на место происшествия службу скорой медицинской помощи и полицию, пресекать любые попытки видео- и фотосъёмок пострадавшего.
На рис.  представлен алгоритм действий при обнаружении пострадавшего в бессознательном состоянии.
.. Основы базовой сердечно-лёгочной реанимации
Базовая сердечно-лёгочная реанимация (СЛР) проводится в случае
наступления у пострадавшего клинической смерти, то есть когда:
) отсутствует сознание;
) отсутствует кровообращение (определяется по отсутствию пульсации на сонной артерии в течение  секунд);
) отсутствует дыхание;
) нет признаков биологической смерти.
Возникновение клинической смерти может быть вызвано разными
причинами, быстро разобраться с которыми в условиях оказания первой помощи в большинстве случаев бывает невозможно. Первоначально для оказания квалифицированной медицинской помощи необходимо вызвать бригаду скорой помощи. Понимая, что для приезда скорой
помощи и постановки диагноза требуется значительный промежуток
времени, а биологические изменения головном мозге пострадавшего

Физиология человека
Рис. . Алгоритм действий при обнаружении пострадавшего без сознания
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

возникают через – минут после остановки кровообращения, СЛР
необходимо начинать выполнять сразу же после диагностики клинической смерти. СЛР не является некой волшебной манипуляцией, после
которой пострадавший должен непременно в вашем присутствии выздороветь. СЛР — всего лишь имитация двух жизненно важных физиологических процессов человека: кровообращения и дыхания. Выполняя СЛР, мы искусственно создаём кровоток в организме и насыщаем
кровь кислородом, что позволяет головному мозгу и другим внутренним
органам «дотянуть» до квалифицированной диагностики и лечения.
Этапы СЛР и техника их выполнения
Базовая СЛР состоит из трёх этапов, обозначаемых латинскими буквами А, В и С.
Этап А (от англ. аirway — воздушные пути) заключается в освобождении дыхательных путей человека от инородных предметов и слюны. Данный этап должен выполняться в одноразовых медицинских перчатках, которые мы рекомендуем всегда иметь при себе. Указательным пальцем, предварительно обмотанным хлопчатобумажной тканью (платком либо элементом одежды пострадавшего), двумя-тремя
круговыми движениями очищается ротовая полость. Длительность выполнения данного этапа необходимо свести к минимуму.
Этап В (от англ. breath — дыхание) — проведение искусственного
дыхания. В условиях оказания первой помощи осуществляется методом «изо рта в рот». Прежде чем приступить к данному этапу, необходимо подумать о собственной безопасности. Любой незнакомый вам
пострадавший представляет угрозу заражения различными инфекционными или венерическими заболеваниями. С целью защиты необходимо либо использовать различные устройства для проведения искусственного дыхания, либо воспользоваться полиэтиленовым пакетом,
в стенке которого предварительно указательным пальцем следует сделать небольшое отверстие. Устройством для проведения искусственного дыхания снабжены современные автомобильные аптечки.
Техника выполнения этапа В
. Обхватить подбородок пострадавшего рукой; пальцами, расположенными на нижней челюсти и щеках, разжать и раздвинуть его губы
(разжимать челюсти необязательно, так как зубы не препятствуют прохождению воздуха в дыхательные пути).
. Зажать нос пострадавшего другой рукой.
. Запрокинуть голову пострадавшего и удерживать его голову в таком положении до окончания вдоха (данный приём позволяет решить
проблему западения языка: задняя стенка глотки отойдёт от запавшего
языка, воздух в лёгкие будет попадать беспрепятственно).

Физиология человека
. Плотно прижаться своими губами к губам пострадавшего (через защиту!) и сделать сильный выдох. При правильном выполнении
искусственного дыхания грудная клетка пострадавшего поднимается.
Следующий выдох следует делать через короткий промежуток времени
после того, как грудная клетка самостоятельно опустится.
В случае неудачной попытки выполнения вдоха (почувствуете по
раздуванию щёк пострадавшего) следует ещё сильнее запрокинуть его
голову; если же и это не поможет, необходимо временно прекратить
этап В и выполнять непрямой массаж сердца (этап С), затем ещё раз
очистить ротовую полость пальцем (этап А).
Если чувство брезгливости не позволяет вам приступить к этапу В,
допускается отказаться от него и выполнить только этап С. Шансы на
выживание у пострадавшего в данном случае сократятся, однако они
будут значительно выше, нежели в случае полного отказа от выполнения СЛР.
Этап С (от англ. compression — компрессия) предполагает проведение непрямого массажа сердца и является важнейшим этапом СЛР, от
качества выполнения которого будет зависеть жизнь пострадавшего.
Смысл этого этапа заключается в имитации кровообращения: при
каждом интенсивном надавливании на грудную клетку кровь из сердца выдавливается в артерии, а при пассивном её возвращении в исходное положение кровь по венам притекает к сердцу. О правильном
выполнении непрямого массажа сердца можно судить по пульсовой
волне на сонной артерии, появляющейся при каждом надавливании на
грудину. Через – минуты его успешного проведения должна порозоветь кожа лица и сузиться зрачки.
При выполнении этапа С помимо имитации кровообращения также
в некоторой степени имитируется и дыхание: при надавливании на
грудную клетку происходит активный выдох, а при её возвращении
в исходное положение — пассивный вдох, с которым в лёгкие будут
поступать новые порции воздуха, насыщающие кровь кислородом.
Правила проведения непрямого массажа сердца (рис. )
. Пострадавший должен по возможности лежать на ровной и твёрдой поверхности. Человеку, оказывающему помощь, нужно встать
справа или слева от него на коленях.
. Расположить основание ладони руки (правой или левой, не имеет значения) выше мечевидного отростка. Другую ладонь расположить
поверх первой.
. Переместить центр тяжести на грудину пострадавшего и проводить непрямой массаж сердца прямыми руками, расположенными под
прямым углом к телу пострадавшего.
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

Рис. . Схема проведения этапа С сердечно-лёгочной реанимации
. Продавливать грудную клетку с частотой не менее  раз в минуту на глубину не менее  см. Каждое следующее надавливание следует начинать только после того, как грудная клетка вернётся в исходное
положение.
Запомните! Если под ладонью при выполнении этапа С появился неприятный хруст (признак перелома хряща, соединяющего рёбра
с грудиной), ни в коем случае нельзя прекращать непрямой массаж
сердца. Следует уменьшить частоту надавливаний, а не глубину и силу.
Младенцам непрямой массаж сердца следует проводить двумя пальцами с частотой надавливания – раз в минуту.
Детям от  до  лет достаточно усилий одной руки.
Подросткам старше  лет этап С выполняется так же, как у взрослых.
Последовательность этапов СЛР: Этап С → Этап А → Этап В.
Как только принято решение о проведении СЛР, следует незамедлительно начать непрямой массаж сердца, т. е. этап С. Дело в том, что
очищение ротовой полости (этап А) и проведение искусственного дыхания (этап В) требуют затрат времени. Больше пользы больному принесёт немедленное «включение» кровотока путём проведения этапа С.
И лишь затем имеет смысл насыщать искусственно циркулирующую
кровь кислородом, предварительно освободив ротовую полость от препятствий.

Физиология человека
Соотношение надавливаний на грудную клетку и вдохов искусственной вентиляции лёгких — :, это соотношение не зависит от
количества участников реанимации!
Проведение СЛР требует от человека, оказывающего помощь, значительных физических усилий. Молодой мужчина со средними физическими данными может качественно проводить СЛР лишь не более
 минут. Три человека независимо от их пола и физических данных,
способны оказывать качественную реанимацию более часа. Поэтому
всегда пытайтесь привлечь помощников!
Ниже приведены некоторые советы, которые позволяют команде
реаниматоров работать максимально эффективно и безопасно.
. Первый участник проводит непрямой массаж сердца и отдаёт
команду «Вдох!». Контролирует эффективность вдоха искусственного
дыхания по подъёму грудной клетки (человек, осуществляющий искусственное дыхание, плотно прижавшись губами к губам пострадавшего,
самостоятельно увидеть грудную клетку не может, поэтому ему нужны
подобные подсказки со стороны помощника).
. Второй участник делает вдох искусственного дыхания. Контролирует реакцию зрачков и пульс на сонной артерии и информирует
об этом своих партнёров. При каждом эффективном надавливании
на грудную клетку на сонной артерии должна определяться пульсовая
волна. Важно отличить пульсовую волну от самостоятельного пульса пострадавшего, для этого в проведении непрямого массажа сердца
нужно сделать паузу до – секунд.
. Третий участник приподнимает ноги пострадавшего для улучшения притока крови к сердцу. Он должен быть готов подменить своих
помощников, ведь пауза между циклами СЛР (С → A → B) не должна
превышать  секунд. Если нет возможности привлечь третьего участника, под ноги пострадавшего следует подложить валик из свёрнутой
одежды или какой-либо предмет для поднятия конечности. Сделать это
надо как можно быстрее с целью экономии времени на реанимацию!
. Смена участников обязательно проводится каждые  минуты.
В противном случае у реаниматора, выполняющего искусственное дыхание, произойдёт обморок.
Роль дефибрилляции при проведении СЛР
Использование дефибриллятора в ходе проведения СЛР значительно повышает шансы пострадавшего на выживание. Данный вопрос актуален как для профессиональных реаниматологов, оказывающих помощь в пределах лечебного учреждения, так и для медицинских работников, оказывающих помощь вне лечебного учреждения. Повсеместно
в нашей стране в местах массового скопления людей и повышенного риска наступления клинической смерти (прежде всего аэропорты
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

и железнодорожные вокзалы) внедряются дефибрилляторы с простым
и интуитивно понятным алгоритмом работы. Подобные дефибрилляторы полностью автономны; они не позволяют менять мощность электрического заряда.
Запомните! При использовании дефибриллятора следует соблюдать правила собственной безопасности:
— дефибрилляцию нельзя проводить в луже крови или воды, на
металлическом, бетонном полу или на мокром асфальте;
— при проведении дефибрилляции никто не должен касаться пострадавшего.
Рекомендуем руководствоваться следующими советами при использовании дефибриллятора в ходе сердечно-лёгочной реанимации:
) реанимационные мероприятия следует начинать с базовой СЛР
(непрямого массажа сердца) и в случае её неэффективности использовать дефибрилляцию;
) при безуспешной первой дефибрилляции целесообразнее продолжать базовую СЛР, нежели сразу же повторять разряд (пусть даже
увеличенной мощности). Помните, что у пострадавшего мозг и сердце кровоснабжаются ровно до тех пор, пока мы выполняем непрямой
массаж сердца.
Продолжительность СЛР
Сердечно-лёгочную реанимацию необходимо продолжать до:
— появления дыхания и признаков собственного кровообращения
(контролируется путём появления самостоятельной пульсовой волны
в ходе коротких перерывов при проведении этапа С длительностью 
секунд);
— появления признаков биологической смерти; в тех случаях, когда
рядом находятся родственники и близкие пострадавшего, с этической
точки зрения стоит продолжать СЛР;
— приезда квалифицированной медицинской помощи.
Длительность СЛР при отсутствии выполнения хотя бы одного из
вышеперечисленных условий составляет:  минут для взрослого пострадавшего и  минут для ребёнка (моложе  лет).
Досрочное прекращение реанимационных мероприятий, согласно
международным рекомендациям по СЛР, возможно при одновременном выполнении следующих условий:
) медицинский работник оказывает помощь вне медицинского
учреждения и вне рабочего времени;
) неотложное состояние произошло без свидетелей, поскольку
именно в данном случае существует большая вероятность пребывания
пострадавшего без кровообращения более  минут;

Физиология человека
) три цикла СЛР (С → A → В) безуспешны;
) дефибрилляция не выполнялась.
.. Неотложная помощь при ожогах
Кожа покрывает всё тело человека, переходя в слизистую оболочку
в местах естественных отверстий. Площадь кожного покрова зависит
от роста, веса и возраста; в среднем она составляет ,–, м2 . Толщина
кожи без подкожной жировой клетчатки ,–, мм.
Кожа состоит из трёх слоёв: эпидермиса; дермы и подкожной жировой клетчатки. Эпидермис — наружный слой кожи, он выполняет
защитную функцию. Роговой (поверхностный) слой эпидермиса образуется из ороговевших клеток и отличается стойкостью к внешним
воздействиям, предохраняет организм от механических повреждений,
избытка солнечного света и проникновения из окружающей среды
ядовитых и вредных веществ, микроорганизмов. Размножение клеток
и образование верхних слоёв эпидермиса происходит в глубоко расположенном базальном (ростковом) слое.
Дерма, средний слой кожи, состоит из плотной волокнистой соединительной ткани и так называемого основного вещества. В дерме
расположены кровеносные сосуды, нервы, потовые и сальные железы,
корни волос и ногтей.
Ожог — повреждение тканей организма под влиянием местного
действия чрезвычайного фактора: высокой температуры, химического
вещества, электрического тока или ионизирующего излучения. При
ожоге повреждаются кожный покров и слизистые оболочки внутренних органов.
Термические поражения составляют  % от всех ожогов. В настоящее время среди всех пострадавших от травм больные с ожогами составляют от  до  %. Несмотря на наблюдаемую в России тенденцию
к уменьшению числа обожжённых при катастрофах, отмечается рост
количества пострадавших с тяжёлой ожоговой травмой. Летальность
среди тяжёлых больных даже в специализированных отделениях остаётся очень высокой. Так, при глубоких и обширных ожогах, занимающих более  % поверхности тела, погибает до – % пострадавших. Своевременная диагностика степени тяжести ожога и оказание
неотложной доврачебной медицинской помощи играют важную роль
в повышении эффективности лечения больных с ожоговой травмой.
Классификация и клиническая картина ожогов
По обстоятельствам получения ожога различают производственные, бытовые ожоги и ожоги военного времени.
По характеру действующего фактора выделяют следующие типы
ожогов:
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

• термический (высокая температура: пар, огонь, расплавленный
металл и др.);
• химический (концентрированные кислоты, щёлочи, фосфор, бытовая химия);
• электрический (электричество, молния);
• лучевой (инфракрасное, ультрафиолетовое, ионизирующие излучение).
Также ожоги различают по локализации на теле: конечности, туловище, верхние дыхательные пути, волосистая часть головы, промежность.
В зависимости от глубины поражения тканей кожи ожогам присваиваются различные степени. В таблице  приведено соответствие
степени ожога клинической картине повреждения кожи.
Т а б л и ц а . Клиническая картина и объём повреждений кожи
в зависимости от степени ожога
Степень
ожога
Повреждённые слои
кожи
Клиническая картина
I
Верхний слой ороговеваю- Гиперемия кожи, небольшой отёк, боль. Через
щего эпителия
– дня происходит выздоровление. Погибший эпителий слущивается, следов поражения не остаётся.
II
Ороговевающий эпителий Гиперемия кожи, отёк, боль. Формируются
до росткового слоя
небольшие пузыри со светлым серозным содержимым. Полностью заживают за счёт регенерации из сохранившегося росткового слоя
за – недели.
IIIA
Весь эпидермис. Частично
поражается дерма, дном раны служит неповреждённая
часть дермы с оставшимися
эпителиальными элементами
(сальными, потовыми железами, волосяными фолликулами)
IIIБ
Полностью эпидермис и дер- Соответствует картине в случае IIIА, однако
ма до подкожно-жировой болевая чувствительность отсутствует.
клетчатки
IV
Все слои кожи, а также под- Обугливание мышц, костей, подкожно-жиролежащие органы
вой клетчатки.
Чёрный или коричневый струп. Могут формироваться пузыри большого размера, склонные
к слиянию, с серозно-геморрагическим содержимым.
Болевая чувствительность снижена. Возможно
самостоятельное восстановление поверхности
кожи, если ожог не осложнится инфекцией
и не произойдёт вторичного углубления раны.
При оказании первой медицинской помощи допустимо вместо
определения степени ожога по глубине поражения использовать в качестве упрощённой классификации разделение их на поверхностные
и глубокие. Критерием при этом служит наличие (поверхностные ожо-

Физиология человека
ги) или отсутствие (глубокие ожоги) болевого симптома в месте ожоговой раны.
Ожоги I, II, IIIА степени относятся к поверхностным, а IIIБ и IV —
к глубоким. При поверхностных ожогах дефект закрывается самостоятельно, так как сохранены источники роста эпителия; ростковый слой,
выводные протоки сальных, потовых желёз, волосяные фолликулы.
При глубоких ожогах после отторжения струпа кожный дефект заполняется грануляционной тканью, которая прорастает соединительнотканными волокнами с образованием рубца. Если рана обширная,
то она превращается в незаживающую язву.
В диагностике и лечении ожогов важное место занимает определение площади поражения кожи.
В комбустиологии (раздел медицины, изучающий тяжёлые ожоговые поражения и связанные с ними патологические состояния) площадь ожога принято обозначать не в абсолютных цифрах, а в процентах поражённого участка от общей площади кожи человека. Существует множество способов определения площади ожоговой поверхности
в клинической практике, самыми простыми и часто используемыми из
которых являются следующие:
— правило «ладони»: ладонь пострадавшего составляет ,–, % от
общей поверхности кожи;
— правило «девяток»: поверхность всех частей тела человека делится на участки, кратные  ( % от всей поверхности тела): голова и шея —  %; одна верхняя конечность —  %, одна нижняя конечность —  %, передняя поверхность туловища —  %, задняя поверхность туловища —  %, промежность —  % (рис. ).
Оказание первой медицинской помощи при ожогах
Тяжесть состояния обожжённого человека зависит от:
• площади поражения;
• глубины (степени) ожога;
• локализации ожога (верхние дыхательные пути, лицо, промежность).
На исход выздоровления влияют возраст пострадавшего, сопутствующие заболевания, своевременность и правильность оказания доврачебной помощи.
На этапе оказания первой медицинской помощи часто встречаются
ситуации, когда ограниченное количество медработников вынуждены
оказывать помощь одновременно большому количеству пострадавших
людей с ожогами. Как в таком случае выставить приоритеты? Кому
следует помочь в первую очередь?
Запомните! При оказании помощи большому количеству пострадавших ожогами людей необходимо оценить прогноз для жизни каж-
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

Рис. . Правило «девяток» для определения площади ожоговой поверхности
дого пострадавшего и, после обезболивания всех из них, отдать приоритет лицам с сомнительным прогнозом.
Оценка прогноза для жизни обожжённого больного производится
по следующим формулам.
— Правило «сотни» (используется только для взрослых) — сумма
возраста пациента и относительной величины ожоговой поверхности
(в %) к общей поверхности тела.
— Индекс Франка (ИФ) — сумма площади поверхностных ожогов
с утроенной площадью глубоких ожогов.
Оценка прогноза жизни обожжённого больного по показателям
правила «сотни» и индекса Франка представлена в таблице .
Т а б л и ц а . Оценка прогноза жизни для обожжённого пациента
Прогноз
Индекс
Правило «сотни»
Индекс Франка
Благоприятный
< 60
< 30
Сомнительный
–
–
Неблагоприятный
> 101
> 91

Физиология человека
Алгоритм оказания неотложной помощи при термических ожогах
. Прекратить действие травмирующего фактора:
• потушить горящую одежду, снять её;
• приставшие к ожоговой ране куски одежды срезать по краям
раны ожога.
. Охладить обожжённую поверхность в течение – минут (холодная вода, пузырь со льдом, пакеты со снегом).
. Обезболить любым доступным препаратом.
Запомните! Перед введением анестетика необходимо выяснить наличие аллергии у больного на вводимый препарат.
. Наложить асептические повязки на ожоговые раны (раствор
, % новокаина с фурацилином в соотношении 1 : 1, противоожоговая анестезирующая жидкость).
. Выполнить транспортную иммобилизацию.
. Транспортировать в ЛПУ в положении лёжа.
При оказании первой помощи важно также помнить, что:
— запрещается вскрывать пузыри, удалять приставшую одежду,
применять масляные повязки, красители и порошки;
— при ожогах лица необходимо сделать марлевую занавеску с прорезью для глаз.
Химические ожоги
Химические ожоги возникают при воздействии на кожу и слизистые оболочки:
• концентрированных кислот,
• концентрированных щелочей,
• солей тяжёлых металлов,
• некоторых газов.
Кислоты и соли тяжёлых металлов вызывают коагуляционный (сухой) некроз. Образуется плотный струп, который препятствует проникновению химического агента вглубь, поэтому данные ожоги, как правило, поверхностные.
Щёлочи вызывают колликвационный (влажный) некроз. Образуется мягкий струп, не мешающий глубокому проникновению вещества,
поэтому полученные ожоги глубокие.
Клиническая картина у пациентов при химических ожогах I–II степени аналогична таковым же при термических ожогах (таблица ).
При глубоких ожогах кислотой у пациентов образуется неподвижный, плотный струп коричневого или чёрного цвета, не выступающий
над поверхностью кожи; кожа вокруг струпа отёкшая, имеет красноватый оттенок, т. е. гиперемирована.
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

При глубоких ожогах щелочью формируется рыхлый струп серозелёного цвета, выступающий над поверхностью кожи; кожа вокруг
струпа сильно гиперемированная и отёкшая.
Алгоритм неотложной помощи при химических ожогах
. Удалить с поверхности кожи химическое вещество: смыть проточной водой в течение – мин.
. Негашёную известь, фосфор предварительно удалить сухим путём!
. Обезболить (анальгетики, холод к месту ожога).
. Наложить сухую асептическую повязку.
. Транспортировать в ЛПУ.
Химические ожоги пищевода
Химические ожоги пищевода возникают при случайном или преднамеренном приёме через рот концентрированных кислот, щелочей,
солей тяжёлых металлов. При этом происходит также поражение желудка, почек и печени. Особенно опасна уксусная эссенция, так как
помимо ожога она вызывает гемолиз эритроцитов. Это нарушает функцию почек, развивается острая почечная недостаточность, которая
приводит к летальному исходу.
Исход химического ожога пищевода зависит не только от характера
химического вещества, но и от его токсичности, количества, концентрации, реакции организма (в том числе рвотной).
При приёме едкой жидкости внутрь страдают полость рта, зев, глотка, пищевод, желудок и даже участок тонкой кишки. Пищевод больше
всего повреждается в местах его сужения. Некроз слизистой оболочки
происходит в течение первых четырёх дней, затем идёт отторжение
повреждённой ткани, а с третьей недели — рубцевание и сужение пищевода.
Клинически различают три периода развития заболевания:
) острый — – дней;
) восстановительный — от – до – недель;
) исходы травмы (последствия).
Приоритетные проблемы пациента в остром периоде:
— жгучая боль в полости рта, глотке, за грудиной;
— удушье;
— дисфагия;
— обильное слюнотечение, тошнота;
— болезненная многократная рвота с примесью алой крови или
цвета «кофейной гущи»;
— красная, отёчная слизистая ротовой полости;
— малиновый, утолщённый язык при ожоге щёлочью.

Физиология человека
К потенциальным проблемам пациента в остром периоде относятся
риск развития коллапса и ожогового шока.
Приоритетные проблемы пациента в восстановительном периоде:
— уменьшение боли и дисфагии,
— улучшение общего состояния.
Приоритетные проблемы пациента в периоде исходов:
— затруднение при глотании вплоть до полной непроходимости изза рубцового сужения пищевода. В подавляющем большинстве случае
приходится прибегать к многоэтапным, сложным и длительным оперативным вмешательствам.
Алгоритм оказания неотложной первой помощи при ожогах
пищевода
.
.
.
.
.
Обезболить, лучше наркотические анальгетики.
Ввести спазмолитики (атропин, но-шпа).
Прополоскать рот водой.
Наложить холод на эпигастральную область.
Немедленно вызвать скорую помощь.
Список литературы
. Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Книги  и . М.: Мир,
.
. Физиология человека. Compendium. Под редакцией Б. И. Ткачука.
-е изд. М.: ГЭОТАР-Медиа, .
. Шмидт Р., Тевс Г. Физиология человека. Тома –. Пер. с англ. -е
изд. М.: Мир, .
. Алипов Н. Н. Основы медицинской физиологии. -е изд. М.: Практика, .
. Boron W. F., Boulpaep E. L. (Eds.). Medical Physiology.  Update Edition.
PA: Saunders, .
. Фундаментальная и клиническая физиология. Пер. с англ. / Под
ред. А. Камкина, А. Каменского. М.: Академия, .
. Гайтон А. К., Холл Д. Э. Медицинская физиология. Пер. с англ. М.:
Логосфера, .
. Приказ Департамента здравоохранения города Москвы №  от
.. / «Алгоритмы оказания скорой неотложной медицинской
помощи больным и пострадавшим бригадами службы скорой помощи города Москвы». М., .
. Бубнов В. Г., Бубнова Н. В. Как оказать помощь при автодорожном
происшествии. М.: Гало Бубнов, .
. Диагностика и терапия неотложных состояний в медицине

. Красильникова И. М., Моисеева Е. Г. Неотложная доврачебная медицинская помощь. М.: ГЕОТАР-Медиа, .
. Deakin Ch. D., Nolan J. P., Soar J., Sunde K., Koster R. W., Smith G. B. et al.
European Resuscitation Council Guidelines for Resuscitation / Section .
Adult advanced life support. «Resuscitation », :-, .
ГЕНЕТИКА
Авторы: А. Р. Лавренов, И. В. Кузьмин
В разделе даётся краткий обзор основных законов и других важных
вопросов общей генетики, необходимых для понимания при решении
генетических задач. Также приводятся примеры решения самих задач
и задания для самостоятельной работы. Более подробную информацию
и материалы для подготовки вы найдёте в книгах «Генетика с основами
селекции» [], а также «Задачи по современной генетике» [].
. Закономерности наследования
Закон чистоты гамет. В каждую гамету попадает только один ген
(один аллель) из каждой пары аллельных генов, определяющих развитие того или иного признака. Важно понимать, что гены дискретны
(обособлены друг от друга) и аллели не смешиваются в гетерозиготах
(т. е. в гаметы аллели попадут в том же виде, в котором пришли от
родителей).
Закон единообразия. Если скрестить две чистые линии (гомозиготы), отличающиеся по какому-либо внешнему признаку, — генотипы
родителей (Р) по данному признаку можно представить как AA и aa, —
то всё первое поколение (F) будет единообразным по данному признаку и таким же, как родитель с генотипом AA. Мы видим, что один аллель (доминантный, A) подавляет другой (рецессивный, a). Например,
по закону единообразия у чёрного кота (AA) и белой кошки (aa) все
котята будут чёрными (Aa).
Закон расщепления. При скрещивании гетерозигот (генотип Aa),
полученных в первом поколении (F), у их потомства (F) будет наблюдаться расщепление 1 : 2 : 1 по генотипу и, если доминирование полное
(то есть доминантные гомозиготы и гетерозиготы имеют одинаковый
фенотип), 3 : 1 по фенотипу. Почему соотношения будут именно такими, можно понять из схемы скрещивания, в которой учтены все возможные комбинации гамет родителей (при одинаковой вероятности
возникновения каждой из комбинаций):
(A + a) × (A + a) = AA + 2Aa + aa.
Особи с генотипами AA и Aa будут соответственно одинаковыми
по фенотипу, и такой фенотип будет встречаться в  раза чаще, чем
альтернативный фенотип особей с генотипом aa, т. е. если рассматривать поколение, полученное при скрещивании чёрных кошек и котов
. Закономерности наследования

с генотипами Aa, то в нем на каждые  чёрных особи должна рождаться  белая особь. В реальности этого может и не наблюдаться, но
в соответствии с законами статистики с увеличением числа потомков
реальное соотношение будет приближаться к теоретическому (3 : 1).
Закон независимого наследования признаков. Если мы будем
наблюдать при скрещивании сразу за двумя признаками, которые
определяются двумя различными (неаллельными) генами, например
генами A и B (дигибридное скрещивание), то мы увидим, что аллели
этих генов будут попадать в гаметы и расходиться в потомстве независимо. Это значит, что если мы скрещиваем особей, гетерозиготных по
гену A (Aa), то вне зависимости от того, какие у этих особей генотипы
по гену B (BB, Bb или bb), расщепление по гену А будет 1 : 2 : 1. Соответственно, наследование фенотипических признаков также происходит
независимо. Например, если скрещивать чёрных гетерозиготных котов
и кошек (Aa), то вне зависимости от цвета их глаз (жёлтые или голубые) теоретическое соотношение чёрных и белых котят в потомстве
будет 3 : 1.
Теперь рассмотрим схему расщепления при дигибридном скрещивании гетерозиготных особей. В моногибридном скрещивании по каждому гену получается расщепление фенотипов (3A− : 1aa) и (3B− : 1bb),
где на месте пробела может стоять доминантный или рецессивный вариант аллели (A или a, B или b). Чтобы найти расщепление фенотипов,
получаемое в результате комбинации двух независимых расщеплений,
перемножим эти выражения как многочлены:
(3A− + 1aa) × (3B− + 1bb) = (9A− B− + 3aaB− + 3A− bb + 1aabb).
В итоге для комбинаций фенотипов при дигибридном скрещивании
мы получаем соотношение 9 : 3 : 3 : 1.
Подобным же способом можно получить расщепление и по генотипу. Оно получится, если перемножить трёхчлены, содержащие расщепление по генотипу для каждого из неаллельных генов:
(1AA + 2Aa + 1aa) × (1BB + 2Bb + 1bb) = 1AABB + 2AABb + 1AAbb+
+ 2AaBB + 4AaBb + 2Aabb + 1aaBB + 2aaBb + 1aabb.
В итоге расщепление по генотипу можно записать следующим образом — 4 : 2 : 2 : 2 : 2 : 1 : 1 : 1 : 1.
Рассмотрим ещё несколько примеров вычисления фенотипических
расщеплений при скрещивании по нескольким неаллельным генам:
) P: AaBb × aabb,
F1 : (1Aa + 1aa) × (1Bb + 1bb) = 1AaBb : 1Aabb : 1aaBb : 1aabb;
) P: AaBbaaBb,
F1 : (1Aa + 1aa) × (3B− + 1bb) = 3AaB− + 1Aabb + 3AaB− + 1aabb;

Генетика
) P: AaBBcc × AabbCc,
F1 : (3A− + 1aa) × (Bb) × (1Cc + 1cc) = 3A− BbCc + 3A− Bbcc+
+1aaBbCc + 1aaBbcc.
Задание. А теперь самостоятельно определите расщепления по фенотипу, а затем по генотипу для следующих скрещиваний:
а) AaBbCc × AaBbCc;
б) aaBbCc × AabbCc.
Число генотипических классов (то есть разных комбинаций аллелей), получаемых в F2 от гетерозигот F1 при полигибридном скрещивании, можно вычислить по формуле 3n , где n — количество генов в гетерозиготном состоянии.
Число фенотипических классов (то есть разных комбинаций признаков) в случае такого же скрещивания при полном доминировании будет определяться по формуле 2n , при неполном доминировании — 3n .
Все вышеперечисленные законы справедливы при условии независимого наследования генов. Далее мы кратко расскажем о случаях,
при которых наблюдаются отклонения от этих правил.
. Взаимодействие аллелей
Законы, сформулированные Менделем, справедливы при полном
доминировании одного аллеля над другим, когда для получения доминантного фенотипа достаточно одной копии доминантного аллеля,
следовательно, гетерозиготы (Aa) по фенотипу такие же, как и доминантные гомозиготы (AA).
Если же фенотип гетерозиготного организма (Aa) промежуточный
по отношению к генотипам доминантных (AA) и рецессивных (aa) гомозигот (например, розовые цветки потомства по отношению к белым
и красным родительским цветкам), то говорят о неполном доминировании. В этом случае расщепление по фенотипу в F2 оказывается
таким же, как и по генотипу, — 1 : 2 : 1. Помимо окраски некоторых
цветков подобным же образом наследуется цвет шерсти у морских свинок. При таком типе наследования остаётся неясным, какой аллель
доминантен, а какой рецессивен. Генетики договорились считать доминантным аллель, который выполняет какую-то функцию, например,
кодирует производство красного пигмента цветка, а рецессивным —
аллель, у которого эта функция утеряна: например, в результате мутации ген потерял способность производить пигмент, и в результате
гомозиготные по такому аллелю цветы будут белыми. Розовую окраску
гетерозиготного цветка можно объяснить тем, что красного пигмента,
который синтезируется одной копией доминантного аллеля, недостаточно, чтобы придать цветку такую же насыщенную красную окраску,
которую дают две копии «работоспособного» аллеля.
. Взаимодействие аллелей

Возможна и третья ситуация, когда каждый аллель выполняет свою
функцию (то есть кодирует белок, влияющий на фенотип) и в фенотипе проявляются оба свойства. Тогда речь идёт о кодоминировании.
В качестве такого примера можно привести наследование групп крови человека A, B, AB или , определяемых геном I. Аллели I A и I B
способствуют формированию поверхностных антигенов на эритроцитах (антигены А и В соответственно), поэтому обе они доминантны
и в гетерозиготе I A I B (группа крови AB или IV) наблюдается тот самый
случай кодоминирования.
А вот аллель I 0 кодирует неполноценный (в результате делеции
и сдвига рамки считывания) фермент, который не способен катализировать присоединение остатков моносахаров для образования специфического антигена), поэтому его можно назвать рецессивным. У людей с генотипами I A I A и I A I 0 синтезируется антиген А — это группа
крови А или II, а у носителей генотипов I B I B и I B I 0 — антиген B (группа
крови B или III). У гомозигот I 0 I 0 нет антигенов A и B — это группа
крови  или I.
Также стоит упомянуть про наследование, зависимое от пола,
и условное доминирование. В обоих случаях проявление признака зависит от определённых «условий», таких как окружающая среда или
действие других генов. Примером условного доминирования считается
мутация Curly (загнутые крылья) у Drosophila melanogaster. При содержании мутантов в условиях пониженной температуры (меньше 19 ◦ C)
мутация не проявляется и у особей сохраняется нормальная форма
крыла.
Наследование, зависимое от пола, не связано с расположением
гена в половых хромосомах Х или Y (поэтому не стоит путать его
с наследованием, сцепленным с полом, о котором мы поговорим чуть
позже), но зависит от их сочетания, которое определяет пол организма
(XX или XY). Анализируемые гены расположены при таком типе наследования в аутосомах, а зависимость от пола состоит в том, что один
и тот же ген проявляет себя как доминантный или же как рецессивный
у особей разных полов. Так, некоторые признаки могут быть доминантными у мужчин и рецессивными у женщин, или наоборот. Например, признаки, связанные с особенностями развития бороды, будут
проявляться только у мужского пола, а у женского пола эти признаки
выражены не будут, так как борода отсутстввует. Таким же образом
наследуется наличие или отсутствие рогов у овец (ген P′ определяет
рогатость, а Р — безрогость или комолость): так, гетерозиготные самки
P′ P — всегда комолые (безрогие), в то время как аналогичные по генотипу гетерозиготные самцы — рогатые.
Бывают также случаи, когда гомозиготы по определённым аллелям
нежизнеспособны или летальны (сами аллели при этом также назы-

Генетика
ваются летальными). В таком случае расщепление в потомстве будет
также отличаться от менделевского. Например, если доминантная гомозигота AA летальна, то от скрещивания гетерозигот Aa вы получите
расщепление 2Aa : 1aa, так как особи AA погибнут.
Задание. Попробуйте предсказать расщепление по фенотипам при
скрещивании AaBbCc × aaBbCc, если аллель С летален.
. Хромосомная теория наследственности. Сцепленное
наследование генов
Как известно, гены локализованы в хромосомах. Хромосомы бывают гомологичные (содержащие одинаковые или почти одинаковые
последовательности генов) и негомологичные. Аллельные гены занимают одинаковые локусы в гомологичных хромосомах. Негомологичные хромосомы различаются по числу генов. Кроме того, набор генов
каждой из негомологичных хромосом уникален.
Гены расположены в хромосомах в линейной последовательности
и образуют группу сцепления, то есть наследуются преимущественно
сцеплено (совместно), благодаря чему происходит сцепленное наследование некоторых признаков. При сцепленном наследовании комбинации генов родителей среди потомства встречаются чаще, чем те
комбинации, которых у родителей не было.
Число групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом данного вида у гомогаметного пола (например, XX) и на  больше у гетерогаметного пола (например, XY). Сцепление генов может нарушиться
в результате кроссинговера (рекомбинации), частота которого прямо
пропорциональна расстоянию между генами, т. е. чем дальше гены
расположены друг от друга на хромосоме, тем чаще между ними происходит рекомбинация. Отсюда понятно, что сила сцепления находится
в обратной зависимости от расстояния между генами.
Наследование, сцепленное с полом
Под наследованием, сцепленным с полом, понимают наследование
признаков, определяемых генами, расположенными в половых хромосомах. Самый известный пример такого наследования — это наследование мутации в гене white (w), определяющей цвет глаз у дрозофил.
Доминантная аллель (w + ) этого гена даёт красную окраску глаз (дикий
фенотип), а рецессивная (w) соответствует белой окраске (мутантный
фенотип). Если поставить опыт по скрещиванию белоглазых мутантных самок дрозофил с красноглазыми самцами дикого типа, то в поколении F все самцы окажутся белоглазыми, а самки — красноглазыми.
Объяснение такого феномена состоит в следующем: ген white расположен на X-хромосоме, поэтому у самцов (XY) может присутствовать
. Хромосомная теория наследственности

только один из аллелей этого гена (т. е. они не могут быть гетерозиготны по гену white). Следовательно, самцы в поколении F имеют только
один рецессивный аллель w, полученный от матерей с генотипом ww,
и потому будут белоглазыми, а самки получают от отцов Х-хромосому
с доминантным аллелем w + и потому будут иметь красные глаза (их
генотип будет w + w).
Как уже говорилось, необходимо различать наследование, сцепленное с полом, и наследование, зависимое от пола. В последнем случае анализируемые гены не локализованы в половых хромосомах. Экспериментально можно различить эти типы наследования с помощью
реципрокных скрещиваний — это парные эксперименты по скрещиванию, когда при одних и тех же генотипах меняется пол родителей
и сравниваются полученные в потомстве расщепления по фенотипу.
Если при таких скрещиваниях расщепление меняется, значит, ген локализован в половых хромосомах (т. е. сцеплен с полом), если же не
меняется, значит, ген локализован в аутосомах и имеет место наследование, зависимое от пола.
Решая задачи по сцеплению с полом, прежде всего необходимо помнить о механизме передачи половых хромосом потомству. Часто женские особи производят гаметы только с X-хромосомой, а мужские особи
гетерогаметны и производят гаметы с X- и Y-хромосомами. Однако
следует помнить о том, что у целого ряда организмов (птицы, бабочки,
некоторые виды рыб и растений) гомогаметными особями являются
самцы (генотип ZZ), а гетерогаметными — самки (генотип WZ).
Если в задаче дано, что гены рассматриваемых признаков находятся
в Х-хромосомах, следует начинать анализ с мужских особей, поскольку
они содержат только один вариант каждого гена, который так или иначе себя проявляет. Ниже приведём пример решения некоторых задач
по данной теме.
Задача 
Способность различать вкус фенилтиомочевины (ФТМ) обусловлена доминантным аутосомным геном Т. Люди, не различающие вкус
данного вещества, имеют генотип tt. Дальтонизм (т. е. неспособность
различать цвета) — рецессивный признак, проявляющийся у гомозигот по рецессивному аллелю гена D, который сцеплен с Х-хромосомой.
Дано. Женщина с нормальным зрением, различающая вкус ФТМ,
вышла замуж за дальтоника, неспособного различать вкус ФТМ. У них
родилась дочь, страдающая дальтонизмом и различающая вкус ФТМ,
и четыре сына, ни один из которых не страдал дальтонизмом. Двое
из них различали вкус ФТМ, а двое не различали. Каковы генотипы
родителей и детей?

Генетика
Решение.
. Мы точно можем определить генотип отца-дальтоника, не различающего вкус ФТМ, — Xd Ytt. Родившаяся дочь-дальтоник должна была
унаследовать два рецессивных аллеля Xd , значит, мать была гетерозиготна по гену дальтонизма — Dd. Двое сыновей не чувствовали ФТМ,
то есть их генотип tt. Это означает, что мать была также гетерозиготна
по гену T, то есть Tt.
. Теперь можем расписать схему брака (рис. ):
Рис. . Схема брака к задаче 
Ответ: генотип матери — XD Xd Tt, отца — Xd Ytt, дочери — Xd Xd Tt,
сыновей — XD YTt и XD Ytt.
Сцепленное наследование генов
Для того чтобы определить, наследуются ли признаки независимо
(располагаются на разных хромосомах) или сцепленно (располагаются
на одной хромосоме), часто используют анализирующее скрещивание.
Анализирующее скрещивание — это скрещивание испытуемой особи
с особью, гомозиготной по рецессивным аллелям генов, отвечающих
за анализируемые признаки.
Такой эксперимент помогает легко определить генотип особи, так
как все её гаметы проявят себя в фенотипе, поскольку аллели от рецессивной гомозиготы никак не влияют на фенотип потомков.
Если скрещивание дигибридное и гены не сцеплены, то расщепление
по фенотипу будет 1 : 1 : 1 : 1. Например, у гороха признаки окраски
и формы семян наследуются независимо и гены не сцеплены. При
анализирующем скрещивании дигетерозиготы RrYy (жёлтые, округлые
семена) с рецессивной дигомозиготой rryy (зелёные, морщинистые)
мы получим четыре фенотипических класса в потомстве в равном количестве. При этом два фенотипических класса будут такими же, как
родители, а два других будут отличаться.
Если классов, аналогичных родителям, будет в сумме больше половины, значит, гены наследуются сцепленно (зависимо). Например,
так наследуются окраска тела и форма крыльев у дрозофилы. Окраска
. Хромосомная теория наследственности

зависит от наличия мутации в гене black и может быть либо чёрной
(b, мутантный фенотип), либо серой (b+ , дикий фенотип); форма крыльев определяется мутацией в гене vestigial, у мутантного фенотипа
крылья зачаточные (vg), у дикого — длинные (vg+ ). При скрещивании
гетерозиготных серых самок с длинными крыльями (b+ b, vg+ vg) и рецессивных гомозиготных чёрных самцов с зачаточными крыльями (bb,
vgvg) получается нетипичное (не по  % каждого фенотипа) для анализирующего скрещивания расщепление:  % потомства будут иметь
фенотипы родителей, а  % будут либо серыми особями с зачаточными
крыльями (генотип b+ b, vgvg), либо чёрными с длинными крыльями
(bb, vg+ vg) (рис. А). При обратном скрещивании особи будут иметь
только фенотипы родителей, так как у самцов дрозофилы отсутствует
кроссинговер и поэтому в гаметы самцов все хромосомы попадают
в неизменном виде (рис. Б).
Сцепление генов с хромосомами обычно неполное, так как кроссинговер способствует независимому комбинированию признаков и даёт
нам два класса потомков, непохожих на родителей (как было показано
в приведённом выше примере, рис. А). Количество таких кроссоверных организмов пропорционально вероятности кроссинговера между
сцепленными генами и, следовательно, расстоянию между ними в хромосоме. Когда-то именно так были получены первые генетические карты хромосом.
Расстояние между генами можно выразить через долю кроссоверных (рекомбинатных) потомков следующим образом:
x=
a+b
· 100 %,
n
где x — расстояние между генами, измеряемое в сантиморганах (сМ),
 %= сМ; a + b — сумма кроссоверных гамет по каждому гену; n —
общее число особей.
Решая задачи на сцепление, следует не просто обозначать гены буквами, а схематично показывать расположение этих букв на хромосоме,
как показано на рис. . Рассмотрим задачу по определению генетического расстояния между сцепленными генами.
Задача 
Дано. Самку дрозофилы из чистой линии с ярко-красными глазами
и чёрным телом скрестили с самцом дикого типа с тёмно-красными
глазами и серым телом. В F все самцы и самки имели обычное серое
тело и обычные тёмно-красные глаза. В F получили  мух с чёрным
телом и тёмно-красными глазами,  мух с серым телом и ярко-красными глазами,  мух с чёрным телом и ярко-красными глазами и  мух
с серым телом и тёмно-красными глазами. Определите генетическое

Генетика
Рис. . Анализирующие скрещивания дрозофил с мутациями black (b) и vestigial (vg), доминантные аллели обозначены b+ и vg+ . А — прямое скрещивание;
Б — обратное
. Хромосомная теория наследственности

расстояние между генами ярко-красных глаз и чёрного тела, объясните
результаты F. Учтите, что у самцов дрозофилы нет кроссинговера.
Решение.
. Сначала рассмотрим каждый признак по отдельности. В F по
каждому признаку мы имеем следующие расщепления:
— окраска тела (ген А) —  серых :  чёрных;
— цвет глаз (ген B) —  тёмно-красных :  ярко-красных.
Очевидно, что в обоих случаях расщепление соответствует классическому 3 : 1, и, следовательно, признаки наследуются моногенно (т. е.
за каждый признак отвечает только один ген).
. Таким образом, мы сразу можем расписать генотипы родительских особей, а затем, помня о том, что у самцов дрозофилы нет кроссинговера, можем определить генотипы F и F (рис. ). Самцы в F
из-за отсутствия кроссинговера дают только два типа гамет: AB и ab.
Самки дают четыре типа гамет: два обычных (AB и ab) и два кроссоверных (aB и Ab).
P
♀
ab
AB
×
AB
ab
♀
AB
AB
×
ab
ab
♂
F1
F2
AB
AB
AB
ab
AB
Ab
Ab
ab
AB
aB
aB
ab
♂
AB
ab
ab
ab
Рис. . Схема скрещивания к задаче . Фенотипы: A− B− — серое тело и тёмнокрасные глаза; A− bb — серое тело и ярко-красные глаза; aaB− — чёрное тело
и тёмно-красные глаза; aabb — чёрное тело и ярко-красные глаза
. В F мы получаем следующее число кроссоверных особей, несущих кроссоверные хромосомы самок, которые выражены фенотипически:
—  серых с ярко-красными глазами (генотип Aabb);
—  чёрных с тёмно-красными глазами (генотип aaBb).
Итого:  особей.
В F есть также и другие особи, которые несут кроссоверные хромосомы самки, но они фенотипически не выражены из-за доминантных
аллелей самца — генотипы AABb, AaBB. Таким образом, при расчёте
мы должны учитывать, что особей с кроссоверной хромосомой в  раза

Генетика
больше (это видно из расщепления). Исходя из этого рассчитаем расстояние между генами:
a+b
2
x = n · 100 % = 27 · 200 · 100 % = 27 сМ.
Ответ: гены A и B, отвечающие за признаки окраски тела и глаз,
наследуются сцепленно, расстояние между генами составляет  сМ.
. Метод χ 2
Метод χ 2 , или критерий Пирсона, применяется при решении статистических задач в разных областях. С его помощью проверяется справедливость гипотез, предлагаемых для объяснения результатов исследований. В рамках общей генетики этот критерий используется при
анализе результатов скрещивания для определения отклонения экспериментального расщепления от теоретического. Здесь мы постарались
изложить суть метода доступным языком и на различных примерах.
Результаты скрещиваний часто отклоняются от теоретически ожидаемых. Если исходя из теории вы ожидаете получить в потомстве от
скрещивания
красноглазых мух, гетерозиготных по гену black, соотно3
1
шение 3 : 1 4 особей с серым телом и 4 с чёрным телом , то при анализе результатов реального эксперимента, скорее всего, обнаружится,
что в потомстве у вас имеется, скажем,  серых и  чёрных или  серые и  чёрных. И всё же полученные соотношения достаточно близки
к теоретическому расщеплению 3 : 1.
В условиях реального эксперимента может наблюдаться практически любое соотношение между этими группами, однако результаты,
сильно отличающиеся от предсказанных теорией, будут встречаться
нечасто. Так, в описанном выше скрещивании двух гетерозигот (Aa)
вероятность получить среди  потомков только особей с доминантным фенотипом (то есть когда расщепления вообще не наблюдается)
менее ,.
Но если вы всё же получили подобный «редкий результат», то стоит ли доверять данным такого исследования? Или, может быть, наше представление о том, что расщепление должно быть 3 : 1, неверно
и следует найти более адекватную теоретическую модель для обоснования результатов такого эксперимента? Для обоснованного ответа
на эти вопросы просто вероятности получения того или иного экспериментального результата оказывается недостаточно. И вот здесь мы
вплотную подходим к применению статистического анализа, который
поможет нам оценить данные генетических опытов.
Ожидая увидеть то или иное расщепление, мы выдвигаем гипотезу
(её называют «нулевой гипотезой» или H0 ) о том, что экспериментальное и теоретическое расщепление фенотипов в потомстве должны
. Метод χ 2

совпадать. Для того чтобы оценить справедливость нулевой гипотезы
(принять или отклонить её), мы оцениваем вероятность получения
отклонения от теоретического расщепления, большего или равного тому, что мы видим в эксперименте. Если такая вероятность достаточно низка (ниже заданного порогового значения, т. е. уровня значимости — см. ниже), то гипотезу H0 следует отвергнуть и заняться поисками другой, более подходящей нулевой гипотезы. Для оценки этой
вероятности используется величина χ 2 , которая связана с отклонением
результатов эксперимента от теоретических ожиданий и вычисляется
по формуле
X (O − E)2
χ2 =
,
E
P
— сумма результатов по всем фенотипическим классам, O — наблюдаемая величина (от англ. оbserved), E — теоретически ожидаемая величина (от англ. еxpected).
Фенотипических классов может быть два (например, серое и чёрное
тело) или более (например, красные, розовые и белые цветы — это три
класса).
Далее на основе полученного значения χ 2 мы должны принять решение о справедливости или несправедливости гипотезы H0 , то есть
в нашем случае понять, соответствует ли реальное расщепление ожидаемому (теоретическому). Для принятия такого решения нам необходимо выполнить ещё три шага.
. Выбрать уровень значимости.
. По уровню значимости определить критическое значение для χ 2 .
. Сравнить полученное значение χ 2 с критическим.
Расскажем об этих шагах более подробно.
Уровень значимости (обозначается латинской буквой «p» или греческой «α») — это пороговое значение вероятности для принятия решения о справедливости какой-либо гипотезы (в нашем случае — нулевой, H0 ). Это значит, что с вероятностью, меньшей или равной α, будут появляться «нетипичные» экспериментальные данные, отклонение
которых от теоретических (и значение χ 2 ) будет достаточно большим
для того, чтобы отвергнуть гипотезу H0 , которая на самом деле верна
(это так называемая «ошибка первого рода»). Обычно эта вероятность
принимается равной , ( %), поэтому при решении генетических
задач её следует принимать именно такой, если в условии не указано
иного. Таким образом, среди всех случаев, когда гипотеза H0 действительно верна, с помощью критерия χ 2 мы примем верное решение (не
отвергнем H0 ) в  % случаев и ошибёмся (отвергнем H0 ) в  % случаев. Сказанное справедливо для данных реальных экспериментов. При
решении задач ошибок первого рода возникать не должно, поскольку

Генетика
данные для задач подбираются такими, чтобы критерий χ 2 приводил
к верным выводам. Может показаться, что уровень значимости разумно сделать как можно меньше, чтобы не допустить ошибки при анализе данных. Однако при уменьшении α растёт вероятность другой ошибки — принять гипотезу H0 , когда она на самом деле неверна (ошибка
второго рода). Во многих случаях уровень значимости α = 0,05 будет
разумным компромиссом между двумя ошибками.
Критическое значение χ 2 определяется исходя из уровня значимости и числа «степеней свободы». Под степенями свободы понимают
количество параметров статистического распределения, которые могут меняться независимо (при заданном размере выборки). Например,
в случае бросания кости число степеней свободы равно пяти (произвольный выбор числа выпадения для пяти граней однозначно определит число выпадений шестой). В применении к генетическим задачам
достаточно запомнить, что число степеней свободы на единицу меньше
числа классов в предполагаемом (теоретическом) расщеплении. Под
«классами» обычно понимаются фенотипические классы. В простейшем случае одной пары признаков (серое или чёрное тело, красные или
бесцветные глаза, орёл или решка) число степеней свободы равно .
Критическое значение χ 2 связано с вероятностью и числом степеней свободы достаточно сложной зависимостью и определяется по
таблице Фишера. Ниже приведена таблица Фишера для уровня значимости p = 0,05 и различного количества степеней свободы.
Т а б л и ц а . Таблица Фишера (p = 0,05)
Число фенотипических классов






Число степеней свободы








Критическое значение χ 2
,
,
,
,
,
,
,
Следует иметь в виду, что эта таблица обычно даётся без строки
с числом классов и при решении задач олимпиады вам надо будет определить число степеней свободы самостоятельно (т. е. отнять единицу
от числа классов). Также в заданиях олимпиады обычно приводится
таблица, содержащая данные для нескольких уровней значимости, при
этом в большинстве случаев вы должны будете выбирать критическое
значение χ 2 для p = 0,05.
На третьем шаге мы сравниваем рассчитанное значение χ 2 с критическим и делаем вывод относительно справедливости нулевой гипотезы. Общий принцип оценки гипотез можно свести к следующему:
мы считаем какую-либо гипотезу допустимой, если есть достаточно
высокая вероятность получить наблюдаемый нами результат в рамках
этой гипотезы. А чтобы оценить гипотезу с помощью критерия χ 2 , важно понимать, что чем меньше вероятность получить отклонение, боль-
. Метод χ 2

шее или равное полученному в эксперименте, тем больше расчётное
значение χ 2 . Таким образом, при больших значениях χ 2 возникают
сомнения в справедливости проверяемой гипотезы. Итак, если рас2
чётное значение меньше критического (χр.2 < χкр.
), то гипотеза H0 не
отвергается, так как полученный результат достаточно вероятен в рам2
ках H0 . Если же расчётное значение больше критического (χр.2 > χкр.
),
гипотезу H0 следует отвергнуть, так как полученный результат маловероятен в рамках H0 . Тогда мы принимаем альтернативную гипотезу
H1 , которая гласит: «гипотеза H0 неверна». Далее мы пытаемся подобрать другую гипотезу H0 , лучше описывающую наши данные, и также
проверить её с помощью χ 2 . Следует понимать, что метод χ 2 не способен подтвердить какую-то гипотезу, он способен лишь отвергнуть
теории, которые выглядят маловероятными, и предоставляет для этого
чёткие критерии.
Таким образом, использование метода χ 2 можно свести к следующему алгоритму:
. Формулируем гипотезу H0 .
. Вычисляем ожидаемые значения для всех классов исходя из предполагаемого расщепления и известного размера выборки.
. Вычисляем для каждого класса величину
(O − E)2
. Затем суммиE
руем эти величины и получаем расчётное значение χ 2 .
. Определяем по таблице Фишера критическое значение χ 2 исходя
из уровня значимости и числа степеней свободы.
2
. Сравниваем расчётное и критическое значения χ 2 . Если χр.2 < χкр.
,
принимаем гипотезу H0 (разумеется, если она не противоречит усло2
вию задачи). Если χр.2 > χкр.
, отвергаем H0 , формулируем новую гипотезу и вновь проверяем её методом χ 2 (то есть снова возвращаемся
в начало алгоритма).
Рассмотрим использование метода χ 2 на примере двух задач.
Задача 
Дано. От скрещивания мух с серым и чёрным телом в первом поколении получили мух с серым телом. В результате скрещивания гибридов F получили  серых и  чёрных мух (всего  мухи). Объясните,
как наследуется признак.
Решение. Мы видим единообразие в первом поколении (F) и наличие расщепления во втором (F). Вероятно, вначале скрестили две чистые линии, а затем скрестили между собой гетерозиготных особей F.
Выдвигаем
нулевую гипотезу (H0 ): в F имеет место расщепление 3 : 1
1
3
серых, 4 чёрных , моногенное наследование и полное доминиро4
вание.

Генетика
Вычислим ожидаемые значения (E) числа потомков. Для выборки
такого размера ( особи) при точном соблюдении расщепления 3 : 1
3
1
следует ожидать: 73 · 4 = 54,75 серых мух и 73 · 4 = 18,25 чёрных мух.
Ожидаемые значения нельзя округлять до целого (как бы абсурдно это
ни выглядело), поскольку речь идёт о статистических данных. В то же
время разумное округление (до – значащих цифр) вполне допустимо.
Теперь вычислим значение χ 2 :
χ 2 = (58 − 54,75)2 /54,75 + (15 − 18,75)2 /18,75 = 0,77.
для серотелых
для чернотелых
В нашем случае теоретическое расщепление выявляет два класса
(серые и чёрные), следовательно, число степеней свободы равно . Уровень значимости по умолчанию принимаем равным ,. Далее по таблице Фишера находим критическое значение χ 2 для p = 0,05 и числа
2
степеней свободы = 1 : χкр.
= 3,841.
В нашем случае расчётное значение χ 2 (,) оказывается меньше
критического, а следовательно, у нас нет достаточных оснований, чтобы отвергнуть гипотезу H0 о расщеплении 3 : 1.
Вывод: признак контролируется одним геном A (аллель A — серый
окрас тела, аллель a — чёрный окрас тела).
Задача 
Дано. От скрещивания мух с серым и чёрным телом в первом поколении получили мух с серым телом. В результате скрещивания гибридов F получили  серых и  чёрных особей. Объясните, как
наследуется признак.
Пояснение. Это другой случай, не связанный с предыдущим, и механизм наследования здесь может быть не таким, как в задаче .
3
серых,
Решение.
Попробуем
гипотезу
H
:
расщепление
3
:
1
0
4
1
чёрных , моногенное наследование:
4
(580 − 547,5)2
(150 − 182,5)2
2
χ2 =
+
= 7,72 > χкр.
= 3,841.
547,5
182,5
Это означает, что следует отвергнуть гипотезу H0 и принять противоположную (Н1 ): «гипотеза H0 неверна», или «расщепление не соответствует 3 : 1, что по сути одно и то же.
Итак, мы отвергли гипотезу о расщеплении 3 : 1. Теперь предложим другую нулевую гипотезу: дигенное наследование, гены не сцеплены, взаимодействие генов по типу доминантного эпистаза (об этом
будет более подробно рассказано в следующей теме): особи с генотипом aaB имеют чёрную окраску, остальные — серую окраску. При
. Метод χ 2

этом генотипы родителей — AAbb (серые) и aaBB (чёрные); генотип
особей F — AaBb (серые); генотипы в F — A-B-, A-bb, aabb (серые)
и aaB- (чёрные) и расщепление на серых и чёрных 13 : 3. Ожидаемые значения (E) для серых и чёрных особей при теоретическом расщеплении 13 : 3 будут равны , и , соответственно. Тогда
2
χ 2 = 1,55 < χкр.
= 3,841, что говорит в пользу нашей новой гипотезы.
Вывод: ген B даёт чёрную окраску, только если ген А находится
в рецессивном состоянии.
Если сравнить данные задач  и , мы можем увидеть, что соотношения между двумя классами в случаях « серых,  чёрных» и « серых,  чёрных» одинаковы (3,87 : 1), но результат применения метода
χ 2 разный. Отсюда становится ясно, что получение экспериментального расщепления 3,87 : 1 вместо теоретического 3 : 1 вполне вероятно
для выборке в  мухи. На выборке в  особей такой результат уже
неадекватен заданной теоретической модели (расщеплению) и требует другого объяснения.
Из этого можно понять следующее: для малых выборок очень большие отклонения от ожидаемых гипотез являются нормой. Например,
при размере выборки в  особей вполне вероятным оказывается расщепление 9 : 1. Чем меньше размер выборки, тем больше шанс ошибочно принять ложную гипотезу H0 (это так называемая «ошибка второго
рода»), когда критерий перестаёт отвергать неверные расщепления.
Поэтому при проведении научных исследований следует работать с выборками достаточной величины. Для надёжного применения метода
χ 2 рекомендуется иметь общий размер выборки не менее  особей.
При этом теоретическое значение количества особей в наименьшем
классе расщепления должно быть не менее .
Также может возникнуть закономерный вопрос: что делать, если
есть несколько гипотез, которые не отвергаются методом χ 2 ? Очевидно, что для выборки в  серых и  чёрных особей (задача ) расщепление 13 : 3 тоже подойдёт и даже как будто бы лучше (отклонение
окажется меньше). С точки зрения метода χ 2 гипотезы о расщеплениях 3 : 1 и 13 : 3 выглядят одинаково допустимыми, выбрать одну из
двух метод не позволяет. Для этого надо использовать другие способы: проверить, какая из гипотез отвечает условию задачи, провести
скрещивание для определения количества генов и т. д. Также следует
считать, что простые гипотезы (с меньшим количеством генов) предпочтительнее, чем сложные, — если классический случай моногенного наследования с расщеплением 3 : 1 не противоречит условию задачи и не отвергается методом χ 2 , то нет необходимости придумывать
(и проверять по χ 2 ) более сложные гипотезы (например, дигенное наследование, расщепление 13 : 3 или 9 : 7).

Генетика
При решении задач вам, скорее всего, будут представлены данные,
«похожие» на одно из описанных в учебниках расщеплений, и отклонение от задуманного автором задачи расщепления не будет выглядеть
маловероятным (значение χ 2 окажется меньше критического).
Следует понимать, что классы в расщеплении — это всегда группы,
которые реально можно наблюдать. Например, в случае полного доминирования мы имеем дело с фенотипическими классами. В этом случае
нельзя работать со значениями для генотипических классов: получить
теоретические значения, разумеется, удастся, но в графу «наблюдаемое» записать будет нечего, так как мы не знаем, сколько среди серых
мух гомозигот и сколько гетерозигот. Напротив, если число особей
для генотипических классов известно (при неполном доминировании
или генотипы определены молекулярно-генетическими методами), то
с ними можно (и нужно) работать.
Если в каком-то из фенотипических классов особи отсутствуют, но
ваше теоретическое расщепление предполагает их наличие, то для этого класса надо также вычислить ожидаемое значение и использовать 
в качестве наблюдаемого).
Также следует понимать, что в расчётах можно использовать только число особей в классах. Нельзя подставлять в формулу доли, проценты и прочие относительные величины.
Если рассматриваются несколько признаков, каждый из них стоит
рассматривать отдельно, выдвигать свою гипотезу и считать своё значение χ 2 .
Суммируя вышесказанное, перечислим то, чего нельзя делать, используя метод χ 2 :
. Выбирать гипотезы по принципу «чем меньше значение χ 2
(больше вероятность события), тем лучше». Любые гипотезы со значением χ 2 менее критического одинаково правдоподобны.
. Выбирать с помощью χ 2 между разными расщеплениями. Мы
выбираем только между гипотезами из пары «H0 : расщепление такоето» и «H1 : гипотеза H0 неверна, расщепление не такое».
. Утверждать что «гипотеза верна, потому что критерий χ 2 её не
отвергает». Если гипотеза противоречит условию задачи, то она однозначно неверна вне зависимости от того, отвергает её критерий χ 2 или
нет.
. Менять уровень значимости без достаточных оснований.
. Использовать в расчётах какие-либо числа, кроме чисел особей
в классах. Нельзя подставлять в формулу доли, проценты и прочие относительные величины.
. Интерпретировать результат теста как «гипотеза H0 верна с заданной вероятностью». Справедливость гипотезы H0 — это заведомо
определённое (но неизвестное и часто не поддающееся определению

. Взаимодействие неаллельных генов
со стопроцентной надёжностью) качество, поскольку гипотеза исходно
либо верна, либо неверна. Соответственно вероятность того, что H0
верна, равна либо  (если верна), либо  (если неверна). Это всё равно,
что решать задачу: «В мешке лежит шар. Какая вероятность того, что
он белый?»
. Взаимодействие неаллельных генов
Если один ген влияет на другой или несколько генов совместно
определяют признак, получаются необычные расщепления. Мы уже
проверяли гипотезу об эпистазе, теперь рассмотрим этот вопрос подробнее. Ферменты и другие продукты генома могут совместно участвовать в формировании признака или же тем или иным образом влиять на его проявление, в том числе могут активировать или подавлять
транскрипцию гена. Выделяют следующие основные типы взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз и полимерия.
При решении задач важно представлять некую биохимическую схему работы генов. Это облегчает понимание того, как формируется признак. Мы не будем акцентировать внимание на терминах, а предлагаем
вам просто посмотреть на разные биохимические схемы и представить, какие получатся расщепления по фенотипам.
Если два или более гена влияют на один признак, причём для появления признака аллели обоих генов должны быть доминантными, то
речь идёт о комплементарности. Гены комплементируют, или дополняют друг друга при формировании этого признака. При этом каждый
из взаимодействующих неаллельных генов в отсутствии другого гена
признака не даёт. Этот случай можно представить в виде следующих
биохимических схем.
Схема А
Схема Б
ген
A
B
ген
a
B
фермент
E
E
фермент
e
E
↓
↓
−
↓
−
↓
реакции S → S → P
реакции S → S → S
На схеме А показана работа двух генов, участвующих в синтезе
некого продукта P, например красного пигмента в лепестках роз. Каждую стадию такого процесса катализируют ферменты (E и E) — продукты доминантных аллелей генов А и В. В лепестках розы бесцветное
вещество S превращается сначала в бесцветное вещество S, а потом
в красный пигмент P. В другом случае, представленном на схеме Б,
когда хотя бы один из генов А или B находится в рецессивной форме,
катализ блокируется на первой (если рецессивен ген А, как показано

Генетика
на схеме) или второй (если рецессивен ген B) стадии. В этом случае
мы не получаем на выходе красный пигмент и по факту увидим розы
с белыми лепестками вместо красных.
А теперь представьте, что мы скрещиваем доминантную дигомозиготу AABB (красную) с рецессивной дигомозиготой aabb (белая).
В первом поколении все гетерозиготы будут красными (AaBb), так
как на обеих стадиях синтеза пигмента есть активные ферменты.
При скрещивании дигетерозигот (AaBb) в F2 мы получаем знакомое
расщепление (см. тему про дигибридное скрещивание):
9A− B− + 3aaB− + 3A− bb + 1aabb.
Обратите внимание на то, что оба гена будут работать только у 
особей из , и поэтому они будут красными, у остальных же будет отсутствовать фермент для катализа одной из стадий, и все они
будут белыми. В итоге мы получаем фенотипическое расщепление
9AB : 7(Ab + aB + ab).
Возможна и другая ситуация: генотипы aaB− и A− bb могут иметь
своё фенотипическое проявление — розовый цвет лепестков, в этом
случае мы получим расщепление 9AB : 6(Ab + aB) : 1ab.
Если же у особей с генотипом A− bb будет пурпурный цвет лепестков, то мы увидим расщепление 9AB : 3Ab : 4(aB + ab), а если вдобавок
к этому особи с генотипом aaB− будут обладать жёлтыми лепестками,
то в F мы получим расщепление 9AB : 3Ab : 3aB : 1ab.
При анализирующем скрещивании расщепления будут иметь вид
1AB : 1Ab : 1aB : 1ab, 1AB : 2(Ab + aB) : 1ab, 1AB : 1Ab : 2(aB + ab) или
1AB : 3(Ab + aB + ab).
Эпистаз — тип взаимодействия, часто противопоставляемый комплементарности. При эпистазе аллель одного из генов подавляет или
маскирует действие аллеля другого гена (или группы генов). При этом
первый ген называется эпистатичным (или геном-супрессором), а гены из второй группы — гипостатичными. Можно выделить разные случаи эпистатического взаимодействия (значок > в данном случае используется для обозначения подавления одним геном — другого): A > B
или B > A — простой доминантный эпистаз; a > B или b > A — простой
рецессивный эпистаз и т. д.
Рассмотрим пример биохимической схемы в случае рецессивного
эпистаза.
Схема А
ген
фермент
A
Схема Б
B
E ← E
↓
↓
реакции S → S → P
ген
фермент
A
b
E ←
+ e
−
↓
реакции S → S → S
. Взаимодействие неаллельных генов

Благодаря функционированию генов A и B бесцветное вещество S
превращается сначала в жёлтый пигмент S, а затем в красный — P
(схема А). Однако в рецессивном состоянии ген B блокирует работу гена A (b > A) (схема Б). Получается, что даже при нормальной функции
гена A мы всё равно получаем бесцветное вещество вместо красного
пигмента.
Задание. Напишите, что получится в F1 и F2 при скрещивании жёлтых (AAbb) и белых (aaBB) роз, если учитывать данный тип взаимодействия.
В случае эпистаза при скрещивании дигетерозигот AaBb в потомстве могут наблюдаться расщепления 13 : 3, 12 : 3 : 1, 9 : 3 : 4 или 9 : 7
(двойной рецессивный эпистаз).
Остальные биохимические схемы, возможные при эпистазе, вы можете продумать самостоятельно. Не забывайте при этом проверять все
свои предположения методом χ 2 .
Стоит ещё упомянуть о таком типе взаимодействия, как полимерия. Различают некумулятивный и некумулятивный типы полимерии.
При кумулятивной полимерии чем больше генов находится в доминантном состоянии, тем ярче выражен признак. Если же признак проявляется при наличии хотя бы одного из доминантных аллелей полимерных генов и при этом число доминантных аллелей не влияет на
степень выраженности признака, то такой тип полимерии называют
некумулятивной.
А теперь предлагаем самостоятельно решить несколько задач на
неаллельное взаимодействие.
Задача 
Дано. При скрещивании серых гуппи с нормальным спинным плавником с белыми, имеющими длинный спинной плавник «шарф», в первом поколении получили серых рыб с плавником «шарф», а в F2 —
следующее расщепление:  серых с плавником «шарф»;  серых
с нормальным плавником;  голубых с плавником «шарф»;  голубых с нормальным плавником;  светлых с плавником «шарф»;  светлых с нормальным плавником;  белых с плавником «шарф»;  белых
с нормальным плавником. Как наследуются признаки? Определите генотипы исходных рыб.
Ответ. Признак окраски тела наследуется двумя генами A и B. Гены
взаимодействуют комплементарно с расщеплением 9 : 3 : 3 : 1. Признак
формы плавника контролируется одним геном — С. Доминирует форма плавника — «шарф». Признаки наследуются независимо. Генотипы
родительских форм — AABBcc (серые гуппи с нормальным спинным
плавником) и aabbCC (белые, имеющие длинный спинной плавник
«шарф»).

Генетика
Задача 
Дано. При скрещивании чёрной нормальношерстной крольчихи
с белым короткошёрстным самцом в F все крольчата чёрные нормальношерстные, а в F получается следующее расщепление:  чёрный нормальношерстных,  голубых нормальношерстных,  белых
нормальношерстных,  чёрных короткошёрстных,  голубых короткошёрстных и  белых короткошёрстных. Определите генотипы родителей и характер наследования окраски и длины шерсти.
Ответ. Признак окраски шерсти наследуется двумя генами (A и B),
взаимодействующими по типу рецессивного эпистаза (a > B или b > A).
Признак длины шерсти наследуется моногенно (ген C). Генотипы родителей: AABBCC и aabbcc.
Задача 
Дано. У лошадей действие генов вороной (С) и рыжей масти (с)
проявляется только в отсутствие доминантного гена D. Если он присутствует, то окраска белая. Какое потомство получится при скрещивании
между собой белых лошадей с генотипом CcDd?
3
3
1
Ответ: 4 белых (C− D− ; ccD− ): 16 вороных (C− dd) : 16 рыжих
(ccdd).
. Популяционная генетика. Закон Харди—Вайнберга
Популяционная генетика занимается изучением распределения частот аллелей в популяциях, а также различного рода изменениями
в генофонде популяций во времени и пространстве. Основная закономерность, позволяющая исследовать генетическую структуру больших
популяций, была установлена в  году независимо друг от друга
английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом.
Закон Харди—Вайнберга гласит: «В популяции из бесконечно
большого числа свободно скрещивающихся особей в отсутствие мутаций, избирательной миграции организмов с различными генотипами и давления естественного отбора первоначальные частоты аллелей
сохраняются из поколения в поколение». Частотой аллеля называют
отношение количества данных аллелей у всех особей к общему количеству аллелей в популяции. Также применительно к данному закону
вместо частоты аллелей часто говорят о частоте генотипов, то есть
доле особей в популяции, характеризующихся данным генотипом.
Таким образом, в популяции, соответствующей закону Харди—
Вайнберга, в первом поколении устанавливается равновесие частот аллелей генотипов (а следовательно, и уровень гетерозиготности), и далее оно не меняется. Закон Харди—Вайнберга устанавливает математическую зависимость между частотами аллелей аутосомных генов
. Популяционная генетика. Закон Харди—Вайнберга

и генотипов, которая выражается следующими формулами:
pA + qa = 1,
p2AA + 2pqAa + q2aa = 1,
где pA — частота доминантного аллеля гена, qa — частота рецессивного аллеля гена, p2AA — частота особей, гомозиготных по доминантному
аллелю, 2pqAa — частота гетерозиготных особей, q2aa — частота особей,
гомозиготных по рецессивному аллелю, то есть частота особей с рецессивным признаком, p2AA + 2pqAa — частота особей с доминантным
признаком, 2pqAa + q2aa — частота особей, в генотипе которых имеется
рецессивный аллель.
У закона Харди—Вайнберга есть существенное ограничение: он работает только в идеальных (или равновесных) популяциях. Равновесными называются такие популяции, в которых выполняются следующие
условия:
• размер популяции достаточно велик (обычно речь идёт о популяциях размером более  особей), в этом случае вероятность изменения частот аллелей за счёт каких-то случайных событий (например,
дрейфа генов ) становится мала;
• имеет место панмиксия, то есть скрещивания происходят случайным образом, а выбор партнёров не зависит от их генотипа;
• все аллели равно влияют на жизнеспособность гамет, и потомки от всех возможных скрещиваний имеют равную выживаемость;
• отсутствует миграция особей, дающая приток или отток аллелей;
• в данной популяции не появляются новые мутации;
• отсутствует отбор (естественный или искусственный);
• поколения не перекрываются во времени, и не образуются родительские пары из особей, относящихся к разным поколениям.
Закон Харди—Вайнберга можно применить при множественном
аллелизме. Для аутосомного гена, представленного тремя аллелями
(А, а и а), можно записать следующую зависимость:
pA + qa1 + ra2 = 1,
p2AA + q2a1a1 + r2a2a2 + 2pqAa1 + 2prAa2 + 2qra1a2 = 1.
А для генов, расположенных в половых хромосомах, формулы закона
выглядят так:
pxA + qxa = 1,
0,5p2 xA xA + pqxA xa + 0,5q2 xa xa + 0,5pxA y + 0,5qxa y = 1.
Рассмотрим следующий пример.

Дрейф генов — это изменения частот аллелей, возникающие вследствие случайности
выборки гамет.

Генетика
Задача 
Дано. В популяционный ящик поместили  самок дрозофилы, гомозиготных по рецессивной мутации bent (загнутые крылья),  самцов,
гомозиготных по доминантной мутации Dichaete (раздвоенные щетинки), и  самцов дикого типа. Других мутаций в обеих использованных
чистых линиях дрозофилы нет. Какую долю популяции во втором поколении в условиях равновесия по Харди—Вайнберга будут составлять
мухи, у которых одновременно загнуты крылья и раздвоены щетинки?
Пояснение. Равновесие по каждому из генов не зависит от других
генов и поэтому в подобных задачах рассматривается отдельно. При
этом гены будут комбинироваться случайно исходя из получившихся
равновесных частот. И самцы, и самки вносят одинаковый вклад в генофонд, поэтому неважно, от каких особей (самок или самцов) «приходят» аллели генов.
Решение.
Рассмотрим каждый ген в отдельности.
. Ген bent.
Частота аллеля bent будет qb = 0,5, т. е. самки вносят половину
вклада в генофонд потомства. Частота гомозигот по bent в F2 будет
q2bb = 0,25.
. Мутация Dichaete (ген D).
Частоту мутации определим следующим образом:
8
pD = (8 + 12) · 2 = 0,2.
Теперь найдём долю мух с раздвоенными щетинками:
p2DD + 2pqDd = 0,22 + 2 · 0,2 · 0,8 = 0,36.
. Определим долю мух с загнутыми крыльями и раздвоенными щетинками как произведение частот особей по каждому признаку:
q2bb · (p2DD + 2pqDd ) = 0,25 · 0,36 = 0,09.
Ответ. Доля мух с загнутыми крыльями и раздвоенными щетинками составляет , от всех особей популяции.
. Советы по решению олимпиадных задач
. В первую очередь внимательно прочитайте условие. Определите объект задачи, чтобы понять, применимы ли к нему те или иные
закономерности в соответствии с особенностями объекта (например,
отсутвтие кроссинговера у самцов дрозофил, инверсия гомо- и гетерогаметных полов у птиц и бабочек и т. д.).
. Советы по решению олимпиадных задач

. Обратите внимание на указанный в условии тип скрещивания:
анализирующее — значит, происходит скрещивание с рецессивной гомозиготой; прямое/обратное — скорее всего, один или более признаков сцеплены с полом, и т. д. В условии могут быть указаны гены,
отвечающие за признак, поэтому не забывайте, что писать генотипы
родителей и потомства в выводе нужно с использованием обозначений
именно этих генов.
. Определите число анализируемых признаков. Наследование каждого признака при полигибридном скрещивании следует рассматривать отдельно.
В задачах на сцепленное наследование и картирование хромосом
наследование генов следует рассматривать попарно, но только после
анализа наследования по каждому из признаков.
. Используйте метод χ 2 , только если это указано в задании, потому что он отнимает достаточно много времени, которое на практическом туре жёстко лимитировано.
. При решении задач полезно писать в черновике схемы скрещиваний (или родословные древа), а также биохимические схемы в случае
задач на взаимодействие неаллельных генов.
. Для определения возможных типов гамет, получаемых от родителей в задачах по сцепленному наследованию генов, удобнее писать
обозначения генов на хромосомах (как на рис.  и ).
Список литературы
. Инге-Вечтомов С. Г. Генетика с основами селекции. СПб.: Издательство Н-Л, .
. Клаг У. , Каммингс М. Основы генетики. М.: Техносфера, .
. Глазер В. М. , Ким А. И. , Орлова Н. Н. , Удина И. Г. , Алтухов Ю. П. Задачи по современной генетике. М.: Университет, .
. Крестьянинов В. Ю. , Вайнер Г. Б. Сборник задач по генетике с решениями. Саратов: Лицей, .
. Максимова Н. П. Курс лекций по генетике. Часть . Законы наследственности. Минск: БГУ, .
Об авторах
Биосистематика
Гмошинский Владимир Иванович, кандидат биологических наук, старший
преподаватель кафедры микологии и альгологии биологического факультета
МГУ. Область научных интересов: изучение видового разнообразия миксомицетов, а также особенностей биологии и экологии этой группы организмов.
Биохимия
Зотова Евгения Дмитриевна, серебряный призёр Международной биологической олимпиады (Корея, ), выпускница факультета биоинженерии
и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова, аспирант и младший научный
сотрудник Института биологии гена РАН. Занимается подготовкой школьников к биологическим олимпиадам всероссийского и международного уровня
по направлениям биохимия, генетика и молекулярная биология.
Лавренова Виктория Николаевна, двукратный серебряный призёр Международной биологической олимпиады (Сингапур, ; Швейцария, );
трёхкратный победитель Всероссийской олимпиады школьников по биологии
(– гг.); трёхкратный призёр Всероссийской олимпиады школьников по
химии (– гг.); студентка -го курса кафедры биохимии биологического
факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, научная работа посвящена изучению
роли Na+ , K+ -АТФазы в функционировании клеток и проведении сигналов.
Микробиология
Звонарёва Елена Сергеевна, выпускница и ныне аспирант биологического
факультета МГУ им. М. В. Ломоносова, кафедра микробиологии; также выпускница факультета педагогического образования МГУ. Научные интересы — микробиология и биотехнология, физиология человека и животных. , 
годы — победитель Всероссийской олимпиады школьников по экологии. С 
года участвует в подготовке московских школьников к региональному и заключительному этапам Всероссийской олимпиады школьников по биологии (по
направлению микробиология).
Клеточная биология
Шеваль Евгений Валерьевич, доктор биологических наук, старший научный
сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозёрского МГУ.
Голышев Сергей Александрович, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии им. А. Н. Белозёрского
МГУ.
Гистология
Ганчарова Ольга Сергеевна, научный сотрудник отдела патоморфологии
ВЭК ООО «НИИ Митоинженерии МГУ»; младший научный сотрудник лаборатории биомедицины отдела сигнальных систем клетки НИИ ФХБ им. А. Н. Белозёрского; преподаватель практикума по гистологии факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова.
Об авторах

Ботаника высших растений
Вислобоков Николай Александрович, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник кафедры высших растений биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова. Область научных интересов: эволюционная
морфология и анатомия цветка, систематика растений Юго-Восточной Азии.
Участвует в подготовке сборной города Москвы к Всероссийской олимпиаде
школьников по биологии по направлению «Ботаника высших растений». Член
авторского коллектива олимпиады «Ломоносов».
Физиология растений
Кузнецова Светлана Анатольевна, кандидат биологических наук, преподаватель высшей квалификационной категории, победитель конкурса педагогического мастерства «Золотая астра» в номинации «Лучший преподаватель»
( г.), место работы — ГБПОУ Департамента здравоохранения города Москвы «Медицинский колледж № » (ГБПОУ ДЗМ «МК № »). Область научных
интересов — гормональная адаптация растений к стрессу.
Анатомия беспозвоночных
Тиунова Мария Владимировна, закончила кафедру зоологии беспозвоночных биологического факультета МГУ и педагогический факультет МГУ. Работает учителем биологии в школе «Интеллектуал», принимала участие в подготовке победителей и призёров разных уровней Всероссийской олимпиады по
биологии и других олимпиад, в организации выездных лагерей и практик.
Анатомия позвоночных
Литвинова Елена Михайловна, кандидат биологических наук, научный
сотрудник кафедры зоологии позвоночных биологического факультета МГУ
им. М. В. Ломоносова. Область научных интересов: поведенческая экология
и коммуникация млекопитающих.
Анатомия человека
Синёва Ирина Михайловна, кандидат биологических наук, ассистент кафедры антропологии биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова.
Участвует в подготовке сборной города Москвы к Всероссийской олимпиаде
школьников по биологии по направлению «Анатомия человека», а также в подготовке и проведении регионального этапа Всероссийской олимпиады в городе
Москве.
Физиология человека
Сутормин Дмитрий Александрович, обладатель золотой медали (-е место
в абсолютном зачёте) Международной биологической олимпиады ( г.).
Студент -го курса факультета биоинженерии и биоинформатики МГУ
им. М. В. Ломоносова. Область научных интересов: роль топоизомераз в организации бактериальных хромосом, поиск новых антибиотиков, резистентность микроорганизмов.
Гафуров Азамат Рамилевич, двукратный призёр Всероссийской олимпиады
школьников по биологии ( и  гг). Студент -го курса факультета био-

Об авторах
инженерии и биоинформатики МГУ им. М. В. Ломоносова. Область научных
интересов: структурно-функциональная организация хроматина.
Абовян Леван Арташесович, неоднократный абсолютный победитель Всероссийской олимпиады школьников по биологии, серебряный призер Международной биологической олимпиады ( г.). Выпускник факультета фундаментальной медицины МГУ им. М. В. Ломоносова. Врач-хирург, преподаватель
центра повышения квалификации медицинских работников научно-клинического центра ОАО «РЖД» (Москва). Член Центральной методической комиссии
Всероссийской олимпиады школьников по биологии.
Генетика
Лавренов Антон Русланович, кандидат биологических наук, младший научный сотрудник кафедры генетики биологического факультета МГУ, по совместительству младший научный сотрудник Института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцова.
Кузьмин Илья Владимирович, кандидат биологических наук, ассистент кафедры генетики биофака МГУ, по совместительству младший научный сотрудник ГНЦ РФ Института медико-биологических проблем РАН.
Авторы иллюстраций (помимо авторов разделов):
Биосистематика, рис. , , – — Н. И. Киреева
Ботаника высших растений, рис.  и  — Е. А. Кузьмичева
Анатомия беспозвоночных, рис. – — В. И. Гмошинский, Н. И. Киреева
Физиология человека, рис.  и  цветной вклейки — А. В. Андреева
Физиология человека, рис.  — Бубнов В. Г., Бубнова А. В.