Павел Можаев (mevamevo) wrote,
Павел Можаев
mevamevo

Categories:

О вкладе Кельвина в гистологию

Могли ли вы себе представить, что лорд Кельвин (Уильям Томсон, барон Кельвин) кроме своих всем известных открытий в области физики (единицу измерения физической величины, знаете ли, в честь кого попало не называют!) оставил определённый след ещё и в биологии, точнее — в гистологии? В данном случае речь идёт не о заблуждениях Кельвина в отношении теории эволюции (он ошибочно считал, что Солнце не могло существовать достаточно долго, а возраст Земли оценивал лишь в 20-40 миллионов лет, следовательно, «для эволюции просто не было времени»; ну, для уровня тогдашних физических представлений и вообще научной парадигмы тех времён это ещё было более-менее простительно; сейчас — уже явно нет, разумеется), а о вполне реальном/вменяемом вкладе, пусть и косвенном. Даже я, изучавший гистологию (раздел морфологии, изучающий тонкое/микроскопическое строение тканей живых организмов) два семестра, не мог себе такого представить. Но, как говорится, век живи — век учись!

Ниже я приведу (с микроскопическими редакциями и незначительными сокращениями, ничуть не искажающими общий смысл) занятный пассаж из переводного («Гистология», в пяти томах, изд. «Мир», Москва, 1983) учебника по гистологии авторства канадцев А. Хэма и Д. Кормака (перевод был выполнен с восьмого издания этого учебника от 1979 года). Понятно, что с тех пор гистология и медицина шагнули далеко вперёд, но описываемых ниже фактов я лично в своих более современных учебниках не встречал (полагаю, в данном вопросе ничего не поменялось). Уверен, даже медикам будет интересно! А для немедиков я приведу небольшое вступительное пояснение.

Для начала уточню, что в приводимом ниже фрагменте обсуждается вопрос о строении рогового слоя так называемой «толстой кожи» (классические примеры, где у нас имеется именно такой тип строения покровного эпителия, — это кожа ладони и подошвы). Чтобы немедикам стало понятней, о чём идёт речь (медики должны быть в курсе уже на втором курсе, уж простите за непреднамеренный каламбур), сначала дам пояснение. Если совсем кратко, то кожный эпителий («поверхностная», «покрывающая» ткань) в этих областях состоит из пяти различимых уже под световым микроскопом слоёв: если двигаться изнутри наружу, то сначала находится так называемый зачáтковый/базáльный слой (именно его клетки всё время делятся, давая начало всем последующим слоям и позволяя эпителию постоянно обновляться), затем идёт шиповáтый слой (тут клетки из начальной цилиндрической формы начинают принимать многоугольную форму с приметными «выступами», из-за чего слою и дали такое название), затем зернистый слой, затем блестящий слой (да, это термин такой; на микрофотографиях он тонок, но выделяется своей яркостью, сиречь отражательной способностью) и, наконец, роговóй слой (тут клетки уже отмирают, сильно уплощаясь и мало-помалу превращаясь в чешуйки, которые регулярно слущиваются/отделяются; на их место постоянно приходят другие клетки «из глубины», затем и «новые» клетки отмирают, сменяясь ещё более новыми).

До сих пор шли лишь общеизвестные вещи. А теперь — интересный эксклюзив! Далее пойдёт цитата из уже упомянутого источника.

——— Начало цитаты ———

    Как уложены чешуйки рогового слоя
Любой, кто пытался поместить в холодильник как можно больше коробок, бутылок и банок, знает, как много места теряется впустую, когда стараешься компактно уложить твёрдые предметы. Та же проблема возникает и применительно к клеткам, но большей частью она решается за счёт того, что они достаточно «мягкие» и способны принимать формы, соответствующие их окружению. Однако вопрос становится более серьёзным в отношении рогового слоя, потому что в этом слое клетки, ороговевая, становятся более жёсткими. Кроме того, чтобы роговой слой мог быть непроницаемым, например для воды, чешуйки должны плотно прилегать друг к другу так, чтобы между ними не оставалось промежутков.

Как пишет Ментон (Menton D., 1976), лишь недавно было установлено, что чешуйки рогового слоя лежат одна на другой, образуя вертикальные колонки, а края каждой чешуйки в колонке накладываются на края соседних чешуек таким образом, что свободных пространств между ними не образуется. Для этого требуется, чтобы чешуйки имели особую геометрическую форму, в связи с чем в дальнейшем описании мы должны упомянуть лорда Кельвина, одного из самых выдающихся физиков прошлого [то есть девятнадцатого — mevamevo] века. Студентам, вероятно, будет интересно узнать, что этот великий учёный, внёсший значительный вклад в физику, был известен ещё и тем, что относился к своим ученикам с величайшей добротой и находил особое удовольствие в том, чтобы отметить участие в научной работе даже самых скромных своих помощников. К нашему вопросу имеет отношение тот факт, что, как указывает Ментон, Кельвин на основании своих исследований жидких плёнок установил, что из всех многогранников наиболее «экономными» являются 14-гранники (тетрадекаэдры): их можно уложить в пространстве без свободных промежутков между ними [ну, самый простой способ уложить геометрические тела в колонки — это просто ставить кубы друг на друга; пространство можно заполнить без промежутков ещё и параллелепипедами, и тетраэдрами, но в данном случае авторы ведут речь не о чистой геометрии, а о возможности клеток «подгоняться» к нужному пространственному распределению с сохранением надёжной связи друг с другом, см. детали ниже; клетки, как известно даже негистологам, геометрии в школе не изучали — mevamevo].


Микрофотография кожи, взятой с ушной раковины мыши; увеличение x650 (Menton, 1976).
Обратите внимание на расположение клеток колонками (стопками). Обратите внимание и на то, как именно клетки каждой колонки «стыкуются» с клетками соседних колонок. Фото переснято из упомянутого выше источника.

Ментон отмечает, что тетрадекаэдр — это единственное геометрическое тело, которое можно уложить в правильные колонки так, чтобы грани этих колонок ещё и «вставлялись» своими выступами в промежутки между гранями соседних колонок. Как выяснилось, чешуйки рогового слоя представляют собой именно уплощённые тетрадекаэдры. Одна из моделей, описываемых Ментоном, показана на рисунке ниже. Следует заметить, что основания каждой чешуйки имеют форму когда более, когда менее правильного шестиугольника. Между верхней и нижней поверхностями каждого тетрадекаэдра имеется характерный V-образный выступ. Этот выступающий V-образный край будет хорошо подходить к поверхности, имеющей углубление аналогичной формы; именно такое углубление и будет образовываться, если сложить «колонками» клетки аналогичной формы. Именно так клетки соседних колонок оказываются идеально подогнанными одна к другой.


Модель, иллюстрирующая «упаковку» клеток рогового слоя в колонки (Menton, 1971).
Фото переснято из упомянутого выше источника.

Каким именно образом получается, что клетки в роговом слое занимают столь специфическое положение, остаётся неясным. Одним из способствующих факторов, возможно, является то, что внешняя часть рогового слоя достаточно плотная, отчего клетки, «выталкивающиеся» снизу, будут подвергаться определённому давлению. Этого, вероятно, достаточно, чтобы они уплощались и принимали шестиугольную форму, если смотреть сверху. Одна из гипотез говорит о том, что такое давление может приводить к тому, что по крайней мере несколько клеток вблизи поверхности начнут накладываться друг на друга в виде уплощённых тетрадекаэдров. Сначала это может произойти совершенно случайно, но сразу после формирования подобной структуры она [структура] может приобрести «общий» характер: такое расположение начнут «автоматически» принимать и другие клетки, которые выталкиваются снизу вверх, при условии, что они всё ещё достаточно мягкие и могут принимать упомянутую форму.


Микрофотография эпидермиса уха мыши на уровне зернистого слоя; увеличение x730 (Menton, 1976).
Видно, что уже на уровне зернистого слоя клетки начинают приобретать (на поперечном сечении) характерную форму, приближающуюся к шестиугольной. Фото переснято из упомянутого выше источника.

——— Конец цитаты ———

Вот оно как, оказывается! В конце могу добавить, что упоминание Кельвина в данном контексте явно не является лишь «специфической деталью» именно этого учебника. При поверхностном гугло-поиске сразу нашлась как минимум ещё одна научная статья (от 2016 года) с тем же посылом и с упоминанием Кельвина уже в названии: Epidermal cell turnover across tight junctions based on Kelvin's tetrakaidecahedron cell shape. Никуда не уйти от физики, так что слава физике!

Спасибо за внимание! Надеюсь, вы узнали что-нибудь интересное! :)

Tags: умности
Subscribe

  • Очередная ЧГК-подобная загадка

    Уважаемые знатоки! Все вы, безусловно, слышали это симфоническое произведение (ну, как минимум — его фрагменты), написанное по мотивам расхожего…

  • Котики :)

    Давненько в этом блоге не было котиков! :) А тут — мало того, что нафоткал кое-кого в свой недавний визит в Ялту, так ещё и, разбирая старые…

  • Пролетевшие Персеиды

    Вчера Персеиды для меня пролетели во всех смыслах. Днём в Симферополе было пасмурно, прошёл дождик (пусть и небольшой, но любая лишняя влажность…

  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

  • 6 comments