Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях - Ханнс-Кристиан Гунга
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
После того как 3,7 млрд лет назад на Земле возникла жизнь и в течение следующих 1,5 млрд лет господствующими жизненными формами в практически бескислородной среде были археи и бактерии, лишенные клеточных ядер, на сцену – около 2,5 млрд лет назад – выступили фотосинтезирующие эукариотические водоросли. То, что в истории Земли последовало за «великим кислородным событием», геологи и палеонтологи называют «скучным миллиардом». Это название укрепилось в науке о Земле, так как этот временной промежуток, длившийся с момента 1,8 млрд до 0,8 млрд лет назад, отличался необычной тектонической и климатической стабильностью. То же считается справедливым и для биологической эволюции. Правда, многие ученые высказывают сомнение относительно такой трактовки биологической эволюции на основании выполненных ими геохимических исследований окаменелостей протерозойского периода. Результаты исследований указывают на то, что в этот период произошло возникновение многоклеточных организмов, полового размножения, а также первой великой дифференциации эукариотических организмов. Ученые исходят из того, что средний протерозой (1,4–1,8 млрд лет назад) характеризовался недостатком питательных веществ и незаменимых следовых элементов. Это обстоятельство эволюционного давления на живую природу и стало причиной биологических инноваций в царстве эукариотических организмов. К таким новациям относится и так называемый эндосимбиоз, в ходе которого одноклеточные прокариоты были вынуждены вступать в симбиотические отношения, что, вероятно, и привело к образованию эукариотических клеток, и эти организмы стали третьим доменом жизни наряду с бактериями и археями; к этому третьему домену принадлежим и мы с вами.
Эти эукариотические клетки обладают истинным ядром, окруженным мембраной. Внутри эукариотической клетки вокруг ядра обнаруживается сложная компартментализация, то есть разделение на отдельные участки или области (компартменты), при этом разные части выполняют разные функции и решают разные задачи. В эукариотических клетках обнаруживаются так называемые 80S-рибосомы, которые играют важнейшую роль в синтезе белков. Это указывает на то, что все эукариотические клетки – в том числе и наши – происходят от общего анаэробного предка, который когда-то, в период «скучного миллиарда», за счет эндоцитоза, или поглощения, принял в свое лоно аэробные бактерии. В дальнейшем из них развились митохондрии, энергетические станции нашего организма; эти станции, например, обеспечивают энергией мышцы ваших рук, с помощью которых вы сейчас можете перелистнуть страницу, чего пока что делать не следует.
В течение «скучного миллиарда» постепенно происходило увеличение запасов и концентрации питательных веществ и незаменимых следовых элементов в первобытном океане, что обеспечило в конечном счете прорыв многоклеточных организмов. Этот прорыв имел взрывоподобный характер и совершился в начале кембрия, 570 млн лет назад. В морях в течение следующих 40 млн лет возникли новые многоклеточные организмы с различным планом строения: черви, моллюски, членистоногие и пикайя, предок всех позвоночных. Ископаемые окаменелости этого в высшей степени интересного периода эволюции, «кембрийского взрыва», к сожалению, очень редки. Самое, пожалуй, знаменитое место такого рода – это Берджесские сланцы в Канаде. В последние годы было найдено еще несколько таких мест в Китае. Как в Канаде, так и в Китае была обнаружена пикайя, ранний предок позвоночных или хордовых животных. Главным путем развития в этой ранней фазе кембрийского взрыва стал симметричный план строения тела, то есть такого строения, при котором одна половина тела – зеркальное отражение противоположной. Кроме того, параллельно этому плану строения развилась сердечно-сосудистая система кровообращения. У одноклеточных в связи с малым расстоянием обмена с окружающей средой снабжение питательными веществами происходит путем диффузии. У больших организмов обмен веществ таким способом невозможен; он продолжался бы недопустимо долго. Приведем наглядный пример: для того чтобы насытить на 90 % кислородом цилиндр ткани диаметром в тысячную долю миллиметра, требуется одна тысячная доля секунды. Если же диаметр цилиндра равен 10 мм, то для такого же насыщения требуется уже три часа. Человеческому организму для того, чтобы кислород диффундировал от кончиков пальцев ног до головы или обратно, потребовалось бы много лет. Однако в ходе эволюции от одноклеточных к многоклеточным организмам был сделан исключительно важный шаг; за счет сердца и системы кровообращения стал возможным транспорт в организм кислорода и питательных веществ, и удаление из организма ненужных и вредных продуктов жизнедеятельности. Для транспорта кислорода превосходно подходит молекула гемоглобина, содержащая в себе атом железа, способный обратимо связывать молекулы кислорода. Молекула гемоглобина существовала уже до кембрийского взрыва. Согласно данным генетических исследований, функцию переноса кислорода в организмах он приобрел около 530 млн лет назад и до сих пор выполняет ее в наших организмах.
Первые позвоночные животные, такие как пикайя, не обладали прочным, окончательно сформированным скелетом; скорее устойчивость их телам придавал наружный панцирь. В ходе эволюции этот панцирь регрессировал, а внутренний скелет, наоборот, стал более устойчивым. Пикайя вымерла уже в кембрии, но здравствующий до сих пор ланцетник характеризуется некоторым сходством с этим первым представителем позвоночных или хордовых животных. Подобно пикайе, ланцетник обладает гибкой, но прочной структурой в спине, которую считают ранней хордой или зачатком позвоночника. Пикайя имела голову, хвост и сегментированную мускулатуру вдоль симметрично организованного тела. У нее был рот, кишечник и нервная система. Как и у ланцетника, у пикайи уже была замкнутая система кровообращения и органные структуры, выполнявшие функции печени и почек. Это может показаться удивительным, но в этом отношении они очень близки к нам. Так, на четвертой неделе эмбрионального развития человека наблюдают возникновение хрящевой трубки, а именно хорды, которая позднее превращается в спинной мозг и позвоночник. То, что мы сегодня наблюдаем в виде желеобразной массы между телами позвонков и называем межпозвоночными дисками, есть остаток желеобразной хорды, который придает известную гибкость позвоночнику, а при избыточных нагрузках причиняет боль в результате заболевания, известного под названием грыжи межпозвоночных дисков.
Наконец, 420 млн лет назад появились первые представители костных рыб, которых можно поделить на две большие группы – лучеперые рыбы и лопастеперые рыбы. К последним, согласно современной систематике, относятся все наземные позвоночные, в том числе и мы с вами. Поэтому очень важно знать историю развития этой группы костных рыб. Представители этого класса позвоночных животных отважились выйти на сушу около 380 млн лет назад, это была грандиозная веха в эволюции жизни, сравнимая с высадкой на Луне. Растения сделали этот шаг на 20–30 млн лет раньше, в нижнем девоне. Об этом свидетельствуют палеоботанические находки в Шотландии, Норвегии, а также – обратите внимание! – в районе Вупперталя и Эльберфельда. Здесь был обнаружен и впервые описан Asteroxylon elberfeldense – одно из первых вымерших наземных растений, которое считается предком плаунов.
Первыми из воды вышли
