Чем мир держится?
Шрифт:
На сравнении жителей суши и жителей моря довольно легко увидеть некоторые весьма весомые преимущества водной среды. Прежде всего энергетические. На суше приходится бороться с собственной массой. В воде за тебя работает закон Архимеда. Недаром до сих пор при всех достижениях автомобилистов и железнодорожников, не говоря уже об авиации, самыми дешевыми остаются водные перевозки грузов. И паровой двигатель был поставлен сначала на корабль, а уже потом на повозку, поскольку тут требовалось потратить меньше энергии на единицу расстояния. И все из-за закона Архимеда, а закон Архимеда, как известно, действует постольку, поскольку на воду действует земное притяжение.
До глубокой мысли надо подняться.
Жизнь на Земле, как полагают биологи (во всяком случае огромное их большинство), возникла в океане и лишь потом перебралась и на сушу, сумев приспособиться к новым условиям, среди которых немаловажное значение имел вес. Но снова и снова виды живых существ, сформировавшиеся на суше, возвращались в воду. Однако за это приходится расплачиваться. Оказавшийся на отмели во время отлива кит не всегда может дождаться прилива. Он буквально оказывается полураздавленным собственной массой. Его мышцы еле-еле способны раздвинуть ребра, освобождая место расширяющимся при каждом вдохе легким. Не только мышцы, скелет, кровь, все жизненно важные системы китообразных приспособились за время долгой эволюции в водной среде к практическому отсутствию веса.
Экспедиция знаменитого исследователя морских глубин Кусто как-то наткнулась на застрявшего на мели китенка. Его понадобилось для лечения и перевозки поднять на борт. Но «поднять кита из воды — дело мудреное. Даже новорожденный китенок может сломаться от собственного веса без равномерной опоры». Пришлось сделать что-то вроде гамака и подвести под туловище животного. Именно исследование существ, живущих в воде, стало ключом к пониманию роли земного притяжения для жизни. Судя по всему, выходящим на сушу морским животным пришлось когда-то перестроить свой организм для «борьбы» с собственной массой не в меньшей, даже в гораздо большей степени, чем для перехода на новую, легочную форму дыхания. Последнее коснулось прежде всего перестройки дыхательного аппарата и до некоторой степени механизма кровообращения, первое — всего организма. Профессор П. А. Коржуев пишет в книге «Эволюция, гравитация, невесомость»: «Эволюция наземных животных представляет в основном эволюцию приспособлений, направленных на преодоление сил гравитации».
И эту мысль профессора Коржуева отнюдь нельзя назвать тривиальной, хотя может показаться, что данный факт очевиден. Как ни странно, сравнительно немногие мыслители обращали внимание на эту сторону эволюции.
Константин Эдуардович Циолковский специально рассмотрел еще в 1882 году проблему соотношения размеров обитаемой планеты и размеров ее обитателей. Он писал: «Будь иная сила тяжести на нашей планете, и размер наиболее совершенных людей, как, впрочем, и всех других существ, изменился бы».
Англичанин Крукс в 1897 году констатировал, что форма животных определена силой земного тяготения, исключения относятся только к водным животным. Стоит, впрочем, добавить, что если не о заданности размеров живых существ тяготением, то о верхнем пределе, который поставила тяжесть этим размерам, очень убедительно говорил еще Галилей: «…природа не может произвести деревьев несоразмерной величины, так как ветви их, отягощенные собственным чрезвычайным весом, в конце концом сломались бы. Равным образом невозможно представить себе костяка человека, лошади или другого существа слишком большой величины, который бы держался и соответствовал своему назначению, достигнуть чрезвычайной величины животные могли бы только в том случае, если бы вещество их костей было значительно прочнее и крепче, нежели обычные, или же если бы кости их изменились, соразмерно увеличившись в толщину, отчего животные по строению н виду производили бы впечатление чрезвычайной толщины. Это, возможно, уже было подмечено тем проницательнейшим поэтом, который, описывая великана, говорит: нельзя было сказать, насколько он был высок, так все в нем было непомерно толсто».
А дальше Галилей
В 1960 году в нашей стране была издана книга биолога В. Я. Бровара «Сила тяжести и морфология животных».
Ее главная идея: «…всякое живее существо взаимодействует с силовым полем. С момента возникновения и на всем протяжении своего онтогенетического [19] развития, связанного с изменением внешней формы и положения частей внутри целого, организм находится под влиянием тяготения».
19
Онтогенез — развитие конкретного организма, в отличие от филогенеза — развития вида, рода, семейства и т. д.
Сейчас широко разрабатывает проблемы влияния гравитации на конкретные органы и системы организма профессор П. А. Коржуев. Новый подход позволяет, по мнению ученого, понять наконец ряд фактов эволюции — фактов, которые до сих пор не получали убедительного объяснения. Чтобы осмыслить их, полагает Коржуев, прежде всего надо анализировать работу костно-мышечной системы, «так как скелет и мускулатура — наиболее эффективные механизмы преодоления сил гравитации». Мускулатуру для преодоления этих сил нужно обеспечить достаточным количеством энергии, и организму пришлось совершенствовать ее выработку в процессе эволюции.
Производство энергии в организме тесно связано с кровоснабжением органов — ведь именно кровь доставляет в ткани необходимый им кислород. У рыб кровь образуется прежде всего в селезенке и почках. Уже у амфибий появился новый кровотворный орган — костный мозг, причем, собственно, в качестве кровотворного органа выступает скелет в целом, трубчатые кости вместе с заключенным в них костным мозгом.
Эволюция отказалась от усиления кровотворной деятельности старых органов, изготовляющих кровь, — почек и селезенки. «Биологически целесообразно было перемещение очагов кроветворения в те структуры, которые воспринимают всю мощь воздействия сил гравитации в наземных условиях. Такой структурой является скелет. Весь скелет или его отделы… воспринимая нагрузку, автоматически могут регулировать деятельность очагов синтеза гемоглобина».
Профессор Коржуев сравнил отношение массы скелета к массе тела у разных животных и массовое соотношение между собой различных частей самих скелетов у разных же животных. Результат оказался чрезвычайно любопытен. Самый легкий скелет, естественно, у рыб. Самый тяжелый (в среднем) у птиц и млекопитающих, хотя отдельные виды этих классов «сумели» сильно облегчить себя — до рыбьего уровня. Однако это относится, вопреки общепринятым представлениям, отнюдь не к летунам. Среди птиц своеобразный рекорд понижения массы скелета поставила малоподвижная пекинская утка, существо домашнее. У нее скелет по массе составляет только десять процентов массы тела. У ее дикой родственницы кряквы доля скелета в массе тела поднимается уже до одиннадцати и двух десятых процента. А у крачки обыкновенной — почти до восемнадцати процентов.
Скелет малоподвижной морской свинки дает пять с половиной процентов массы тела (абсолютный нижний рекорд в таблице Коржуева), зато у летучих мышей доля скелета поднимается до семнадцати, девятнадцати и двадцати двух процентов общей массы.
Мы привыкли считать, что скелет птиц облегчается благодаря утоньшению стенок трубчатых костей и другим способам, изобретенным природой. С одной стороны, это верно, но облегчение, как видим, не абсолютно. Чтобы летать, нужен мощный скелет.
Мы знаем, какие отличные прыгуны лягушки. Так вот, у травяной лягушки задние конечности дают почти половину массы скелета, шестьдесят четыре процента всей мускулатуры связано у травяной лягушки с задними конечностями — вот что делает ее такой подвижной.