Лоция будущих открытий: Книга обо всём

Гуревич Георгий Иосифович

Факты. Фактов — море: растения, животные, бактерии, водоросли, амебы и жгутиковые, инфузории, черви, раки, насекомые, ящерицы и змеи, птицы, звери, люди, органы дыхания, пищеварения, движения, ткани и клетки, рибосомы, митохондрии, гены, белковые молекулы…

Факты общеизвестны, Но по какому порядку их расставить? Выбираем ось.

Расстановка. Пространственный принцип расстановки живых существ не оказался плодотворным. Все типы и все классы животных обитают почти во все регионах планеты. Давая зоо–географический обзор, мы вынуждены были бы многократно повторяться.

Естественно было бы, развивая таблицу масс, расставлять и живые существа по массе. Действительно, есть резкое различие в размерах между вирусами, безъ'ядерными (бактериями и др.), ядерными одноклеточными, а также и многоклеточными. Объясняется

оно просто: крупному животному надо больше пищи, оно должно уметь ее добывать, для добычи должно быть все совершеннее, все сложнее, все лучше приспособлено. Но прямолинейная зависимость между размерами и совершенством нарушается, когда природа изобретает самостоятельное движение. Тут начинает играть роль подвижность–неподвижность. На суше рекордсмены размеров — деревья. Ни один зверь размером с сосну не мог бы волочить по земле свое тело. Для движения же важна среда. Труднее всего поднять тело в воздух, и птицы оказались заметно меньше зверей; самые крупные из птиц — нелетающие. В свою очередь, в воде благодаря закону Архимеда перемещаться заметно легче, чем на суше, и киты — рекордсмены по весу — заметно превосходят и слонов, и вымерших индрикотериев и даже динозавров. В пределах же одной среды все решало совершенство организма. Киты — сверхгиганты класса млекопитающих — заметно массивнее и гигантских рыб — китовых акул, и гигантских пресмыкающихся — крокодилов и гигантских моллюсков — спрутов. В результате всех этих многообразных факторов и вещественная ось масс не может быть для нас надежным измерителем. Предпочтем ось времени — на ней история развития яснее всего.

Обзор. Если когда–нибудь части этой книги будут превращаться в тома, я изложу истории жизни подробнее. Сейчас же, опасаясь деталями затемнить ход мыслей, упоминаю только самое необходимое. Тем более что история жизни на Земле не проста, не прямолинейна. Как видно на табл.10, она напоминает ветвистое многоствольное дерево, у которого первые сучья обломаны, а боковые ветви превращаются в могучие стволы, соревнующиеся между собой в росте и совершенстве.

Вначале был суп из органических молекул. В супе том из простых молекул возникали сложные, в том числе пептиды и нуклеотиды, а из них — цепочки белков и нуклеиновых кислот. Неведомо, что было раньше — курица (белок) или–яйцо (ДНК). Возможно, жизнь началась с их брака, с соединения активного и непрочного белка с надежной памятливой ДНК. Потом возникли комплексы молекул; к помнящим и активным присоединялись защитные, связующие, запасные (жиры)… Польза единения с разделением труда. Целый мешок молекул. Бактерия близка к этакому мешку.

Уже на уровне бактерии природа изобрела размножение. Если пищи было вдоволь, выгоднее было кормиться в разных местах, тогда бактерии делились и расходились. Если же пищи не хватало, бактерии сливались. Называется это конъюгацией. От нее произошло оплодотворение, сначала бесполое, точнее — равно–полое, обмен генами.

От бактерий пошли одноклеточные — простейшие, хотя и не такие уж простые, даже очень сложные существа со специализированными органеллами: ядром, штабом клетки, ведающим наследственностью, митохондриями — энергостанциями клетки, рибосомами — фабриками белка, вакуолями пищеварительными, выделительными, оболочкой. Одноклеточные в тысячи раз больше бактерий, им требуется в тысячи раз больше пищи, необходимо активное движение к пище, и появились органеллы движения — усовершенствованные жгутики или реснички–весельца. Движение предпочтительнее направленное, не куда попало, не натыкаться на пищу, а догонять. Для направленности же нужна чувствительность, молекулы–глазки, свет ощущающие.

Где–то между бактериями и клетками природа сделала и еще одно величайшее изобретение — открыла новый источник энергии. До того использовалась только энергия брожения, энергия распада крупных молекул. Теперь пошла в ход и энергия солнечных лучей. От животного мира откололся растительный.

Растительность, расщепляя углекислый газ, насытила воду и воздух свободным кислородом. Возникла еще одна возможность — использовать энергию окисления, заметно более щедрую, чем энергия брожения, и более насыщенную, чем солнечная.

Отметим, что здесь природа изобрела аккумулятор, который техника по сей день не сумела повторить. Ведь солнечные лучи сами по себе не способны отщепить кислород.

В хлорофилле зеленого листа энергия лучей накапливается Другой подобный химический аккумулятор находится в мускулах — это АТФ. Следующий этап — появление многоклеточных.

Отмирая, плавающие клетки падали на дно. На дне их тельца могли поедать другие клетки, неподвижные, такие, как кораллы. Среди этих сидней возникло естественное разделение труда: наружные глотали и прикрывали, внутренние переваривали и размножались. От сросшихся колоний неподвижных клеток произошли многоклеточные, в том числе сидячие, вроде гидры, а также и свободно плавающие — медузы.

Кораллам, как и деревьям, органы чувств были ни к чему, ни к чему и срочная сигнализация, а медузе, путешествующей по опасному морю, она потребовалась. И появились нервы — первоначально для сигнала тревоги.

В дальнейшем система сигнализации совершенствовалась: образовались нервные узлы, брюшной мозг, а затем и головной. Но о связи и управлении в организме подробный разговор в следующем разделе книги.

Совершенствовались и все другие органы.

Органы пищеварения: кишечная полость превратилась в желудок, вытянулась в кишки, тонкие и толстые, прибавились пищеварительные железы. Органы кровообращения: сначала была внутренняя полость, потом в ней развились сосуды, на одном из них утолщение — сердце (двухкамерное, трехкамерное, четырехкамерное). Защитная оболочка превратилась в твердый панцирь, а у позвоночных наружный панцирь был заменен внутренним скелетом, снаружи осталась кожа, чешуя, позже всего — шерсть.

Все это появилось постепенно. Каждый тип, потом каждый класс являлся со своим изобретением, как бы с новым оружием для покорения мира. Внутренний скелет — изобретение позвоночных. Позволил избавиться от жестких лат, дал возможность свободно расти и свободно развивать мускулатуру. Легкие — открытие земноводных. Позволили дышать кислородом. В воздухе его больше, чем в воде. Теплая кровь — открытие птиц и млекопитающих. Обеспечила активность при любой погоде, избавила от дремоты на холоде. Выращивание ребенка в собственном теле — достижение только млекопитающих. Почти все их предшественники откладывали яйца, почти все, кроме птиц, бросали яйца на произвол судьбы. Сколько же гибло младенцев — червячков, мальков и гаденышей! И наконец, разум — главное достижение человека. Могучее оказалось оружие. Итак, история жизни на Земле — это история биологических изобретений, сделанных природой на разных этапах развития, как изображено на табл.11. Важнейшие из этих изобретений достались человеку иной раз от очень древних предков: гены на фосфорнокислой основе или АТФ — носитель энергии — от самых примитивных доклеточных, ядро клетки — от одноклеточных, кровь — от морской воды, скелет и мозг — от рыб, теплая кровь, волосы и молочные железы — от млекопитающих, руки — от обезьян…

Закономерности. Придерживаемся методики, объявленной во введении: прежде чем рассуждать о неведомом, назовем закономерности изведанного, сначала сходные с неживой природой, а затем и чисто биологические, внесенные в природу; самой жизнью.

1. Вертикаль. Под ней подразумевается ось, выбранная для рассмотрения. Здесь — ось развития во времени.

Этажность тоже имеется в живой природе. Заметна и структурность. От живого организма вниз — структурность физиологическая: особь (в ней органы–ткани) — клетки (в них органеллы) — молекулы. От живого организма вверх — структурность таксонометрическая: особь — вид — род — семейство — отряд — класс — тип.

Очень четкая структурность; впрочем, обостренная четкость внесена человеком, классификатором.

В истории жизни, т. е. на временной оси, физиологические этажи появлялись последовательно: прежде всего были только молекулы, потом клетки — безъядерные, позже — ядерные с органеллами, потом многоклеточные, без тканей, с тканями, с органами. Переход от клетки к многоклеточным происходил через промежуточные стадии: сначала возникло сообщество клеток — колония или стая, потом — разделение функций между клетками, потом они сливались в единое тело. Вероятно, так же произошли и сами клетки из молекул. Особи, в свою очередь, образуют колонии, стаи и стада с разделением функций. Но слияния особей в сверхсущество мы не знаем — слишком громоздкий получился бы суперорганизм, не смог бы передвигаться при земном тяготении.