Георгий Гуревич - Лоция будущих открытий: Книга обо всём
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.
Итак, три этапа — три этажа: молекулы — клетки — особи. Этажи слишком крупные, чтобы однозначно говорить об их общих свойствах. Но история делила этажи на некие ступени (всякая классификация условна!), связанные с появлением новых способностей, новых функций и более совершенных органов для выполнения этих функций.
На табл.10 видна ветвистая история жизни на Земле. Из боковых отростков складывались целые стволы, могучие и долговечные. И в стволах этих развитие шло параллельно; многие изобретения природы возникали независимо друг от друга. Так, независимо в растительном и в животном мире возникло оплодотворение с двумя полами. Независимо растения и животные позаботились, чтобы обеспечить свои зародыши питанием на первое время: у растений — плоды, ягоды, корнеплоды, орехи, у животных — икра, яйца.
И еще, как бы демонстрируя обилие творческих возможностей, природа проявила «плюрализм» (применим модный термин), показала, что к той же цели можно прийти разными путями. Пример: всем живым существам необходимо дыхание — поглощение газов. Везде газы улавливаются сложными белковыми молекулами с атомом металла. Но у зеленого хлорофилла растений — это атом магния, в нашей красной крови — атом железа, в синеватой крови моллюсков — медь, а у оболочников — даже ванадий. Как пример вариантности любопытно сравнить с человеческим организмом организм высшего насекомого, например муравья. У муравьев сообщество с разделением труда (есть муравьи–солдаты и муравьи–работники; есть своего рода земледелие — грибковое и своего рода скотоводство — с доением тлей; есть города, в городах — ясли для потомства). У муравьев скелет наружный, и к нему крепятся мускулы, у нас — внутренний. У нас кровь — в сосудах, у них — в трубочках воздух, а кровь — в полости тела, у нас — спинной мозг, у них — брюшной, мы действуем преимущественно на основе условных рефлексов, они — преимущественно на основе безусловных, у нас язык звуковой, у них, по–видимому, химический, соприкосновение усиков — нечто, напоминающее поцелуи.
Устойчивость важна для жизни, как и для неживой природы. Но здесь налицо парадокс — устойчивость неустойчивого. Жизнь сама — это устойчивый процесс самообновления неустойчивого материала. Примечательно, что процесс этот может быть прочнее самого устойчивого неподвижного материала; как известно, вода камень точит, растения разъедают его корнями. И в самом организме молекулы живут часы или даже минуты, некоторые клетки — недели, весь же организм — десятки лет. То же и в таксономическом ряду: поколение сменяется за десятки лет, вид живет сотни тысяч, тип — сотни миллионов лет Устойчивое текучее существование.
