Alfawit: Биология -

ЭВОЛЮЦИЯ

ЭВОЛЮЦИЯ

На протяжении тысячелетий людям казалось очевидным, что живая природа была создана такой, какой мы её знаем сейчас, и всегда оставалась неизменной.

Но уже в глубокой древности высказывались догадки о постепенном изменении, развитии (эволюции) живой природы. Одним из предтеч эволюционных идей можно назвать древнегреческого философа Гераклита (VI—V вв. до н. э.), который сформулировал положение о постоянно происходящих в природе изменениях («всё течёт, всё изменяется»).

Другой древнегреческий мыслитель — Эмпедокл — в V в. до н. э. выдвинул, вероятно, одну из древнейших теорий эволюции. Он считал, что вначале на свет появились разрозненные части различных организмов (головы, туловища, ноги). Они соединялись между собой в самых невероятных сочетаниях. Так появились, в частности, кентавры (мифические полулюди-полукони). Позднее будто бы все нежизнеспособные комбинации погибли.

Великий древнегреческий учёный Аристотель выстроил все известные ему организмы в ряд по мере их усложнения. В XVIII в. эту идею развил швейцарский натуралист Шарль Бонне, создав учение о «лестнице природы». На первой ступени «лестницы» находились «тонкие материи» — огонь, воздух, вода, земля; на следующих — растения и животные по степени сложности их строения, на одной из верхних ступеней — человек, а ещё выше — небесное воинство и Бог. Правда, о возможности перехода «со ступени на ступень» речи, конечно, не шло, и к эволюции эта система имеет ещё весьма отдалённое отношение.

Первую последовательную теорию эволюции живых организмов разработал французский учёный Жан Батист Ламарк в книге «Философия зоологии», вышедшей в 1809 г. (см. ст. «Жан Батист Ламарк»). Ламарк предположил, что в течение жизни каждая особь изменяется, приспосабливается к окружающей среде. Приобретённые ею на протяжении всей жизни новые признаки передаются потомству. Так из поколения в поколение накапливаются изменения. Но рассуждения Ламарка содержали ошибку, которая заключалась в простом факте: приобретённые признаки не наследуются. В конце XIX в. немецкий биолог Август Вейсман поставил известный эксперимент — на протяжении 22 поколений отрезал хвосты подопытным мышам. И всё равно новорождённые мышата имели хвосты ничуть не короче, чем их предки.

Английский учёный Чарлз Дарвин (о его жизни и созданной им теории эволюции рассказано также в статье «Чарлз Дарвин») в отличие от Ламарка обратил внимание на то, что хотя любое живое существо изменяется в течение жизни, но и рождаются особи одного вида неодинаковыми. Дарвин писал, что опытный фермер различает каждую из овец даже в большом по численности стаде. Например, шерсть их может быть светлее или темнее, гуще или реже и т. п. В обычных условиях среды такие различия несущественны. Но при перемене условий жизни эти мелкие наследственные изменения могут давать преимущества их обладателям. Среди множества бесполезных и вредных изменений могут встречаться и полезные.

Рассуждая таким образом, Дарвин пришёл к идее естественного отбора. Особи с полезными отличиями лучше выживают и размножаются, передают свои признаки потомству. Поэтому в

Конвергенция (схождение признаков) в ходе эволюции

у неродственных животных, ведущих сходный образ жизни

(сверху вниз): ихтиозавр, дельфин, акула.

следующем поколении процент таких особей станет больше, через поколение — ещё больше и т. д. Таков механизм эволюции. Дарвин писал: «Можно сказать, что естественный отбор ежедневно и ежечасно расследует по всему свету мельчайшие изменения, отбрасывая дурные, сохраняя и слагая хорошие, работая неслышно и невидимо...»

Эволюция разных видов идёт с разной скоростью. К примеру, беспозвоночные, относящиеся к типу плеченогих, почти не изменились за последние 440 млн лет. А в роде Человек, по данным палеонтологов, за последние 2 млн лет возникло и вымерло несколько видов.

Конечно, взгляды на теорию эволюции не остались неизменными со времён Дарвина. К примеру, Дарвин счёл очень серьёзным возражение против своей теории, выдвинутое английским инженером Ф. Дженкином (оно получило название «кошмара Дженкина»). Дженкин рассуждал так: допустим, у одной особи случайно появился какой-то полезный признак. Но у её потомства этот признак «разбавится» ровно вдвое, у следующего поколения — ещё более уменьшится, пока совершенно не «растворится» и не будет утрачен. В то время считалось (так думал и Дарвин), что у потомства признаки родителей могут сливаться (скажем, у белых и чёрных мышей родится потомство серого цвета). Это распространённое заблуждение опровергли только открытия Грегора Менделя (см. ст. «Грегор Иоганн Мендель»), которые Дарвину ещё не были известны.

РУДИМЕНТЫ

Эволюцию можно сравнить со скульптором, постоянно переделывающим свои творения. Ставшие ненужными детали непрерывно уничтожаются, а на их месте возникают новые. Но иногда эволюция словно «забывает» вовремя стереть лишние детали. Такие органы называются рудиментарными.

У человека насчитывается около сотни рудиментов: например, мигательная перепонка глаза, остаток хвостовых позвонков (копчик), волосяной покров на теле, мышцы, приводящие в движение ушную раковину, зубы мудрости.

Проведя пальцами по завитку ушной раковины, легко заметить утолщение — дарвинов бугорок. Этот рудимент — всё, что осталось от былой остроконечности уха предков человека.

Наконец, самый «знаменитый» рудимент человека — аппендикс. Это червеобразный отросток слепой кишки. Он весьма важен для наших сородичей по классу млекопитающих — травоядных зверей. Но человек вполне может без него обойтись. Аппендикс напоминает о себе, когда возникает его воспаление — аппендицит, что создаёт угрозу жизни человека.

Рудименты имеются практически у всех живых организмов. К примеру, рудиментами задних конечностей у ложноногих змей (удавов и питонов) являются маленькие шипики в задней части тела.

ГОМОЛОГИЧНЫЕ И АНАЛОГИЧНЫЕ ОРГАНЫ

Что общего между человеческой рукой, крылом птицы или летучей мыши, передним плавником кита или тюленя? Выполняемые ими функции совершенно различны. Но эти органы имеют общий план строения и развиваются из одних и тех же зачатков зародыша. Такие органы называют гомологичными.

И напротив, крыло птицы и крыло бабочки выполняют весьма сходные функции: служат для полёта. Глаз человека и глаз осьминога, кроме того, ещё и похожи внешне. Но ничего общего в происхождении и путях развития этих органов нет. Такие органы называются аналогичными.

Сходный образ жизни страуса и динозавра струтиомимуса («подражающего страусу») сделал похожим их внешний облик.

Рудимент третьего века у человека (1) и третье веко птицы (2); остроконечное ухо у обезьяны (3), человеческого зародыша (4) и рудимент остроконечного уха — дарвинов бугорок — на ухе взрослого человека (5).

В своей аргументации Дарвин опирался на множество примеров искусственного, проводимого человеком отбора (с помощью которого были созданы многие породы домашних животных и культурных растений). Но Дарвин не сумел представить ни одного убедительного примера происходящего в природе естественного отбора. Такие примеры были описаны учёными только в XX в. Самый известный из этих примеров — с бабочкой берёзовой пяденицей в Англии. Осматривая в 1950 г. коллекции бабочек, собранные за предшествующие сто лет, биологи обнаружили, что бабочки с чёрными крыльями встречались всё чаще, а с серыми — всё реже. Оказывается, днём пяденицы неподвижно сидят на стволах деревьев, полагаясь на свою маскирующую окраску. В XIX в. серая окраска превосходно скрывала бабочек на фоне лишайников, которыми были покрыты деревья. Но по мере того как загрязнение воздуха в Англии усиливалось, лишайники вымирали, а стволы становились чёрными от копоти. На тёмном фоне серые бабочки стали заметными для своих главных врагов — птиц. Чёрная же форма оказалась хорошо замаскированной. В результате соотношение чёрных и серых бабочек неуклонно изменялось в пользу чёрных. (Отметим, что единицей эволюции всегда является не особь, а популяция, т. е. группа особей (в данном случае — пядениц), обитающих рядом друг с другом и скрещивающихся между собой.)

Ещё более яркий пример естественного отбора — возникновение устойчивости к ядохимикатам у насекомых. Профессор Кэролл Уильямс писал, что в начале 40-х гг. XX в. «в руках человека оказалось мощное оружие. Это был ядохимикат ДДТ, который, как всемогущий ангел-мститель, обрушивался на вредных насекомых. После первого же соприкосновения с ним комары, мухи, почти все насекомые срывались в штопор, падали, час-другой жужжали, лёжа на спине, а потом погибали». Первые сообщения об устойчивости насекомых к ДДТ появились в 1947 г. и касались комнатной мухи. Из полчищ вредных насекомых систематически выживали лишь немногие, случайно оказавшиеся более устойчивыми к яду. Но каждый следующий год в живых оставалось всё более и более стойкое потомство. «Несколько лет спустя, — писал Уильямс, — комары, блохи, мухи и другие насекомые уже перестали обращать внимание на ДДТ. Скоро они начали его усваивать, потом полюбили». Такая устойчивость была обнаружена более чем у 200 видов насекомых, и список этот продолжал расти.

Совершенно аналогична история «привыкания» болезнетворных бактерий к антибиотикам и многим другим лекарствам.

История эволюции на Земле, как её представляют современные учёные, изложена в статье «Происхождение и развитие жизни».

Атавизм. Волосатый человек.

АТАВИЗМЫ

Порой в отдельных особях эволюция неожиданно «вспоминает» и воспроизводит давно забытые детали строения их предков. Такие признаки носят название атавизмов. У человека это может быть кожа, сплошь покрытая густой шерстью, два ряда молочных желёз, небольшой хвост.

Наиболее часто у человека встречаются такие атавизмы, как заячья губа и волчья пасть. Эти названия даны за чисто внешнее подобие и совсем не означают, конечно, что зайцы или волки являются предками человека. При этих атавизмах нарушается строение костей черепа.

ВЕЩЕСТВА ОРГАНИЗМА

В фантастическом рассказе американского писателя Артура Порджесса крошечный божок Йип хотел отблагодарить героя рассказа за оказанную услугу, выполнив любую его просьбу. Но божок был очень мал, и стоимость награды не могла превышать двух долларов. В конце концов Йип помог герою покорить сердце любимой девушки. Причём главное условие не было нарушено — ведь, как утверждает писатель, «стои-

мость всех химических веществ, входящих в состав организма человека весом около 70 кг, составляет 1 доллар 98 центов».

В организме человека, весящего 70 кг, — 45,5 кг кислорода, 12,6 кг углерода, 7 кг водорода, 2,1 кг азота, 1,4 кг кальция, 700 г фосфора. Всех остальных элементов, вместе взятых (в основном калия, серы, натрия, хлора, магния, железа и цинка), — около 700 г. Вот всё это

«богатство» и стоило, по подсчётам писателя, 1 доллар 98 центов.

Самый важный из перечисленных «элементов жизни» — углерод. Углерод — основа жизни. Органические вещества — это всегда соединения углерода. Атомы углерода обладают уникальной способностью образовывать с другими атомами углерода цепи и кольца различной длины. Отсюда бесконечное разнообразие соединений углерода.

А всего в живых клетках можно найти около 70 химических элементов таблицы Менделеева. Среди них имеются даже такие ядовитые и экзотические, как олово, свинец, мышьяк, золото.

Элементы, которые содержатся в организме в количестве нескольких граммов или долей грамма, называют микроэлементами. К примеру, железа в организме человека всего 4—5 г. Этого количества металла хватило бы разве что на один гвоздь среднего размера. Но благодаря железу работает, например, гемоглобин крови, переносящий кислород. Иода в организме содержится ещё меньше — сотые доли грамма. Но при его отсутствии у человека развивается серьёзное заболевание — зоб (см. раздел данной статьи «Гормоны»).

Для тех наших читателей, кому «стоимость человека», подсчитанная американским писателем, показалась возмутительно низкой, мы можем привести возражение профессора Йельского университета Г. Моровица против этого подсчёта. Он заметил, что подсчитывать надо стоимость не элементов, входящих в состав организма (углерода, кислорода и т. д.), а сложных органических соединений (белков, углеводов и др.). При таком подсчёте стоимость уже только одних гормонов человека (о которых рассказано ниже) составит миллионы долларов — целое состояние!

СОЛИ. Помимо воды, важнейшие из неорганических веществ живого организма — минеральные соли. Из нерастворимых солей строятся кости позвоночных животных (фосфат кальция), раковины моллюсков, оболочка птичьих яиц (карбонат кальция). Растворённые соли в каждой клетке составляют 1% от её массы. Роль их в жизнедеятельности клетки чрезвычайно многообразна.

Самая известная соль — поваренная, хлористый натрий. Гулливер, герой знаменитого произведения Джонатана Свифта, в одном из своих путешествий оказался без поваренной соли. Он рассказывал: «Сначала я очень болезненно ощущал отсутствие соли, но скоро привык обходиться без неё, и я убеждён, что распространённое употребление этого вещества есть результат невоздержанности. Ведь мы не знаем ни одного животного, которое любило бы соль».

Однако Гулливер ошибался. Травоядные животные постоянно испытывают солевой голод и жадно слизывают соль всюду, где находят. А вот плотоядные животные, действительно, получают достаточно поваренной соли с поедаемым ими мясом.

Точно так же питающиеся мясом и рыбой эскимо-

ВОДА

Леонардо да Винчи назвал воду «соком жизни» на Земле. Действительно, всё живое в среднем на 80% состоит из этого неорганического вещества (человек — на 60%). Медузы состоят из воды на 95%, клетки мозга человека — на 85%, кровь — на 80%, клетки костной ткани — на 20%. Потеря воды в количестве 1% от веса тела вызывает сильную жажду. Если потеря воды в 10 раз больше (т. е. составляет 10% от веса тела), это может привести к смерти.

Почти все химические реакции в клетке идут в водной среде. Без воды, этого универсального растворителя, они были бы невозможны.

Кроме того, испаряясь, вода охлаждает организмы обитателей суши. Если бы человек не испарял пот, то после часа напряжённой физической работы или игры в футбол температура его тела подскочила бы градусов до сорока шести!

Писатель Антуан де Сент-Экзюпери так сформулировал мысль о соотношении воды и жизни: «Вода! Ты не просто необходима для жизни, ты и есть сама жизнь».

И всё-таки некоторые учёные считают, что жизнь возможна не только там, где есть вода. В доказательство они приводят тот факт, что многие белки-ферменты земных организмов (см. раздел «Белки» в статье «Вещества организма») прекрасно работают в других средах, например в уксусной кислоте, этиловом спирте.

ИЗ ИСТОРИИ ГИГИЕНЫ

Ещё в незапамятные времена люди поняли, что вода великолепно помогает поддерживать чистоту тела и уберечься от многих болезней. Но гигиена переживала в разные эпохи и хорошие, и плохие времена. В Древнем Риме бани (термы) помимо прямого назначения служили чем-то вроде клубов и пользовались большой популярностью. Правитель, желавший оставить по себе добрую память, строил общественные бани. А богатые римляне имели домашние ванные комнаты. По водопроводу подавалась горячая, холодная и тёплая вода.

До XIII в. в Европе сохранялись эти традиции отношения к воде и гигиене. Встав утром, обеспеченные люди имели обыкновение принимать ванну. Подлинное «средневековье» в этой сфере наступило с XV в., с изобретением ночного белья. Традиция утренней ванны отошла в прошлое: люди только переоблачались из ночного в дневное платье.

Закрывались общественные бани. Даже перед едой руки уже не мыли. В одном из учебников хороших манер тех времён давался совет: «Руки и лицо мыть почти ежедневно». Французский «король-солнце» Людовик XIV, хотя и имел собственную ванну, пользовался ею только при болезни.

Европейский горожанин в среднем расходовал в день на мытьё, стирку, приготовление пищи около 20 л воды. Для сравнения скажем, что современный человек использует в день в среднем 300—400 л воды. И это лишь необходимый минимум!

Возрождение гигиены наступило только в XVIII в. Но зато сегодня практически во всех странах признано, что вода, гигиена и здоровье — вещи, неотделимые друг от друга.

ОБМЕН ВЕЩЕСТВ

И живые существа, и неживые предметы устойчивы и могут долго сохраняться неизменными. Но причины этой устойчивости разные. Автомобиль прочен, т. к. он состоит из металла. Мельчайшие частицы — атомы — «держатся» друг за друга и не дают автомобилю разрушиться. При этом и автомобиль, и камень, и все другие неживые предметы в продолжение своего существования состоят в основном из одних и тех же атомов.

Иное дело — живой организм. Человеческий организм, как и организмы всех животных и растений, постоянно себя перестраивает. Из различных питательных веществ, содержащихся в пище, — белков, жиров и углеводов — живые существа строят свои клетки. Вещества, не нужные организму, он выделяет в окружающую среду. Эти явления и называются обменом веществ. За 8 лет состав атомов человека почти полностью меняется, но при этом каждый из конкретных людей, как мы знаем, остаётся самим собой. За всю жизнь человека через его организм проходит 75 т воды, 17 т углеводов, 2,5 т белков. Постоянная «лепка» организмом самого себя называется пластическим обменом (от греческого «пластикос» — лепной).

Таким образом, живое существо правильнее было бы сравнивать не с предметом (например, камнем), а скорее с постоянным процессом — как, например, падение потока воды в водопаде.

Чтобы автомобиль ехал, в нём сжигается бензин. Чтобы работали заводы, также нужно сжигать топливо. Устойчивость живых организмов основывается на постоянном «ремонте». Но и для ремонта нужна энергия. Откуда же организм берёт энергию? В любом организме тоже «сжигаются» сложные органические вещества пищи, только сжигаются без огня. В отличие от пластического это — энергетический обмен.

При горении вещество соединяется с кислородом воздуха. В химии этот процесс называется окислением. Особые белки —

сы и чукчи прекрасно обходятся без соли. Помните реакцию на солёную пищу персонажа романа Даниэля Дефо «Приключения Робинзона Крузо» — Пятницы, никогда не пробовавшего соли? «Он удивился, зачем я ем суп и мясо с солью. Он стал показывать мне знаками, что с солью не вкусно. Взяв в рот щепотку соли, он принялся отплёвываться и сделал вид, что его тошнит от неё, а потом выполоскал рот водой. ...Лишь долгое время спустя он начал класть соль в кушанье, да и то немного». Вероятно, Пятница до встречи с Робинзоном питался в основном животной пищей.

Надо сказать, что поваренная соль сыграла большую роль в истории человечества: служила заменителем денег, являлась причиной «соляных бунтов» (Московский соляной бунт 1648 г., вызванный тем, что правительство подняло налог на соль; подобные бунты прокатились тогда по многим городам России) и «соляных походов протеста» (в Индии в начале XX в. — когда в знак неповиновения английским властям, обладавшим монополией на производство соли, её выпаривали из морской воды).

Соль необходима живым организмам. В то же время избыток соли вреден. Увлекаясь такими продуктами, как соленья, сельдь, колбасы, люди вводят в организм слишком много соли. В сутки организму необходимо 8—9 г соли, но человек потребляет обычно вдвое большее её количество. Это приводит к повышенному кровяному давлению (гипертонии). Япония, где каждый житель потребляет около 30 г соли в день, держит первенство по числу больных этой болезнью.

БЕЛКИ

Водной из книг Библии сказано: «Вначале было Слово». Современная книга о происхождении жизни по аналогии могла бы начинаться фразой: «Вначале был белок».

Первый белок, с которым мы знакомимся в своей жизни, — это белок куриного яйца, альбумин. Он хорошо растворим в воде, при нагревании сворачивается (мы видим это, когда жарим яичницу), а при долгом хранении в тепле разрушается — яйцо протухает.

Но белок спрятан не только под яичной скорлупой. Волосы, ногти, когти, шерсть, перья, копыта, наружный слой кожи — все они почти целиком состоят из другого белка — кератина. Кератин нерастворим в воде, не сворачивается, не разрушается в земле: рога древних животных сохраняются в ней так же хорошо, как и их кости. (Хотя некоторые насекомые (личинки моли) и даже птицы — орлы-стервятники — прекрасно переваривают его.) А белок пепсин, содержащийся в желудочном соке, сам способен разрушать другие белки (что нужно для пищеварения). Белок интерферон применяется при

Денатурация молекулы белка.

Молекулы некоторых аминокислот. Разноцветные шарики и конусы — атомы углерода, водорода, кислорода, азота.

Молекула белка гемоглобина.

Рабочие группы, содержащие железо

и присоединяющие кислород,

обозначены красными кружками.

Принцип работы

белка-фермента.

Молекула

фермента

«организует

встречу»

молекул двух

реагирующих

веществ.

лечении насморка и гриппа, т .к. убивает вызывающие эти болезни вирусы. А белок змеиного яда способен убить человека.

Если из организма животного удалить всю воду, то больше половины его сухой массы составят различные белки. Чем сложнее организм, тем больше белков он содержит. В организме бактерии — примерно 3—4 тыс. разных белков, а у млекопитающих — уже около 50 тыс.

Как устроен белок? Мы не будем здесь подробно останавливаться на химическом строении белка. Некоторое представление о его сложности даёт химическая формула гемоглобина белка, придающего красный цвет крови и разносящего кислород от лёгких по всему телу. Вот она:

С3032 Н4816 О872 N780 S8 Fe4

Чтобы представить себе наглядно общую схему строения белка, скажем лишь, что его молекула напоминает нитку, унизанную разноцветными бусинами. «Бусины» называются аминокислотами. В белках встречается, как правило, 20 аминокислот; в нашей схеме это означает, что «бусины» могут быть двадцати разных цветов. Каждая аминокислота имеет своё название: например, глицин, аланин, лейцин, валин и т. д. Белки разного размера включают в себя от нескольких десятков до нескольких сотен и даже тысяч аминокислот. В среднем длина белка — около 300 аминокислот. «Бусины»-аминокислоты могут связываться друг с другом и образовывать цепочку «бус» — белок.

Когда человек съедает, допустим, бифштекс, содержащиеся в бифштексе белки — «бусы» — перевариваются и распадаются на отдельные «бусины». Из них организм человека строит уже свои собственные белки.

ферменты (см. раздел «Белки»), которые есть в любом организме, могут окислять вещества без пламени, и около 40% выделяемой энергии используется на нужды организма. Для сравнения напомним: в паровом двигателе с пользой применяется около 10% энергии, а в двигателе автомобиля — около 30%.

Организмы, которые «сжигают» запасы, созданные другими живыми организмами, называются гетеротрофными, т. е. поедающими других. Это все животные, грибы и большинство бактерий. Человек — тоже гетеротроф.

Но если бы все организмы только «сжигали» органические вещества, эти вещества скоро кончились бы и жизнь стала бы невозможна. Таким образом, жизнь на нашей планете существует только потому, что некоторые организмы научились получать органические вещества из неорганических. Это — растения и часть бактерий. Они называются автотрофами.

Каждый может провести несложный эксперимент: вырастить в горшке с землёй растение, а потом сравнить первоначальный вес земли, её вес в конце опыта и вес самого растения. Даже если растение весит несколько килограммов, получится, что вес земли изменился довольно мало. Откуда же взялся лишний вес растения? Оказывается, из воздуха и воды, которой поливали растение.

С помощью фотосинтеза (см. ст. «Фотосинтез») зелёные растения производят «чудесное превращение»: соединяют углекислый газ воздуха и воду, а получают сахара, или, как их называют, углеводы (о которых рассказано ниже), и, кроме того, выделяют кислород. Для этого им нужен только солнечный свет.

И всё же, если бы не гетеротрофы, жизнь на Земле тоже не смогла бы существовать. Представим себе, что бы произошло, если бы в какой-то момент в мире из живых организмов остались только автотрофы — зелёные растения. Умершие растения лежали бы веками, не разлагаясь: «переварить» их было бы некому. Очень скоро растения полностью израсходовали бы углекислый газ, содержащийся в атмосфере, превратив его в органические вещества. Солнце продолжало бы светить, но растениям уже не из чего было бы строить дальше свои организмы. И со смертью последнего из них жизнь на Земле прекратилась бы.

К счастью, этого никогда не случается, т. к. обилие пищи тут же привлекает животных, грибы и бактерии. Благодаря им через некоторое время мёртвое органическое вещество снова превращается в воду и углекислый газ, а в землю поступают минеральные соли, так необходимые растениям. В итоге всех этих превращений растения снова создают пищу для всех, а животные, грибы и бактерии разлагают её снова до простых неорганических веществ. Весь углекислый газ атмосферы каждые 300 лет проходит через живые организмы. А «полный оборот» атмосферного кислорода длится 2 тыс. лет. Благодаря этому великому круговороту на Земле и поддерживается жизнь.

Трудно себе представить какой-либо процесс на Земле, в котором не участвовали бы живые организмы. Их обмен веществ создал кислородную атмосферу, управлял климатом, формировал облик нашей планеты.

ОБ АСИММЕТРИИ ЖИВОГО

Ещё немецкий философ Иммануил Кант заметил: «Что может быть больше похоже на мою руку или на моё ухо, чем их собственное отражение в зеркале? И всё же я не могу поставить ту руку, которую я вижу в зеркале, на место оригинала».

На аналогичное явление обратили внимание и поэты:

Я на правую руку надела

Перчатку с левой руки...

(Анна Ахматова)

Совершить такую ошибку можно только в состоянии сильного волнения. Да и как ни надевай такую перчатку, она всё равно не подойдёт. Организм, как мы видим, прекрасно различает правое и левое.

Причём, что удивительно (об этом и пойдёт речь), — как правило, живая природа отдаёт явное предпочтение одному из двух направлений — либо правому, либо левому. Среди людей гораздо чаще встречаются «правши», нежели «левши». Раковины моллюсков закручиваются обычно справа налево, и лишь одна на несколько тысяч — наоборот. (Впрочем, к этому можно добавить, что и наблюдаемая нами неживая природа как будто «предпочитает», например, вещество антивеществу.)

А французский биолог Луи Пастер (см. ст. «Луи Пастер») даже назвал нарушение симметрии, асимметрию, основным свойством живого. Он не имел в виду, конечно, только знакомые нам внешние проявления асимметрии. Дело в том, что асимметрия живого существует и на самом глубоком уровне — на уровне молекул живых организмов.

В разделе «Белки» рассказано, что белковые цепочки состоят из отдельных «бусин» — аминокислот. И, оказывается, аминокислоты могут быть правыми и левыми. Не отличаясь по химическому составу, они будут отличаться друг от друга, как предмет (та же рука) и его зеркальное отражение. Эти формы не совмещаются друг с другом ни при каких поворотах, как не надеваются левая и правая перчатки на одну руку.

Как вы считаете, какие аминокислоты входят в состав белков живых организмов? Вероятно, поровну — правые и левые? Так вот, нет — только левые! Более того, правые формы для земной жизни просто вредны. Когда одна из западных фармацевтических фирм случайно стала

Как вы думаете, сколькими способами можно нанизать на нитку длиной в 100 бусин бусины 20 цветов? 20100 способами! Это число со 130 нулями! Представить такое число невозможно: во всей Вселенной не найдётся такого количества элементарных частиц. Сколько же различных белков с совершенно разными свойствами может построить природа! Недаром белки считают самыми сложными молекулами.

Однако хитрости устройства молекулы белка не исчерпываются рассказанным. Прямая нитка бус — это только первичная структура белка. Аминокислотная цепочка способна изгибаться, «бусины» притягиваются друг к другу. Цепочка закручивается в спираль, или нечто вроде гармошки, или что-то ещё посложнее, — это вторичная структура. Но и этим дело не заканчивается. Спираль, как волшебная змея, сворачивается ещё и ещё, закручиваясь в узел, клубок или шарик (глобулу). Это третичная структура. У некоторых белков устройство ещё сложнее — отдельные клубки собираются вместе по 2, 3, 4 (и даже больше) штуки. Они крепко прилипают друг к другу и дальше работают совместно. (Гемоглобин, о котором мы уже упомянули, именно так и устроен.) Это четвертичная структура.

«Клубок» можно легко размотать, а «пружину» — раскрутить. Такой процесс называют денатурацией. Во время денатурации свойства белка сильно изменяются. Зачем человек, например, разогревает или готовит себе пищу? Отчего бы не поглощать её сырой? Дело в том, что при варке, допустим, того же яйца яичный белок денатурирует — из слизистой жидкости превращается в плотную белую массу. При полной денатурации «клубок» превращается в «проволоку» — тогда становится очень удобно «резать её на куски» (аминокислоты), что и делает желудочный сок со съеденной яичницей. Сырое яйцо или мясо переварить гораздо труднее.

Живое существо, чьи белки денатурировали, умирает. При температуре тела выше 42° С белки человеческого тела не выдерживают и начинают денатурировать, человек погибает. Размотать белковый «клубок» можно не только при высокой температуре, но и с помощью облучения, холода, яда, высушивания, а также многими другими способами.

Если белок при «раскручивании» не распался на отдельные «бусины», то он может вновь скрутиться в «клубок». Происходит ренатурация.

Теперь посмотрим, какую роль играют белки в организме. Мы можем без преувеличения сказать: самую важную. Из белков строится всё наше тело. У каждого человека свой набор белков (исключая близнецов (см. ст. «Близнецы»), у которых он одинаковый). Чем в более дальнем родстве между собой находятся люди, тем более различен их белковый состав. Точно так же и во всей живой природе: у слона и человека гораздо больше похожих белков, чем у человека и гриба подберёзовика. Каждый белок определяет какое-нибудь свойство организма: цвет глаз, волос, строение внутренних органов и т. д.

Но не следует воспринимать белки как неподвижные «кирпичи», составляющие организм. В том-то и заключается основное чудесное свойство белков, что это не «кирпичи» организма, а скорее «шестерёнки», «маятники» и «колёсики». Работая, каждый белок частично раскручивается (денатурирует), а готовясь к работе, закручивается (ренатурирует). Так же работает ружьё: оно стреляет, когда изменяется положение курка, а затем курок снова надо взводить."

Например, один из белков сетчатки глаза — зрительный пурпур (родопсин) — «раскручивается» под действием света (при этом он выцветает). А в темноте он восстанавливается (см. ст. «Органы

чувств»). Благодаря этому процессу в конечном итоге мы видим свет.

Есть белки, точно так же воспринимающие тепло, запах, вкус, механические колебания. Раздражители «дёргают» за кончик белкового «клубка», начиная его разматывать. В результате возбуждение передаётся нервным клеткам.

По такому же принципу работает и уже упомянутый нами транспортный белок гемоглобин, разносящий по нашему телу кислород. Этот белок любопытен тем, что содержит железо, необходимое ему для работы. Всего в организме человека содержится 4—5 г железа. Захватив кислород, гемоглобин частично «раскручивается», а затем, доставив его в нужное место, «закручивается» обратно, отдавая кислород для дыхания окружающим тканям.

Любопытным образом работают другие транспортные белки, которые переносят разные вещества сквозь клеточную мембрану. Крупные молекулы в отличие, например, от молекул воды не могут проскочить сквозь эту мембрану. Транспортные белки в закрученном состоянии можно отчасти сравнить по форме со сложной вычурной рюмкой или бокалом, торчащим вовне из мембраны. Форма «бокала» идеально подходит под какое-то одно конкретное вещество. Как только оно заполняет «бокал», он автоматически поворачивается внутрь клетки и там освобождается от содержимого. Так в клетку переносится, например, глюкоза.

Точно так же — как футляр к инструменту — подходят к проникшим в организм чужеродным белкам белки-антитела, своеобразные «стражники» организма. Захватывая чужие белки, они выбрасывают их из организма. Антитела охраняют человека от возбудителей болезней — бактерий, вирусов. К сожалению, эти «охранники» организма «слепы», и если, например, человеку пересадить вместо повреждённой здоровую, но чужую почку, антитела атакуют её и тем самым губят человека.

Мы не сможем в небольшом разделе подробно рассказать о всей той разнообразной работе, которую выполняют белки. Остановимся на ещё одной их роли в организме, также очень важной.

В организме каждую секунду протекают миллиарды химических изменений и превращений. Чем выше температура, тем быстрее идёт реакция (даже сахар быстрее растворяется в горячем чае). Но при температурах 40—45° С, как мы знаем, большинство белков денатурирует. А ведь при таких низких температурах необходимые организму реакции почти не идут! Как же быть? Нужны особые белки, которые ускоряли бы ход реакций.

И такие белки в природе существуют. Они называются ферментами. Поднимается ли тесто на дрожжах, исчезает ли у подрастающего головастика хвост, или хищное растение росянка переваривает комара — нигде не обошлось без ферментов. Они ускоряют скорость реакций в миллионы, а иногда в десятки миллиардов раз.

Жизнь без ферментов была бы невозможна, поскольку химические реакции в клетке шли бы слишком медленно или не шли бы вовсе. При нагревании первыми из белков разрушаются ферменты, поэтому непродолжительный, но сильный нагрев убивает большинство живых существ. Их ферменты денатурируют, а без них организм перестаёт работать.

Каждый фермент годится только для своей, одной-единственной реакции. Можно себе представить, какое бесчисленное множество ферментов нужно для нормальной работы организма!

Как работает белок-фермент? По уже знакомому нам принципу. В «клубке» белка-фермента есть «ямка», куда как раз аккуратно ложатся молекулы тех веществ, которым фермент должен «устроить встречу». Фермент как бы узнаёт «свои» молекулы. «Ямка»

продавать лекарство, в состав которого входило равное количество правых и левых форм, у употреблявших его беременных женщин рождались больные дети. Точно так же правыми и левыми могут быть и углеводы (см. раздел «Углеводы» в статье «Вещества организма»). В составе живых организмов все углеводы — правые.

В повести Льюиса Кэрролла «Алиса в Зазеркалье» девочка Алиса проходит сквозь зеркало и попадает в «зеркальный» мир. Математик Кэрролл не был, вероятно, знаком с тонкостями химического строения зеркально-симметричных веществ. Ведь, попади Алиса в мир, «отражённый» на уровне молекул, она бы... умерла от голода, т. к. не смогла бы питаться «зеркальной» пищей (а вот вода ничем не отличалась бы от нашей).

Почему же случилось так, что в составе живых существ нашей планеты оказались только правые углеводы и левые аминокислоты? В одном из рассказов польского фантаста Станислава Лема предлагается такая версия. Будто бы жизнь была завезена на Землю на инопланетном космическом корабле. И механик этого корабля, выливая в первобытный земной океан ведро органических веществ, размешал их кочергой в одном направлении. И вот результат... Это, конечно, шутка.

А как обстояло дело в действительности? Важнейшие жизненные процессы («считывание» генетической информации, синтез белка — см. ст. «Генетика») могут протекать только в «зеркально»-однородной среде. Значит, жизнь неизбежно должна была нарушить равноправие правых и левых форм органических веществ.

Быть может, одновременно где-то возникла «зеркальная» жизнь — с правыми аминокислотами и левыми углеводами? Но тогда, видимо, в борьбе за существование выжили наши далёкие предки, истребив своих «двойников из Зазеркалья».

Далеко не всякий пятилетний ребёнок различает правую и левую стороны. В XIX в. солдаты заучивали «право и лево», привязывая к правому сапогу сено, а к левому — солому. И сейчас взрослому человеку случается ошибиться. А взятый из живого организма белок-фермент разделяет смесь правых и левых аминокислот безошибочно и чисто. Так что в чём-то жизнь, безусловно, ушла вперёд, развиваясь от белковых молекул до человека. А в чём-то мы поотстали...

ГЛИКОЛИЗ

Герои романа Жюля Верна «Дети А капитана Гранта» только собрались поужинать мясом подстреленной ими дикой ламы (гуанако), как вдруг выяснилось, что оно совершенно несъедобно.

«Быть может, оно слишком долго лежало?» — озадаченно спросил один из них.

«Нет, оно, к сожалению, слишком долго бежало! — ответил учёный-географ Паганель. — Мясо гуанако вкусно только тогда, когда животное убито во время отдыха, но если за ним долго охотились и животное долго бежало, тогда его мясо несъедобно».

Вряд ли Паганель сумел бы объяснить причину описанного им явления. Но, пользуясь данными современной науки, сделать это совсем нетрудно. Начать придётся, правда, несколько издалека.

Когда клетка дышит кислородом, глюкоза «сгорает» в ней, превращаясь в воду и углекислый газ, и выделяет энергию. Но, предположим, животное долго бежит, или человек быстро выполняет какую-то тяжёлую физическую работу, например, колет дрова. Кислород не успевает попасть в клетки мышц. Тем не менее клетки «задыхаются» не сразу. Начинается любопытный процесс — гликолиз (что в переводе означает «расщепление сахара»). При распаде глюкозы образуется не вода и углекислота, а более сложное вещество — молочная кислота. Каждый, кто пробовал кислое молоко или кефир, знаком с её вкусом.

Энергии при гликолизе выделяется в 13 раз меньше, чем при дыхании. Чем больше молочной кислоты накопилось в мышцах, тем сильнее человек или животное чувствует их усталость. Наконец, все запасы глюкозы в мышцах истощаются. Необходим отдых. Поэтому, перестав колоть дрова или взбежав по длинной лестнице, человек обычно «переводит дух», восполняя недостаток кислорода в крови. Именно молочная кислота сделала невкусным мясо животного, подстреленного героями Жюля Верна.

Точно так же молочнокислые бактерии извлекают для себя энергию, превращая глюкозу, содержащуюся в молоке, в молочную кислоту, а само молоко (или сливки) — в простоквашу, ряженку, кефир, йогурт, мацун, творог, сметану и др. Кислород бактериям при этом не нужен: брожение заменяет им дыхание.

А при спиртовом брожении расщепление глюкозы идёт дальше, и она распадается на этиловый спирт и углекислоту. На этом основано приготовление вина, пива, кваса, кумыса, дрожжевого теста.

называется активным центром фермента. Используем ещё одно сравнение: нужные вещества подходят к ферменту, как ключ к замку. Но замок этот «с секретом». Он сам изменяется, подстраиваясь под «ключ», т. е., как и в приведённых выше примерах, частично «.раскручивается», денатурирует. В качестве аналогии можно привести, например, одежду. Она подогнана под размер тела человека, но при надевании форма её изменяется.

Не следует думать, что вещества подолгу задерживаются в активном центре фермента. Иногда сквозь эту «ямку» за минуту успевает проскочить 5 млн молекул реагирующих веществ! (Иные, впрочем, работают «медленно» — с десяток «оборотов» в секунду.)

Фермент может работать и вне организма. Например, во многие стиральные порошки сейчас добавляют ферменты, которые прекрасно справляются со своей ролью — удаляют с белья пятна грязи. Нужны ферменты и в пищевой индустрии. Каждый год мировая промышленность для разных целей производит сотни тысяч тонн ферментов.

Как мы видим, белок — это действительно основа жизни, и где его нет — жизнь невозможна.

УГЛЕВОДЫ

Картофельные клубни (крахмал), пищевой сахар (сахароза), бумага, на которой напечатана эта книга (целлюлоза), — всё это углеводы или почти чистые углеводы. Все они состоят только из углерода, кислорода и водорода, при этом соотношение атомов водорода и кислорода в них такое же, как в молекулах воды. Получается, что состоят они из «угля» (т. е. углерода) и воды — отсюда и их название.

ГЛЮКОЗА. Пищевой сахар, сахароза, — соединение глюкозы и фруктозы.

Глюкоза — пожалуй, самый известный из углеводов. В организме любого животного должно постоянно содержаться определённое её количество (в крови человека — около 15 г). Организм «сжигает» глюкозу, превращая её в углекислоту и воду, и таким образом получает энергию для всех идущих в нём процессов.

Некоторые лягушки нашли применение глюкозе в своём организме — любопытное, хотя и гораздо менее важное. В зимнее время иногда можно найти лягушек, вмёрзших в ледяные глыбы, но после оттаивания земноводные оживают. Как же они ухитряются не замёрзнуть насмерть? Оказывается, с наступлением холодов в крови лягушки в 60 раз увеличивается количество глюкозы. Это мешает образованию внутри организма кристалликов льда.

КРАХМАЛ И ГЛИКОГЕН. Хранить глюкозу в чистом виде живым организмам довольно обременительно: её не слишком большие молекулы легко «разбегаются» из клеток. Как грибники для хранения нанизывают грибы на нитки, так и организмы про запас составляют «бусы» из молекул глюкозы. «Нанизывать» глюкозу в виде бус можно разными способами. При этом получаются разные вещества.

Растения запасают углеводы в виде крахмала, а животные и грибы — в виде более легко растворимого гликогена. Известно, что если капнуть на кусочек хлеба или в крахмальный раствор немного йода, они окрасятся в синий цвет. Такое окрашивание при взаимодействии с йодом даёт крахмал. А гликоген с йодом даёт красное окрашивание.

ЦЕЛЛЮЛОЗА. Целлюлоза (клетчатка) — самое распространённое органическое вещество. Её молекула тоже имеет вид «бус», составленных из молекул глюкозы. В одной «нитке» бус около 10 тыс. «бусин». «Нитки» эти отличаются большой прочностью (в отличие от крахмала и гликогена).

Целлюлоза — основная часть древесины. Из неё состоит бумага, хлопчатобумажная ткань, вата. Казалось бы, целлюлоза — почти неисчерпаемый источник пищи для всего живого. Но человек и большинство животных питаться ею не могут, т. к. целлюлоза почти не поддаётся расщеплению. Усваивать её умеют только некоторые микроорганизмы и грибы. Именно они постепенно превращают в труху мёртвые деревья. Животные (например, термиты, травоядные звери), которые поедают целлюлозу, могут переваривать её только с помощью бактерий и простейших, живущих в их желудке и кишечнике. Если эти микробы погибнут — животное умрёт от голода.

ХИТИН. По химическому строению и своему значению для живых организмов хитин близок к целлюлозе. Из хитина, в частности, строится наружный скелет членистоногих, а также клеточная оболочка большинства грибов.

ЖИРЫ И ЛИПИДЫ. Одни вещества, смешиваясь с водой, равномерно в ней растворяются (их называют гидрофильными, т. е. «любящими воду»), другие, как их ни перемешивай, останутся «сами по себе» (их зовут гидрофобными, т. е. «ненавидящими воду»). А что произойдёт, если «сшить» две молекулы — любящую «купаться» и не желающую это делать?

Прежде чем ответить на этот вопрос, вспомним об одном любопытном наблюдении. Учёные как-то изучали поведение в неволе странного создания — двухголовой змеи. Однажды произошёл забавный случай: у одной из голов, видимо, возникло желание нырнуть в воду, а другая голова этому воспротивилась. После короткой «борьбы» змея всё же окунулась в воду, но

« гидрофобная» голова с отвращением держалась над поверхностью воды.

Примерно так же ведёт себя молекула, имеющая

«водолюбивую» головку и «водобоязненный» хвост (чаще два или три «хвоста»). Именно так устроены молекулы обыкновенного мыла, молекулы жиров и липидов, о которых мы рассказываем. Проще всего таким молекулам расположиться по границе раздела сред, например воды и воздуха. «Хвосты» при этом направить в воздух, а «головки» — в воду. Ну а если кругом вода? Молекулы находят оригинальный выход из положения. Они собираются в плоский слой толщиной в две молекулы. При этом «головки» обращены к воде, а «хвосты» «довольствуются собственным обществом».

То, что мы получили, — это и есть липидная мембрана, окутывающая все клетки живых организмов и разделяющая их изнутри на «отсеки» (см. ст. «Клетка»).

Помимо этой своей роли, самой важной, липиды и жиры выполняют ещё несколько серьёзных задач. Из 10 кг жира можно получить 11 кг воды. Этим пользуются «корабли пустыни» — верблюды — во время

Строение клеточной мембраны.

ХЕМОСИНТЕЗ

Изучая окружающий нас мир, мы можем предположить, что всё живое на Земле черпает свою энергию из единственного источника — солнечных лучей. Ведь только на свету у растений происходит фотосинтез (см. ст. «Фотосинтез»). Животные и грибы, которые могут хоть всю жизнь провести в темноте, — не в счёт, ведь они живут благодаря тому, что «наработано» растениями. А может ли жизнь существовать там, где нет лучей Солнца?

Оказывается, может. Образно говоря, некоторые живые организмы приспособились «греться» (получать энергию) не под солнечными лучами, а у совершенно необычных «огоньков». Есть бактерии, которые извлекают энергию из соединений железа, серы, азота, других элементов. За счёт этой энергии они создают сложные органические вещества. Этот процесс (не менее замечательный, чем фотосинтез) называется хемосинтезом.

Железобактерии окисляют железо, помогая отложению морских руд. Серобактерии окисляют серу до серной кислоты. Когда в Киеве начали строить метрополитен, строители стали закачивать в забои сжатый воздух. Хемосинтезирующие серобактерии, которые до этого влачили жалкое существование из-за «кислородного голода», воспользовались неожиданной помощью и стали активно вырабатывать концентрированную серную кислоту. За счёт этого они получали энергию для жизни и строили своё тело, но... массивные болты железобетонных конструкций стали быстро разрушаться под действием кислоты.

Очень важную роль в природе играют нитрифицирующие бактерии, помогающие растениям усваивать из почвы азот.

Иногда вокруг хемосинтезирующих бактерий складываются целые сообщества организмов (от простейших до иглокожих), живущих, в конечном итоге, за счёт хемосинтеза. Внешне эти сообщества почти неотличимы от «обычных», хотя свою жизненную энергию черпают не из солнечных лучей (как мы с вами), а совсем из иных источников и могут процветать в полной темноте.

Строение молекулы липида.

ЧТО ТАКОЕ МЕТКА?

Как можно проследить перемещение различных веществ внутри живого организма? Первый шаг к решению этой проблемы был сделан в 1904 г. Незадолго до того физиками были открыты и получены радиоактивные вещества. (Напомним, что эти вещества в темноте оставляют отпечаток на фотографических пластинке или бумаге.) И вот русский физиолог Ефим Лондон проделал такой необычный опыт. Он дал лягушке подышать радиоактивным газом, а затем положил её на фотопластинку. В полной темноте тело лягушки оставило на пластинке чёткий фотоотпечаток.

Постепенно увеличивалось количество радиоактивных веществ, известных науке. Сейчас едва ли не каждое соединение учёные могут сделать радиоактивным. Для этого вместо обычных атомов водорода, углерода, серы и др. в соединение добавляются их радиоактивные «двойники» (изотопы). А значит, можно «пометить» и заставить «светиться» любое из обычных веществ, входящих в состав организма (от воды до белков, углеводов и т. д.). А затем по фотографиям, силе «свечения» проследить, куда внутри живого тела или клетки переместилось соединение: Этот метод, получивший название «метки», — сейчас один из главных инструментов физиологии.

длинных безводных переходов; сурки, медведи и другие животные во время зимней спячки. В это время они постепенно «пьют» свой накопленный жир.

Киты, тюлени, моржи, живущие в холодной воде полярных морей, защищаются от холода с помощью толстого жирового слоя. Слой китового жира (ворвани) достигает метра в толщину!

И наконец, запасающая роль жиров. Жиры

«хранят энергию» вдвое более экономно, чем углеводы (из каждого грамма жиров можно извлечь вдвое больше энергии, чем из такого же количества углеводов). Всем известно, что когда человек потребляет слишком много углеводов, например сладостей, организм превращает углеводы пищи в жиры и «откладывает про запас». Точно такие же жировые «запасы» хранятся обычно в семенах растений.

АТФ

Представьте, что у вас в руках множество разных заводных игрушек. Если все их завести ключом, а потом привести в движение, мы увидим целый «мирок», живущий своей жизнью. Игрушечные куры будут деловито клевать воображаемое зерно, собаки — «служить», автомобили — разъезжать взад-вперёд, лягушки — прыгать. Но все эти действия, несмотря на их внешние различия, запущены одним и тем же механизмом, благодаря одному и тому же повороту ключа.

Что-то похожее мы видим в живой клетке с её сотнями и тысячами разнообразных, одновременно идущих процессов. Роль такого «механизма» здесь играет вещество. Оно называется аденозинтрифосфорной кислотой, а если коротко — АТФ. Молекулу АТФ можно сравнить с заведённым, но не пущенным моторчиком игрушки. Когда возникает необходимость, АТФ «срабатывает» и отщепляет от себя фосфорную кислоту. При этом выделяется сравнительно много энергии. Теперь «мотор» надо заводить снова.

Когда в клетке «сжигаются» органические вещества, за счёт выделенной энергии «заводятся» огромные количества молекул-«моторчиков». Без АТФ организм не смог бы воспользоваться энергией, выделенной при «сжигании» в клетке Сахаров, жиров и т. д. Образно говоря, АТФ — это единственная энергетическая «валюта», которая принимается во всех клеточных «банках». В сравнении с «крупными купюрами» (молекулами жиров, Сахаров) это — мелкая разменная монета. Потому-то она и удобна для разнообразных «платежей» (химических реакций).

Имеющейся в клетке АТФ хватает ненадолго. Например, у человека в клетке мышцы АТФ хватает примерно на 30 сокращений. Поэтому наряду с расходом АТФ должна постоянно восстанавливаться. У животных, растений и грибов для этого в каждой клетке работают специальные «силовые станции» — митохондрии (см. ст. «Клетка»).

ВИТАМИНЫ

Сейчас трудно найти человека, не слышавшего слова «витамин», а между тем до последней четверти XIX в. люди не подозревали об их существовании. В 1881 г. русский учёный Николай Лунин приготовил искусственное «молоко», т. е. смесь всех тех белков, жиров, углеводов,

солей, которые содержатся в молоке, и этой смесью стал кормить мышей. Через некоторое время все подопытные мыши погибли. Из опыта стало ясно, что в природной пище содержатся какие-то необходимые вещества, создать которые организм сам по себе не может. Тридцать лет

спустя их назвали «витаминами». Сегодня их насчитывают несколько десятков. Это вещества самой разной природы. В организме витамины не служат ни «стройматериалом», ни «топливом» — они регулируют обмен веществ. Расскажем о некоторых из них.

ВИТАМИН С (аскорбиновая кислота). Недостаток этого витамина в организме человека приводит к тяжёлому заболеванию — цинге. В старину цингу считали заразной болезнью. Часто страдали ею участники далёких плаваний и полярных экспедиций, от неё умирали заключённые концлагерей. Во время одной из экспедиций Христофора Колумба часть экипажа заболела цингой. Умирающие моряки попросили высадить их на каком-нибудь острове, чтобы они могли там спокойно умереть. Через несколько месяцев на обратном пути корабли Колумба вновь подошли к берегу этого острова. Каково же было изумление прибывших, когда они встретили здесь своих товарищей живыми и здоровыми! Остров назвали «Кюрасао» (по-португальски это означает «оздоровляющий»). От гибели моряков спасли росшие на острове фрукты, в изобилии содержащие витамин С.

Признаки болезни — головокружение, слабость, красная сыпь на коже, кровоточивость дёсен, расшатывание зубов. Цинга описана во многих художественных произведениях, например в рассказе Джека Лондона «Ошибка Господа Бога» о золотоискателях Аляски:

«"Что у вас тут? — спросил Смок одного из лежащих... — Оспа, что ли?" Вместо ответа человек показал на свой рот, с усилием растянул вспухшие губы, и Смок невольно отшатнулся. «Цинга», — негромко сказал он Малышу, и больной кивком подтвердил диагноз. «Еды хватает?» — спросил Малыш. "Ага, — ответил человек с другой койки, — можете взять. Еды полно"».

Природные средства для предотвращения цинги — шиповник, перец, смородина, цитрусовые.

ВИТАМИН А. При недостатке этого витамина у человека развивается болезнь под названием «куриная слепота». Он ничего не видит в сумерках, натыкается на стены. Средства от этой болезни — печень или рыбий жир. Причём в каждом килограмме печени белого медведя накапливается столько витамина А, что его хватило бы человеку на добрых сорок лет! Такое количество витамина может вызвать тяжёлое, даже смертельное отравление. Есть предположение, что от такого отравления погибла экспедиция полярного исследователя Андре. Как видим, злоупотреблять витаминами не стоит.

Морковь, жёлтые сорта помидоров содержат оранжевые кристаллы каротина, который в организме превращается в витамин А. Правда, для такого превращения необходимо присутствие в пище жира (поэтому в тёртую морковь, например, добавляют масло или сметану).

ВИТАМИН Д. При его недостатке развивается рахит, особенно часто — у детей. В городах Англии в конце XVIII в. население целых кварталов страдало этой болезнью. Поэтому рахит прозвали «английской болезнью». При рахите в костях не откладывается известь, они остаются нетвёрдыми, ноги и позвоночник уродливо изгибаются. Помогают от рахита загорание под прямыми солнечными лучами и всё тот же рыбий жир.

ВИТАМИН B1. При нехватке этого витамина человек заболевает болезнью бе'ри-бе'ри (в переводе с сингальского — «большая слабость»). Оказываются поражены нервы, у больного появляется «походка на цыпочках». В Китае эту болезнь знают уже две тысячи лет. В 1897 г. голландский врач X. Эйхман вызвал бери-бери у кур, кормя их варёным рисом, очищенным от отрубей. Стоило добавить в птичий корм отруби, как болезнь проходила.

Людям в тех же целях полезно есть хлеб из муки грубого помола, а также из ржаной муки.

ВИТАМИН РР (никотиновая кислота). В отличие от ядовитого никотина его химическая «родственница», никотиновая кислота, — полезный витамин. Её нехватка вызывает заболевание пеллагрой, признаки которой — розовые пятна на коже (как от солнечных ожогов), воспаление слизистых оболочек рта, желудка.

Никотиновая кислота есть в пивных дрожжах, мясе, гречневой каше.

Мы рассказали лишь о немногих из важнейших витаминов. Так же, как перечисленные, необходимы человеку витамины Р, В2, B6, B12, Е, К и другие. Заметим, что многие из этих веществ витаминами называют лишь условно — организм человека может их создать, но не всегда. Часто для этого нужно определённое «сырьё» (т. е. некоторые вещества в пище). A B12 создаётся микробами, живущими в кишечнике, и недостаток его возникает, если эти микробы убиты антибиотиками.

У каждого живого существа — свой «список» витаминов. То, что является витамином для человека, может не быть таковым, например, для собаки. Зато ей могут быть необходимы другие витамины, человеку не нужные.

ГОРМОНЫ

В своём знаменитом романе «Гаргантюа и Пантагрюэль» французский сатирик и доктор медицины XVI века Франсуа Рабле так повествует о происхождении описываемых им великанов. Когда-то в древности случился необычайно богатый урожай кизила, который «был крупен, красив и вкусен, но обладал таким свойством, что каждый, полакомившийся им, начинал пухнуть: у кого вздувался живот, у кого — плечи, стали появляться на свет горбуны; у одного вытягивался нос, у другого — уши, так что из одного уха можно было сшить себе полный костюм, а другим накрыться как плащом. Иные же росли во все стороны, и от них произошли великаны».

Действие волшебного кизила вполне можно сравнить с действием реально существующих веществ — гормонов. Правда, понимать, как они действуют, учёные начали лишь через несколько столетий — в начале XX в.

Гормоны — вещества различной химической природы. Живые существа вырабатывают их в совершенно незначительных количествах. Про многие гормоны человека можно сказать, что всё человечество вырабатывает их ежедневно в количестве всего нескольких граммов. Но при этом гормоны оказывают огромное влияние на жизнь любого организма. Трудно назвать такой процесс в организме, в котором не участвовали бы гормоны. У животных и человека их вырабатывают железы внутренней секреции (или эндокринные). Расскажем коротко о наиболее важных из таких желёз человека.

ЩИТОВИДНАЯ ЖЕЛЕЗА. Эта

железа, полукружием охватывающая гортань, вырабатывает гормон тироксин. Он побуждает организм усиленно расходовать калории. Животные, в пищу которых добавлялся этот гормон, теряли до 70% своих жировых запасов. Если щитовидная железа работает «чересчур активно», человек заболевает базедовой болезнью. Больной худеет, глаза его начинают как бы «выпирать из ор-

бит», руки дрожат. В средние века таких больных часто «лечили» сожжением на костре как изобличённых ведьм и колдунов.

«Противоположная» болезнь — зоб. В тироксине содержится йод. В местностях, где йода не хватает, люди болеют эндемическим зобом. Их щитовидные железы начинают выделять недостаточно гормонов. Нижняя часть шеи человека распухает. У детей при этой болезни тормозятся рост, физическое и умственное развитие.

НАДПОЧЕЧНИКИ. Кошка увидела своего врага — собаку, зашипела, выгнула спину дугой, шерсть на её загривке встала дыбом, участилось сердцебиение. В этот момент в её кровь был выброшен гормон адреналин — «гормон тревоги», страха. Собака, встретившись с кошкой, зарычала и погналась за ней. В её кровь также в этот момент попали гормоны, но в первую очередь не «гормон тревоги», а «гормон агрессии» — норадреналин.

Оба этих гормона вырабатываются расположенными на верхних концах почек парными железами — надпочечниками. У каждого человека своя реакция на опасность: кто-то выделяет больше «гормона тревоги», кто-то — больше «гормона агрессии». Поэт Андрей Вознесенский даже написал об этом стихи:

Когда человек боится,

Выделяет адреналин.

Это знают собаки

И, лая, бегут за ним.

Если перед схваткой на ринге, дракой или боем противники затевают словесную перепалку, они бессознательно стремятся таким образом усилить у себя выделение «агрессивного гормона» (норадреналина) и подавить тем самым чувство страха, неуверенности.

По каким признакам волки стаи, в которой воспитывался Киплинговский Маугли, выбирали своего вожака? За силу, ум, уверенность в себе, смелость. А как определяют своего вожака реальные звери? Недавно биологи выяснили, что потенциального вожака можно, как правило,

КАРЛИКИ И ВЕЛИКАНЫ

Все случаи гигантизма, а также карликовости так или иначе связаны с нарушением гормонального обмена. И хотя рекордный рост часто приносил его обладателям известность, жизнь таких «чемпионов», как правило, сопровождалась многими болезнями и не была долгой (хотя среди карликов и отмечено несколько случаев завидного долголетия).

Каков был рост самого высокого человека на Земле? Рост знаменитого библейского великана Голиафа» побеждённого Давидом, по некоторым данным, составлял 290 см. Впрочем, по другим источникам, — всего 208 см.

Документально зафиксированный рекорд роста принадлежит американцу Роберту Уодлоу, умершему в 1940 г. в возрасте 22 лет, — 272 см. Рекорд среди женщин — 247 см — поставила китаянка Сэн Чуньлинь, прожившая 17 лет и умершая в 1982 г.

Самым низкорослым человеком в мире была голландская лилипутка Полин Мастерс (1876—1895). Её рост составлял 59 см. Среди мужчин аналогичный рекорд составил 67 см.

Но самый поразительный случай нарушения гормонального обмена — это история жизни австрийца Адама Райнера (1899— 1950). В возрасте 21 года он имел рост 118 см. С какого-то момента он начал быстро расти и в последний год жизни вырос до 237 см. Быстрый рост так изнурил его, что он не мог подняться с постели. Это единственный в мире случай, когда один и тот же человек был и карликом, и великаном.

определить среди зверей по количеству адреналина и норадреналина, выбрасываемых в кровь при нагрузках, опасностях.

От гнева человек краснеет (норадреналин расширяет кровеносные сосуды), а от страха — бледнеет (адреналин сосуды сужает). Юлий Цезарь ничего не знал о гормонах, но, как опытный полководец, в лучших воинских частях оставлял только тех солдат, которые при виде врага краснели, а не бледнели.

Надпочечники вырабатывают также гормоны, формирующие мужской внешний облик организма. У женщин с бородой и усами, выступавших в старину в цирках, просто вырабатывалось чрезмерно много этих гормонов.

ПОДЖЕЛУДОЧНАЯ ЖЕЛЕЗА.

Ещё древним грекам и римлянам было известно тяжёлое заболевание — диабет. Такие больные страдали слабостью, пили много воды. Несколько сот лет назад было установлено, что у больных диабетом повышено содержание сахара в крови. Диагноз «сахарный диабет» до 20-х гг. XX в. означал смертный приговор больному.

А в конце XIX в. учёные обнаружили, что если удалить у собаки поджелудочную железу, у животного развивается сахарный диабет. Открытие это было сделано случайно: служитель вивария (помещения, где содержатся подопытные животные) заметил, что мухи буквально облепили прооперированную собаку. Сахар выделялся у неё с мочой и привлекал насекомых. В 20-х гг. нашего века был выделен гормон инсулин, понижающий количество сахара в крови. Его вырабатывают особые клетки поджелудочной железы. (В поджелудочной железе образуется и гормон глюкагон, повышающий количество сахара в крови, т. е. действие его противоположно действию инсулина.)

Сейчас миллионы людей, больных сахарным диабетом, могут жить и работать только благодаря ежедневному введению инсулина в кровь. Его получают из поджелудочных желёз животных. Инсулин стал первым белком, в котором была расшифрована точная последовательность аминокислот (в 1953 г.).

ГИПОФИЗ. Размер этой железы, размещённой в мозгу, у человека не больше фасолины, а весит она менее грамма. Один из выделяемых ею гормонов — гормон роста. Об этом стало известно в начале XIX в., когда с помощью экстракта гипофиза удалось вырастить гигантских крыс. Случаи карликовости, гигантизма, болезненного ожирения связаны с нарушением выработки этого гормона.

Другие гормоны гипофиза «командуют» работой остальных желёз внутренней секреции.

ПОЛОВЫЕ ЖЕЛЕЗЫ. Половые железы также выделяют гормоны, определяющие мужской или женский внешний облик организма. Любопытным образом используют половые гормоны при разведении аквариумных рыбок гуппи. Самцы гуппи имеют ярко окрашенный разноцветный хвост. Чтобы получить потомство с определённой расцветкой хвоста, надо знать «цвет хвоста» самки, дающей потомство. Но у самки разноцветного хвоста нет! Как же выяснить, какая информация о хвосте будет передана её потомкам? В аквариум, где живут самки, добавляют немного мужского полового гормона гуппи. У самок появляются разноцветные «мужские» хвосты. Задача таким образом находит решение.

ГОРМОНЫ РАСТЕНИЙ. Гормонами растений учёные занялись позже, чем гормонами животных, но теперь о них уже многое известно. Некоторые из них применяются в сельском хозяйстве. Ведь с помощью гормонов можно командовать растениями, как «армией», и даже в большей степени, чем настоящей армией. Например, можно дать команду «к листопаду», или «приостановить рост на время засухи», «ускорить созревание», или «увеличить размер плодов». Наконец, можно уничтожить растения — выборочно или полностью.

Однако использование растительных гормонов имеет и отрицательную сторону. Например, во время войны во Вьетнаме американские войска для борьбы с партизанами (стремясь сделать джунгли «прозрачными») опрыскивали лес дефолиан-

НАЦИОНАЛЬНЫЕ РЕКОРДЫ РОСТА

Племя самых высокорослых людей в мире — батутси из Центральной Африки. Средний рост мужчин батутси — более 195 см.

Самое низкорослое племя — пигмеи мбути, также из Центральной Африки. Средний рост мужчин — 137 см. Дети их растут нормально до определённого момента, когда гипофиз внезапно перестаёт вырабатывать гормон роста, и рост прекращается.

САМЫЕ ПОЛНЫЕ И САМЫЕ ХУДЫЕ ЛЮДИ

Случаи крайней степени худобы и полноты у людей, как правило, связаны с нарушением гормонального равновесия в организме.

Когда американца Уолтера Хадсона в 1987 г. попытались взвесить на промышленных весах, рассчитанных на груз до полутонны, они сломались. Весил Хадсон 545 кг. А самым полным человеком на свете стал также американец — Джон Миннок, погибший из-за своей непомерной тучности. Его вес достигал 635 кг.

Самым лёгким человеком на свете была жившая в XIX в. мексиканка Лючия Сарате. В возрасте 17 лет она при росте 67 см весила 2 кг 125 г.

тами — веществами, вызывающими образование непосредственно в растениях определённого гормона, заставляющего их сбрасывать листву. Но это при-

вело, в частности, к резкому увеличению числа раковых заболеваний среди местного населения (да и среди самих американских солдат).

КЛЕТКА

ОТКРЫТИЕ КЛЕТКИ. 13 апреля 1663 г. молодой английский учёный Роберт Гук показывал в собрании Королевского общества в Лондоне интересный микроскопический препарат — срез коры пробкового дуба. Кора оказалась не однородной, а состоящей из крошечных ячеек, похожих на пчелиные соты. Гук назвал их «клетками». Он имел в виду маленькие камеры наподобие помещений, в которых сидят заключённые, или монастырских келий.

Гук не мог предвидеть всей важности своего открытия. Он считал, что живое вещество клетки — это её стенки, а внутри эта «коробочка» пуста.

КЛЕТОЧНАЯ ТЕОРИЯ. К 1838 г. наука накопила огромное количество сведений о клетках живых организмов. Прежде всего стало ясно, что живым веществом является содержимое клетки, а не её стенки, как полагал Гук. Клетки были обнаружены в тканях растений и животных. Учёные узнали, что клетки могут размножаться, делясь пополам.

Всю эту массу информации в 1838—1839 гг. обобщили немецкие биологи Маттиас Шлейден и Теодор Шванн. Они сформулировали основное положение клеточной теории: клетка — единица строения и жизнедеятельности всех живых организмов.

Из клеток состоит всё живое. Как здание строится из кирпичей, так и ткани и органы живых существ состоят из клеток. Вне клетки нет жизни. В теории Шванна и Шлейдена была, однако, ошибка: учёные считали, что клетки организма возникают из бесклеточной зародышевой массы. В 1855 г. их соотечественник Рудольф Вирхов отверг это положение. «Всякая

клетка — только от клетки», — так афористично сформулировал он новый биологический закон. Новая клетка может произойти только от других клеток.

ЯДРО. В 1833 г. английский ботаник Роберт Браун открыл в клетках плотные округлые тельца и описал их. Он назвал их ядрами. Позднее биологи установили, что ядро (или множество ядер) есть во всех клетках растений, животных и грибов. (Хотя отдельные типы клеток теряют ядро в процессе развития.)

Ядро в масштабе клетки имеет довольно крупные размеры. Но можно ли увидеть ядро, не пользуясь увеличительными приборами? Казалось бы, если и клетки человеку удаётся увидеть невооружённым глазом только в редких случаях, то что уж говорить о деталях их строения, например о ядре. Между тем ядро одноклеточной морской водоросли ацетабулярии прекрасно можно увидеть невооружённым глазом. Эта водоросль считается одним из самых больших одноклеточных существ: от 2 до 4 см в высоту. Она состоит из шляпки, «стебля» и ножки. Ядро её напоминает небольшой шарик диаметром 1 мм.

Серию знаменитых опытов с ацетабулярией провёл немецкий биолог Иоахим Хеммерлинг в 30-е гг. XX в. Он просто разрезал водоросль ножницами. Ядро при этом оставалось в шляпке, ножке или стебле. Учёный заметил, что только та часть растения, где сохранялось ядро, могла восстановить полноценный организм и размножаться. Потерянное ядро уже не восстанавливалось.

Удалённое ядро, помещённое на сутки в сахарный раствор и возвращённое затем на место, приживалось, и водоросль продолжала расти и размножаться как ни в чём не бывало.

Существует несколько видов ацетабулярии. У одних форма шляпки походит на зонтик, у других — на ромашку. Самое же интересное заключалось в том, что если водоросли-«зонтику» отрезали шляпку и в оставшуюся часть помещали ядро водоросли-«ромашки», то новая шляпка была уже шляпкой «ромашки»!

Постепенно биологи пришли к выводу, что ядро — это «хранилище инструкций и чертежей» строения, развития и жизнедеятельности клетки. Подробнее об этом рассказано в статье «Генетика». Ядро окружено двойной «кожицей» (мембраной) — ядерной оболочкой, которая име-

Ацетабулярни.

ет многочисленные поры. Сквозь поры ядро может передавать в остальную часть клетки свои «инструкции» и регулировать её деятельность.

МЕМБРАНЫ КЛЕТКИ. Биологи давно догадывались, что любая клетка окружена тонкой «кожицей», оболочкой, отграничивающей её от внешней среды. Но увидеть эту оболочку удалось только в 50-е гг. XX в. с помощью электронного микроскопа. Что же такое эта клеточная «кожа»?

Чтобы получить о ней наглядное представление, вспомним обыкновенный мыльный пузырь. Вода постепенно стекает вниз, стенка пузыря утончается. Вот по нему начали от вершины бежать радужные разводы. Это значит, что толщина мыльной плёнки составила всего несколько сот молекул мыла и стала соизмеримой с длиной световых волн. По мере того как плёнка становится всё тоньше, по пузырю несколько раз пробегает вся цветовая гамма. А затем происходит удивительная вещь. На вершине пузыря образуется «дыра», которая быстро разрастается. Пузырь лопается. Если пузырь висит в воздухе, в какой-то момент может показаться, что от него осталась только нижняя полусфера. Но верхняя часть мыльной плёнки отнюдь не исчезает. Просто она достигает толщины в две-три молекулы, и световые волны проходят через неё, «не замечая» преграды!

Именно такой тончайшей (в две молекулы толщиной) плёнкой (мембраной) и «обёрнута» каждая живая клетка. По вязкости мембрана близка к оливковому маслу. В статье «Вещества организма» рассказано о свойстве жиров и липидов образовывать мембрану толщиной в две молекулы. В эту липидную плёнку вкраплены молекулы белков (см. раздел «Белки» в статье «Вещества организма»). Белки не закреплены, а свободно плавают в мембране. Они служат «контрольно-пропускными пунктами» мембраны, её «привратниками». Причём белки не только помогают пройти внутрь клетки «званым гостям», но и выбрасывают вон «непрошеных посетителей». Сравнение это можно продолжить. Есть на поверхности мембраны «дверные звонки» (тоже белки), с помощью которых внутрь клетки передаются сигналы. Есть «квартирные номера», благодаря которым клетки узнают друг друга.

У животных клеток поверх наружной клеточной мембраны расположен ещё «чехол» из углеводов, примерно вдвое тоньше самой мембраны. А в клетках растений кроме мембраны имеется ещё толстая клеточная стенка из целлюлозы (см. ниже).

Мембрана не только «обёртывает» клетку, но и делит (как говорят биологи, «разгораживает») её на обособленные отсеки, в каждом из которых идёт свой химический процесс. В этих отсеках клетка создаёт свои белки, жиры, углеводы. Этот внутренний клеточный лабиринт из мембран с «тоннелями», пузырьками и полостями был открыт в 1945 г. Его назвали эндоплазматической сетью. В клетке как бы выделяются «кухня», «кабинет», «столовая» и т. д. Представьте себе, что внутри жилых домов перестали бы строить внутренние стены. Насколько менее удобно стало бы жить в таких помещениях! Между тем, возвращаясь к клетке, надо сказать, что именно так, с минимальным количеством внутренних отсеков, устроены клетки безъядерных организмов — бактерий и сине-

Клетка животного.

МОЖНО ЛИ УВИДЕТЬ КЛЕТКУ?

Организм взрослого человека состоит примерно из 100 триллионов клеток. Как вы думаете, из скольких клеток состоит только что отложенное куриное яйцо? Оказывается, в птичьем яйце, как и в любой яйцеклетке, — всего одна-единственная клетка, окружённая множеством оболочек. Во многих случаях разглядеть яйцеклетку труда не представляет.

В весеннем пруду обычно нетрудно найти прозрачные «лепёшки» лягушачьей икры с многочисленными чёрными точками внутри. Каждая такая чёрная точка в свежеотложенной икре — тоже единственная клетка (яйцеклетка).

Организмы, состоящие из одной клетки (амёбы, инфузории, многие водоросли), иногда также хорошо видны невооружённым глазом. Их длина достигает нескольких миллиметров, а порой и сантиметров.

В мякоти плодов арбуза или апельсина, если присмотреться, тоже можно различить отдельные клетки. У арбуза в центральной части плода налитые соком клетки достигают 1 мм в диаметре. Клетки многоклеточных животных — одни из самых мелких, но и их можно в некоторых случаях увидеть. Взяв каплю крови у аксолотля (это земноводное некоторые любители держат в домашних аквариумах) и выпустив её в небольшое количество воды, налитой на стекло, вы увидите на тёмном фоне крохотные комочки — кровяные клетки.

ИЗУЧЕНИЕ СТРОЕНИЯ КЛЕТКИ

«Природа создала все существа по одному плану строения, одинаковому в принципе, но бесконечно варьирующему в деталях». Такое мнение высказывал в начале XIX в. французский зоолог Этьенн Жоффруа Сент-Илер. Упорно, невзирая на общее предубеждение, Сент-Илер отстаивал эти свои научные взгляды. На знаменитом публичном диспуте с Жоржем Кювье Сент-Илер попытался доказать сходство плана строения позвоночных животных и головоногих моллюсков. Кювье блестяще и убедительно разбил доводы Сент-Илера. А ведь теперь мы можем сказать, что Сент-Илер был... прав. Только напрасно он искал единый план строения на уровне организмов в целом, к тому же столь далёких друг от друга. Но на уровне клетки единство строения всех живых существ общепризнанно. Клетки всех живых организмов сходны (гомологичны) между собой. Это также одно из положений клеточной теории.

Подобно тому как организм состоит из отдельных органов, клетка состоит из многих частей, ответственных за питание, выделение, размножение и т. д. Эти составные части клетки назвали органоидами. В клетке растения, животного, гриба мы находим одни и те же органоиды (хотя есть и различия).

Учёные открывали и изучали новые органоиды на протяжении десятилетий и даже столетий. В изучении клетки можно выделить две эпохи: световой и электронной микроскопии.

Невооружённым глазом можно разглядеть предметы размером не менее десятой доли миллиметра. Изобретённый в 1590 г. голландскими механиками братьями Яном и Захарией Янсенами микроскоп позволил увеличить этот предел видимости в десятки, а позднее и в сотни раз.

Хоть острым взглядом нас природа одарила, Но близок оного конец имеет сила. Коль много микроскоп нам тайностей открыл, Невидимых частиц и тонких в теле жил!

(Михаил Ломоносов)

Сегодня самый лучший световой микроскоп позволяет рассмотреть детали, в 500 раз более мелкие, чем видимые глазу. Но не более мелкие! Световые волны просто огибают всю остальную «мелочь», как волны моря перекатываются через валуны среднего размера, не замечая их. Остаётся сделать волны более короткими, превратить их в «мелкую рябь», чтобы они наталкивались даже на небольшие «камешки».

В электронный микроскоп, созданный в 30-е гг. XX в., можно разглядеть несравненно больше деталей строения клетки, чем в световой. Вместо видимого света объект освещается направленным пучком электронов. Современные электронные микроскопы увеличили «предел видимости» ещё в 2 тыс. раз по сравнению со световыми. Теперь это — величина, приблизительно равная диаметру атома водорода.

ЧЕМ РАСТЕНИЯ ОТЛИЧАЮТСЯ ОТ ЖИВОТНЫХ?

Попробуем дать определение такого, казалось бы, обычного понятия, как «растение». Как будто все мы знаем, что это такое. Каждому, например, ясно, что стройная берёзка, комнатный фикус, зелёный мох — это растения, а муха, ящерица, собака — животные. Но по какому признаку мы их так чётко различаем?

Строение (сверху вниз): хлоропласта; митохондрии со складками (кристами); митохондрии с трубочками.

зелёных водорослей. Ядерные организмы стали следующей, более совершенной ступенью эволюции.

До изобретения электронного микроскопа учёные не знали о столь существенных отличиях клеток бактерий и синезелёных водорослей от клеток животных, растений и грибов. Подробно о строении бактерий можно прочитать в статье «Бактерии».

ЛИЗОСОМА. Лизосомы были открыты в 1955 г. Это маленькие мембранные пузырьки, наполненные особыми белками-ферментами. Эти белки настолько хорошо разлагают и переваривают органические вещества, что если «выпустить» их из лизосом, клетка «переварит саму себя». Лизосомы — это как бы внутриклеточные «желудки» (см. также ст. «Питание»). Лизосомы переваривают не только пищу, попавшую в клетку, но и части самой клетки, вышедшие из строя. Есть у лизосом и другие «обязанности». Например, мужская половая клетка, для того

чтобы слиться с яйцеклеткой, лизосомами «прожигает» себе путь сквозь её оболочку. При превращении головастика во взрослую лягушку лизосомы «съедают» его хвост.

СЕТЧАТЫЙ КОМПЛЕКС. Его называют ещё аппаратом Гольджи по имени итальянского учёного, открывшего его в 1898 г. Здесь собираются и «упаковываются» произведённые клеткой вещества (белки, жиры, углеводы), как правило, предназначенные на «экспорт» в различные органы. Здесь же производятся лизосомы. Сам сетчатый комплекс состоит из плоских мембранных пузырьков, наложенных друг на друга, как блины в стопке.

МИТОХОНДРИИ. Когда-то, миллиарды лет тому назад, существа, напоминающие бактерий, нашли себе необычную среду обитания. Они поселились внутри клеток других живых организмов. Постепенно «хозяева» и «жильцы» приспосабливались друг к другу, а в конце концов настолько сжились, что друг без друга не могли уже существовать. Такая взаимопомощь в природе, как известно, называется симбиозом.

Содружество это оказалось настолько полезным, что сейчас почти во всех клетках растений, грибов и животных, в том числе и в наших с вами клетках, продолжают жить эти «квартиранты», став их необходимой частью. Их называют митохондриями, а у растений это ещё и пластиды (см. ниже).

От былой независимости у митохондрий осталась лишь относительная автономия. Они имеют собственную генетическую информацию, записанную в ДНК, и сами синтезируют некоторые свои белки. Правда, этого недостаточно, чтобы они могли свободно размножаться вне клетки. Новые митохондрии (и пластиды, о которых речь пойдёт дальше) возникают путём деления старых.

Митохондрии называют «батареями жизни», «клеточными энергостанциями». В митохондриях происходит клеточное дыхание. Без огня и дыма, но очень эффективно они «сжигают» питательные вещества, переводят полученную энергию в АТФ (см. ст. «Вещества организма») и в таких удобных «расфасовках» передают её для всех нужд клетки. КПД митохондрий необычайно высок: около 50%, в то время как КПД двигателей внутреннего сгорания — около 33%.

В клетке может быть от одной до нескольких тысяч митохондрий — чем больше клетке приходится «работать», тем больший объём они занимают (до 40% общего объёма клетки).

КЛЕТОЧНЫЙ ЦЕНТР. Деление клетки (см. ст. «Генетика») часто называют «танцем хромосом». Но хромосомы в этом «танце» не самостоятельны: их движениями с помощью длинных нитей (микротрубочек) руководит опытный «танцмейстер». Речь идёт об органоиде, открытом в 1875 г. и названном «клеточным центром». Он имеется в клетках животных и некоторых растений и грибов.

Основная часть клеточного центра — два цилиндра (центриоли), состоящие из микротрубочек.

ОСОБЕННОСТИ РАСТИТЕЛЬНОЙ КЛЕТКИ

За исключением клеточного центра, все перечисленные органоиды имеются в клетках всех растений, животных и грибов. Но в клетках растений есть и такие органоиды, которых в клетках животных нет.

Может быть, по признаку подвижности (растения в отличие от животных вроде бы совершенно неподвижны)? Но вспомним, что зелёные растения всегда тянутся к свету, одуванчики и мать-и-мачеха закрывают на ночь свои

соцветия-корзинки. Хищная росянка активно ловит листьями насекомых Тропическая мимоза, разводимая у нас в оранжереях, опускает листочки при прикосновении к ним. А микроскопическая зелёная водоросль (тоже растение!), которая любит поселяться в аквариумах, всегда подплывает к самой освещенной стенке аквариума, покрывая её сплошным зелёным ковром.

Конечно, нельзя не признать, что большинство растений ведёт неподвижный, «прикреплённый» образ жизни. Но всё-таки надёжного разграничения растений и животных этот признак не даёт.

В таком случае, наверное, зелёный цвет — это как раз и есть отличительный признак растений? Зелёный цвет растениям придаёт содержащийся в их тканях хлорофилл, благодаря которому происходит один из самых замечательных процессов в природе — фотосинтез (см. ст. «Фотосинтез»). Да, у животных и грибов хлорофилла нет, и к фотосинтезу они неспособны. Но и некоторые растения утратили эту способность, как и зелёную окраску (об этом рассказано в статье «Растения-паразиты»). Значит, и этот признак — не универсальный.

Может показаться странным, но со строго научной точки зрения чёткая граница между растениями и другими живыми существами проходит на микроскопическом уровне. А именно — клетки растений окружены плотной клеточной стенкой, образованной из целлюлозы. У животных клеток такой стенки нет.

Именно взгляд на клеточные стенки заставил первооткрывателя клеток Гука вспомнить монастырские кельи с их прочными стенами. Конечно, как в стенах домов имеются окна и двери, так и в клеточных стенках имеются поры, сквозь которые из одних клеток в другие поступают различные вещества.

Клетка растения.

Зелёным цветом обозначены хлоропласты,

оранжевым — хромопласты,

фиолетовым — ядро,

коричневым — митохондрии.

В центре клетки — крупная вакуоль.

КЛЕТКИ В ПРОБИРКЕ

В 1907 г. американский биолог Росс Харрисон сообщил об удивительном факте: ему удалось несколько недель сохранять живыми в пробирке клетки зародыша лягушки. Это положило начало выращиванию клеток вне организма.

А в 1950 г. в США была впервые получена культура клеток человека. Клетки раковой опухоли взяли у чернокожей американки Генриэтты Лэкс (хотя во многих учебниках эту женщину почему-то называют Элен Лайн). Культуру клеток назвали по её инициалам HeLa. Постепенно эти клетки стали «эталоном», с которым биологи всего мира сравнивают результаты своих опытов. Любопытно, что за годы выращивания в культуре клетки HeLa приобрели высокую степень выживаемости. Случайно попав в другую клеточную культуру, эти агрессивные пришельцы быстро вытесняют первоначальных «жильцов» и занимают их место.

Клетки HeLa продолжают жить в лабораториях, хотя их хозяйка умерла много десятилетий назад.

ВАКУОЛЬ. Вакуоль в растительных клетках — хранилище клеточного сока. Вакуоль для клетки — то же, что и кладовая для рачительного хозяина. Только эта кладовая достигает огромных размеров, занимая иногда 90% объёма растительной клетки. Что же хранят клетки в своих «кладовых»? Обычно это соли, витамины и сахара, иногда — растворимые белки. В вакуоль клетка может отправлять и ядовитые для неё продукты обмена, например никотин, кофеин. В животных клетках крупных вакуолей не встречается.

ПЛАСТИДЫ. Пластиды имеют такую же историю, как и митохондрии: из случайных «жильцов» они превратились в неотъемлемую часть клетки. Внутреннее строение митохондрий и пластид сходно. Но если митохондрии, по предположению учёных, произошли от бактерий, то пластиды — от синезелёных водорослей. Встречаются пластиды только в растительных клетках.

Когда мы видим, как осенний лес сменяет зелёную окраску листьев на жёлтую и красную или как зеленеет полежавший на свету клубень картофеля, мы наблюдаем превращение одних пластид в другие.

Зелёные пластиды называются хлоропластами. В них происходит фотосинтез (см. ст. «Фотосинтез»). Они являются как бы маленькими солнечными батареями. В растительных клетках может быть от одного до нескольких сотен хлоропластов.

Хлоропласты могут самостоятельно передвигаться внутри клетки. От слишком яркого света они, например, укрываются за «шторами» клеточных мембран. Любопытным образом «ведёт себя» хлоропласт в форме пластинки у зелёной водоросли мужоции. При слабом свете он подставляет ему свою широкую часть, а от яркого света «прячется», поворачиваясь боком.

Бесцветные пластиды, запасающие питательные вещества (масла, крахмал), — лейкопласты. Лейкопласты картофельного клубня, наполненные крахмалом, под влиянием света превращаются в хлоропласты, отчего и зеленеет клубень.

Когда дерево готовится к листопаду, его хлоропласты превращаются в ярко окрашенные хромопласты. То же происходит при созревании фруктов, когда зелёный плод превращается в спелый. Хромопласты также расцвечивают лепестки цветов.

ДВИЖЕНИЕ

Мир живой природы находится в непрестанном движении. Двигаются стада или стаи животных, отдельные организмы, двигаются бактерии и простейшие в капле воды. Растения поворачивают свои листья к солнцу, всё живое

растёт. Способы движения за миллиарды лет прошли долгий путь эволюции. Рассказ о движении мы начнём с самых простых его форм, присущих микроорганизмам.

ЖГУТИКИ. В 1676 г. Антони ван Левенгук первым разглядел под микроскопом бактерии. Он написал, что эти крохотные существа быстро двигаются в капле воды, но каким образом — совершенно непонятно. Левенгук предположил, что бактерии имеют крошечные лапки.

В середине XX в. учёные наконец увидели эти «лапки» под электронным микроскопом и назвали их жгутиками. Они похожи на тонкие нити. Жгутики вращаются со скоростью около 50 оборотов в минуту. С силой «ввинчиваясь» в жидкость и отбрасывая её, как гребной винт, жгутик тянет бактерию вперёд.

Сенсацию вызвало то, что впервые в живой природе была обнаружена структура, действующая по принципу колеса. Природа «отобрала» у человека это изобретение.

Помимо бактерий огромная группа живых существ — жгутиковые, — а также некоторые клетки растений, животных и грибов имеют жгутики. Но движутся они с помощью их биения, а не вращения. Такие жгутики уже не заставляют вспомнить колесо.

Короткие и многочисленные жгутики называются ресничками. У инфузории их число превышает 10 тыс. Реснички движутся не беспорядочно, а волнообразно. Они похожи на гребцов, ритмично погружающих в воду свои вёсла. Умело ведут они свой огромный в сравнении с ними «корабль» — инфузорию, могут разворачивать его, «давать задний ход».

ЛОЖНОНОЖКИ. Иначе, чем жгутиковые, движется амёба. Выдвигая ложноножки (временные выпячивания на теле клетки) по направлению движения, она плавно «перетекает» с места на место. Может показаться, что такой способ движения гораздо проще биения жгутиков. Но на самом деле амёбе, выпуская и убирая ложноножки, приходится весьма сложным образом «перестраиваться».

Надо сказать, что на следующих этапах эволюции эти формы движения — с помощью ложноножек, жгутиков и ресничек — никуда не исчезли, а просто «ушли» на уровень клеток. К примеру, у человека белые кровяные клетки передвигаются подобно амёбам. А мужские половые клетки снабжены жгутиками. Дыхательные пути человека, как «ковром», покрыты ресничками — их биение помогает удалять прочь пылинки и иной «мусор».

Мышцы-антагонисты: сгибатель руки (бицепс) и разгибатель руки (трицепс).

МЫШЦЫ-АНТАГОНИСТЫ

Мышцы могут только тянуть, но не способны толкать. Поэтому обычно мышцы образуют пары: таковы, например, сгибатель руки в локтевом суставе (бицепс) и её разгибатель (трицепс). Такие пары называют антагонистами.

СПОСОБЫ ДВИЖЕНИЯ ЧЕТВЕРОНОГИХ

Самый простой способ движения — медленный шаг. При шаге в каждый момент времени приподнята только одна нога, остальные три служат опорой. При более быстрых аллюрах (способах хода и бега) опора на три ноги исчезает, в каждый момент движения тело опирается не более чем на две ноги.

Многие хищники и копытные свободно выбирают наилучший аллюр для каждой скорости. Для лошади, например, при скорости движения до 5 км/ч наилучший аллюр — шаг. При скорости 7 км/ч выгоднее перейти на рысь, а начиная с 15 км/ч, самым удобным аллюром становится галоп. Правда, спортивным рысакам приходится часто и при скорости 45 км/ч передвигаться рысью.

СКОЛЬКО МЫШЦ У ЧЕЛОВЕКА

У человека, по подсчётам учёных, от 400 до 680 мышц. Для сравнения: у саранчи их до 900, а у некоторых гусениц — до 4 тыс.

Общий вес мышц по отношению к весу тела у мужчин составляет около 40%, у женщин — около 30%. У штангистов это соотношение повышается до 55%.

Несмотря на то, что современный человек ходит пешком, вероятно, гораздо меньше, чем его первобытные предки, учёные подсчитали, что за 70 лет человек пешком проходит в среднем расстояние более 384 тыс. км (т. е. расстояние от Земли до Луны).

САМЫЕ БЫСТРЫЕ И САМЫЕ СИЛЬНЫЕ

Самым быстрым сухопутным животным является гепард. На дистанции до 500 м он может развивать скорость до 101 км/ч. Лучшая скаковая лошадь движется со скоростью 72 км/ч.

Самая быстрая рыба — тихоокеанский парусник — на дистанции в 100 м сумела развить скорость до 109 км/ч.

Что же касается силачей в природе, то муравей, например, может поднимать челюстями вес, в 50 раз больший, чем вес самого насекомого. А жук-носорог умудряется удержать на спине вес, в 850 раз больший, чем его собственный. (Для сравнения: слон может удержать на спине только четверть своего веса.) Общая закономерность такова: чем больше животное, тем меньший вес в сравнении с собственным оно может поднять.

МЫШЦА КАК ДВИГАТЕЛЬ

Мышца — более эффективный двигатель, чем, к примеру, двигатель внутреннего сгорания, не говоря уж о паровом. Её КПД достигает 50% (у автомобиля — не выше 35%). Кстати говоря, и остальная энергия не пропадает, поддерживая температуру тела. Известно, что лучший способ согреться — поработать мышцами. Когда человеку холодно, мышцы начинают непроизвольно сокращаться (тогда человек дрожит), выделяя тепло.

Чтобы мышца работала, необходимо «топливо». Об универсальном клеточном топливе (АТФ) рассказано в статье «Вещества организма». Если его запас иссякает, у человека возникает чувство изнеможения, «слабости в коленках», когда кажется, что мышцы отказались служить.

Энергия нужна не только для сокращения, но и для расслабления мышц. Если запас «топлива» исчерпан, например у погибших животных, мышцы «окоченевают», не способные ни расслабиться, ни сократиться.

Механизм сокращения волокна мышцы.

МЫШЕЧНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ. Большинство многоклеточных животных движется с помощью мышечных сокращений. «Смеётся ли ребёнок при виде игрушки, улыбается ли Гарибальди, когда его гонят за излишнюю любовь к родине, создаёт ли Ньютон мировые законы и пишет их на бумаге — везде окончательным фактом является мышечное движение» (Иван Сеченов). Этот список можно продолжить, добавив сюда почти любые движения большинства многоклеточных животных. Насколько разнообразны эти движения, основанные на общем принципе!

Учёные выделяют несколько типов мышц. Наиболее древняя по происхождению мышечная ткань называется гладкой. У большинства беспозвоночных (например, моллюсков) имеется только гладкая мускулатура. Сокращаются такие мышцы очень медленно (не случайно улитки стали «образцом» неторопливости). Зато и устают эти мышцы тоже медленно. Мышца, сжимающая створки раковины моллюска, к примеру, может оставаться в состоянии сокращения много дней подряд.

У человека гладкие мышцы, в частности, сужают кровеносные сосуды, создают волнообразные движения кишечника, регулируют ширину зрачка, поднимают волосы и образуют «гусиную кожу». Сознательно управлять этими движениями человек не может.

СКЕЛЕТНЫЕ МЫШЦЫ. У членистоногих и позвоночных в ходе эволюции независимо друг от друга возник новый тип мышц. Их называют скелетными, или поперечнополосатыми. Профессор Николай Бернштейн писал по этому поводу: «Условия борьбы за существование, конкуренция между живыми тварями постепенно становились всё жёстче и злее. Жизнь уже не могла мириться с медлительными, мягкотелыми организмами, рыхлыми, как студень, и подвижными, вроде часовой стрелки. Борьба и отбор требовали новых исканий.

Поперечнополосатая мышца полностью решила проблему быстроты и мощности — того, чего так жестоко не хватало древним мягкотелым. Мышца нового типа способна сокращаться с молниеносной быстротой: вспомним хотя бы движения крыльев мухи или комара, совершаемые с частотою нескольких сотен в секунду. При этом, сокращаясь, мышца легко развивает высокую мощность, в тысячи раз превосходящую древние мышечные клетки (гладкие мышцы)».

Действительно, скелетная мышца могла сокращаться порой в тысячу раз быстрее, чем гладкая. Но зато скелетные мышцы так же быстро и уставали.

МЕХАНИЗМ СОКРАЩЕНИЯ. Состоят мышцы из мышечных волокон. Благодаря чему они сокращаются? Долгое время ответ на этот вопрос оставался для учёных загадкой. Мы знаем, что из всех веществ организма белки наиболее способны к разным удивительным превращениям. Быть может, при сокращении мышц уменьшается длина белковых молекул?

Учёным было известно, что в состав мышечных волокон входят нити двух видов: тонкие (из белка актина) и толстые (из белка миозина). В 1954 г. ряд биологов одновременно пришли к выводу, что толстые и тонкие нити не меняют своей длины, но могут скользить друг относительно друга.

В скелетной мышце толстые и тонкие нити очень правильно чередуются. Подобно зубьям двух гребёнок, они вхо-

дят друг в друга. Под электронным микроскопом те участки, где «гребёнки» входят друг в друга, выглядят тёмными, а где они разъединены — светлыми. Получается правильное чередование тёмных и светлых полос. За это скелетные мышцы и назвали поперечнополосатыми.

Что же касается гладких мышц, то в них тоже есть тонкие и толстые нити актина и миозина, но они довольно беспорядочно перемешаны. Поэтому и чередования полос под микроскопом нельзя увидеть.

СКЕЛЕТ

Многие люди ошибочно считают, что скелет имеют только позвоночные животные: рыбы, земноводные, пресмыкающиеся, птицы, млекопитающие. На самом деле скелет имеется у подавляющего большинства животных, и за миллиарды лет он претерпел огромную и довольно интересную эволюцию.

Впервые скелетные образования возникли у простейших. Скелет радиолярий (лучевиков), состоящий у большинства этих созданий из кремнезёма, придаёт им необычайную красоту. Не случайно немецкий биолог Эрнст Геккель в своём известном атласе рисунков «Красота форм в природе» много места уделил радиоляриям. Скелет помогает им «парить» в толще воды, а кроме того, защищает от поедания (не всякий хищник способен переваривать их острые скелетные иглы). Беря в руки кусок мела, мы часто не подозреваем, что мел образован неисчислимым множеством останков фораминифер (см. ст. «Простейшие»). Когда-то эти раковинки тоже защищали своих хозяев от поедания хищниками.

Вообще, защита — одна из основных задач скелета. У многих беспозвоночных животных (губок, коралловых полипов и др.) тело насыщено острыми скелетными иглами, что делает его малосъедобным для хищников.

Можно выделить два направления дальнейшей эволюции скелета. Первое — формирование наружного скелета (например, раковины моллюсков, панцирь ракообразных, твёрдый покров насекомых). Второе — развитие внутреннего скелета (у радиолярий, губок, позвоночных животных).

Долгое время на суше господствовали исключительно животные с наружным скелетом. Он весьма удачно защищает его обладателей от нападения врагов, служит опорой их телу, помогает передвижению. Иногда ему достаётся самая неожиданная роль. Корабельному червю (один из видов моллюсков) остаток раковины помогает просверливать ходы в древесине, которой он питается.

Основной материал для раковин моллюсков и фораминифер, скелета полипов — известь, т. е. карбонат кальция. (Из почти чистого карбоната кальция состоят мел и скорлупа куриных яиц.) Но вещество это довольно плотное, тяжёлое. Животные с внешним известковым скелетом на суше весьма неповоротливы. Медлительность улиток даже вошла в поговорку.

Самый совершенный наружный скелет — у членистоногих. Они сумели «найти» для него более удачный и лёгкий материал — хитин (см.

Скелеты передних конечностей (слева направо) человека, кошки, кита, лошади, летучей мыши. Плечо (обозначено оранжевым цветом), лучевая кость (синий цвет), локтевая кость (красный цвет), запястье (голубой цвет), пясть (жёлтый цвет).

Общий принцип

крепления костей

черепа и досок.

раздел «Углеводы» в статье «Вещества организма»). Для большей прочности хитин может пропитываться той же известью. Твёрдые щитки, покрывающие тело животного, соединяются друг с другом более мягкими перепонками. Это позволило членистоногим иметь характерные для них членистые конечности «на шарнирах», столь незаменимые при передвижении по суше. Их скелеты напоминают суставчатые рыцарские латы. Мышцы крепятся к такому скелету изнутри (что можно увидеть при разделывании клешней рака). В конечном итоге благодаря всем этим приспособлениям членистоногие сумели завоевать сушу.

К сожалению, наружный скелет членистоногих имеет и ряд недостатков. Он не может нарастать по мере роста животного, поэтому мешает росту. Чтобы расти, животному приходится время от времени покидать свой скелет — претерпевать линьку. Наблюдательные читатели нередко могли заметить висящую на паутине пустую оболочку паучьих лап — паук покинул свой скелет. Сразу после линьки животное быстро растёт, пока не затвердеют его новые покровы. Но в этот период оно легко уязвимо для хищников. Лишённое опоры, оно вдобавок почти не может двигаться (в особенности если живёт на суше). На время линьки животные обычно прячутся в укромные места.

И ещё одно несовершенство наружного скелета. С уверенностью можно сказать, что муравьи размером с быка и тому подобные гигантские насекомые могут существовать лишь в произведениях писателей-фантастов. У гигантской стрекозы, жившей в каменноугольном периоде палеозойской эры, размах крыльев достигал 70 см (см. ст. «Происхождение и развитие жизни»). Но это, вероятно, рекорд. В реальности «муравью-быку» понадобился бы столь толстый и тяжёлый наружный скелет, что он не смог бы его носить. У водных членистоногих предельный размер тела несколько больше, чем у наземных, но ненамного.

Более перспективным в эволюционном плане оказался путь развития не наружного, а внутреннего скелета.

Зарывшись в песок на дне моря, процеживая из воды съедобные частицы, проводит свою жизнь небольшое (5— 10 см длиной) полупрозрачное существо — ланцетник. Строение его настолько несложно, что каждая из двух половинок разрезанного ланцетника может отрастить недостающую, как у дождевого червя. На первый взгляд в облике этого морского обитателя нет ничего примечательного. Но именно похожие на ланцетника существа сотни миллионов лет назад дали начало всем современным позвоночным — от рыб до зверей и человека. Оказывается, вдоль тела этого невзрачного жителя моря располагается зачаток внутреннего скелета — хорда (или спинная струна). На её месте в ходе эволюции разовьётся прочный позвоночный столб. У бесчелюстных (миног и миксин) в передней части спинной струны уже образуется череп, защищающий головной мозг от внешних повреждений. У рыб мозговой череп дополнится лицевым (челюстями, захватывающими пищу, и др.). Скелет бесчелюстных ещё настолько гибок, что их тело можно без вреда для них завязать узлом.

В ходе эволюции скелет позвоночных постепенно утрачивает излишнюю гибкость и становится всё более твёрдым. У хрящевых рыб (акул и скатов) скелет состоит ещё только из хрящевой ткани. Хрящ лучше приспособлен для роста, чем твёрдая костная ткань, — он может нарастать, не меняя пропорций. Зато костная ткань более прочна и тверда

ПОЧЕМУ ПРОЧНЫ КОСТИ

По внешнему виду кость часто кажется сплошной, целиком состоящей из твёрдого материала. На деле это не так: большинство костей внутри заполнены неокостеневающей тканью — костным мозгом — или просто полые внутри. Благодаря этому скелет взрослого человека, например, весит всего около 8 кг. За счёт чего же достигается удивительная прочность скелета (большая берцовая кость человека выдерживает нагрузку до 1,5 т)?

Дело в том, что в веществах кости есть две «составляющие»: гибкая (органические вещества) и твёрдая, но хрупкая (соли кальция). Прокалённая на огне кость твёрдая, но может рассыпаться от одного прикосновения. А кость, обработанную соляной кислотой, вполне можно завязать узлом, хотя сломать почти невозможно.

Похожий принцип сочетания твёрдости и гибкости применяется человеком в строительстве (кстати говоря, позаимствован он у природы). Бетон — материал хрупкий, железо — гибкий. Бетон в сочетании с железным каркасом (железобетон) гораздо прочнее каждого из этих двух материалов в отдельности.

СУСТАВЫ

Одно из самых удивительных «изобретений» природы, связанных со скелетом, — суставы. Если бы все кости скелета, например, человека просто неподвижно соединялись друг с другом, такой человек не смог бы даже пошевелиться. Подвижные соединения костей и называются суставами.

Участки соприкасающихся в суставе костей покрыты хорошо скользящим хрящом и герметически укрыты оболочкой — суставной капсулой (сумкой). Для уменьшения трения полость, частично разделяющая кости, заполняется синовиальной жидкостью, которую выделяют ткани суставной сумки и хрящей. Стираясь при трении, хрящ также превращается в смазку. Здоровый сустав, таким образом, сам себя смазывает и поддерживает в рабочем состоянии.

Есть суставы, которые могут только сгибаться и разгибаться (например, суставы между фалангами пальцев человека). Другие могут, кроме того, совершать движения в разных направлениях — в стороны и т. д. Наконец, шаровидные суставы (например, плечевой) могут ещё и вращаться.

Сравнительные размеры синего кита, диплодока и слона.

благодаря тому, что пропитана фосфатом кальция. Большинство позвоночных нашло интересный компромисс между необходимостью роста и потребностью в прочном скелете. У зародышей и молодых растущих животных скелет полностью или большей частью состоит из хряща. Но у взрослых особей он окостеневает, хрящ вытесняется костью (см. ст. «Ткани»). Окостенение скелета человека заканчивается к 25 годам.

Эволюция вносила в свой первоначальный «проект» (внутренний скелет) всё новые и новые усовершенствования и дополнения. Насколько скелет человека, состоящий из 206 костей, отличается от скелета ланцетника, в котором — одна-единственная хорда!

МОГЛИ ЛИ

СУЩЕСТВОВАТЬ

ВЕЛИКАНЫ СВИФТА?

Гулливер, герой знаменитого произведения Джонатана Свифта, совершая свои фантастические путешествия, оказывался в стране великанов, чей рост в 12 раз превышал рост Гулливера.

Автор «Путешествий Гулливера» вряд ли заботился о научной обоснованности своего повествования. Между тем вопрос о том, возможно ли существование людей-великанов, подобных изображённым в романе Свифта, был решён наукой почти за сто лет до выхода в свет этого произведения.

В 1638 г. Галилео Галилей пришёл к выводу о том, что по законам физики форма крупной особи должна сильно отличаться от формы мелкой особи. Кости крупного животного должны иметь гораздо большую толщину относительно своей длины, чтобы сохранить ту же прочность. Чтобы скелет свифтовских великанов выдерживал их тяжесть, они должны были бы состоять почти из одних костей.

Таково одно из ограничений, устанавливающих предел максимальным размерам земных животных.

ОРГАНЫ ЧУВСТВ

Вероятно, в первый период существования жизни на Земле наша планета представлялась живым существам совершенно тёмным и беззвучным миром. Постепенно они научились ощущать запахи, вкус, прикосновения, тепло и холод, приобретя тем самым осязание, обоняние, вкус — первые внешние чувства. С их помощью древние организмы искали пищу, уходили от опасности.

Постепенно живым существам открывался мир красок и звуков. Животные начали приобретать защитную окраску, приучались тихо подкрадываться к добыче или затаиваться от врага. Всё совершеннее становилось их восприятие, всё разнообразнее — воспринимаемый ими мир красок, звуков, запахов живой природы.

ЗРЕНИЕ

Говорят, что «лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать». С помощью зрения человек получает 90% информации об окружающем мире.

«Глазные пятна», воспринимающие свет, есть уже у простейших. Воспринимают свет и растения, поворачивая к нему свои листья. Но

«глазки» простейших, плоских червей и других организмов ещё не способны формировать изображение.

Наиболее совершенные глаза, формирующие изображение, мы находим у головоногих моллюсков и позвоночных, а также у насекомых.

Фасеточные глаза мухи.

Строение глаза человека.

ДАЛЬТОНИЗМ

В 1875 г. в Швеции произошло крушение поезда. Погибло множество людей. Оставалось непонятным, как мог машинист повести состав на красный сигнал семафора. Объяснение оказалось неожиданным. Оставшемуся в живых машинисту показали мотки цветных ниток и установили, что его глаза не различают зелёный и красный цвета. После этого случая проверка на цветовое зрение стала обязательной для водителей транспортных средств.

А само явление цветовой слепоты было ещё в 1794 г. описано английским учёным Джоном Дальтоном и названо по его имени дальтонизмом (сам Дальтон, кстати, также страдал этим недостатком).

ФАСЕТОЧНЫЙ ГЛАЗ. Глаз насекомого имеет мозаичное (фасеточное) строение. Он состоит из множества крошечных «глазков» (фасеток). У некоторых подземных муравьев, живущих в темноте, их всего 6, у мухи — 4 тыс., а у стрекоз — до 30 тыс.

Чтобы понять, как видят насекомые, можно взглянуть через лупу на газетную фотографию. Она распадётся на мозаику из множества точек. Каждая фасетка видит лишь маленький кусочек окружающего мира, но все вместе они создают общую картину.

Фасеточный глаз имеет некоторые преимущества. Так, человек видит частые вспышки как непрерывный свет. На этом основана техника кинематографа: нам кажется плавно меняющимся изображение, которое на самом деле состоит из множества картинок, мелькающих со скоростью 24 кадра в секунду. Больше 30 изображений в секунду человек не воспринимает. А насекомые могут воспринимать до 300 изображений в секунду! Это помогает им мгновенно ориентироваться в полёте.

Обычное электрическое освещение, которое нам кажется непрерывным, для насекомого распадается на отдельные короткие вспышки.

УСТРОЙСТВО ГЛАЗА. Глаза головоногих моллюсков и позвоночных — один из самых сложных и совершенных «приборов», созданных природой. У этих двух групп животных независимо друг от друга возникли почти одинаково устроенные глаза. Можно сказать, что природа сделала это «изобретение» дважды.

Как устроен человеческий глаз? Снаружи он защищён прозрачной роговой оболочкой, которая постоянно омывается слезами (слёзной жидкостью). Даже самые суровые люди за день «проливают» определённое количество слёз.

Глубже лежит колечко радужной оболочки (радужки), цвет которой и имеют в виду, когда говорят о цвете глаз. У альбиносов в радужной оболочке нет пигмента и поэтому она красного цвета — из-за просвечивающих кровеносных сосудов. В глазу радужка играет роль диафрагмы фотоаппарата. Посреди радужки находится отверстие — зрачок. Чем ярче свет, тем уже зрачок (он сужается с 8 до 2 мм).

Ещё глубже находится хрусталик, который, как линза, собирает лучи в изображение на глазном дне.

Астроном и физик Иоганн Кеплер в XVII в. рассмотрел устройство глаза с точки зрения оптики. Он показал, что на глазном дне формируется изображение окружающих предметов. По законам оптики такое изображение должно быть перевёрнутым. Именно перевёрнутым и видит мир новорождённый младенец. Но постепенно мозг привыкает «переворачивать» изображение обратно. Любопытно, что если надеть человеку очки, стёкла которых создают перевёрнутое

Как видят цвета

различные

животные.

« вверх ногами» изображение, то спустя некоторое время это изображение станет восприниматься как нормальное.

Линзу, подобную хрусталику, людям создать ещё не удалось. Становясь то более выпуклым, то более плоским, он может

«наводить резкость» на ближние и дальние предметы. Если эта способность нарушается, возникают соответственно дальнозоркость или близорукость. А при катаракте хрусталик мутнеет. Тогда его приходится удалять и заменять очками.

Итак, благодаря хрусталику на глазном дне формируется уменьшенное изображение окружающего нас мира. Здесь оно воспринимается сетчатой оболочкой глаза — сетчаткой. Между хрусталиком и сетчаткой лежит прозрачное стекловидное тело, похожее на студень.

Во второй половине XIX в. немецкий биолог Франц Болль рассмотрел сетчатку, выделенную из глаза лягушки. Первоначально сетчатка имеет пурпурный цвет — такой её делает зрительный пурпур (белок, который называют также родопсином). Из пурпурной сетчатка становилась жёлтой, а затем и

КАКИМ ВИДЯТ МИР ЖИВОТНЫЕ?

Каждое животное видит мир по-своему. Сидя в засаде, лягушка видит только движущиеся предметы: насекомых, на которых она охотится, или своих врагов. Чтобы увидеть всё остальное, она должна сама начать двигаться.

Сумеречные и ночные животные (например, волки и другие хищные звери), как правило, почти не различают цветов.

А вот стрекоза хорошо различает цвета, но только... нижней половиной глаз. Верхняя половина смотрит в небо, на фоне которого добыча и так хорошо заметна.

О хорошем зрении насекомых мы можем судить хотя бы по красоте цветков растений — ведь эта красота предназначена природой именно для насекомых-опылителей. Но мир, каким они его видят, сильно отличается от привычного нам.

Цветки, которые опыляют пчёлы, обычно не окрашены в красный цвет: пчела этот цвет воспринимает, как мы — чёрный. Зато, вероятно, многие невзрачные на наш взгляд цветы приобретают неожиданное великолепие в ультрафиолетовом спектре, в котором видят насекомые. На крыльях некоторых бабочек (например, лимонницы, боярышницы) имеются узоры, скрытые от человеческого глаза и видимые только в ультрафиолетовых лучах.

Удивительным образом используют особенности зрения насекомых некоторые пауки, поджидающие своих жертв внутри цветков. Разумеется, будущая жертва, садясь на цветок, не должна замечать паука. Между тем на брюшках многих таких пауков бросаются в глаза яркие красные пятна. Чем это объяснить? Оказывается, когда на тех же пауков взглянули, так сказать, глазами насекомых, пятна стали совершенно незаметны. Зато птицам, которые могут склевать пауков, отпугивающие пятна заметны превосходно. Значит, паук «загримирован» для насекомых, но «ярко раскрашен» для птиц!

Кстати говоря, насекомые определяют положение солнца, чтобы находить дорогу, даже в пасмурные дни. Ультрафиолетовые лучи свободно проходят сквозь слой облаков. Когда муравьёв в ходе опыта стали облучать сильными ультрафиолетовыми лучами, они побежали укрываться «в тень» не под защиту пропускавшей ультрафиолет тёмной дощечки, а под прозрачное, на наш взгляд, стекло, задерживавшее эти лучи.

СВЕЧЕНИЕ КОШАЧЬИХ ГЛАЗ

Светятся ли глаза кошки в темноте сами по себе или только отражают свет? Несколько столетий назад видные учёные поспорили на эту тему. Один из них утверждал, что живые существа вообще светиться не могут. Другой возражал и в качестве примера приводил глаза кошки. Учёные поставили опыт — будут ли сверкать кошачьи глаза в полной темноте. И что же? Блеск кошачьих глаз погас. Сторонник теории «живого света» оказался посрамлённым. (Хотя то, что глаза кошки в темноте не светятся, ничуть не мешает светиться множеству других животных.)

Значит, кошачьи глаза отражают свет. Но как и зачем? Оказывается, на глазном дне многих ночных животных (и кошек в том числе) под сетчаткой располагается слой отражающих свет кристалликов. Кристаллики того же вещества (гуанина) заставляют сверкать рыбью чешую. Отражённый свет дважды проходит через сетчатку. Благодаря этому кошки, например, видят предметы при силе света в шесть раз меньшей, чем человек.

БИНОКУЛЯРНОЕ ЗРЕНИЕ

Чтобы ясно видеть предмет, мы смотрим на него обоими глазами. Такое зрение называется бинокулярным. Если мы свернём в трубку лист бумаги и приставим её к одному глазу, а другим взглянем на ладонь, то с удивлением увидим в центре ладони «сквозное отверстие». Два изображения мозг сводит воедино.

Бинокулярное зрение обычно развито у хищников, которым нужно, бросаясь на добычу, ясно видеть расстояние до неё. У животных-«жертв», наоборот, глаза находятся по обеим сторонам головы, чтобы лучше замечать опасность.

Древесным животным, в том числе обезьянам, очень важно правильно ориентироваться при прыжках с ветки на ветку. В наследство от них человеку тоже досталось бинокулярное зрение.

РЫБЬИ ОЧКИ-ХАМЕЛЕОНЫ

Как выяснили учёные, природа «отобрала у человека патент» на ещё одно изобретение — очки-хамелеоны, темнеющие на ярком свету. Оказывается, живущая у берегов Юго-Восточной Азии рыба иглобрюх давным-давно пользуется такими «очками». По краям роговицы глаза этой рыбы расположены клетки, имеющие жёлтую окраску. Стоит рыбе выплыть из темноты на свет, как эти клетки начинают «расползаться» по роговой оболочке. Иглобрюх как бы надевает «жёлтые очки».

совсем бледнела, выцветала. Болль сделал вывод о том, что свет заставляет выцветать зрительный пурпур, благодаря чему мы и видим свет. (В живом организме зрительный пурпур постоянно выцветает и вновь восстанавливается.)

Сетчатка состоит из клеток, называемых палочками и колбочками (они названы так из-за своей формы). В глазу человека 125 млн палочек и в 20 раз меньше колбочек. Благодаря палочкам мы воспринимаем чёрно-белое изображение. Колбочки различают цвет: одни — синий, другие -зелёный, третьи — красный.

Все остальные цвета являются для человеческого глаза смешанными. Всего человек способен различить до 250 основных тонов и 5—10 млн оттенков.

Точность этих «приборов», которыми владеет каждый зрячий человек, очень высока. При привыкании глаза к темноте (полное привыкание длится около 1—1,5 ч) его чувствительность увеличивается в сотни тысяч раз, и натренированный глаз может заметить воздействие всего лишь десятка элементарных частиц света (фотонов).

Что же касается глаз каракатиц, осьминогов и прочих головоногих моллюсков, то отличий от глаз позвоночных у них несколько. Во-первых, в их роговице есть особое отверстие, чтобы при погружении или всплытии с больших глубин глаз не лопнул от перемены давления.

Во-вторых, хрусталик у них формы своей не меняет, а чёткость изображения достигается его отдалением от сетчатки и приближением к ней (как при использовании линзы в фотоаппарате). Быть может, это имеет и свои преимущества: осьминог не рискует приобрести дальнозоркость...

СЛУХ

В народных сказках порой встречаются герои с невероятно тонким слухом, слышащие, «как трава растёт». Для человека это явное преувеличение. Но вот многие морские обитатели (например, рыбы и медузы) узнают о надвигающейся буре по неслышимым для человеческого уха звукам. На основе изучения этой способности медуз были созданы приборы, предупреждающие о приближении шторма.

Мир звуков у многих животных сильно отличается от нашего. Волк улавливает звук шагов охотника за 50 м. Человек мог бы услышать этот звук лишь в пяти метрах от себя. Лисица, «мышкуя» зимой, находит своих будущих жертв под толстым слоем снега и наста по их шуршанию. Но дело не только в том, что животные могут слышать очень тихие звуки: они различают такие высокие или низкие звуки, которые человеческое ухо не воспринимает.

Один натуралист XIX в. долго ставил опыты с муравьями, пытаясь привлечь их внимание голосом, свистками, игрой на скрипке. Но муравьи оставались глухи к этим звуковым сигналам. Оказалось, что все эти звуки находятся для них за пределами слышимости.

Слух собаки тоже отличается от человеческого по диапазону воспринимаемых ею звуков. Порой собак дрессируют с помощью особых свистков, подающих ультразвуковые сигналы, которых не слышит даже сам дрессировщик. Затем они удивляют зрителей в цирке, точно выполняя неслышимые людям команды.

Но настоящими «чемпионами слуха» являются дельфины, киты и летучие мыши. И для тех, и для других слух — гораздо более важное чувство, нежели зрение.

Дельфины, как известно, живут в воде. Даже в самой чистой воде дальше 10—20 м уже ничего не видно. Люди, лишённые зрения, обычно ходят с палочкой или посохом. Постукивая по разным предметам, заставляя их звучать, они находят себе дорогу. Дельфинам и китам тоже поневоле приходится полагаться на слух, но только вместо посоха они «ощупывают» предметы направленным ультразвуковым лучом, прислушиваясь к отражённому от предметов звуку — эху. Кашалот может послать сигнал, и эхо этого сигнала вернётся к нему от его возможной

добычи — кальмара, плывущего в полукилометре от него. Но зато и особый орган, посылающий сигналы и находящийся в голове, у кашалота огромный — до 5 м в длину; из-за этого голова животного непропорционально велика.

Так же ориентируются в полёте и летучие мыши. Каждую секунду они посылают впереди себя до 60 ультразвуковых сигналов. Услышанное ими эхо может быть порой в миллион раз слабее исходного сигнала. Высокая чувствительность позволяет летучим мышам на полной ско-

Как слышат звуки различные животные (диапазон воспринимаемых ими звуков). Обозначенные внизу единицы измерения — герцы (в левой части шкалы — тысячи герц).

ЧУВСТВО РАВНОВЕСИЯ

Чувство равновесия возникло в ходе эволюции у животных, ещё не ведавших ни звука, ни света. Впервые оно появляется уже у инфузорий. Крошечные пузырьки с кристалликами позволяют простейшим различать, где верх, а где низ (кристаллик давит на дно пузырька).

«Камешек в пузырьке» (его называют «ушной камешек» — по-гречески «отолит») оказался очень удачным изобретением природы. Он есть у медуз, моллюсков, ракообразных.

Раки не выращивают камешки сами, а находят подходящие песчинки. При линьке они теряют их и должны подыскивать замену. В одном опыте вместо песка им были предложены железные опилки. Не заметив подлога, раки вставили их в свои органы равновесия. После этого, помещая над аквариумом с раками магнит, можно было спутать у этих животных все представления о верхе и низе и заставить их плавать вверх брюхом.

У позвоночных (в том числе и у человека) мешочки, заполненные жидкостью с «ушными камешками», по-прежнему оповещают своих хозяев о том, где верх, а где низ. Но узнать, в какую сторону двинулось тело, с помощью этого приспособления невозможно. Для этого рядом с мешочками находятся полукружные канальцы, по которым жидкость уже может перетекать. Поскольку пространство, в котором мы живём и двигаемся, имеет три измерения, полукружных каналов — тоже три. Они лежат в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях.

Строение уха

человека.

На рисунке

видны органы

равновесия.

Отталкиваясь от собственного тела, кошка переворачивается во время падения и приземляется на лапы.

рости огибать натянутую капроновую ниточку толщиной 0,1 мм и безошибочно ловить в темноте крошечных, весом в тысячные доли грамма, насекомых.

Размещаются органы слуха в разных частях тела (у кузнечиков, например, на передних ногах). У позвоночных ухо развилось из органа равновесия (о котором рассказывается ниже). Причём ушная раковина, которую мы видим у млекопитающих, возникла в последнюю очередь.

Наружный слуховой проход — тупиковый: он упирается в барабанную перепонку. Колебания барабанной перепонки передаются поочерёдно трём косточкам, которые называются: молоточек, наковальня и стремечко. Эти три косточки уменьшают размах колебаний, но в конечном счёте усиливают их в 50—90 раз. Правда, при слишком сильном звуке стремечко поворачивается, и колебания усиливаются в меньшей степени. Поэтому, например, после громкого пушечного выстрела человек ненадолго «глохнет», слабее воспринимая обычные звуки. Кстати говоря, поворачивает стремечко самая маленькая мышца в человеческом теле.

Полость, где находятся три слуховые косточки, связана с носоглоткой предохранительным клапаном (евстахиевой трубой). Если бы не этот клапан, при резком изменении давления (которые происходят, например, при погружении водолаза, подъёме самолёта) барабанная перепонка могла бы лопнуть. Но евстахиева труба обычно закрыта, а открывается она при глотании, крике. Поэтому пассажирам самолётов при взлёте и посадке предлагают сосать леденцы, чтобы не болели уши, а моряки, всплывающие без скафандров с подводной лодки, должны непрерывно кричать, пока не вынырнут на поверхность.

Три слуховые косточки превращают колебания воздуха в колебания жидкости, наполняющей слуховую улитку, названную так за сходство с раковиной улитки. Внутри улитки располагаются 24 тыс. тонких волоконец разной длины. Она напоминает тысячеструнную арфу.

Если мы откроем крышку фортепиано и пропоём какую-либо ноту, нажав педаль, то струна, соответствующая этой ноте, повторит её. Это явление называется резонансом. Примерно так же отвечают на звук волоконца улитки. По слуховому нерву их колебания передаются в мозг.

ВКУС

Учёные выделяют четыре основных вкуса: кислый, сладкий, солёный, горький. Все остальные оттенки вкуса — смешанные. Что же касается таких оттенков вкуса, как «острый», «жгучий», «вяжущий», то это вообще не вкусовые ощущения в строгом смысле слова. К примеру, вкус горчицы в первую очередь определяется её тепловым воздействием, а «острый вкус» лука — в основном его запахом. Человек, жующий сладкий лук с закрытыми глазами и зажатым носом, не отличит его вкуса от вкуса яблока.

Любопытно, что слова «солёный» и «сладкий» (последнее слово прежде звучало как «солодкий») имеют общий корень. Видимо, так обозначались сильные вкусовые ощущения в противовес пресной безвкусной пище. Есть и соответствующая пословица: «Без хлеба несытно, а без соли несладко».

Разные участки языка воспринимают вкус по-разному. У человека основание языка лучше ощущает горький вкус, а кончик языка — сладкий. Солёный и кислый — лучше чувствуются краями языка. А средняя часть языка вкуса почти не ощущает.

Органы вкуса не обязательно должны находиться во рту. Например, у мух они находятся и на кончиках передних ног. Мухи «пробуют» пищу, ступая по ней.

ОСЯЗАНИЕ

Все осязательные ощущения можно разделить на несколько групп: прикосновение, сильное давление, холод, тепло и чувство боли.

Осязание человека особенно сильно на кончиках языка и пальцев: они могут почувствовать колебания предметов, к которым они прикасаются, в 0,0002 мм. А вот у домашнего гуся, например, такой чувствительной частью тела является клюв. На нём более 100 тыс. осязательных точек: местами они расположены плотнее, чем на кончиках пальцев человека.

У многих животных органами осязания служат особые волоски — вибриссы. У кошек такие волоски в просторечии зовут «усами» и «бровями».

Вибриссы могут находиться не только на голове, но и на шее, груди, брюхе. Особенно они развиты у норных животных. В темноте человек передвигается, ощупывая путь перед собой руками или ногами. Обитатели же нор (где никакого освещения, естественно, нет) с помощью чувствительных волосков прекрасно находят дорогу в тёмном подземелье.

Подобные чувствительные волоски есть и у насекомых. Так, если человек сильно размахивается, собираясь прихлопнуть муху, она обычно успевает взлететь, почувствовав благодаря этим волоскам движение воздуха.

ЗАЧЕМ КОМАРАМ ЖУЖЖАНИЕ?

Кто не слышал надоедливого жужжания мух и комаров! Но вот вопрос: зачем они жужжат? Ведь комару, например, гораздо выгоднее было бы подобраться к своей жертве бесшумно, незамеченным. Быть может, жужжание — это звук машущих крыльев? Но муха, потерявшая крылья, жужжать не перестаёт.

Приглядевшись, можно заметить, что у мухи звук жужжания издают специальные органы, расположенные позади крыльев, — жужжальца. По форме пара жужжалец похожа на гантели. Эти маленькие «гантели» вибрируют, как крылья.

Для чего они нужны? Вот как один исследователь в начале XX в. описал полёт мухи, лишённой жужжалец: «Взлетая с края стола, распустив крылья, быстрым полётом устремляется она в пространство. Но на расстоянии одного метра от стола она падает на землю и опрокидывается на спину. Затем поднимается на лапки и, сделав несколько шагов, снова пробует полететь. Но в первый раз насекомое находилось на возвышенном месте, откуда ему оставалось только броситься вперёд. Теперь же оно на земле, и ему следует подняться. Оно прыгает вверх на 6 или 7 см, крылья колеблются, кажется, оно уже летит. Но ничуть не бывало: оно быстро падает вниз, в 10 см от того места, откуда взлетело».

Оказывается, жужжальца у мух и комаров — органы равновесия. Сохраняя при поворотах неизменное положение плоскости своих колебаний, они позволяют двукрылым быстро ориентироваться в пространстве.

«ЗАПАХИ ВОСПОМИНАНИЙ»

Люди издавна подметили, что обоняние удивительным образом тесно связано с памятью. Ничто не заставляет нас так живо вспомнить какое-либо событие, как связанный с ним запах. Алексей Константинович Толстой писал, что как-то, собирая грибы и вдыхая запах рыжика, он «увидел перед собой, как в молнии, всё своё детство во всех подробностях до семилетнего возраста».

Поэт Аполлон Майков в своём стихотворении «Емшан» пересказывает легенду о половецком хане, которого не могли заставить вернуться в родную степь ни уговоры, ни напевы родных песен. Только аромат пучка степной травы заставил его покинуть богатство и покой, обретённые в чужой стране, и вернуться в родной край, к сражениям и опасностям.

Степной травы пучок сухой,

Он и сухой благоухает!

И разом степи надо мной

Всё обаянье воскрешает...

КАК ВОССОЗДАТЬ АРОМАТ?

Многие запахи — вещь довольно сложная. Аромат клубники, например, создают 40 разных веществ. Американские химики составили их список, вычислили количество этих веществ. А затем попытались воссоздать клубничный аромат, смешав эти вещества в пропорциях, определённых анализом. Смесь издавала резкий запах резины.

Одна американская исследовательница сравнила попытку воссоздать аромат по данным анализа с попыткой собрать Шалтая-Болтая (разбитое яйцо), что, как поётся в английской детской песенке, не под силу даже «всей королевской рати».

ФЕРОМОНЫ

Люди узнают мысли друг друга с помощью слуха (речь), зрения (чтение) или, реже, осязания (азбука для слепых).

А могут ли живые существа передавать друг другу какие-то сообщения с помощью химических веществ, воспринимая их посредством вкуса или обоняния? Это кажется неправдоподобным, но такие вещества у животных есть, и называются они феромонами. Звери метят пахучими веществами (мускусом) границы своих «владений», распознают по запаху пол друг друга.

Но особенно велика роль феромонов в жизни насекомых. Как самец бабочки отыскивает самку на площади порой в десятки квадратных километров? Один французский натуралист XIX в. заметил, что запах одной бабочки не может распространиться на обширное пространство, поскольку «в равной мере можно было бы надеяться окрасить озеро каплей кармина». Сравнение точное, но вывод ошибочный: для чувствительного обоняния бабочки воздушное «озеро» становится «окрашенным».

Чтобы уловить этот запах, насекомым хватает 100 молекул пахучего вещества в 1 куб. см воздуха. Самец тутового шелкопряда способен чувствовать запах самки на расстоянии до 12 км. Этому помогают замысловатые ветвистые усы некоторых бабочек. Учёные нашли способы бороться с вредными бабочками с помощью феромонов, приманивая и уничтожая их самцов.

Большую роль играют феромоны в жизни муравьёв. Есть «запах тревоги»; есть даже «запах смерти», который исходит от мёртвых муравьёв. Живого муравья, издающего этот запах, его собратья «хоронят» — оттаскивают вон из муравейника. Сколько бы раз он ни возвращался обратно, «похороны» будут повторяться, пока не исчезнет запах.

Муравьи, бродя по своим тропкам, время от времени прикасаются к почве жалом и расставляют пахучие «дорожные знаки», сигнализирующие их собратьям: «Здесь корм», «Здесь строительная площадка» и т. д. Запах выветривается через пару минут. Это, конечно, является недостатком, но, с другой стороны, устаревшие «дорожные знаки» уже не отвлекают и не сбивают муравьёв с толку. А если заставить муравьёв один раз пройти по кругу, то другие муравьи примутся ходить по их пахучим следам и будут кружиться до полного изнеможения.

МЫШЕЧНОЕ ЧУВСТВО

Вероятно, самые многочисленные органы чувств человека — чувствительные нервные окончания, которые доставляют ему информацию о положении частей его собственного тела. Благодаря им мы даже в полной темноте или с закрытыми глазами можем совершать определённые действия, например завязывать узел или одеваться. Как правило, мы не замечаем работы этих органов чувств. Но зато хорошо чувствуем их бездействие, когда «онемевшая», «затёкшая» рука или нога отказываются повиноваться нашей воле.

ОБОНЯНИЕ

Для многих животных обоняние является самым важным чувством, нередко заменяя им зрение или слух. Не почуять вовремя запах хищника или не отыскать добычу по следу для некоторых из них равносильно смерти.

Буревестники и альбатросы, питающиеся рыбой, чувствуют её запах с расстояния в 3 км. Рыбы тоже разыскивают пищу с помощью обоняния. Некоторые акулы чувствуют запах крови, когда её количество в воде составляет миллионную долю процента. Идущие на нерест лососи чувствуют запах медведя, ловящего рыбу, и стараются это место обойти. И реку, где они когда-то родились, лососи тоже находят по запаху.

Скворцы с помощью обоняния разыскивают ядовитые для насекомых травы и вплетают их в стенки своего жилища, в 5 раз уменьшая тем самым количество паразитов в гнезде. Обоняние помогает детёнышам узнавать свою мать. Когда детям, которым едва исполнился 1 месяц, подносили к губам тампоны с

Органы

обоняния

бабочки.

молоком родной и чужой матерей, дети безошибочно выбирали молоко своей матери.

Запахи играют немалую (хотя и не столь первостепенную, как для животных) роль в жизни человека. Именно запахи, а не цвет, не звуки были самым сильным впечатлением многих космонавтов, вернувшихся на Землю после долгих месяцев, проведённых на орбите. Человек издавна испытывал пристрастие к приятным запахам. С древних времён развивалось зародившееся в странах Востока искусство изготовления благовонных веществ.

Хотя общая площадь всех клеток, воспринимающих запах, у человека составляет всего 2,5 кв. см, обоняние примерно в 10 тыс. раз сильнее, чем способность к восприятию вкуса. Для того чтобы человек почувствовал запах, бывает достаточно лишь 400—500 молекул пахучего вещества. Как считается, человек различает около 10 тыс. запахов.

Запахов, пожалуй, существует даже слишком много, и далеко не каждому можно подобрать подходящее название. Только аромат розы имеет свыше 40 разновидностей. Американский учёный Дж. Эймур в 1952 г. сформулировал теорию, согласно которой было выделено 7 основных запахов: камфорный, мускусный, мятный, эфирный, цветочный, острый, гнилостный.

Как человек чувствует запах? Древнеримский поэт и философ Тит Лукреций Кар считал, что в носу есть крошечные поры разных форм и размеров. Каждое пахучее вещество занимает место в строго определённых порах — оттого и различаются запахи. Как ни странно, во многом это предположение совпадает с современной теорией Эймура, согласно которой каждому из семи основных запахов отвечает определённая форма молекул пахучих веществ.

ТКАНИ

Самые первые многоклеточные существа состояли, видимо, из однотипных клеток. Но постепенно стало складываться «разделение труда» между клетками. Они становились всё менее похожи друг на друга.

Клетки одного типа в организме обычно сгруппированы вместе, образуя ткань. Ткани возникли и у животных, и у растений. У грибов, как считают учёные, настоящих тканей так и не возникло, хотя какое-то их подобие имеется.

О растительных тканях подробно рассказано в статье «Ткани растения». Что же касается тканей животных, то биологи выделяют шесть их основных типов. О строении нервной ткани, крови и репродуктивной ткани (мужских и женских половых клеток) говорится в статьях «Нерв», «Кровь и кровообращение» и «Размножение».

МЫШЕЧНАЯ ТКАНЬ. Мышцы (см. ст. «Движение») делятся на два основных типа — скелетные и гладкие. Их ещё называют произвольными и непроизвольными, т. к. движением скелетных мышц человек сознательно управляет, а движением гладких (например, сокращением зрачка) управлять не может. Ткани их различаются между собой. Гладкие мышцы состоят из длинных (до 0,5 мм) клеток с единственным ядром. Скелетные состоят из ещё более длинных (до 2—3 см) клеток (мышечных волокон) с множеством ядер. Пожалуй, это самые длинные клетки в организме человека.

ЭПИТЕЛИЙ. Эпителий покрывает тело снаружи и выстилает его внутренние полости. Он защищает, впитывает воду и пищу, выделяет различные вещества, воспринимает раздражения. Его клетки могут быть покрыты «ковром» чувствительных волосков, или ресничек. Реснички колышутся волнами, как колосья на хлебном поле. Эти волны как бы «выметают», например, из дыхательных путей пылинки и прочие посторонние частички. Если бы не они, то за несколько дней дыхательные пути животного оказались бы закупорены и оно погибло бы от удушья.

КЛЕТКИ РАЗЛИЧНЫХ ТКАНЕЙ:

1. Три типа нервных клеток.

2. Клетка гладкой мышечной ткани.

3. Красная кровяная клетка

в поперечном разрезе и сбоку.

4. Клетки ресничного эпителия.

Строение кожи человека.

Кожа образована двумя основными типами тканей — эпителием (волосы, потовые и сальные железы, верхний слой кожи) и соединительной тканью.

СОЕДИНИТЕЛЬНАЯ ТКАНЬ. Ткань состоит не только из живых клеток, но и из неживых веществ. Хороший пример этого — соединительные ткани. В них очень много неживого вещества.

В волокнистой соединительной ткани это — волокна белка коллагена. Коллаген знаком всем — именно он в горячей воде превращается в желатин. Густое сплетение волокон коллагена находится под кожей. После дубления этот слой становится прочной и гибкой выделанной кожей. Коллаген придаёт определённую гибкость костям.

Хрящ и кость — тоже соединительные ткани. Их строят маленькие «строители» — костные и хрящевые клетки, «замурованные» в основном веществе кости и хряща. Они остаются живыми в течение всей жизни человека.

ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫЕ КЛЕТКИ

Ещё один из основоположников клеточной теории Рудольф Вирхов пришёл к выводу, что многоклеточный организм напоминает сложную общественную структуру, где каждая клетка знает свои обязанности и прилежно их выполняет.

Но изредка среди клеток появляются «асоциальные» экземпляры, резко отличающиеся своим поведением. Они начинают «игнорировать» общество, как бы не слышат команд, передаваемых по организму. Большинство «нормальных» клеток, как правило, не делятся. Напротив, злокачественные клетки могут делиться до бесконечности, совершенно не беспокоясь, как это отразится на организме в целом. А в организме в результате растёт злокачественная (раковая) опухоль, приводящая его к смерти.

Нормальные клетки, как правило, сцеплены друг с другом, «притёрты» к соседям. Если не «выбивать» их из привычного окружения, они останутся в этом «коллективе» всю свою жизнь. Напротив, злокачественные клетки очень «раскованны» и, не обращая внимания на соседей, передвигаются с места на место (и попав, в другие ткани, образуют там метастазы).

ДЫХАНИЕ

Первоначально люди называли дыханием просто вдыхание и выдыхание воздуха. Долгое время считали даже, что человек никак не изменяет состав воздуха при дыхании, и вообще вдыхает воздух, только чтобы охладить «перегретые» лёгкие. Чтобы опровергнуть эту точку зрения, английский натуралист Роберт Гук провёл любопытный опыт: предлагал членам Королевского общества дышать воздухом из герметичного пакета, снова и снова вдыхая использованный воздух. Несмотря на свою убеждённость

в исключительно «охлаждающей» роли дыхания, почтенные академики вскоре прекращали опыт, жалуясь на «недостаток воздуха».

Позднее стало известно, что для дыхания живым организмам необходим содержащийся в воздухе кислород. Для чего нужна непрерывная подача кислорода? Чтобы в организме шли процессы «медленного горения» (или, точнее, окисления) и выделялась энергия, необходимая для жизни.

Дыхание происходит в клетках. Поэтому са-

мыи простой тип дыхания — клеточный. Его мы встречаем у простейших водных организмов, например, у инфузории туфельки и амёбы. Растворённый в воде кислород они впитывают прямо из воды, и туда же выводится углекислый газ. Очень сходно, «напрямую» осуществляется дыхание и у некоторых многоклеточных, например, у кишечнополостных (медуз, гидры, полипов) и плоских червей.

У более сложных форм клетки, находящиеся далеко от воды, начинают «задыхаться». Появляется непрямое дыхание — дыхание через особые органы. Такие органы должны всегда оставаться влажными, чтобы впитывать кислород: у разных животных это жабры, лёгкие, трахеи.

Водные и наземные животные столкнулись с различными проблемами при дыхании. В воздухе кислорода довольно много — 21%. Зато необходимо постоянно поддерживать влажной дыхательную поверхность.

В воде дыхательная поверхность пересохнуть не может, зато растворённого кислорода здесь содержится примерно в 40 раз меньше, чем в воздухе. Поэтому, чтобы не погибнуть от удушья, например, живущие на дне морские черви должны непрерывно волнообразно покачиваться. Тогда их тела постоянно омывает свежая вода. У акул жабры извлекают из воды в полтора раза меньше кислорода, чем у костных рыб, и потому они тоже должны, чтобы не задохнуться, постоянно быть в движении.

У сухопутных животных, избравших для себя кожный тип дыхания (например, у безлёгочных саламандр, в значительной степени — у других земноводных и у дождевых червей), кожа постоянно выделяет слизь и влагу. «Иногда, когда дождевой червь пытается переползти через каменистый участок или асфальтированную дорожку в сухую солнечную погоду, — пишут биологи К. Вилли и В. Детье, — его органы, выделяющие слизь, оказываются не в состоянии восполнить потерю влаги в результате испарения; кожа становится сухой, червь задыхается и погибает ».

Кстати, и человек дышит не только лёгкими, но и кожей, хотя кожное дыхание незначительно (1—2% общего объёма дыхания). У некоторых млекопитающих, например, лошади, кожное дыхание имеет большее значение и его доля может возрастать до 8%. Хотя перейти полностью на кожный тип дыхания, как это могут делать земноводные, звери, конечно, неспособны.

У насекомых тело покрыто хитиновым панцирем, и кожное дыхание для них невозможно. Дышат они совершенно особым способом — трахейным. Трахеи насекомых (не путать с трахеей человека, ведущей из гортани в лёгкие) — сеть тончайших разветвлённых трубочек, пронизывающих всё их тело. Почти в каждом сегменте тела у насекомых есть пара дыхалец — отверстий, ведущих в систему трахей. Крупные насекомые, двигая мускулами брюшка (это чем-то напоминает движение грудной клетки у человека), активно вентилируют свои трахеи. Всё-таки трахейный тип дыхания — не самый совершенный, и чем больше насекомое, тем труднее воздуху поступать в глубину его тела. Это одна из причин, почему размеры насекомых имеют жёстко заданный «потолок».

Большинство водных животных избрали жаберный тип дыхания. Жабры — это особые разветвлённые выросты тела — наружные (как, скажем, у аксолотлей) или внутренние (как у костных рыб или многих ракообразных). Чтобы не задохнуться, таким животным приходится постоянно омывать их свежей водой. Рыбы делают это так: набирают воду в рот, а затем, закрыв рот, выталкивают её через жаберные щели. Жабры густо пронизаны кровеносными сосудами: кровь разносит кислород по всему телу.

Между прочим, человек тоже может дышать не только воздухом, но и жидкостью. В опытах млекопитающие без вреда для себя часами дышали жидким перфторуглеродом. Годится для дыхания и вода — было бы в ней достаточно кислорода (насытить её таким количеством кислорода, как в воздухе, довольно трудно).

Система

трахей

насекомого.

Жаберное

дыхание

рыбы.

Альвеолы в лёгких и оплетающие их капилляры.

Следует отметить, что жабры рыб оказываются совершенно негодным органом дыхания на суше: они быстро слипаются и их общая площадь уменьшается настолько, что рыбе, несмотря на избыток кислорода в атмосфере, начинает его не хватать.

Наземные позвоночные пользуются лёгочным типом дыхания. Они весьма оригинально решили уже упомянутую проблему поддержания дыхательной поверхности влажной. Просто разместили её внутри своего тела! В ряду от двоякодышащих рыб и земноводных вплоть до млекопитающих внутренняя поверхность лёгких непрерывно растёт. Первоначальный простой «ме-

шок» дробится на тысячи обособленных мешочков (альвеол). В результате у человека общая внутренняя поверхность лёгких возрастает до 100 кв. м.

Особого упоминания заслуживает дыхательная система птиц. Не удивительно ли, что, часто взмахивая крыльями в полёте, птица не проявляет никаких признаков «одышки», не задыхается? Оказывается, в её теле помимо лёгких есть ещё особые воздушные мешки. Они не только облегчают общий вес птицы. В момент выдоха воздух из этих мешков поступает в лёгкие. Таким образом птицы дышат и на вдохе, и на выдохе.

ПИТАНИЕ

Питаются все живые существа без исключения. Но при этом растения и грибы всасывают питательные вещества из окружающей среды, а животные активно захватывают свою пищу.

Самый простой тип питания — внутриклеточный. Так питаются все простейшие. Амёба, например, обтекает пищу ложноножками. Получается пузырёк, который сливается с «внутриклеточными желудками» — лизосомами (см. ст. «Клетка»). Затем непереваренное выбрасывается

Типы питания.

Внутриклеточный тип питания (слева):

амёба заглатывает пищу, после чего она сливается

с «внутриклеточным желудком» (лизосомой).

Внутриполостной тип питания (на примере гидры).

наружу в любом месте тела амёбы. Такой же способ питания и у инфузорий. Но у них пища заглатывается уже не любым участком тела, как у амёбы, а строго определённым — ртом.

У губок питание также внутриклеточное — они процеживают сквозь себя воду, и их клетки «отлавливают» из неё пищевые частицы. Чтобы насытиться, губки должны непрерывно питаться.

По сравнению с ними кишечнополостные (медузы, кораллы, актинии, гидра) сделали заметный шаг вперёд. Они могут захватить поразительно крупную добычу (актинии, например, захватывают крупных рыб), а затем долгое время её переваривают. Сделать это им позволяет полостное пищеварение. У гидры пища около 4 часов переваривается в кишечной полости, а затем уже внутри клеток, выстилающих эту полость. Непереваренные остатки у кишечнополостных плоских червей выбрасываются через рот. Это создаёт очевидное неудобство — до тех пор пока пищеварение полностью не завершено, животное не может глотать новую пищу.

Проблему решает новое «изобретение» природы — сквозной пищеварительный тракт. Он представляет собой как бы трубку с отверстиями на обоих концах: в одно поступает пища, через другое выбрасываются непереваренные остатки. Движение по этой «трубке» идёт лишь в одном направлении, так что животное может продолжать кормиться, пока идёт пищеварение. Эта схема действует у большинства животных — от кольчатых червей до млекопитающих.

Вблизи рта у большинства животных имеются устройства для размельчения пищи. Это может быть зоб с твёрдыми камешками (у птиц) или зубы (у млекопитающих).

В желудке человека пища приобретает консистенцию жидкого супа. Всасывание пищи в кровь происходит в кишечнике. Кишечник большинства зверей длиннее их тела. Благодаря множеству ворсинок, которыми покрыты его стенки,

он имеет очень большую поверхность всасывания: у человека, например, около 200 кв. м.

Интересное приспособление возникло в организме акул. У них длина кишечника невелика: у трёхметровой акулы — всего 2,7 м, тогда как у человека ростом 180 см — 8 метров. Предельно увеличить поверхность всасывания им позволяет складка кишечной стенки, завёрнутая наподобие винтовой лестницы. Её называют спиральным клапаном. Продвигаясь по кишке, пища проходит до 45 витков.

Человек тратит на еду около часа в день. Звери, поедающие малопитательные растения, должны питаться почти непрерывно и тратить на еду большую часть дня. Кроме того, млекопитающие не могут переваривать целлюлозу, и для её переваривания в их желудке и кишечнике живёт огромное количество микроорганизмов. Поэтому самая сложная пищеварительная система имеется у травоядных млекопитающих, в особенности жвачных. Их желудок становится похож на целый завод с многостадийным производством и множеством цехов. (Об устройстве желудка жвачных и живущих в нём простейших см. ст. «Простейшие».)

Общую закономерность, действующую среди млекопитающих, можно сформулировать так: чем больше растительной пищи в рационе животного, тем длиннее его кишечник.

КРОВЬ И КРОВООБРАЩЕНИЕ

Часто можно услышать выражения: «узы крови», «голубая кровь», «кровная обида», «портить кровь», «холодная кровь» и т. п. Ещё чаще упоминается сердце — орган, который приводит кровь в движение: «горячее сердце», «легко на сердце», «сердечный человек», «каменное сердце»...

На самом деле, конечно, сердце не может быть ни «добрым», ни «злым», а кровь не бывает «горячей» или «холодной». Просто люди издавна подметили, что работа сердца, кровеносной системы и общее состояние человека тесно взаимосвязаны.

Действительно, для жизни человека чрезвычайно важно всё связанное с кровью. Если из тела человека вытечет вся кровь или сердце прекратит передвигать её по телу, он погибнет. Кровь в любом организме выполняет важнейшую функцию — транспортную. Двигаясь, она разносит по всему телу кислород, набранный лёгкими, питательные вещества, усвоенные кишечником, а со всего тела собирает накопившиеся вредные и ненужные отходы, помогая вывести их из организма.

В общем «кровь — совсем особый сок». Это слова Мефистофеля из «Фауста» Гёте, и более точно и кратко сказать трудно. Чтобы лучше понять, что делает кровь внутри организма, посмотрим, из чего она состоит.

Белая кровяная клетка просачивается сквозь стенку кровеносного сосуда.

Пищеварительная

система

человека.

СОСТАВ КРОВИ

Возьмём мазок крови и рассмотрим его под микроскопом. А ещё лучше — представим, что мы уменьшились в 100 тыс. раз и оказались внутри кровеносного сосуда.

До сих пор находятся люди, убеждённые, что кровь — это однородная красная жидкость, что-то вроде молока. Действительно, на 55% кровь состоит из жидкости — плазмы, но вовсе не красной, а светло-жёлтой. На 90% плазма состоит из воды, а остальное — растворённые в ней соли, белки, витамины, продукты пищеварения, вредные вещества, которые предстоит выбросить из организма.

Но если мы оказались в кровяном потоке, то сразу же можем заметить, что кровь — не жидкость, а текучая ткань. Вокруг нас со всех сторон плывут особые клетки крови. Их называют форменными элементами. В первую очередь это красные кровяные клетки, которые и придают крови её цвет, — эритроциты. Первым в мире их разглядел под микроскопом голландец Ян Сваммердам в 1658 г.

С учётом масштаба нашего уменьшения нам представляется, что размер эритроцитов — 70— 80 см. По форме они напоминают бублики с плёнкой вместо дырки. Хотя, строго говоря, так они будут выглядеть, только вольготно расположившись под микроскопом. А в потоке крови и узких сосудах им придётся принимать самую невероятную форму: то ли червяков, то ли колбасок... В 1 куб. мм крови человека — 5 млн эритроцитов. А всего их в крови — до 25 триллионов (1). Эритроциты — своеобразные «вагончики для кислорода», который они доставляют от лёгких ко всем клеткам организма. В них содержится белок гемоглобин (см. ст. «Белки»), который можно назвать «креслом» для кислорода. Когда кровь проходит через лёгкие, «кресла» «вагончика» плотно-плотно забивают «пассажиры» — молекулы кислорода. «Кресел» этих немало: 270 млн в одном «вагончике». Без «пассажира» гемоглобин имеет тёмно-красный цвет, а приняв его — ярко-алый. Соответственно меняется и цвет крови: из бедной кислородом и тёмной она превращается в богатую кислородом и алую, даже рыжеватую. Совершая путешествие через организм, наш «вагончик» постепенно будет пустеть, отдавая кислород тканям.

Теперь, если мы присмотримся к потоку крови внимательнее, то заметим множество бесцветных или беловатых «амёб», более крупных по размеру, чем эритроциты (с учётом нашего уменьшения — около метра). Может показаться, что они почти независимы от общего движения крови — выдвигая ложноножки, они двигаются сами по себе, часто поперёк сосуда. При определённых условиях такие «амёбы» могут и «размножаться делением», как настоящие простейшие. Может быть, это какие-то инородные паразиты вроде дизентерийных амёб, поселившиеся в крови?

Нет, это белые кровяные клетки — лейкоциты. Их существует несколько разновидностей (на чём мы не будем здесь подробно останавливаться). В 1 куб. мм крови их меньше, чем эритроцитов (до 9 тыс.). Но работу они выполняют важную. Если в организм попадут чужеродные вещества или микробы — возбудители болезней, лейкоциты смело бросаются на врага, поедают его и, к сожалению, в конце концов погибают, спасая нас. Они могут проходить сквозь стенки кровеносного сосуда и через соседние ткани к месту, куда попала инфекция. Множество пожертвовавших собой лейкоцитов образуют гной на месте воспаления.

Так что, если мы исследуем собственную кровеносную систему и на нас нет одежды из чужеродных белков (например, шерсти или кожи), лейкоциты не обратят на нас внимания. Но если мы забрались в чужую кровеносную систему... нам придётся горько об этом пожалеть.

Как правило, такими болезнями, как корь, краснуха, ветрянка, люди болеют один раз в жизни. Это значит, что у человека появилась способность бороться с определёнными организмами, попадающими в него. Такое свойство называется иммунитетом. Этим свойством мы тоже обязаны лейкоцитам. Они вырабатывают особые вещества, разрушающие или обезвреживающие чужеродные объекты (см. ст. «Белки»). Около 200 лет назад люди научились в некоторых случаях создавать иммунитет искусственно (см. ст. «Эдвард Дженнер»).

Итак, как мы видим, кровь выполняет и защитную функцию.

Наконец, к форменным элементам относятся кровяные пластинки — тромбоциты. Это не клетки, а «осколки» специальных клеток, и по размеру они невелики: 20—40 см в масштабе нашего уменьшения. У них — особая задача. Благодаря им любая рана не приводит к вытеканию всей крови, т. к. кровь свёртывается при повреждении сосудов и «запирает» выход из них. При соприкосновении с воздухом тромбоциты разрываются и высвобождают особый белок. Это запускает сложный процесс (из более чем 10 звеньев) свёртывания крови. Почему этот процесс такой многоступенчатый? Дело в том, что когда кровь сворачивается при порезе или ранке — это хорошо, т. к. предотвратит её потерю и защитит ранку запёкшимся кровяным сгустком (тромбом). Но если тромб образуется в кровяном русле, это может привести к самым неприятным последствиям (например, инфаркту). Поэтому врачи перед тем, как сделать укол в кровеносный сосуд, всегда внимательно проверяют — не осталось ли в шприце воздуха.

Природа постаралась и усложнила свёртывание крови, чтобы оно происходило, только когда это действительно необходимо. К сожалению, для некоторых людей эти хитрости природы обернулись печальной стороной: их кровь вообще не сворачивается. Это наследственное заболевание — гемофилия. При такой болезни человек может умереть от потери крови, получив небольшую царапину. Проявления именно этой болезни имеются в виду, например, в сказке «Спящая красавица», где принцессе предсказали гибель от простого укола веретеном. Заметим, впрочем, что с научной точки зрения сказка неточна — гемофилией болеют обычно только мужчины.

Итак, мы видим, что несколько литров нашей крови (5 л у взрослого человека и 3 л у ребёнка) — сложнейший мир, заполненный множеством веществ и частиц, населённый миллиардами живых клеток, каждая из которых занята своей работой. Здесь проплывают красные «вагончики» для кислорода (эритроциты), совершают свой обход вооружённые «стражники» (лейкоциты) и внимательные «ремонтные рабочие» (тромбоциты). (А если изучить глубже механизмы иммунитета, обнаружатся даже «учёные», изобретающие новое эффективное оружие.) Разбегаются глашатаи и рассыльные, объявляющие всему организму сигнал тревоги, побудку или что-то ещё, — это гормоны (см. раздел «Гормоны» статьи «Вещества организма»).

Производит большинство форменных элементов красный костный мозг, находящийся внутри некоторых костей. За время средней человеческой жизни (70 лет) он даёт тонну лейкоцитов и 650 кг эритроцитов.

Таков в общих чертах состав крови человека. У лягушки, рыбы, моллюска он будет всё сильнее отличаться от человеческого.

Кровь некоторых моллюсков бесцветна и по своему составу, пожалуй, ближе к морской воде, чем к крови человека. У других моллюсков (например, головоногих) она приобретает «аристократический» голубой цвет. Кислород у них переносит вместо гемоглобина другой белок, содержащий не железо, как гемоглобин, а медь. Наконец, у дождевого червя кровь красного цвета и содержит гемоглобин. Но он не собран в эритроциты, а растворён в крови. Из-за этого кровь может переносить ещё очень мало кислорода. Позвоночным животным кислорода нужно гораздо больше. Но, если увеличить количество растворённого гемоглобина, кровь станет слишком вязкой. Природа выходит из затруднения, «упаковывая» гемоглобин в клетки — эритроциты.

Но и на этом эволюция состава крови не заканчивается. Первоначально эритроцит — нормальная клетка, шарообразной или овальной формы. Постепенно в ходе эволюции он становится всё меньше и меньше: так гораздо экономнее. У лягушки эритроциты ещё имеют ядро, а в эритроцитах человека ядра нет. В момент выхода из красного костного мозга они выталкивают ядра из себя. Ведь что такое ядро? Хранилище хромосом — «инструкций» по сборке и перестройке клетки. А эритроциту всю свою недолгую жизнь — от 13 до 130 дней — предстоит делать одну и ту же монотонную работу: принимать и отдавать кислород. Нужны ли тут «инструкции»? Только занимают место!

В результате всё больше и больше становится кислородная ёмкость эритроцита. Под конец он получает форму двояковогнутого диска, у которого соотношение рабочей поверхности и объёма самое выгодное. Если у рыб, например, в 100 г крови содержится 5—10 г гемоглобина, то у зверей — 10—15 г. Общая площадь поверхности всех эритроцитов человека — 3700 кв. м, около трети гектара!

Клапаны вены пропускают кровь только в одном направлении.

Омертвение участка сердца (инфаркт)

вызвала закупорка артерии, несущей

ему кровь. Омертвевший участок

сердца и закупоренная артерия

показаны чёрным цветом.

«ГОЛУБАЯ КРОВЬ»

Мы уже знаем, что голубую кровь имеют в действительности разве что некоторые моллюски. Но откуда взялось выражение «голубая (т. е. аристократическая) кровь»? Оказывается, в Испании так говорили о людях со светлой кожей (в отличие от мавров и их потомков), вены которых выглядят так, как будто по ним течёт голубая кровь. Позднее это выражение приобрело сегодняшнее значение.

«Состарившиеся», отработавшие свой срок эритроциты разрушаются в печени и селезёнке. Селезёнку даже называют «кладбищем эритроцитов». Из гемоглобина образуется участвующая в пищеварении

желчь. При этом организм очень бережно относится к каждой крупице железа, ценя её «на вес золота». Оно «на свалку» не отправляется, а «идёт во вторсырье» для производства новых эритроцитов.

ГРУППЫ КРОВИ У ЧЕЛОВЕКА

При травме, родах люди часто теряют большую часть крови, что создаёт опасность для их жизни. Издавна врачи пытались помочь таким потерявшим много крови больным, вливая им чужую кровь. В 1667 г. французский учёный Ж. Дени впервые успешно произвёл переливание крови ягнёнка такому обескровленному больному. В России первое переливание крови успешно сделал акушер из Санкт-Петербурга Г.С. Вольф, вливший кровь роженице, погибавшей от кровотечения. К сожалению, до начала XX в. предсказать успех переливания было невозможно. В некоторых случаях (таких, как упомянутые) больной выздоравливал, в других случаях — погибал.

Так как кровь брали обычно у ягнят, противники переливания крови едко шутили, что для такой процедуры требуется «целых три барана: у одного кровь берут, другому переливают, а третий это делает».

Лишь в начале XX в. учёные выяснили, что кровь человека делится на четыре группы по своим свойствам (А, В, АВ и 0). Если, например, человеку, имеющему кровь группы 0, перелить кровь любой другой группы, эритроциты в его крови начнут склеиваться, а затем разрушаться. Это объясняется наличием в крови каждой группы особых веществ, вызывающих такое склеивание. Кровь нулевой группы можно переливать людям с кровью любой группы. Нулевую группу крови имеет около 45% людей. Больше всего повезло людям с группой крови АВ — им можно

переливать кровь любой группы. Но группу АВ имеет всего около 3% людей.

Получая за открытие групп крови Нобелевскую премию, австрийский врач Карл Ландштейнер предположил, что в будущем откроют новые группы крови. И он оказался прав. Сегодня учёные нашли множество разновидностей крови помимо основных четырёх групп. Некоторые из них так редки, что встречаются у одного-двух человек во всём мире. Таким людям приходится сдавать собственную кровь для себя на случай переливания. Особенно важно одно из качеств крови, открытое вначале у макаки-резус, а затем у человека. Его назвали резус-фактором. Если кровь матери и кровь нерождённого ещё ребёнка отличаются по этому качеству, это может привести к тяжёлой болезни новорождённого. Поэтому супругам важно знать резус-фактор крови друг друга.

Кровь, добровольно сданную донорами, хранят для последующего переливания на станциях переливания крови. За один раз у донора можно взять до полулитра крови. Сейчас нет ни одной лечебной медицинской специальности (от хирургии до психиатрии), где не применялось бы переливание крови. Медицине нужно поэтому огромное количество донорской крови. Рекорд по сдаче крови установил американец Аллен Достер. За 23 года он сдал более 466 л крови! С другой стороны, при операции на сердце для одного больного в США, страдавшего гемофилией, понадобилось 1080 л донорской крови.

ВОЗНИКНОВЕНИЕ КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЫ

Все ли животные имеют кровь? Оказывается, нет. Губки, кишечнополостные (медузы и полипы), плоские черви обходятся без крови и кровеносной системы. Но мы знаем, что все ткани животных должны дышать, получать кислород. Как же перечисленным животным удаётся выйти из затруднения, не имея доставляющей кислород крови?

У медуз, например, кишечная полость повторяет все изгибы тела, занимая его целиком. В результате получается так, что любая клетка тела медузы расположена не дальше 1 мм от воды, насыщенной кислородом, — либо внешней, либо находящейся в кишечной полости. И получает кислород прямо из этой воды. Этот «миллиметровый предел», дальше которого

клетки уже начинают задыхаться, объясняет и уплощённую форму плоских червей (из-за которой они и получили своё название).

У кольчатых червей и моллюсков строение тела усложняется, кишечная полость уже не занимает всё тело целиком. Кроме того, если они живут на суше, им уже не может помогать окружающая водная среда. Возникает необходимость во «внутреннем море», которое омывало бы тело изнутри. Вообще, учёные обнаружили удивительное сходство в определённых качествах крови и морской воды. Образно говоря, ощущая солёный вкус крови, мы чувствуем вкус вод того древнего океана, частицу которого мы сохранили внутри себя. Кровеносную систему нередко так и называют «пленённым морем».

Как кровь будет омывать все ткани и органы тела? Для этого она не может быть «налита» внутри, как вода в кишечную полость. Она должна двигаться, а её движение будут направлять особые «тоннели» — кровеносные сосуды. Что же будет приводить её в движение?

СЕРДЦЕ

Одно из первых «изобретений» природы в области кровообращения — сердце. Русское слово «сердце» происходит от слова «середина». Действительно, оно — «серединка всего тела» и, перемещая кровь по телу, обеспечивает организм всем необходимым. Чтобы непрерывно перегонять кровь, сердце должно быть сильным, поэтому его основная часть — сердечная мышца.

Между пятью парами пульсирующих сосудов («сердец») дождевого червя и сердцем человека — огромное различие в строении. Множество природных усовершенствований отличает второе от первого. Удивительно скорее, что есть между ними и кое-что общее. Если мы накачиваем, например, шину велосипеда, то специальный клапан в насосе не позволит воздуху выходить через него обратно в тот момент, когда насос втягивает новую порцию воздуха. Точно так же в сердце, будь то сердце дождевого червя или человека, есть специальные клапаны, не пропускающие кровь обратно.

У спящего человека сердце перекачивает за минуту 4—5 л крови и сокращается 60—80 раз. При тяжёлой физической работе оно может перекачивать за минуту и 25 л крови. У тренированных спортсменов сердце в покое сокращается не чаще, а реже, чем у остальных людей (до 40 раз в минуту), т. к. за одно сокращение перекачивает в полтора-два раза больше крови.

Чем больше по размеру животное, тем реже его пульс, медленнее дыхание и обмен веществ. У слона пульс — 20 ударов в минуту, у быка — 25, у зайца — 200, у мыши — 500, у землеройки — до 1000. Но у холоднокровных животных пульс резко «отстаёт» от теплокровных: например, у лягушки — 30, у паука — 60 ударов в минуту.

Удивительно, как сердечная мышца не устаёт при такой постоянной работе в течение всей жизни человека? Оказывается, мышца сердца успевает отдохнуть за доли секунды, расслабляясь между сокращениями. Но зато она неспособна, как, например, мышцы руки, долго оставаться напряжённой.

Для сердечной мышцы характерна автоматия. Даже изъятое из организма сердце может продолжать сокращаться. Это связано с особыми клетками в сердечной мышце, в которых ритмично возникает возбуждение.

В принципе работа сердца гораздо проще работы большинства других органов человека. Поэтому не прекращаются попытки создать для

Кровеносные системы дождевого червя и рака. Синим цветом обозначены жабры.

Кровеносные системы рыбы, земноводного, зверя.

Красным и синим цветом обозначены

богатая и бедная кислородом кровь.

АТЕРОСКЛЕРОЗ

Самая частая причина смерти у людей — атеросклероз. Внешние проявления болезни: постоянные боли в ногах и сердце, головокружение, забывчивость.

Атеросклероз — заболевание артерий. Их внутренняя поверхность очень гладкая. Если человек неправильно питается, курит, эта гладкость нарушается утолщениями — бляшками. Разрастаясь, они могут сузить просвет сосудов в несколько раз. Человек заболевает атеросклерозом.

Само это слово появилось в 1904 г. А четырьмя годами позже А.И. Игнатовский проделал следующий опыт. Он стал кормить кроликов животной пищей — мясом и яйцами. У них быстро развился атеросклероз.

Сама эта болезнь появилась, конечно, не в XX в., а гораздо раньше. Любопытно, что признаки атеросклероза врачи обнаружили даже у... Моны Лизы. На это указывает, по их мнению, белое пятнышко между глазом и переносицей женщины, изображённой на знаменитой картине Леонардо да Винчи.

От атеросклероза страдали ещё египетские фараоны, как показало исследование их мумий. Но если в Египте разве что цари и высшие сановники могли позволить себе роскошь переедания, то сегодня пища большинства людей включает слишком много мяса, жиров, сахара. Организм слишком активно начинает вырабатывать холестерин — вещество, необходимое для его нормальной работы, но в избытке вредное. Холестерин и осаждается на стенках артерий в форме бляшек.

В заключение приведём очень точную французскую пословицу об атеросклерозе. «Каждый человек, — говорят французы, — имеет возраст своих артерий».

Атеросклероз.

Артерия молодого и пожилого человека.

человека постоянно работающее искусственное сердце. Первое такое сердце было пересажено человеку в 1982 г. в США. Он прожил с ним 112 дней. Второй больной, которому 2 года спустя было пересажено такое сердце, прожил 620 дней.

СОСУДЫ

Сеть кровеносных сосудов человека несравненно сложнее и разветвлённее сети кровеносных сосудов дождевого червя. Однако и в той, и в другой выделяют три рода сосудов. Сжимаясь, человеческое сердце с силой вбрасывает кровь в артерии — сосуды, по которым она течёт от сердца. Артерии прекрасно выдерживают напор крови: у них толстые трёхслойные стенки. Средний слой — мышечный. Приняв кровь в себя, артерии подталкивают её дальше своими мышцами.

Приложив палец к месту, где под кожей проходит артерия, можно ощутить пульс — это с грохотом захлопываются при сокращении сердечные клапаны (о которых мы уже говорили). Удар разносится кровью и стенками артерий по всему телу. Диаметр самой большой, начальной артерии человека — аорты — 4 см, а скорость движения крови в ней — полметра в секунду.

Представим снова, что мы уменьшились до размеров клетки и совершаем путешествие по кровяному руслу. В артерии «берегов» (стенок сосуда) не видно, слишком до них далеко. Но вот она разветвляется, ещё и ещё раз, стенки стремительно сужаются, и вот мы уже застреваем в тончайшем сосуде — капилляре. Скорость движения уменьшилась в тысячу раз. Расстояние между стенками здесь в точности равно диаметру эритроцита, так что они выстраиваются друг за другом в бесконечную очередь, где никого нельзя обогнать.

Каждая ткань человека пронизана сетью капилляров. В мышцах их особенно много — 2 тыс. на 1 кв. мм. От любой клетки тела до ближайшего капилляра — не больше полумиллиметра (помните «миллиметровый предел»?). У человека общая длина капилляров — свыше 100 тыс. км, а их общая поверхность — более 6 тыс. кв. м.

Стенки капилляров состоят из тончайшего слоя клеток. Сквозь него не могут «проскочить» эритроциты и молекулы белков, но свободно просачивается остальная плазма крови. Она несёт в клетки кислород, питательные вещества и забирает оттуда отходы. Оплетая тончайшей паутиной кишечник и дыхательные органы, капилляры впитывают из них пищу и кислород.

Омыв ткани, плазма возвращается в кровь. Если её отток нарушается почему-либо, в этом месте возникает отёк. Отёк говорит о нездоровье организма. Точно так же возникают водяные мозоли, заполненные бесцветной плазмой крови.

После обмена веществами с клетками капилляры начинают собираться в сосуды, по которым кровь движется к сердцу, — вены. Здесь кровь течёт почти без напора, медленнее, чем в артериях, и стенки вен тоньше. Вену легко можно сдавить, у человека на руке её может перетянуть даже, например, ремешок от часов. Представим себе, насколько это нелёгкая задача — вернуть кровь к сердцу, например, от стопы ноги, против силы тяжести. Как это происходит? Когда мы напрягаем мышцы ноги,

они сжимают вялые стенки вен и подталкивают кровь вверх, к сердцу. Когда мы расслабляем мышцы, кровь, казалось бы, должна течь обратно — вниз. Но здесь природа воспользовалась уже известным нам приёмом. По всей длине вен имеются клапаны, пропускающие кровь только в одном направлении — к сердцу. При неподвижности ноги «затекают», кровь от них почти не движется к сердцу. Поэтому оставаться неподвижным — занятие более утомительное, чем, скажем, неторопливо прохаживаться. Точно так же затекают ноги при болезни — варикозном расширении вен, когда клапаны внутри них перестают хорошо работать. Это одна из очень древних болезней человека: её очевидные следы были обнаружены учёными при исследовании мумии египетского фараона, умершего 3,5 тыс. лет назад.

Не случайно в Древней Греции существовала философская школа «перипатетиков» (т. е. «прогуливающихся»), получившая своё название из-за привычки её участников вести учёные беседы, медленно прохаживаясь. И ошибается преподаватель, требующий от студента или школьника неподвижного «внимания». Покачивая, например, ногой, человек помогает кровообращению, а следовательно — мышлению и умственной работе.

ЭВОЛЮЦИЯ КРОВЕНОСНОЙ СИСТЕМЫ

Несложно устроена кровеносная система таракана. Из единственного кровеносного сосуда — аорты — кровь через несколько коротких «кранов»-артерий непосредственно льётся на внутренние органы насекомого. Оттуда она постепенно собирается в околосердечную полость. Сердце таракана имеет 12 пар щелей и, расширяясь, всасывает в себя кровь из полости. Вытечь обратно она не может — не пропускают клапаны, и кровь проталкивается в аорту.

Всё тело таракана кровь обегает в течение целых 25 минут — очень медленно.

1. ЗАМКНУТАЯ КРОВЕНОСНАЯ СИСТЕМА. У таракана, как мы видим, кровеносная система незамкнутая: кровь непосредственно омывает клетки и ткани тела. Сходную кровеносную систему имеет большинство беспозвоночных.

Важное «изобретение», или усовершенствование природы, — замкнутая кровеносная система. Её имеют, например, многие кольчатые черви, головоногие моллюски, а также все позвоночные. У них кровь никогда не выходит из сосудов, если они не повреждены.

Кровообращение дождевого червя тоже не отличается сложностью: по спинному сосуду кровь течёт к пяти парам «сердец» в передней части тела, а от них движется по брюшному сосуду. Дышит червь всей поверхностью тела, и в поверхностных капиллярах кровь насыщается кислородом.

Конечно, природа не остановилась на той степени сложности кровообращения, которую мы видим у дождевого червя. У рыб кровеносная система устроена уже сложнее.

2. ДВУХКАМЕРНОЕ СЕРДЦЕ. Сердце рыб имеет две камеры. В предсердии собирается кровь из вен. Сокращаясь, оно толкает кровь в желудочек. Следующим сокращается желудочек, двигая кровь в артерии. Затем всё сердце расслабляется.

Из сердца кровь у рыб течёт к голове, где в жаберных капиллярах она насыщается кислородом. Оттуда она течёт по всему телу. Преимущество такой системы в том, что тело получает хорошо насыщенную кислородом кровь. Но есть и недостаток. Как мы знаем, в капиллярах скорость движения крови резко падает. Значит, проходя через жабры, поток крови сильно замедляется, и дальше по телу кровь идёт весьма небыстро.

Выйдя из сердца, кровь рыб проходит через жабры и всё тело, прежде

КОСТИ ИЗ СЕРДЦА ОЛЕНЯ

Поэт Андрей Вознесенский в своих заметках о путешествии по тундре писал: «Олени бегут, тяжко дыша, высунув языки. Сердечные мышцы не выдержали бы долгого изнурительного бега, не вмонтируй природа оленям кость внутри сердца». Действительно, в сердце оленей и верблюдов имеется косточка размером в несколько сантиметров. Любопытно, что такая же косточка есть и в сердце обычных наших коров, особенно ведущих подвижную жизнь в поле. Но и малоподвижной, прикованной к стойлу бурёнке сердечный «скелет», хоть и поменьше, тоже нужен. Ведь за сутки сердце дойной коровы прогоняет через вымя 17 тонн крови — иначе не будет молока!

ЧЕЛОВЕК С ДВУМЯ СЕРДЦАМИ

Житель сербского города Жаркова Рамо Османи внешне ничем не отличается от остальных людей. Но в груди у него бьётся не одно, а два сердца — справа и слева. По размеру они меньше нормального. Рамо отличается большей выносливостью, чем обычные люди с единственным сердцем. Есть и недостаток — устав, он нуждается в более длительном отдыхе.

чем возвращается обратно. Поэтому говорят, что у рыб один, телесный, или большой, круг кровообращения.

3. ДВА КРУГА КРОВООБРАЩЕНИЯ. Следующее «изобретение» природы — малый, или лёгочный, круг кровообращения. Потомки рыб — земноводные — выходят на сушу. Дышат они уже не жабрами, а лёгкими (и кожей). Если бы лёгкие образовывались на месте жабр, то сохранился бы один круг кровообращения. Но лёгкие земноводных развились из выростов глотки. Появился малый круг: из сердца кровь поступает в лёгкие и сразу же возвращается в сердце. Теперь по всему телу кровь расходится под высоким, а не низким, как у рыб, давлением.

4. ТРЁХКАМЕРНОЕ СЕРДЦЕ. Появление двух кругов кровообращения привело к усложнению строения сердца. Теперь в сердце два предсердия. Одно собирает кровь от лёгких, другое — от остального тела. Но, к сожалению, желудочек только один. В нём богатая кислородом кровь смешивается с кровью, бедной кислородом, и всё тело получает такую смешанную кровь. «Скудный паёк» кислорода пополняется только кожным дыханием земноводных.

5. ЧЕТЫРЁХКАМЕРНОЕ СЕРДЦЕ. Пресмыкающиеся через кожу не дышат. Значит, им как-то по-другому надо улучшать свою кровеносную систему. Постепенно в желудочке сердца начинает расти перегородка. В момент сокращения желудочка перегородка полностью разделяет его половины, заполненные богатой и бедной кислородом кровью. У крокодилов перегородка, наконец, дорастает до конца (хотя кровь у них всё-таки частично смешивается). Сердце становится четырёхкамерным. Такое оно у птиц и зверей.

Четырёхкамерное сердце — это фактически два насоса, работающих вместе. Один из них толкает кровь по малому кругу, другой — по большому. Чтобы из правой половины сердца

попасть в левую, кровь должна пройти через лёгкие, а из левой половины в правую кровь может попасть, только обойдя всё тело.

Попеременно сокращаются сначала два предсердия (у человека это занимает 0,1 секунды), затем оба желудочка (0,3 секунды), а общая пауза длится 0,4 секунды. Итого весь сердечный цикл у человека занимает 0,8 секунды.

Толщина стенки левого желудочка (10— 15 мм у человека) вдвое больше толщины стенки правого желудочка (5—8 мм). Причина этого — в том, что правый желудочек гонит кровь только через лёгкие, по короткому пути, а левый — через всё тело с огромным количеством сосудов.

Теперь мы в общих чертах можем представить себе кровеносную систему во всей её сложности. Отчасти мы можем её сравнить с системой метрополитена: где-то «вагоны» получают ускорение, где-то замедляют ход и меняют «пассажиров». Есть и «депо», где поддерживается постоянный запас крови: печень и селезёнка. Спортсмены часто говорят о «втором дыхании», которое приходит после первой усталости. Действительно, при тяжёлой мышечной работе кровяные «депо» выбрасывают свои запасы в общий ток крови. Это и вызывает новый прилив сил. Значительная часть — четверть всей крови — у человека постоянно омывает мозг и кишечник. После сытного обеда кишечник отвлекает от мозга часть крови, поэтому человека начинает клонить в сон, он соображает хуже.

Кровь соединяет всё тело воедино, её называют «зеркалом организма», не случайно врачи по состоянию крови часто могут определить болезнь. Врач обычно измеряет давление, под которым сердце выбрасывает кровь. Давление в плечевой артерии здорового человека в момент сокращения желудочков сердца (максимальное) — около 120 мм ртутного столба. А в момент паузы (минимальное) — 80 мм ртутного столба. (Его записывают как «120/80».) Кроме измерения давления врач послушает пульс, проведёт анализ состава крови. Из этих данных он сделает выводы о состоянии здоровья человека.

ОСМОС

Почему лишённое воды растение теряет свою упругость, вянет, а политое водой — расправляется? Почему при длительном нахождении в пресной воде кожа на пальцах рук у человека припухает, а в глазах чувствуется давление? Почему, если варить спагетти или вермишель в несолёной воде, они разбухнут и склеятся? Но что же общего у всех перечисленных явлений? — может спросить читатель. Оказывается, всё это частные проявления единого процесса — осмоса. В природе, в первую очередь в живых организмах, он играет огромную роль.

Попробуем разобраться, что представляет собой осмос. Мы знаем, что если бросить в сосуд с пресной водой горсть соли или сахара, вещество растворится в воде и равномерно распределится по объёму жидкости. А теперь представим, что тот же сахар мы опустили в воду в особом «мешочке». Он свободно пропускает воду, но не пропускает растворённый сахар. Для такого опыта годится, например, пакетик из пергамента. Зададимся вопросом, что же произойдёт?

Раз сахар не может выйти из границ мешочка, очевидно, что вода из сосуда, «желая раст-

ворить сахар», устремится в пакетик. Он моментально расправится, наполнится водой, увеличится в объёме. И наоборот, если мы опустим пакетик с пресной водой в солёную воду, он быстро опустеет. Процесс, который мы наблюдали, и есть осмос (по-гречески это означает «толчок», «давление»).

Одноклеточное существо, живущее в пресной или слабосолёной воде, вполне можно уподобить такому «мешочку» с сахаром или солью. Окружающая вода постоянно стремится «растворить» его. Поэтому, чтобы не лопнуть от переполнения водой, простейшим приходится непрерывно её из себя «откачивать» специальными «водяными насосами» — сократительными вакуолями. Пресноводных простейших биологи сравнивают с дырявыми лодками, из которых постоянно приходится отчерпывать воду.

По-иному выходят из положения растения. У них клетки окружены плотной клеточной оболочкой, которая просто не позволяет им лопнуть. Она выдерживает огромное давление изнутри — часто 5—6 атмосфер, а иногда и все 60. Растения (как, впрочем, и остальные живые существа) приспособились использовать явление осмоса се-

бе во благо. Распирая изнутри каждую клетку, осмотическое давление поддерживает растение в упругом, напряжённом состоянии. В жаркие дни, когда воды не хватает, это давление падает — растение вянет. Благодаря осмосу растение может двигаться, «расслабляя» или «напрягая» отдельные свои части. Для этого ему надо лишь увеличить или уменьшить в них концентрацию растворённых веществ. Одуванчик, например, так открывает и закрывает свои соцветия.

В отличие от клеток растений или пресноводных простейших у клеток крови человека никакой «защиты» от чрезмерного разбухания нет. Поэтому, если разбавить кровь дистиллированной водой, красные кровяные клетки (эритроциты) раздуются до шаровидной формы, а затем лопнут. Кровь, не теряя цвета, станет прозрачной — «лаковой». Чтобы этого не произошло, при необходимости (например, при больших кровопотерях) врачи вливают в кровь так называемый «физиологический раствор» — 0,9%-ный раствор поваренной соли. Помещённые в такой раствор клетки человека не «съёживаются» и не набухают, а чувствуют себя нормально.

НЕРВ

Античные мыслители полагали, что главным органом, в котором скрыта душа человека, является сердце. Головному мозгу в их представлениях отводилась гораздо более скромная роль. Например, древнегреческий философ Аристотель считал, что основная задача мозга — охлаждать проходящую через него кровь.

Представления об истинной роли головного мозга и всей нервной системы в жизни человека складывались постепенно. Учёные узнали о том, что тело животных и человека пронизано разветвлённой сетью нервов. Во второй половине XVIII в. итальянский учёный Гальвани обнаружил, что мышцы ног лягушки сокращаются, если набросить на них отпрепарированный нерв. В этом опыте Гальвани продемонстрировал, что нервы служат источником электричества и что это электричество заставляет мышцы сокращаться.

В начале XX в. было доказано, что нервная сеть состоит из множества отдельных нервных клеток (нейронов). Нейроны «общаются», обмениваются информацией с множеством своих «соседей», ближних и дальних. Кроме тела клетки, где находится ядро, у нейрона имеется «передатчик сигналов» — длинный отросток, именуемый аксоном, и «приёмники сигналов» — сильно разветвлённые отростки, дендриты. Окончания дендритов и аксонов разбросаны по всему телу. Всего у человека свыше 25 млрд нейронов, причём подавляющее их большинство — в головном мозге.

Сообщения, которые может передать нейрон, весьма просты. Он может находиться всего в двух положениях — « включённом », передающем сигнал, и «выключенном». Никаких промежуточных положений ему не дано, и биологи говорят, что он работает по закону «всё или ничего»: если сравнить его с электролампой, то он либо «вспыхивает» с максимальным напряжением, либо вовсе не «горит».

При этом импульсы нейронов зрительной системы ничем не отличаются от импульсов нервных клеток носа, кожи или уха. Мозг воспринимает их «сообщения» как зрительные образы только потому, что «знает», откуда они поступили. Поэтому слабое нажатие пальцами на глаза расшифровывается мозгом как свет («искры в глазах»).

Получив зрительный, звуковой, осязательный и т. п. сигнал, нейрон передаёт его в нервный центр, а оттуда после анализа сообщения посылается ответная команда к рабочему органу. Эту цепочку биологи называют рефлекторной дугой.

Некоторые аксоны имеют гигантскую длину. «Аксон чувствительного нейрона, находящегося в пальце жирафа и едва достигающего 0,1 мм в поперечнике, проходит расстояние в несколько метров до своего окончания в спинном мозгу», — пишут биологи К. Вилли и В. Детье. Пучки

Нервные системы (слева направо):

гидры (сетевидная), дождевого червя (узловая),

центральная нервная система человека.

Зоны коры головного мозга.

аксонов и составляют те нервы, которые можно разглядеть невооружённым глазом.

Нервные импульсы распространяются со скоростью от 0,5 до 120 м/с. 120 метров в секунду — это свыше 400 километров в час! Быстрей всего идут сигналы от скелетных мышц, а сигналы боли — со скоростью лишь 1 м/с.

От одного нейрона к другому информация передаётся через место соединения, называемое синапсом. Синапсы можно сравнить с «односторонним телефоном » потому, что сигнал они передают только в одном направлении. Некоторые клетки головного мозга имеют до 10 тыс. синапсов!

Один известный физиолог сказал, что мозг напоминает ему волшебный ткацкий станок, на котором миллионы сверкающих челноков ткут мимолётный узор, непрерывно меняющийся, но всегда полный смысла. Миллиарды нейронов человека принимают и передают информацию по тысячам каналов. Можно сказать, что всё это обеспечивает его сложное разумное поведение, богатство чувств и эмоций, — делает человека человеком.

ТИПЫ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

Наиболее древний тип нервной системы — сетевидная. Такую нервную систему мы видим у кишечнополостных животных, например гидры. Возбуждение «разбегается» по нервной системе гидры во всех направлениях. Поэтому реакции её неточные, как бы приблизительные. Скажем, если уколоть её щупальце иглой, она вся сожмётся, в то время как более развитое животное могло бы просто отдёрнуть щупальце.

Более сложный тип нервной системы — узловая. Нервные узлы располагаются в основном на головном конце тела животного. Узловая нервная система возникает уже у плоских червей. Возбуждение у них передаётся уже не во все стороны, а в определённом направлении. Это дает выигрыш в быстроте и точности ответных реакций.

Мозг — это объединение многих слившихся нервных узлов. У млекопитающих, в особенности у человека, развитие мозга достигает самой высокой ступени. Насколько мозг человека, весящий в среднем 1,5 кг, отличается даже от мозга гориллы (весом около 500 г)!