НАУЧНЫЕ ОСНОВЫ БЫТИЯ ЧЕЛОВЕКА
Краткий научно-популярный очерк
фило- и онтогенеза человека
Гуртовцев А.Л., к.т.н., с.н.с.
(Глава из книги Гуртовцева А.Л.
“Можно ли жить вечно, быть всегда молодым и здоровым?”, 2019 г.)
“Ничто не вечно под луной. Но жизнь
Бессмертна эстафетой поколений...”
Уильям Шекспир,1564-1616
Организм и гомеостаз - Антропогенез: фило- и онтогенез – Эволюция или творение? Наука против креационизма – Научные доказательства и основы эволюции живых организмов (палеонтология, систематика, морфология, физиология, биохимия) - Идеи эволюции в эмбриологии: от преформизма к эпигенезу и биогенетическому закону – Механизмы эволюции - Пример действия механизмов эволюции: ледяная рыба – Приложение: С чего начинается человек? Возрасты жизни
Организм и гомеостаз
В мире нет ничего вечного. Смертны все материальные объекты, начиная с атомов и заканчивая звездами. Еще более неустойчивы и менее долговечны живые организмы, состоящие из бесчисленного количества атомов и химических соединений, объединенных в субклеточные, клеточные и внеклеточные структуры, ткани, органы, физиологические системы и регуляторные сверхсистемы. Так, например, организм взрослого человека содержит свыше 30 трлн собственных клеток 230-ти видов и более 40 трлн более мелких клеток различных бактерий, не говоря уже о вирусах, грибах и других чужеродных микроорганизмах в его теле, большая часть которых существует в симбиозе с человеком, а ничтожная часть паразитирует в его организме, приводя в случаях микробного дисбаланса к различным заболеваниям.
Все эти внутренние, материальные, физико-химико-биологические образования, взаимодействуя друг с другом посредством генетических, биофизических, биохимических, гуморальных, гормональных и нервных связей, обеспечивают существование и жизнь организма как единого целого через его биологические механизмы гомеостаза (от греч. homoiosis подобие + stasis состояние; динамическое постоянство, устойчивость, стабильность и равновесие внутренней среды организма), роста и развития (закономерного отклонения, изменения гомеостаза и его закрепления на новом уровне структурно-функциональной регуляции), обмена веществом и энергией с внешней средой (метаболизма, представляющего единство противоположных процессов – анаболизма, или ассимиляции, и катаболизма, или диссимиляции).
Если нет гомеостаза, то нет и организма (французский физиолог, один из основоположников экспериментальной медицины и эндокринологии, Клод Бернар, 1813-1878, писал: “Постоянство внутренней среды является необходимым условием свободной жизни организма”). Экстремальные или стойкие нарушения гомеостаза рассматриваются биологией и медициной как болезнь, как решающая причина утраты организмом многих своих жизненно важных качеств. Механизмы, управляющие жизнедеятельностью любого организма, включая его зарождение, развитие, старение и смерть, создавались природой постепенно, медленно, длительное время. Они действуют не на случайной, а на закономерной основе, по строго соответствующим материи, природе и ее эволюции законам и правилам. Эти правила человеку надо исследовать, открывать, знать, понимать и учитывать в своей жизни в целях эффективного управления как собственным, коротким, индивидуальным жизненным циклом, так и длительными циклами развития общества.
Антропогенез: фило- и онтогенез
Биология, палеонтология, антропология, медицина и генетика показали и доказали, что жизнь любого и каждого человека, впрочем, как и всех других живых организмов, подчинена законам филогенеза (от греч. phyle племя + genesis происхождение, возникновение) - общего, исторического, эволюционного развития типов, классов, отрядов, семейств, родов и видов множества поколений живых организмов - и онтогенеза (от греч. ontos сущее, существо + ...генез) - индивидуального развития конкретного живого организма от момента его зарождения и до окончания жизни. Онтогенез всегда следует рассматривать в единстве и взаимообусловленности с филогенезом. Эти биологические законы совместно задают общие направления развития и жизненные циклы любых организмов, т.е. определенные временные периоды, стадии и этапы их изменений и превращений (метаморфоз). Филогенез определяет этапы видовой эволюции (под видом понимается популяция очень сходных особей, подобных по своим морфологическим, эмбриологическим и физиологическим признакам друг другу, имеющих общих предков и скрещивающихся в природе только в рамках своего вида), а онтогенез - личной эволюции особи.
Если онтогенез конкретного человека всегда совпадает с периодом его собственной жизни, то его филогенез, т.е. развитие человека как вида, имеет историю длительностью в миллионы лет. Именно эта история определила антропогенез (от греч. anthropos человек + ...генезис; раздел антропологии, учение о происхождении человека от других, более ранних групп млекопитающих), т.е. целостный эволюционный процесс превращения (под действием менявшихся условий и факторов внешней среды, включая ее географические и геологические особенности, состав местного биоценоза, температурные и климатические колебания, изменения солнечной радиации, тектонические и вулканические процессы и т.п.) антропоидов (...человек + eidos вид; доисторические прямоходящие человекообразные обезьяны из класса млекопитающих отряда приматов семейства гоминидов, включая ископаемые виды сахелантропа, 7-6 млн лет до н.э., оррорина, 6,2-5,6, млн лет до н.э., ардипитека, 5,5-4,4 млн лет до н.э., австралопитека, 4-1,8 млн лет до н.э. и др.) и их потомков архантропов (от греч. archaios древний + ... человек; древнейшие люди семейства гоминидов рода Homo [Люди], к которым относят питекантропов, синантропов, палеоантропов, или неандертальцев, и некоторые другие близкие к ним формы ископаемого человека) в Человека разумного (вид Homo sapiens; интересно отметить, что из более сотни биологических признаков, характеризующих в целом отряд приматов, 80% из них имеются у человека).
В процессе антропогенеза решающими факторами становления человека как разумного существа стали его общественный, стадный образ жизни (эта предпосылка необходима, но не достаточна для формирования человека, ибо и сегодня существует много стадных животных, далеких, тем не менее, от человеческого уровня самоорганизации) и коллективный труд, связанный не столько с общим собирательством, охотой или рыболовством (это доступно и животным), сколько с изготовлением первых искусственных, сложных каменных орудий труда (пользование готовыми природными орудиями, включая палку и камень, имеет место и у животных).
Именно благодаря этому коллективному процессу создания искусственных артефактов, требовавшему поиска на территории обитания племени залежей подходящих каменных заготовок, развития точных ручных навыков их обработки (раскалывания, отщепов и обивки камня с целью придания ему необходимой формы и ударных или режущих качеств) и умственных усилий для решения конструкторской задачи “что и как следует делать”, совершенствовались прямохождение, строение кисти, развитие центральной нервной системы, мозга, речи и сознания человека (в частности, исследование генов, отвечающих за организацию речевой зоны коры головного мозга, показало, что они сформировались примерно 200 тыс. лет до н.э. и имеют прямое отношение к виду Гомо сапиенс).
Справедливы слова Энгельса: “Труд создал самого человека”. К этому следует добавить, что и сегодня именно труд позволяет человеку оставаться человеком в подлинном смысле этого слова (участь бездельника – это его физическая и психическая деградация; среди долгожителей не было ни одного лентяя, а все они дружно отмечали большую роль труда в поддержании их здоровья и долголетия).
Эволюция или Творение? Наука против креационизма
Многие люди с религиозным мировоззрением категорически отрицают свое родство с другими видами животных, высокомерно полагая себя особыми, “божественными существами”, не имеющими ничего общего с “презренными” и “низкими” животными тварями (хотя, стоит лишь пристальнее вглядеться в те многочисленные постыдные “дела”, которые повсеместно творят люди [ложь, лицемерие, лесть, злоба, зависть, нетерпимость к инакомыслию, ненависть, измена, обман, подлог, клевета, мошенничество, кражи, грабежи, коррупция, насилие, пытки, убийства, этнические и религиозные чистки, локальные и мировые войны], чтобы сразу распознать в них природную, звериную основу, управляемую животными рефлексами, инстинктами и половыми гормонами). Тысячелетия эти “упертые” люди, придерживаясь своих традиционных верований, оформленных в виде мифологических или религиозных учений, убеждали и продолжают убеждать себя и других в своем сверхъестественном, потустороннем, нематериальном, над- и внеприродном происхождении, но современная наука обстоятельно развенчивает эти архаичные, традиционные, примитивные, но “освященные именем бога” заблуждения.
Наступают времена, когда всему человеческому сообществу необходимо посмотреть правде в глаза и признать собственную материальную, естественную, природную, эволюционную историю, ибо незнание или ложное знание прошлого неминуемо несет угрозу будущему (сегодня во многих странах мира такую угрозу представляют, в частности, различные мусульманские, христианские и другие религиозные фанатики, сеющие вокруг себя невежество, ненависть и смерть во имя несуществующих богов и окаменевших радикальных верований). Чтобы уверенно созидать человечное будущее, его надо строить не на зыбком песке религиозной веры и суеверий, а на твердом, едином, научно обоснованном, естественном, природно-общественном фундаменте. Эволюционный путь от природной эгоцентричной твари и буйствующего зверя к человеку разумному, ценящему не только собственные интересы и личную выгоду, не только свои чувства и индивидуальную свободу, но уважающему аналогичные правомочные желания и требования всех других людей и общества в целом, еще не пройден. Нынешнему и будущим поколениям человечества духовный путь своего глубокого, подлинного, гуманного, космического самостановления еще только предстоит осознать, найти и пройти, и никакие боги или религии для этого не только не нужны, но опасны и вредны.
Научные доказательства эволюции органического мира, включая антропогенез, носят глобальный, комплексный, системный и всесторонний характер, опровергая все прошлые и современные мифологически-религиозные выдумки о якобы “божественном” происхождении и одномоментном творении всей живой природы, что отчаянно пытается защищать креационизм (от лат. creatio созидание; утверждает о божественном творении Вселенной, Земли и жизни, отрицает эволюцию “мертвой” и живой природы, в том числе происхождение и изменение видов; сегодня креационизм маскируется под доктрину “разумного замысла”).
Любое живое существо, будь это микроб, растение, животное или человек, является не “божьей”, а сугубо природной тварью со всеми вытекающими из этого непреложного факта следствиями. Тысячелетия мифология и религия с подачи “сильных мира сего” пытаются манипулировать массовым человеческим сознанием, убеждая людей в том, что те, будучи простыми смертными, не властны над собственной жизнью, а находятся в полной зависимости и подчиненности от некоего верховного, высшего, бесплотного, скрытого, тайного, всезнающего и всемогущего мирового существа и господина – Бога (именно он якобы создал по своему плану и подобию весь мир, в том числе и высшую “божью” тварь – человека). При этом, по утверждениям служителей культа, “божественные” интересы и желания самого “творца” (“Так угодно Богу!”) известны якобы лишь им одним и подлежат через их религиозные “таинства”, обряды и “духовную” интерпретацию безусловному исполнению всеми верующими (за нарушения предписаний “свыше” нерадивым лицам грозят различными карами в этой и некой иной, таинственной,“потусторонней” жизни!). Человек, конечно, может тешить свое самолюбие подобными фантазиями, байками и сказками, но они ему не столь помогут, сколько навредят своей неадекватностью, иллюзиями и ложью в реальной, земной, единственной и неповторимой жизни.
Религиозный подлог и религиозное лицемерие заключаются в том, что верховные жрецы, служители и адепты культа осознанно, намеренно, целенаправленно подменяют законную власть природы над живым человеческим организмом своей собственной, корыстной, идеологической властью, основанной на психоэмоциональном внушении, давлении и духовном насилии над слабым человеческим сознанием, а через него и над самой материальной жизнью людей. Церковные иерархи пытаются собственной власти, подчиняющей, угнетающей и порабощающей людские души, придать через образ мифического Бога черты непререкаемого авторитета, “истинности”, глубокой святости и высокой нравственности. До тех пор, пока человеческое сообщество не сумеет, преодолевая свои религиозные страхи, предрассудки и суеверия, прямо взглянуть на собственную природную сущность, до тех пор оно продолжит жить, страдать и мучиться в искаженном, раздвоенном, шизофреническом мире.
Первый, настоящий, материальный, реальный, земной, природный, здоровый, чувственный мир развивается по естественным, объективным, не придуманными людьми или некими сказочными существами, законам и требует от человека для его выживания и благоденствия определенных разумных действий, согласующихся с непреложными законами действительности. Другой, искаженный, осколочный, бредовый, подложный, воображаемый, вымышленный, виртуальный, мифологически-религиозный мир не имеет к первому миру ни малейшего объективного отношения (является архаичным, устаревшим, ошибочным отражением реальности в сознании человека, что постоянно доказывает развитие мировой системы научных знаний), но, через носителей религиозной идеологии и поддерживающих их властных, государственных структур, пытается диктовать обществу свои давно застывшие, окаменевшие, тупиковые взгляды, правила и нормы. Второй мир, паразитируя на первом, пожирает время, силы, материальные и духовные ресурсы многих поколений людей, отвлекая их от решения насущных жизненных проблем, консервируя их мировоззрение и препятствуя их дальнейшему свободному духовному, самостоятельному, здравомыслящему, творческому развитию.
Действительно, зачем человеку развиваться и совершенствоваться, если всё, что якобы ему нужно для счастья, уже давным-давно изложено в святых писаниях (Торе, Талмуде, Библии, Коране и другой теологической макулатуре)? Ни о чем ином не думай, изучай застывшие догмы, зубри их, распространяй, выполняй – и ты станешь угоден Богу, будешь счастлив в этой и последующей жизни! Религия, противодействуя научному воспитанию и образованию молодежи (через свои, растущие как грибы после дождя, церковно-приходские школы, колледжи, медресе, духовные академии, храмы, синагоги, мечети), замыкая с малых лет юное податливое сознание в железную клетку позавчерашних, мифологических, антинаучных представлений и верований, на корню блокирует развитие у новых поколений людей систематического, критического, аналитического, познающего, здорового мышления - того мощного духовного потенциала и средства, которое единственно способно реально решать накопившиеся человеческие проблемы и изменять жизнь общества к лучшему.
Научные доказательства и основы эволюции живых организмов
(палеонтология, систематика, морфология, физиология, биохимия)
Научные доказательства эволюции жизни на Земле основываются не только на общеизвестных, зримых находках палеонтологии (сравнительном исследовании ископаемых остатков древних растений и животных), наглядно демонстрирующих общность происхождения, преемственность и развитие всех животных форм, но и на данных систематики, морфологии, физиологии, биохимии, эмбриологии, генетики, биогеографии и других естественных наук.
Так, биологическая систематика (наука об именовании, описании и классификации организмов с целью установления их эволюционных взаимоотношений) дает возможность расположить живые существа по их признакам в иерархическую систему категорий, или таксонов (виды, роды, семейства, отряды, классы, типы), что уже само по себе свидетельствует о существовании между различными организмами эволюционной связи (при ее отсутствии признаки носили бы случайный характер и не позволяли бы обнаружить порядок в живом мире). Кроме того, возникновение четко определенных групп организмов стало возможным в силу того, что многие их промежуточные формы вымерли, т.е. живущие виды остались “островками жизни в океане смерти”, иначе бы они составляли один сплошной, непрерывный ряд форм – от низших к высшим, от простых к сложным (любопытно, что именно на разрывах между группами живых существ и пытаются спекулировать креационисты: им немедленно подавай весь спектр изменений видов, который, впрочем, и так пытается шаг за шагом восстановить научная систематика).
Эволюцию видов подтверждает и морфология (от греч. morphe форма; наука о формах и строении организмов). Она показывает наличие у представителей разных групп систем органов, которые гомологичны (от греч. honologia согласие), т.е. сходны в общих чертах по своему строению, хотя и могут выполнять в разных организмах различные функции. Так, в частности, гомологичны рука человека, ласта кита или тюленя, лапа кошки или крота и крыло птицы (все они состоят из почти одинакового числа костей, мышц, нервов и кровеносных сосудов, расположенных по общей схеме). Морфология свидетельствует о единстве происхождения и эволюции организмов не только через гомологичные органы, но и через наличие у особей разных видов рудиментарных органов (от лат. rudimentum зачаток; точнее, вестигий – от лат.vestigium след, остаток), которые недоразвиты и представляют собой исчезающие, отмирающие, элиминирующие остатки развитых органов, имевшихся когда-то у предковых форм, но утративших свое прежнее значение в связи с изменением образа жизни предков (например, в связи с их переходом из водной среды на сушу или, наоборот, с суши в воду, от лазанья по деревьям - к ходьбе по саваннам или от растительного питания - к всеядному).
Подобные морфологические остатки существуют у многих животных, в частности, у усатых (уст. беззубых) китов, к которым относятся самые крупные млекопитающие – синие, или голубые киты, достигающие длины 33 м и веса 160 т, сохранились эмбриональные зачатки зубов (в 2011 г. у берегов Австралии был открыт ископаемый 3-метровый представитель усатых китов с большими зубами для захвата и измельчения добычи, что лишний раз подтвердило эволюционный характер развития китовых усов), у ряда китов, например, кашалотов, в толще их брюшных мышц имеются костные рудименты таза и задних конечностей (эти признаки проявляются и как атавизмы – см. ниже), у бескрылых птиц остались зачаточные кости крыла, а у слепых пещерных или глубоководных животных обнаружены рудименты глаз. Известно, что только в организме человека насчитываются десятки различных рудиментов, включая червеобразный отросток слепой кишки и зубы мудрости (от растительноядных), копчик (от рыб и рептилий), волосяной покров туловища (от обезьян), мышцы движения ушей (от других млекопитающих, в частности, грызунов) и др.
Почему и каким образом когда-то полноценные и успешно работавшие органы стали при изменении образа жизни организмов исчезать в череде их последующих поколений (зачатки рудиментов формируются у эмбрионов и сегодня, но их дальнейшее развитие блокируется на генном уровне)? В биологии общепризнанна формула: “структура определяет функцию”. И, действительно, при повреждении структуры нарушается или прекращается выполнение соответствующей функции: так, например, травма глаз индивида может привести к его слепоте. В этом плане рудименты воспринимаются учеными как явное несоответствие структуры и функции. Менее известна, но не менее значима другая формула биологии: “функция рождает структуру”, или “нет функции – нет структуры”. Она, с позиций логики, как нельзя лучше проясняет процесс рудиментации и отмирания органов: исчезает функция и поэтому постепенно деградирует ответственная за нее структура (так, например, у атлета, переставшего тренироваться, мышечная ткань достаточно быстро, уже в течение года, атрофируется и замещается жировой). Подобные процессы редукции, утраты, дегенерации, атрофии, уменьшения, упрощения отдельных структур организма, его органов и функций в ходе эволюции называют еще инволюцией (от лат. involutio свертывание), или обратным развитием.
Данное выше объяснение результатов инволюции неявно ведет к признанию критикуемого сегодня в биологии положения, сформулированного еще в 1809 г. предшественником Дарвина, автором первой целостной теории исторического развития живой природы (ламаркизма), франц. биологом Жан Батистом Ламарком (1744-1829; в 1794 г. подразделил всех животных на 2 группы: позвоночные и беспозвоночные, а в 1802 г. ввел термин “биология”; труды “Философия зоологии”, 2т, 1809г.; “Естественная история беспозвоночных животных”, 7т, 1815-1822 гг.; в 1818 г. ослеп, умер в бедности) в виде “закона наследования приобретенных признаков” (“закон упражнения и неупражнения органов”: орган, который часто упражняется, развивается, а в противном случае, не используясь, медленно отмирает) – передаче сформированных в онтогенезе организма признаков потомству.
Ламарк отверг господствовавшие до него метафизические взгляды швед. натуралиста Карла Линнея (1707-1778; открыл и описал 1500 новых растений, ввел систему классификации растительного и животного миров с применением бинарной номенклатуры род-вид, распределил животных по 6 классам, выделил высший класс животных - млекопитающих, включив в него и человека; труд “Система природы”, 1735 г.) и франц. естествоиспытателя Жоржа Кювье (1769-1832; впервые соединил в один тип позвоночных 4 класса: млекопитающих, птиц, рыб и амфибий; автор теории катастроф, якобы периодически обновляющих и заново творящих живой мир) о постоянстве и неизменности видов, доказывая, что природа создала все многообразие форм живых существ, включая их размеры, строение и функции органов, благодаря наследуемости новых свойств, привычек, навыков и потребностей, возникающих у организмов на протяжении длительного времени под прямым (для растений и низших животных) или косвенным (для высших животных: под опосредованным влиянием их нервной системы) воздействием различных внешних условий (климата, почвы, пищи, света, теплоты, атмосферы и т.п.).
Одним из первых об изменяемости видов под влиянием окружающей среды заявлял еще одногодок Линнея, франц. натуралист, математик и писатель, хранитель Парижского ботанического сада Жорж Бюффон (1707-1788; автор “Естественной истории” в 36 т., 1749-1788 гг.), хотя он и не стал развивать свои взгляды в серьезную теорию. О всемогуществе среды и ее преобразующем влиянии на формы организмов утверждал и другой предшественник Дарвина, защитник идеи единства происхождения и эволюции животного мира, оппонент Кювье в научном споре с ним об изменяемости видов, самобытный франц. зоолог Сент-Илер Жоффруа (1772-1844; открыл десятки новых родов и видов млекопитающих, пресмыкающихся, земноводных и рыб). Он говорил о прямом изменяющем действии внешней среды на животных в их ранней стадии онтогенеза (зародышевой), и возможности передачи возникающих зародышевых изменений потомству.
Теория эволюции Дарвина, пришедшая на смену ламаркизму, признала наследуемыми признаками лишь врожденные (а причиной их изменений – родительский процесс оплодотворения половых клеток и случайные генетические мутации в их наследственном механизме, т.е. изменения во внутренней структуре генов или структуре и числе хромосом). В 1930 г., более чем за два десятилетия до открытия структуры генов, англ. статистик-генетик Роналд Фишер (1890-1962) сформулировал общепризнанное сегодня положение:“Мутация есть источник любого наследуемого изменения” или, иными словами, мутация – источник генетического разнообразия живых организмов, поставляющий сырье для естественного отбора (без мутаций естественный отбор не существовал бы). Вопрос же о наследовании приобретенных признаков, якобы влияющих на гены половых клеток, не получил подтверждения в ряде проведенных в прошлом экспериментов (в том числе, по укорачиванию хвоста мышей в череде их поколений) и оказался вне теории эволюции, хотя сам Дарвин, продолжая прозорливую мысль Ламарка, и предлагал одну из гипотез такого наследования. Сегодня в генетике более или менее изучена линия передачи признаков от клеточного наследственного механизма, от генотипа (совокупности всех наследственных факторов организма) - от ядерных и цитоплазматических ДНК и РНК, к фенотипу (совокупности всех признаков и свойств организма, формируемых в онтогенезе под влиянием генотипа и среды) - на белки (задают структуру и функции, морфологию и физиологию организма, т.е. его качества, свойства и признаки).
Но, обратный механизм передачи информации от фенотипа к генотипу, от белков соматических клеток половозрелого организма на наследственный аппарат, в половые клетки (яйцеклетки, спермии), пока не обнаружен и не исследован, что еще не означает его принципиальное отсутствие. Возможно, все же существует некий механизм влияния, например, опосредовано через нейрогормональную связь, среды, образа жизни и признаков, приобретаемых индивидуумом в период от момента его зачатия и до угасания собственной репродуктивной функции (признаки, появившиеся после утраты организмом способности к размножению, не представляют наследственного интереса для вида), на наследственный аппарат. В противном случае, проблематично объяснить многие видовые морфологические и физиологические качества эволюционного и инволюционного толка (одной из возможных форм вмешательства онтогенеза в наследственность может быть внутриклеточный паразитизм ДНК-вирусов, способных в процессе вирусной инфекции изменять отдельные участки ДНК не только соматических, но и половых клеток организма хозяина: в частности, известны подобные лабораторные исследования заражения гамет вирусом герпеса). Сегодня же все объяснения на эту тему сводятся к одному и общему – адаптации популяций к условиям внешней среды путем естественного отбора, но без раскрытия каких-либо деталей такого важнейшего эволюционного процесса.
Рудименты характерны, как правило, для всех особей данного вида (некоторые, например “третье веко”, - лишь для определенных внутривидовых групп), но иногда у отдельных особей (у менее 1-3% или даже 0,1-0,01% от популяции) возникают морфологические признаки, которые отсутствовали у их ближайших родичей, но были характерны для отдаленных предков, находившихся когда-то на более низкой стадии эволюции, - атавизмы (от лат. atavus предок). У человека к атавизмам относят, например, хвостовой придаток (не путать с копчиком!), добавочные парные молочный железы в нетипичных местах (полимастия), густой волосяной покров (гипертрихоз; не путать с повышенной волосистостью тела многих мужчин, особенно южан), добавочные шейные ребра (у эмбриона закладываются 29 пар ребер, из которых получают окончательное развитие лишь 12 грудных пар, а остальные элиминируют, т.е. подвергаются обратному развитию), незаращенные жаберные щели (свищ, фистула или киста и их комбинации, появление которых возможно на месте 5-ти жаберных дуг к 5-й неделе развития человеческого зародыша), незаращенные предсердные перегородки у новорожденных (второй по частоте детский врожденный порок сердца) и др. Причина атавизмов – “спящие”, неактивные гены далеких предков, находящиеся в генетическом материале потомков, но заблокированные другими, более поздними генами (ингибиторами, супрессорами). Сбой блокировки приводит к “пробуждению” спящих признаков, их активированию, восстановлению, что лишний раз подтверждает историческое развитие и эволюцию всех видов живых организмов.
Сравнительная физиология (наука о жизнедеятельности организмов, о процессах, протекающих в их системах, органах, тканях, клетках и их структурных элементах) и биохимия (наука, изучающая химический состав организмов, структуру, свойства, локализацию и роль химических соединений, пути их образования и превращения в среде организма) вносят свою весомую лепту в доказательства эволюции живой природы.
Предварительно следует вспомнить, что из поколения в поколение, с рождения и до смерти, все авто- и гетеротрофные организмы каждого вида воспроизводят исключительно свою, характерную, специфическую, видовую упорядоченность, или видовую структуру (не как у Пушкина: “Родила царица в ночь, Не то сына, не то дочь, Не мышонка, не лягушку, А неведому зверушку”). Автотрофы в процессе жизненного цикла строят себя из простейших неорганических соединений среды обитания (воздуха, почвы, воды), а гетеротрофы – из сложных органических соединений других, поглощаемых ими растительных или животных организмов. Известно, что сходство и различие земных организмов определяются наборами их белков - высокомолекулярными полимерами (полипептидами), состоящими из сотен-тысяч низкомолекулярных мономеров – аминокислот (структура того или иного белка определяется специфической, четко определенной последовательностью его аминокислот, точнее, аминокислотных остатков, остающихся от кислоты после ее встраивания в белковую цепь; известно свыше 500 видов аминокислот, но в составе белков всех земных организмов встречаются не более 20 их видов, причем в человеческом организме половина из них заменима, т.е. синтезируется самим организмом из других органических соединений, а вторая половина незаменима и должна поступать извне, с пищей; все аминокислоты содержат аминогруппы -NH2 и карбоксильные группы –COOH, связанные с теми или иными органическими радикалами: так, например, в формуле глицина NH2-CH2-COOH – простейшей, аминоуксусной кислоты, выполняющей в нервной системе роль тормозного нейромедиатора, указанные группы связаны с углеводородным радикалом -CH2-).
Каждый вид растений и животных имеет особый, только ему присущий набор белков, т. е. белки являются основой видовой специфичности (некоторые белки, выполняющие одинаковые функции, могут иметь очень близкое строение у разных видов, как например, инсулин – слабо специфичный белковый гормон поджелудочной железы, содержащий 51 аминокислоту, - практически одинаков у человека, свиньи, собаки и крупного рогатого скота; и, напротив, видоспецифичен белковый гормон передней доли гипофиза - гормон роста соматотропин, содержащий 191 аминокислоту и влияющий не только на рост организма, но на его старение и продолжительность жизни). Более того, комбинация белковых макромолекул неповторима для каждого земного организма: на Земле нет и двух организмов (если только они не монозиготные, однояйцевые близнецы) с полностью идентичными наборами белков.
Таким образом, в общем случае, белки со схожими функциями различаются даже у разных индивидов одного и того же вида (это порождает проблему совместимости тканей при пересадках органов или переливании крови, где необходимо дополнительно учитывать ее группу; заметим, что степень отторжения чужих белков и соответственно органов снижается при переходе от высших животных к низшим, например, к рыбам и амфибиям, что свидетельствует о росте специфичности белков по мере продвижения организмов вверх по эволюционной лестнице). В то же время следует подчеркнуть, что все аминокислоты неспецифичны - они общи для всей живой природы, т.е. химический состав той или иной аминокислоты не зависит от того, в каком организме, растительном или животном, она синтезирована или выделена.
Физиология и биохимия обнаруживают, что всем гетеротрофам, начиная с бактерий-сапрофитов и заканчивая человеком, нужны не специфические части, ткани или органы поглощаемых ими живых или мертвых организмов, не их белки или другие органические полимеры, а только низкомолекулярные органические соединения, которые можно “добыть“ из этих “чужих” макромолекул. Но сама по себе “чужая” упорядоченность другим организмам не нужна и должна быть разрушена (так, например, чтобы построить дом их камней, уже использованных в строительстве крепостной стены, следует для начала эту стену разобрать на отдельные камни или их блоки)!
Все гетеротрофы воссоздают свою специфическую, упорядоченную белковую структуру, предварительно преобразуя в собственной пищеварительной системе чужие специфические органические макромолекулы (это касается как белков, так и других полимеров - нуклеиновых кислот, полисахаридов) до уровня общеприродных, неспецифических, универсальных органических веществ (аминокислот, нуклеотидов, моносахаридов). И лишь разрушив “чужое” до универсальных остатков – элементарных строительных кирпичиков жизни (в этом процессе катаболизма выделяется свободная энергия, заключенная в сложных “чужих” мало окисленных органических соединениях и используемая новым организмом для синтеза уже своих, родных частей), организм хозяина формирует из них специфический, присущий только ему, видовой и индивидуальный набор белков. Примечательно, что один и тот же универсальный механизм строительства организма действует во всей живой приводе (в частности, физиология пищеварения и синтеза белков одинакова у разных организмов), будь то инфузория-туфелька, переваривающая в своей цитоплазме поглощенную бактерию, или человек, усваивающий в своем желудке и кишечнике тушеное мясо кролика.
Физиология обнаруживает, что важнейшие физиологические процессы – дыхание, пищеварение, кровоснабжение, выделение и реакции на раздражители - одинаковы у организмов разных видов, отрядов и даже классов животных (например, они сходны у человека - представителя отряда приматов, крысы – представителя семейства мышей отряда грызунов и лягушки – представителя семейства бесхвостых класса земноводных). Наиболее наглядным доказательством происхождения от общих предков служит большое сходство в строении и функционировании однотипных органов (сердца, легких, желудка и др.) организмов человека и других млекопитающих (имеющиеся между ними определенные расхождения, например, в функциях органов размножения или в расположении некоторых кровеносных сосудов, объясняются отличиями в местах обитания и образе жизни сравниваемых организмов). Единство всей живой материи подчеркивает ее клеточное строение и общность физиологических процессов, протекающих на клеточном уровне у всех живых существ, начиная с простейших, одноклеточных и завершая сложными многоклеточными организмами.
В свою очередь, биохимия выявляет значительное сходство белков крови у всех млекопитающих и, более того, по показателям реакции антиген-антитело позволяет установить степень их кровного родства (для человека в отряде приматов ближе всего стоят человекообразные обезьяны – в частности, человеку можно переливать кровь шимпанзе соответствующей группы, а наиболее далеки от него лемуры – род полуобезьян отряда приматов). Так, например, кошки, собаки и медведи ближе друг к другу, чем к другим группам млекопитающих (близкородственное сообщество образуют и парнокопытные жвачные - коровы, овцы, козы, олени и антилопы), а птицы находятся на эволюционной лестнице ближе к черепахам и крокодилам, чем к змеям и ящерицам (все последние 4 вида относятся к пресмыкающимся, или рептилиям). Аналогичные выводы биохимия делает и на основе анализа конечных продуктов выделения (мочевой кислоты, мочевины, аммиака) у организмов разных видов.
Идеи эволюции в эмбриологии: от преформизма к эпигенезу
и биогенетическому закону
Особое значение для понимания эволюции имеют данные сравнительной эмбриологии (от греч. embrion зародыш; наука, изучающая зародышевое развитие организмов).
На протяжении 17-18 вв. в биологии и медицине в отношении развития живых организмов господствовало религиозно-метафизическое учение преформизма (от лат. praeformo заранее образую, предобразую), согласно которому готовый, полностью сформированный микроскопический зародыш будущего организма уже изначально (с начала “творения” мира - “от Адама и Евы”) якобы хранится в яйцеклетке (по мнению преформистов-овистов, отрицавших мужское влияние на наследственность) или в сперматозоиде (по мнению анималькулистов, не признававших наследование по женской линии и рассматривавших женское яйцо в качестве лишь инкубатора, обеспечивающего питание и развитие мужского семенного зверька – анималкулу, который впервые был описан в 1677 г. голл. натуралистом - микроскопистом Антони ван Левенгуком, 1632-1723, а позже получил название сперматозоида), предопределяя собой все признаки и развитие индивида до взрослого состояния – увеличение его роста без усложнения организма. При этом, преформисты отвергали какое-либо изменение и развитие видов, полагая, что все будущие поколения той или иной особи уже хранятся в неизменном виде в ее половых клетках подобно вложенным друг в друга убывающих размеров матрешкам или шкатулкам (отсюда иное название преформистов – “шкатулочники”; некоторые из них пытались даже высчитать, сколько же поколений людей было заложено творцом в яйцеклетку библейской Евы и когда исчерпается этот лимит; родоначальник немецкой классической философии Иммануил Кант, 1724-1804, говорил о преформистах, что они хотят “каждую особь...получить непосредственно из рук творца”).
Умозрительным идеям преформизма, появившимся еще в античности (их сторонником, в частности, был и “отец медицины” Гиппократ, 5-4 вв. до н.э.), всегда противостояли взгляды другого конкурирующего биологического направления - эпигенеза (от греч. сверх, после + ...генез), утверждавшего принципы зародышевого развития организма путем новообразований всех его органов. Первым эпигенетиком был уже Аристотель (384-322 до н.э.), а в конце средних веков эпигенез поддержал англ. врач, один из основателей научной физиологии Уильям Гарвей (1578-1657; впервые вывел общеизвестную сегодня формулу “Ex ovo omnia”, или “Всё [живое] – из яйца”; описал большой и малый круги кровообращения, а в 1651 г. издал трактат “Исследование о зарождении животных”, в котором сформулировал теорию эпигенеза и установил, что зародыш цыпленка развивается не из желтка или белка, а из зародышевого кружка, или пятна, а также высказал мысль о том, что животные в период эмбрионального развития проходят ступени филогенеза).
В середине 18-го века эпигенез получил первое научное подтверждение в трудах одного из основоположников эмбриологии, нем.-росс. биолога и анатома Каспара Вольфа (1731-1794), выполнившего сложные экспериментальные работы под микроскопом над куриным зародышем. В 1759 г. ученый опубликовал в Германии свою новаторскую докторскую диссертацию “Теория зарождения”, а через 9 лет в России - и свой новый труд “Об образовании кишечника у цыпленка”. В этих работах Вольф обосновал эпигенез как теорию постепенного и последовательного формирования органов и систем зародыша из некой исходной бесструктурной массы и ее пленчатых листовидных слоев. На зародыше цыпленка он тщательно проследил начало развития сердца и кровеносных сосудов, процесс формирования конечностей, первичных почек и кишечника. Наглядно и конкретно ученый показал, что системы органов куриного эмбриона возникают из плоского зародышевого листка, который превращается вначале в желобок, а затем сворачивается в трубку, образуя само тело эмбриона (много позже эмбриология установила, что зародыши многоклеточных животных проходят общую для них всех стадию образования зародышевых листков, подтверждая тем самым единство их происхождения и эмбрионального развития). Своими исследованиями Вольф заложил первые основы будущих учений о зародышевых листках и индивидуальном развитии организмов - онтогенезе, а также, нанеся удар по основам преформизма, открыл в теории дорогу для развития представлений об эволюции видов.
Наиболее слабым местом теории Вольфа, как и эпигенеза в целом, было объяснение коренной причины направленного, согласованного, “целесообразного” развития организма от бесструктурной, на первый взгляд, материи в высокоорганизованную систему органов (нетрудно видеть, что искомая причина является частным случаем другого, более глобального каузального обоснования и основания - причины развития всего материального мира, природы, вселенной, и в качестве такого обоснования в людских умах до сих пор с переменным успехом борются два начала, два взгляда – архаичный, мифологический, религиозный, опирающийся на идею мифического Бога и божественного творения мира, и материальный, естественнонаучный, атеистический, подтвержденный экспериментально, всем ходом развития научного знания и опирающийся на законы материи, которые человек может открыть, понять и использовать для улучшения своей жизни).
Еще Аристотель в поисках движущего начала развития зарождающегося организма выдвигал в качестве такого движителя некую метафизическую, мистическую, идеальную “конечную причину”, “высшую цель”, форму, душу или энтелехию (целеустремленность, целенаправленность как силу превращения возможности в действительность), а Гарвей – “внутренний принцип”. Вольф, следуя за своими великими предшественниками, обозначил такую скрытую причину как “существенная сила” (не путать с “жизненной силой” виталистов, так как под своей силой Вольф понимал некую материальную причину – “квалифицированную материю”, а не божественный дух). После Вольфа были еще “образовательное стремление” нем. анатома и антрополога Иоганна Блюменбаха (1752-1840), “ предрасположенность к развитию” нем. философа Фридриха Шеллинга (1775-1854), “воля к жизни” нем. философа Артура Шопенгауэра (1788-1860) и другие попытки обозначить некую нематериальную причину развития живой материи.
Понятно, что Аристотель, Гарвей, Вольф и другие эпигенетики, будучи заложниками своего времени, не могли еще знать о клеточном строении всех организмов (клеточная теория родилась в 1839 г. в трудах нем. биолога Теодора Шванна, 1810-1882, который опирался во многом на труд “Данные о фитогенезисе”, 1838 г., нем. ботаника Матиасса Шлейдена, 1804-1881), о хромосомах – этих нитевидных структурных элементах клеточного ядра (у эукариотов) или органелл цитоплазмы (у прокариотов), содержащих и передающих из поколения в поколение наследуемые признаки и свойства организма (первые описания хромосомной теории наследования появились у разных авторов лишь в 1873-1882 гг.; современная наука допускает существование и других, дополнительных наследственных факторов нехромосомного, цитоплазматического характера), и о спрятанных в хромосомах генах – непосредственных материальных носителях, единицах наследственной информации для постройки и развития новорожденного организма (первые представления о статистических закономерностях передачи наследственных признаков, названных позже генами, сформулировал в 1865 г. австр. ботаник, основоположник теории наследственности Грегор Мендель, 1822-1884, а данные о генах, как части хромосом, впервые описаны в 1911 г. в трудах амер. биолога Томаса Моргана, 1866-1945, и его последователей).
В этом отношении преформистам было гораздо проще – у них планом создания нового организма была его готовая материальная микрокопия, живой прототип (в какой-то мере понятие о такой копии можно рассматривать как далекий намек на существование другой материальной, но не идентичной по форме, а схематической, алгоритмической, программной копии организма, - генома). Возможно, именно благодаря своей доведенной до примитивизма простоте объяснений сложнейших процессов зарождения жизни, преформизму удавалась так долго держать в своем плену человеческое сознание (в своей массе люди и сегодня любят простые объяснения и бегут от сложностей, требующих углубленной работы мысли и напряжения мозга).
Работы Вольфа несколько десятилетий оставались в ученом мире невостребованными, забытыми, а были переосмыслены лишь в 1812 г. и продолжены нем.-росс. биологом-эволюционистом, анатомом, палеонтологом и эмбриологом Христианом Пандером (1794-1865), который, изучая зародышевое развитие все того же цыпленка, одним из первых, в 1817 г., указал на важную роль трех зародышевых листков (наружного, среднего и внутреннего, названных позже экзо-, мезо- и энтодермой) как источников формирования тех или иных определенных групп тканей и органов многоклеточного организма.
Позднее трудами других биологов-эмбриологов был открыт важнейший биогенетический закон (установлен в 1864 г. в виде положения “эмбриональное развитие индивида отражает историческое развитие вида” нем. зоологом-эволюционистом, эмбриологом Фрицем Мюллером, 1821-1897; сформулирован в 1866 г. в виде тезиса “Онтогенез кратко повторяет филогенез” нем. зоологом-эволюционистом Эрнстом Геккелем, 1834-1919; дополнен и детализирован нем.-росс. ученым, основателем сравнительной эмбриологии Карлом Бэром, 1792-1876), который установил, что зародыши всех многоклеточных животных организмов в процессе своего начального эмбриогенеза рекапитулируют (от лат. recapitulatio повторение), т.е. повторяют, воспроизводят в сокращенном и ускоренном виде основные узловые моменты эволюционного пути своих предковых форм. При этом общие признаки, характерные для типов и классов, появляются в зародыше раньше частных, присущих родам и видам (у человека последние частные эволюционные признаки относятся к отряду приматов, семейству гоминидов и роду людей). Как результат, зародыши высших животных сходны на ранних стадиях своего развития (до 8-й недели) с зародышами низших животных, что особенно заметно у всех позвоночных. Так, например, зародыш человека на первых неделях развития трудно отличить от зародыша рыбы (надкласс водных позвоночных), лягушки (класс земноводных), цыпленка (класс птиц) или свиньи (класс млекопитающих).
Известно, что эволюция предковых форм человека происходила от рыб через стадии амфибий и рептилий (в нижнем девоне, 420-390 млн лет до н.э., кистеперые, или лопастеперые, костные рыбы впервые вышли из пресного мелководья или болот на поверхность Земли, дав начало первым наземным позвоночным, включая земноводных, а те позже, с нижнего карбона, 360 млн лет до н.э., в результате изменения образа жизни и генных мутаций породили класс пресмыкающихся, которые, в свою очередь, с юрского периода, 200 млн лет до н.э., открыли земной путь жизни птицам и млекопитающим).
Это находит подтверждение и в стадиях развитии человеческого эмбриона. Первой у него образуется сердечно-сосудистая система (ССС), необходимая для полноценного питания и развития всех его других будущих органов (формирование ССС начинается на 3-ей неделе – однокамерное сердце-трубка пульсирует уже на 21-й день после зачатия, когда размер эмбриона не превышает 3 мм, и заканчивается к 8-ой неделе, когда плод достигает 4-5 см). На этой стадии человеческий эмбрион напоминает зародыш рыбы: у него имеются жаберные щели и дуги (из них позже формируются не жабры, как у рыбы, а часть гортани и средняя часть уха; в редких случаях атавизмов проявляются рудименты незаращенных жабр и у человека), такое же 2-камерное (с одним предсердием и одним желудочком) сердце как у рыб с их одноконтурным, венозным кровообращением, хвост, снабженный мышцами для движения и некоторые другие общие признаки.
На более поздних стадиях развития человеческий зародыш приобретает сходство вначале с зародышами земноводных, а затем - рептилий: жаберные щели зарастают, кости позвонков сливаются, предсердие разделяется перегородкой на 2 части, образуя 3-камерное сердце как у земноводных (их органы снабжаются смешанной, артериально-венозной кровью), а позднее - переходное 3-4-камерное сердце, с неполной перегородкой в желудочке, как у большинства рептилий. К 8-ой неделе сердце приобретает свой привычный для всех птиц и млекопитающих 4-камерный вид, ориентированный на два круга кровообращения – телесный (большой) и легочный (малый). На 7-ом месяце человеческий плод схож с детенышем обезьяны – он весь покрыт волосами и обладает пропорциями тела и конечностей обезьяны. Следует отметить, что в сокращенном пути эмбрионального филогенеза некоторые стадии эволюции исключаются, а другие изменяются или искажаются под влиянием вторичных, позднее приобретенных эволюционных признаков.
Доказательства эволюции человека можно было бы продолжить и далее, но для наших целей достаточно и сказанного (читателю можно рекомендовать в этом отношении превосходную, с изложением всех разделов биологии, книгу американского биолога, преподавателя Гарвардского университета Клода Вилли, 1917-2003, “Биология”/ Пер. с англ. – М.: Мир, 1966, а из новых книг – К.Циммер “Эволюция: Триумф идеи”, 2001 г.).
Важно уяснить, что процессы видового и индивидуального развития человека, включая его взросление, молодость и старение, имеют историю длиной в миллионы лет и определяются теми биологическими законами и механизмами, которые природа тщательно формировала, отбирала и шлифовала на протяжении всего этого периода. Поэтому просто так взять и отменить действие этих механизмов и законов человеку, несмотря на все его желания, не удается и не удастся. Вместе с тем. здравомыслящий индивид способен понять, что любые “улучшения” человеческой природы и “породы” лежат не в области мистики, мифологии и религии, а исключительно в области научного познания законов природы и их правильного использования на благо людей, (заметим, что церковные иерархи обращаются со своими болезнями не к Богу, а в медицинские клиники, где работают врачи, имеющие естественнонаучное образование).
Механизмы эволюции
Основными механизмами формирования тех или иных биологических и социальных качеств у эволюционирующего обезьяноподобного предка человека стали:
1) борьба за существование – борьба организмов с неблагоприятными природными факторами среды обитания и конкурентная борьба между особями одного и/или разных видов (внутривидовая и межвидовая конкуренция, включая отношения хищник-жертва, паразит-хозяин, травоядное-растение) за преимущественное обладание жизненно важными ресурсами окружающей среды (пищей, водой, самками, территорией и др.) при одновременном избирательном сотрудничестве между некоторыми видами (вплоть до симбиоза, т.е. тесного, длительного и взаимовыгодного сожительства разных видов организмов); в сегодняшнем глобальном капиталистическом мире аналогичная конкуренция между людьми, компаниями, корпорациями, государствами и народами в сферах экономики, политики, идеологии, вероисповедания и военного противостояния доминирует над всеми иными формами человеческой солидарности и сотрудничества, включая культурные, спортивные и научные связи, а окружающая среда людьми интенсивно и хищнически истощается, загрязняется и разрушается, создавая угрозы существованию не только человечества, но и всей земной жизни;
2) естественный отбор - увеличение в популяции числа особей, способных дожить до половой зрелости и оставить потомство (как правило, имеющих наиболее благоприятные признаки для приспособления к меняющимся условиям окружающей среды), а также, напротив, неизбежная гибель всех слабых, больных, престарелых и малоприспособленных индивидов (с неблагоприятными признаками); естественный отбор является главной причиной видообразования и адаптации, т.е. приспособления организмов к среде обитания; в сегодняшнем мире естественный отбор усиливается факторами имущественного расслоения населения и ярко выраженной социальной несправедливостью для большинства людей; заметим, что исходной предпосылкой естественного отбора является наличие разно- и многообразия особей и видов, из которых отбор выбирает и формирует наиболее приспособленных к жизни в конкретных условиях среды обитания (не прошедшие отбор, вымирают и становятся, подобно динозаврам, лишь историческим фактом свершившейся эволюции); вмешательство человека в процесс естественного отбора путем использования дополнительно искусственного отбора (селекции), может иметь, как показывает опыт, не только положительные, но и близкие или отдаленные отрицательные последствия, а потому должно осуществляться крайне осторожно;
3) наследственная изменчивость - случайные, спонтанные, ненаправленные, вероятностные, под воздействием множества экстремальных факторов внутренней и внешней среды генетические мутации наследственного механизма организмов (генотипа), приводящие к изменению их биологических качеств, свойств или признаков (фенотипа), с последующим сохранением и закреплением естественным отбором в наследственном механизме тех мутаций, которые способствуют выживанию вида в его среде обитания; в сегодняшнем мире неблагоприятные факторы внешней среды и усиленные ими патогенные мутации становятся преимущественно уделом бедных, нищих и обездоленных людей; следует подчеркнуть, что благоприобретенность тех или иных наследственных признаков организма не задается природой априорно, предвидением, некой целью или законом, а испытывается и оценивается на практике путем проб и ошибок, причем, в одних условиях приобретенные признаки могут оказаться для организма полезными, а в других, напротив, – вредными и даже смертельными (такие организмы навсегда исчезают с арены жизни);
4) изоляция - исключение или затруднение близкородственных, кровесмесительных связей и свободного скрещивания между особями одного вида из разных популяций, что благоприятствует увеличению разнообразия и выживаемости видов (в сегодняшнем мире сексуальные контакты человека с представителями других видов животных (зоофилия) становятся предметами половых извращений и массового порнобизнеса).
Пример действия механизмов эволюции: ледяная рыба
Полезно в качестве примера действия названных механизмов эволюции рассмотреть уникальный для всего мирового сообщества позвоночных животных случай утраты в крови антарктической ледяной рыбы (белокровная щука, щуковидная белокровка, белокровка, бескровка; класс лучеперых отряд окунеобразных семейство белокровных рыб; обитает до глубин в 700 м, длина тела до 60 см, вес до 1,2 кг, МПЖ до 20 лет; о чуть ли не мифическом существовании белокровки было известно от норвежских китобоев еще с 19-го века, но биологи впервые выловили и исследовали ее в 1928 г., а промышленный лов начался в 1954 г.) красных кровяных телец (эритроцитов) и гемоглобина, переносящих у наземных животных по кровеносной системе атмосферный кислород из легких, а у рыб - через жаберную сеть кислород, растворенный в воде. Известно, что гемоглобин содержит ~70% железа всего организма, а в тканях белокровки его оказалось в 25 раз ниже, чем у рыб с красной кровью. У ледяной рыбы и близких к ней 15-ти другим видам семейства кровь и жабры бесцветны (у обычных рыб жабры имеют насыщенный красный цвет, так как их пронизывает густая кровеносная капиллярная сеть, необходимая для поглощения кислорода из воды).
Первоначально биологи объясняли такую аномалию ледяной рыбы ее эволюционной адаптацией к сверхнизкой температуре соленых вод Южного Ледовитого океана (она стабильно колеблется в диапазоне от +1,50 до – 1,80С и замерзает лишь при -1,90С), богатых растворенным кислородом (с понижением температуры концентрация газов в воде растет: в полярных областях кислорода в поверхностных водах в 1,5-2 раза больше, чем на экваторе). Казалось бы, действительно, зачем рыбе нужен гемоглобин, если в ледяной воде обмен веществ у холоднокровных животных понижается, а кислорода вокруг в избытке? При этом он может поступать не только через жабры, но через плавники и кожу рыбы, обильно пронизанные капиллярами. Кроме того, потеря эритроцитов снижает вязкость крови и улучшает ее циркуляцию в условиях холода...
Однако, последующие генетические исследования показали, что причина изменения состава крови кроется не в механизме адаптации, а в генной мутации: у рыбы оказался случайно утрачен ген, ответственный за “сборку” молекулы гемоглобина (даже, если бы гемоглобин вдруг стал “лишним”, то его ген обязательно сохранился бы в геноме белокровки [а его объем равен 30 тыс. генов], как сохраняются в подобном наследственном “архиве” любого организма все гены прошлого, подчас уже утратившие свою актуальность для текущей жизни индивида). С внезапного исчезновения этого гена и началась у рыбы настоящая борьба за существование и жестокий естественный отбор, ибо бесцветная кровь, без эритроцитов и гемоглобина, способна переносить не более 10% кислорода по сравнению с красной кровью. В теплых водах, обедненных кислородом и требовавших от рыб более высокой скорости метаболизма, белокровка принципиально существовать не могла (опыты показали, что уже при +1,90С рыба утрачивает способность к движению и впадает в тепловое оцепенение из-за нехватки кислорода).
Не исключено, что пытаясь как-то выжить после мутации, она мигрировала в южные полярные воды, где и прошла полную “программу” своего эволюционного перерождения и адаптации к холоду (по разным оценкам, это произошло 6 или 15-20 млн лет до н.э.). В процессе выживания “она” изменила общую морфологию и физиологию своего тела, сумев, во-первых, выработать особый белок-антифриз (гликопротеин), препятствовавший замерзанию ее крови при экстремально низких температурах (сама рыба замерзает лишь при -60С), во-вторых, максимально нарастила капиллярную жаберную и поверхностную сеть для максимального поглощения кислорода из воды (у ледянки кожная дыхательная поверхность в 3 раза превышает дыхательную поверхность жабр), в-третьих, расширила и укрупнила сосудистую сеть, позволившую увеличить в организме общие запасы крови (в 4 раза!), в-четвертых, увеличила размеры и массу своего 2-камерного сердца (в 3 раза!), его силу, частоту сокращений и сердечный выброс (в 5 раз!), что позволило ей повысить скорость кровотока и сократить цикл кровоснабжения, в-пятых, изменила свой образ жизни, став придонным засадным хищником, который, поджидая добычу в морских зарослях, большую часть времени мог оставаться неподвижным, экономя тем самым свою энергию и понижая основной обмен веществ, в-шестых,... впрочем, достаточно и сказанного.
Комплекс указанных “мероприятий”, хоть и оказался в конечном счете энергетически затратным (энергозатраты на жизнь у белокровки в 2 раза выше, чем у других рыб), но, тем не менее, позволил виду выжить, занять свою нишу в южноокеаническом биоценозе и благоденствовать в суровых, но стабильных, низкотемпературных, полярных условиях на протяжение миллионов лет. Сегодня, в связи с ростом глобального потепления и повышения температуры океанических вод, белокровке грозят новые серьезные испытания. Выдержит ли их она?
Пример самоотверженной борьбы ледяной рыбы за свое существование настолько поразителен, что у данного существа не стыдно поучиться упорству выживания и человеку, обладающему, в отличие от рыбы, не только природными инстинктами, но и целеполагающим разумом!
Приложение
С чего начинается человек?
Возвращаясь к теме человеческой жизни, следует вспомнить, что жизнь любого индивида начинается не с его даты рождения, а с другого важнейшего момента - акта оплодотворения, когда в половозрелом материнском организме сливаются воедино две гаметы (от греч. gametes супруг, gamete супруга; половые клетки растительного или животного организма), женская (ооцит – от греч. oon яйцо + kytos клетка = яйцеклетка, или яйцо) и мужская (спермий, сперматоцит – от греч. sperma семя, семенная жидкость + ...цитос; мужская половая клетка, превращающаяся в период ее роста и созревания в зрелый, подвижный сперматозоид – от греч. ...семя + zoon животное + eidos вид), образуя новую, оплодотворенную половую клетку – зиготу (от греч. zigote удвоенный; диплоидная половая клетка, содержащая полный, удвоенный, в случае человека 23∙2=46, набор родительских хромосом). Зигота есть начало живого организма (эмбриона, зародыша) и начало его онтогенеза.
Диаметр человеческой зиготы не превышает 120 мкм, или 0,12 мм (это самые крупные клетки в женском организме после спинномозговых нейронов, имеющих при собственном диаметре 10 мкм аксоны длиной до 1,5 м, клеток поперечнополосатых мышц - гладких веретенообразных миоцитов длиной до 0,5 мм и жировых клеток – адипоцитов, которые при среднем диаметре 60 мкм достигают в случае ожирения 200 мкм и более; в отличие от плацентарных живородящих, к которым относятся все высшие млекопитающие, включая человека, у яйцеродящих [яйценесущих, яйцекладущих] или яйцеживородящих животных зиготу рассматривают в единстве с желтком яйца, содержащим питающее зародыш жироподобное органическое вещество – лецитин, или в единстве с целым яйцом в защитной оболочке, достигающим в длину, например, у курицы 40-50 мм, у яйцеживородящей атлантической сельдевой акулы - 80 мм, у африканского страуса - 20-22 см, а у яйцекладущей китовой акулы, самой крупной рыбы на планете, - 70 см).
Сперматозоиды, наоборот, являются самыми маленькими клетками в человеческом организме: диаметр их головки не превышает 3-4 мкм (в 30 раз меньше диаметра зиготы), а длина хвостика – 45 мкм (любопытно, что самые длинные сперматозоиды - с хвостиком до 60 мм - принадлежат маленькой мушке дрозофиле). Объем зиготы примерно в 30 тыс. раз больше объема сперматозоида, но ее оплодотворяет лишь один, наиболее быстрый, сильный и удачливый сперматозоид из тех миллионов (в 1 мл здоровой спермы их не менее 20 млн), которые наперегонки устремляются к своей вожделенной цели (следует отметить, что для преодоления оболочек женской гаметы требуются одновременно биохимические усилия сотен тысяч сперматозоидов, но во “входную дверцу” оболочки успевает проскользнуть, как правило, лишь один из них, после чего она для других претендентов “захлопывается”, хотя в редких случаях, при полиспермии, в ооцит могут проникнуть 2 и более спермиев, порождая патологическую зиготу и гибель зародыша). Процесс оплодотворения является составной частью полового отбора, заключающегося в борьбе наиболее активных мужских особей за возможность оставить через женский организм свое потомство.
Зигота является тотипотентной клеткой (от лат. totus весь, целый + potentia сила, возможность), т.е. способна дать путем деления начало любому другому специфическому типу клеток (нейронам, миоцитам, адипоцитам, остеоцитам, хондроцитам и т.п.) и организму в целом. Через 26-30 часов после своего образования зигота делится на две дочерние клетки – бластомеры (от греч. blastos росток, зародыш + meros доля, часть), которые в свою очередь и в свое время делятся на очередные, более мелкие бластомеры (у человека деление происходит асинхронно и неравномерно, т.е. бластомеры делятся неодновременно и имеют разные размеры).
В рамках этого процесса, называемого дроблением, увеличивается общее количество бластомер, но одновременно уменьшаются и их размеры (бластомеры, ограниченные при дроблении оболочкой зиготы, не растут, а через 5 последовательных делений их размеры уменьшаются в среднем в 25=32 раза, т.е. до ~4 мкм). Этот процесс завершается на 5-е сутки (когда зародыш уже содержит в объеме первоначальной зиготы порядка 30-32 бластомер) образованием морулы (от лат. morula тутовая ягода; шаровидная плотная совокупность клеток, подобная ягоде шелковицы или ежевики), а затем ее структурной трансформацией в бластулу – однослойный (наружный клеточный слой называют трофобластом – от греч. trophe пища) пузырек с внутренней полостью (бластоцелью). Бластулу у млекопитающих и человека называют бластоцистой (от греч. бласто...+ kystis пузырь). Она содержит зародышевый узелок, из которого развиваются оболочки зародыша.
Онтогенез человеческой особи разделяют на два принципиально различных периода: эмбриональный, или зародышевый, который проходит в материнской утробе и длится от момента оплодотворения яйцеклетки до рождения ребенка, т.е. в среднем 9 месяцев (~39 недель, или ~270 дней), и постэмбриональный, или послезародышевый, - процесс индивидуального развития организма, начинающийся с момента рождения (у яйцеродящих или яйцеживородящих – с момента выхода организма из яйцевых оболочек) и вплоть до гибели индивида. В эмбриональном периоде выделяют первые 8 недель (в это время зародыш проходит стадии зиготы, дробления, морулы, бластулы, бластоцисты, имплантации, гаструлы, нейрулы и органогенеза; образование органов начинается на 3-ей неделе с обособления из эмбриобласта [массы клеток бластоцисты-гаструлы] 3-х зародышевых листков [экто- , мезо- и эндодермы] и развития из них с 4-ой и до конца 8-ой недели всех основных органов зародыша – сердца, легких и др.; из эктодермы в будущем образуются все эпителиальные покровы внутренних органов плода – желудка, кишечника, бронхов и легких, а также печень и поджелудочная железа, из эндодермы – сердечно-сосудистая, нервная и другие системы организма, а из мезодермы – кости скелета и мышцы), которые называют временем эмбриона, и последующие недели внутриутробного развития, называемые временем плода, или фетальным периодом (от лат. fetus отпрыск, зародыш).
Многие будущие свойства и особенности человека, включая продолжительность его жизни и качество здоровья, закладываются в период его внутриутробного развития в организме матери, но мало кто из родителей должным образом относится к защите и разумной организации этого важнейшего этапа формирования своих потомков. Именно здесь лежат истоки ранних генетических, морфологических, физиологических и психических детских отклонений и заболеваний (например, известный сахарный диабет беременных, связанный с их несбалансированным питанием и перееданием, приводит к значительному повышению уровня сахара в крови матери и плода, провоцируя тем самым у последнего предрасположенность к диабету, аллергическим и неврологическим заболеваниям). Да, многое зависит от родителей, но никто не должен снимать, став уже взрослым, ответственности за собственную жизнь прежде всего с себя самого.
Полный жизненный цикл каждого современного человека состоит из последовательности временных этапов, отражающих его личную эволюцию: зачатие (0 – начало отсчета) – рождение (дата рождения, через ~9 месяцев от момента зачатия) – младенчество (0-1 год) – раннее детство (1-3 год), детство (3-11 лет; дошкольный возраст – 3-7 лет, младший школьный – 7-11 лет) – отрочество (11-17 лет; подростковый возраст) – юность (11-21 лет; ранняя юность 11-14, старший школьный возраст 15-17; поздняя юность 17-21 годы) – зрелость (20-60 лет; первый период 21-35 лет, второй период 35-60 лет) – пожилой возраст (60-75 лет) – старость (75-90 лет) – долгожительство (более 90 лет) – супердолгожительство (свыше 110 лет). Известны предложения рассматривать возраст 45-59 лет как средний, 60-69 – как предстарческий, 70-79 – как старческий, 80-89 – как позднестарческий, а 90-99 – как дряхлость. Отметим, что все прошлые и современные периодизации возраста человека носят культурно-исторический характер и меняются вместе с ростом СПЖ.
Циклический, стадийный, поэтапный характер жизни человека неизбежно направлен, подобно стреле, от рождения к старости и смерти (с пессимистических позиций, уже первый шаг младенца можно рассматривать как его первый шаг к смерти, а с оптимистических - как первый шаг к самостоятельной жизни). Когда люди говорят о своем желании оставаться молодыми, они подразумевают под этим этап жизни, совпадающий, как правило, с первой половиной зрелости (никто не хочет того, чтобы в его жизни доминировал этап младенчества, детства, отрочества и даже ранней юности, ибо человека, застывшего в своем физическом и духовном развитии на первых 5-ти этапах, общество унизительно и пренебрежительно классифицирует как недоразвитого, инфантильного – от лат. infantilis младенческий, детский). Человек обычно мечтает побыстрее стать взрослым (ребенок: “Мама, ну когда же я вырасту, стану большим?”), а потом застыть в этой стадии без существенных изменений до конца жизни. Нет предела человеческим желаниям, чудачествам и иллюзиям!
Минск, январь –август 2019 г., Гуртовцев А.Л.
Сконвертировано и опубликовано на https://SamoLit.com/