Наука и удивительное
(Как человек понимает природу) - Вайскопф Виктор - Страница 44

Посмотрим теперь, как подействовали эти два важных изменения. До распространения растительной жизни каждой живой единице полезнее всего было содержать хлорофилл, чтобы производить собственный сахар. Пока сахар малоэффективным способом получался на Земле от ультрафиолетовых лучей, его было очень мало. После того, как растения распространились по Земле, его стало в растениях сколько угодно. То же самое верно и для более сложных структур, таких, как аминокислоты и нуклеотиды. Их было очень мало до распространения растений, но потом поверхность Земли покрылась ими.

На этой стадии развития могли появиться живые существа, неспособные производить собственный сахар или аминокислоты. Они легко могли развиваться, «поедая» эти вещества из растений. Этот факт имел интереснейшие последствия. До появления растительного покрова каждая мутация, нарушавшая способность нуклеиновых кислот производить аминокислоты и хлорофилл, делала невозможным размножение той живой единицы, в которой эта мутация произошла, и единица погибала. Но когда возникла растительность, такие изменения перестали быть опасными: можно было размножаться, потребляя растительную пищу. Поэтому многие мутации, которые раньше привели бы к вымиранию, теперь смогли закрепиться и стали воспроизводиться. Вот почему вслед за растительностью развились новые виды живых организмов, мы называем их животными. Освобожденные от необходимости производить основные химические вещества, такие, как аминокислоты, нуклеотиды и хлорофилл, эти новые живые единицы стали развивать свою собственную программу в нуклеиновых кислотах в новых направлениях.

Рис. 61. Реконструкция маленькой пенсильванской амфибии (дипловертеброна).

Возникли и многоклеточные единицы с различными функциями разных клеток, такими, как передвижение или чувствительность к свету и звуку. Такие единицы смогли двигаться, видеть и слышать.

Надо помнить, как медленно происходило это развитие. Оно длилось один или два миллиарда лет. Изменения происходили от того, что накапливались действия мутаций. Проходит много времени, прежде чем случайное изменение или прирост нуклеиновой кислоты приводит к полезному варианту программы. Возник, однако, новый и более эффективный способ развития, когда объединялись две единицы и использовалось смешение их нуклеиновых кислот при повторении. Эта система, половое размножение, имеет огромное преимущество, суммируя новые успешные тенденции, имеющиеся у каждого индивидуума. Оно ускоряет развитие форм, приспособленных лучше. Вот почему это самый распространенный способ воспроизведения для наиболее сложно организованных единиц.

Очень важный факт в эволюции живых структур — это ненаследование свойств, приобретенных отдельным индивидуумом. Изменение в строении тела, которое претерпевает отдельное существо, никогда не передается потомству. Можно отрезать хвосты всем представителям некоторой породы животных и продолжать отрезать хвосты их потомкам, и все же у новорожденных будут хвосты. Причина очевидна. Изменение в строении тела не действует на нуклеиновые кислоты в клетках, которые содержат проект новых индивидуумов. Пока хвост имеется в плане, он будет развиваться у потомков, независимо от того, что случилось с хвостом родителей.

Вернемся теперь ко второму изменению на Земле, произведенному растительным покровом, а именно к кислороду в атмосфере. Вспомним, что образование белков и нуклеиновых кислот требует энергии. Энергия поставляется специальными белками, которые регулируют процесс превращения (сгорание) сахара в двуокись углерода и воду и могут запасать энергию в виде малых порций в молекулах АТФ. Сгорание сахара без должного количества кислорода затруднено. Атомы кислорода содержатся в самой молекуле сахара, они могут быть использованы при горении. Этот тип горения, который использует сам сахар, называется ферментацией; он не является эффективным способом получения энергии от сахара. Когда появился свободный кислород в атмосфере, стало гораздо легче сжигать сахар в клетке и запасать энергию в молекулах АТФ. Возникли новые единицы, которые использовали атмосферный кислород, производя энергию. Это привело не только к более быстрому росту клеток, но и создало избыток энергии, который мог быть использован в движущихся частях живой единицы. Развились мускулы, они дали возможность конечностям двигаться, совершая работу по передвижению и собиранию пищи.

В таких больших многоклеточных единицах, которые мы называем животными, воздух не может легко проникать через клетки тела. Поэтому следующее изменение в программе привело к существам, приспособленным гораздо лучше: развилась система артерий, по которым сквозь тело прокачивается жидкость, содержащая специальные красные кровяные клетки. Эти клетки легко поглощают кислород и переносят его во все клетки тела, нуждающиеся в нем для производства энергии. Поглощение кислорода происходит в определенных клетках — в легких, которые постоянно наполняются свежим воздухом. Такие животные с системой кровообращения смогли пользоваться кислородом для выработки энергии гораздо эффективнее.

Но наибольший шаг вперед в этом стремлении к лучшему согласованию со средой состоял в образовании нервной системы. Это особая комбинация взаимосвязанных клеток, способных передавать стимулы от одной части живого существа к другой. С помощью этих специальных клеток, органов чувств, через соединительные нейроны можно заставить мускулы координировать передвижение со световыми или звуковыми сигналами, получаемыми существом. В результате существо может многими способами реагировать на изменения в среде так, чтобы пользоваться этим при самозащите и добывании пищи. Структура может передвигаться в сторону света, различать пищу по запаху и форме, избегать опасности, уходя или защищаясь, когда приближаются крупные объекты. Существо приобретает то, что мы называем «поведением».

Развитие нервной системы было столь полезным и успешным, что любая мутация или комбинация при скрещивании, ведущая к увеличению нервной системы, давала все лучшие существа. Так началась непрерывная эволюция в сторону увеличения нервных клеток, которая и привела к образованию мозга. Этот орган является скоплением большого числа взаимосвязанных нервных клеток, способных к накоплению стимулов, полученных существом. Это накопление было началом того, что называется памятью. Действие, которое первоначально имело хороший результат в отношение захвата пищи или предупреждения боли, сохраняется в памяти и может быть легко повторено в сходных обстоятельствах. Очевидно, что способность «вспоминать» такие ситуации была огромным усовершенствованием живых единиц и помогала в их борьбе за выживание в трудных условиях. Память дала возможность учиться на опыте.

Такая память и способность к обучению не обязательно должны быть очень сложными. С помощью современного электронного оборудования можно легко построить машину с «нервной системой», которая помнит прошлые положения и определяет на этом основании свои действия. Система взаимосвязанных нервных клеток во многом равноценна системе электронных ламп или транзисторов. Система с несколькими тысячами ламп может выполнять весьма впечатляющие действия по запоминанию положений с тем, чтобы избегать их в дальнейшем. Но в действительности даже мозг насекомого устроен гораздо сложнее. Он содержит от десяти до ста тысяч нервных клеток. Человеческий мозг имеет их много миллиардов.

Факт образования мозга был чрезвычайно важным в развитии жизни. До этого живая единица нее реакции на окружающий мир полностью определялись химическим строением. После того как образовался мозг, реакции индивида стали зависеть не только от его строения, но и от предыдущего опыта. Поведение стало определяться не только программой, заложенной в нуклеиновых кислотах, но и тем, что данное существо испытало в течение жизни. Индивидуальная единица формировалась не только в результате своего биологического развития из нуклеиновых кислот, но и под действием окружающей среды на ее поведение.