Наталья Сердцева
99 секретов биологии

Полная версия

В оформлении обложки использована фотография:

PIYAPONG THONGDUMHYU / Shutterstock.com

Используется по лицензии от Shutterstock.com

Во внутреннем оформлении использованы фотографии:

AlessandroZocc, Artazum, Artwork studio BKK, Bernadette Heath, bluedog studio, BlueRingMedia, chombosan, davemhuntphotography, Double Brain, Gregory A. Pozhvanov, GUDKOV ANDREY, Hugh Lansdown, illustrart, Johan Swanepoel, Kjuuurs, Leigh Prather, Liya Graphics, Mathisa, Matt Gibson, Mopic, Nicolesa, Ondrej Prosicky, Paul101, Photography by Gary Potts, pp1, Pressmaster, Redchanka, Sergey Sukhorukov, ShurikAK, spacezerocom, suchalinee, Suwat Sirivutcharungchit, T-Design, Tatiana Gass, Tefi, Tischenko Irina, Travel mania, Triff, Victoria Kisel, Vshivkova, Yeko Photo Studio / Shutterstock.com

Используется по лицензии от Shutterstock.com

Общая биология

№ 1
Готовить на медленном огне. Теория первичного бульона

Наша планета прекрасна и удивительна, не правда ли? Все потому, что на ней существует жизнь, представленная огромным количеством разнообразных форм. Как же получилось, что именно Земля, единственная из всех известных планет, создала на своей поверхности уникальную живую систему? Все начиналось постепенно, от простого к сложному.

Приблизительно 4,5 миллиарда лет назад из газопылевого облака сформировалась третья по счету от Солнца планета. О существовании жизни тогда не было и речи, Земля представляла собой раскаленный шар, который постепенно остывал, обретая форму. Через некоторое время в водоемах, образовавшихся на поверхности, скопились органические вещества, попавшие туда из атмосферы. Этот раствор ученые называют первичным бульоном – именно в нем были «приготовлены» первые живые клетки.

Чтобы понять, как это случилось, в 1953 году американские ученые Стэнли Миллер и Гарольд Юри провели эксперимент. Они сконструировали систему из колб и трубок, в которой воссоздавалась атмосфера и вода древней Земли, тепло Солнца и разряды молний. Целью эксперимента было понять, может ли из неживой материи образоваться нечто живое. Он оказался успешным: через пару недель в растворе обнаружились аминокислоты – то, из чего строятся живые клетки.

Согласно теории первичного бульона, впоследствии эти аминокислоты стали соединяться, приблизительно так же, как соединяются шарики ртути, пока, через много миллионов лет, не образовали первую живую клетку. А от нее в результате эволюции образовались микроорганизмы, растения, животные и мы с вами.

Случись мне присутствовать при сотворении мира, я бы дал кое-какие советы по части лучшего устройства мироздания.

Альфонс Мудрый

№ 2
Миллионы лет перемен. Эволюция

Человек произошел от обезьяны, обезьяна, вместе с другими млекопитающими, – от рептилий, рептилии – от рыб, те – от низших беспозвоночных животных. На Земле, как и во всей Вселенной, никогда не было постоянства, с самого момента ее зарождения все непрерывно менялось, создавались новые способы существования и формы жизни.

Животные приспосабливаются к растениям, растения к животным, все вместе пытаются адаптироваться к окружающей среде, зачастую своей деятельностью вызывая ее изменения. Это и есть эволюция – постоянный и непрерывный процесс нахождения хрупкого баланса между всеми компонентами биосистемы. Те формы жизни, которые находят способы приспособиться к меняющейся среде обитания, выживают; те, что не смогли создать механизмы адаптации, постепенно исчезают с лица Земли.

№ 3
Аист отдыхает. Развитие эмбриона

Древние ученые считали, что зародыш – это точная копия человека, только очень маленькая. Он образуется после соединения мужского и женского начал, а потом просто растет, никак не изменяясь. Каково же было удивление средневековых анатомов, когда они обнаружили, что плод не только не похож на взрослого человека, но и, по неведомой причине, постоянно меняет свою форму!

Теперь мы знаем причину невероятных трансформаций эмбриона – находясь в утробе, он проходит те же стадии развития, которые человек прошел в процессе эволюции. Сначала зародыш человека выглядит так же, как зародыш ящерицы или птицы, на последующих стадиях у него появляется все больше отличий, характерных для млекопитающих. На последнем этапе он приобретает черты, которыми обладают только человеческие существа.

Руководит всеми переменами ДНК – компьютерная программа, в которой заложена вся информация о формировании и функционировании. Как любой многоклеточный организм, будущий человек появляется на свет в виде единственной клетки, зиготы, которая образуется от слияния яйцеклетки и сперматозоида. Далее эта довольно крупная клетка делится на меньшие – так создается зародыш. Позже происходит формирование зародышевых листков, из которых впоследствии появятся все ткани и органы.

За девять месяцев плод проходит путь удивительных трансформаций – одна клетка превращается в полноценный организм, оснащенный такими сложноорганизованными системами, как кровообращение, пищеварение, нервная система, наконец, мозг, способный познавать окружающий мир и совершать научные открытия.

Если процесс деторождения считать подвигом, то выходит, что мужчина еще ни одного подвига не совершил в исторически обозримом прошлом.

На четвертой неделе у человеческого эмбриона отрастает хвост, спустя месяц он исчезает

У нас есть общие ДНК с обезьянами, комарами и даже бананами. ДНК людей совпадают на 99,9 %, разными нас делает оставшаяся 0,01 %.

№ 4
Сильные побеждают и остаются. Теория Дарвина

Совершая кругосветное путешествие, молодой ученый Чарлз Дарвин с интересом изучал окружающую природу. Однажды, на Уругвае, он обнаружил останки древнего броненосца и понял, что этот зверь во многом отличается от броненосца современного. Тогда у него впервые зародилась крамольная мысль: неужели животные могут с течением времени меняться? Наука того времени, вместе с религией, считала, что все существа были созданы творцом такими, какие они есть сейчас.

Позже ученый нашел множество подтверждений своей догадке. Он 20 лет занимался изучением данного вопроса и в итоге издал революционный труд «Происхождение видов», в котором осветил глобальную проблему: как развивался органический мир на протяжении всего своего существования.

По теории Дарвина, которая впоследствии была подтверждена многочисленными исследованиями, природа на протяжении миллионов лет развивалась от примитивных форм к более сложным. Главной движущей силой этого развития, или эволюции, Дарвин назвал естественный отбор – механизм, который позволяет выживать наиболее приспособленным видам.

Дарвин писал о различиях, которые существуют между живыми организмами: даже детеныши одних родителей отличаются друг от друга. Эти различия и становятся полем действия эволюционных законов. Размножение в природе происходит в геометрической прогрессии: все виды рождают огромное количество потомства, но выживают далеко не все, а только самые приспособленные к окружающей среде. Они и передают свои гены последующим поколениям. Так, в постоянной борьбе, происходит естественный отбор.

Умирает только хилое и слабое. Здоровое и сильное всегда выходит победителем в борьбе за существование.

Чарлз Дарвин

№ 5
Принцип черной королевы. Борьба за существование

«Приходится бежать со всех ног, чтобы только остаться на том же месте», – говорила Алисе Черная королева в книге Льюиса Кэрролла. То же самое могли бы сказать все биологические виды, обозрев свое существование в масштабах эволюции. Ученые назвали данное явление принципом Черной королевы.

Волки питаются зайцами, следовательно, преимущество имеют те длинноухие, которые быстрее бегают. Они выживают и продолжают род, передавая гены потомкам. Таким образом, следующее поколение волков имеет дело с более быстрыми зайцами. Среди серых не останутся голодными лишь те, кто сможет почуять, перехитрить и догнать ускорившуюся добычу. У них будет преимущество, они смогут прокормить себя, завести потомство и передать ему приобретенные навыки, к которым, на очередном витке эволюции, придется приспосабливаться новому поколению зайцев. И так – без конца, на всем протяжении существования биологического мира.

Межвидовая борьба не делает зверей врагами. Она означает, что один вид не выживет без помощи другого

Зайцам, так же как всем остальным видам, приходится приспосабливаться не только к естественным врагам, но и к окружающей среде. Она тоже постоянно меняется: то становится теплее, то происходит наводнение, то привычного корма вырастает меньше. Приспосабливаются и выживают те, у кого есть подходящие механизмы.

Другой вид борьбы за существование – борьба внутри вида. Все зайцы едят одно и то же, нуждаются в одинаковом убежище, убегают от одних и тех же хищников, значит, они – конкуренты друг друга. В природе нельзя расслабиться ни на минуту, немного зазевался – и тебя съели или обошли. Об этом и говорила мудрая Черная королева.