Нескучная биология - Алексей Целлариус

Вершина эволюции

Возможности любой конструкции не беспредельны. Как бы не изощрялась эволюция, подстегивая организм то с одной стороны, то с другой, но, рано или поздно, этот организм дойдет до такого состояния, когда дальнейшее физическое совершенствование станет невозможным. Потенциал, заложенный в основу системы, окажется исчерпанным. Животным, чтобы достичь предела совершенства, понадобилось, в сущности, немного времени – всего каких-то полмиллиарда лет энергичной эволюции и готово, приехали. Невозможно создать более совершенное беспозвоночное животное, чем хорошее насекомое. Невозможно всерьез усовершенствовать конструкцию такого позвоночного, как продвинутое млекопитающее или птица. Так что же, тупик?

Сложное строение и тонкая координация действий разных органов требуют мощного центра управления – продвинутой нервной системы. Возникнув, этот центр позволяет животному совершенствоваться далее, уже не за счет улучшения конструкции – увеличения скорости, силы, неутомимости или точности, – а за счет «правильности» действий. Животное начинает увеличивать успех своего размножения, питания и спасения за счет умения правильно оценить обстановку и предвидеть развитие событий. В результате возникает стимул к развитию мозга. Мозг становится сложнее, чем того требует управление мышцами, кишечником и печенью, эволюция нервной системы начинает опережать эволюцию остальных систем.

Дальше всех по этому пути продвинулись млекопитающие. Разница между мозгом мелового арктоциона и мозгом нынешних волков, лошадей или павианов гораздо больше, чем между мозгами археоптерикса и современной вороны. Поведение млекопитающих сложнее и тоньше, чем других позвоночных, и недаром млекопитающие стали господствующей группой наземных животных. Но самых невероятных успехов добился один отряд класса млекопитающих. Этот отряд – приматы.

Вообще, следует отметить, что с точки зрения анатомии и физиологии анормально развитый мозг приматов – уникум. Дело в том, что даже если у вас есть прямой резон развивать какую-либо систему органов, не факт, что это развитие окажется возможным. Естественный отбор может расценить крупный мозг и, соответственно, крупную голову, или, скажем, связанные с этим изменения тазового пояса самок, просто как уродство, мешающее убегать от врагов или гоняться за добычей. Развитие какой-то одной системы, причем развитие гипертрофированное, возможно только при совпадении множества условий и снижении интенсивности отбора. Такое совпадение – редкий случай. Приматам просто невероятно повезло – в какой-то момент их эволюции обстоятельства сложились в неповторимую комбинацию, направившую отбор именно по признаку «мозговитости». А вот сумеем ли мы вполне использовать этот подарок судьбы, или вымрем от неумения управлять своим поведением и своими сиюминутными желаниями – ответ на этот вопрос узнают наши потомки.

Схема строения мозга. 1 – кора больших полушарий; 2 – промежуточный мозг; 3 – таламус; 4 – гипоталамус; 5 – гипофиз; 6 – варолиев мост; 7 – начало спинного мозга; 8 – продолговатый мозг; 9 – мозжечок; 10 – средний мозг; 11 – мозолистое тело.

Кое-что об экологии

Наука о доме

За три с половиной миллиарда лет эволюция произвела на свет неисчислимое множество разнообразных живых существ, от простейших микроорганизмов до позвоночных и млекопитающих. Однако картина их развития будет неполной, если не сказать несколько слов о системе их взаимоотношений – друг с другом и с окружающей средой.

Взаимоотношения организма со средой его обитания, а также взаимоотношения с другими организмами, изучает наука экология. Этот термин ввел в научный обиход Эрнст Геккель в 1866 г. Экос (или ойкос) по-гречески – дом. Однако ойкос – это не только дом или место жительства. Существует еще одно слово, производное от этого корня, – ойкумена. Для древнего грека ойкумена – это населенный и познанный людьми мир. За пределами ойкумены – земля, населенная чудовищами, титанами, богами, человеку неподвластная. А логос – это не только слово, но и движущая сила, закон. Таким образом, экология это не только наука о доме (о среде обитания), но и закон обитаемого мира.

Изучение состава пищи водяной крысы, способов поиска и запасания корма – это экология. Изучение размножения этой крысы, изменений ее численности, зависимости численности от высоты весеннего паводка – тоже экология. Пути и способы приспособления белого медведя к жизни в Арктике (а значит, и изучение его физиологии, генетической изменчивости и факторов естественного отбора) – это тоже экология. Влияние мелких насекомоядных птиц на численность гусениц, влияющих на густоту листвы, влияющей на освещенность под пологом леса, влияющей на состав травяной растительности, влияющей на численность грызунов, от которых зависит бла-гополучие диких котов, разоряющих птичьи гнезда, – и это экология. Влияние дождевых червей на химизм почвы и ее способность к поглощению влаги или влияние зеленых растений на состав атмосферы – экология. Поэтапное преобразование горных пород, газов атмосферы и солнечной энергии в массу органического вещества – опять экология.

Сфера интересов экологии

Как сказал Эйман Макфедьен, «эколог самовольно бродит по владениям ботаника и зоолога, систематика, физиолога, зоопсихолога, метеоролога, геолога, физика, химика, и даже социолога; он браконьерствует во всех названных и во многих других почтенных дисциплинах».

Что такое экосистема

В самом широком смысле – это комплекс организмов, обитающих на определенной территории и связанных совместным преобразованием вещества и энергии, причем в этот комплекс как неотъемлемый компонент входит и сама эта физическая (или, как говорят экологи, абиотическая) среда. Таким образом, экосистема имеет в себе и «живой» и «неживой» компоненты.

Один из самых простых и наглядных примеров экосистемы – огород. Огород – это земля, вода и солнце (физическая среда), плюс растения (овощи), плюс человек. Овощи формируют свою плоть из вещества и энергии физической среды. Человек, поедающий эти овощи, возвращает часть съеденного обратно овощам в виде удобрений (по крайней мере, так делают японцы, удобряя свои огороды содержимым туалета), иначе запасы физической среды будут исчерпаны немногими поколениями овощей, и использует полученную от овощей энергию для разрыхления земли, полива, прополки, посадки очередного поколения овощей. Ни земля, ни овощи, ни человек по отдельности не являются огородом, только все три компонента вместе.

Как и многие другие биологические понятия, экосистема совершенно реальна и в то же время не имеет четких границ. Уж на что, казалось бы, четкие границы имеет озеро. Однако в озеро попадает листва окружающего леса, лес влияет на впадающий в озеро ручей и, при желании, мы можем рассматривать их как одну систему. Красивая небольшая птичка зимородок ловит в озере мелкую рыбешку и, несомненно, популяция зимородка является членом озерной экосистемы. Однако гнездится зимородок на берегу, на него охотятся сухопутные хищники, и свой помет он оставляет на суше. К какой экосистеме принадлежит зимородок? Не ломайте голову над этим вопросом и смиритесь с размытостью границ. Но и не сомневайтесь в их существовании. И мы, и зимородки прекрасно отличаем озеро от леса.

Зимородок

Нет на свете такого вида живых существ, который мог бы существовать в одиночку. Казалось бы, зеленым растениям, умеющим фотосинтезировать, никто не нужен: они сами «делают» себе еду из солнечного света и минеральных веществ, превращая неорганические вещества в органические. Однако никто не вечен в этом мире, и когда растение умрет, или хотя бы сбросит листья, часть минеральных веществ окажется изъятой из оборота – из листьев или отмерших стволов их надо извлечь и снова вернуть в почву. А вот самостоятельно разлагать мертвую органику растения-то как раз и не умеют! В итоге через некоторое число поколений, довольно небольшое, кстати, число, все минеральные вещества окажутся заключенными в трупах отмерших сородичей и станут растениям недоступны.

Вещество и энергия в экосистеме передаются по цепочке: от травы к зайцу, от зайца к лисе. При переходе часть энергии неизбежно теряется, поэтому масса лисиц меньше, чем масса зайцев, а масса зайцев меньше, чем масса растений. Поэтому выращивать кукурузу выгодней, чем свиней или коров, а коров или кроликов выгодней, чем, скажем, рысей. Хотя мясо рыси отменно вкусно и в средние века считалось деликатесом.

Нужен кто-то, кто бы мертвую органику разлагал и возвращал в круговорот. Почему Бог, Природа или Эволюция не создали организм, который умел бы делать и то и другое? Наверное, потому, что существует закон, такой же непреложный закон, как закон сохранения вещества и энергии – невозможно приспособиться ко всему сразу. Или все способности организма будут очень средненькими (а такому организму просто не выжить в этом жестоком мире), или что-то одно он будет уметь делать намного лучше, чем все прочее. Совмещение профессий всегда неэффективно.