Почему идет снег?
Вы оглядываетесь вокруг себя… Что из того, что вы видите, связано с активностью живых организмов? Нет-нет, это надо делать не в вагоне метро с журналом в руках, и не в офисе у монитора. В таких условиях практически вся среда вокруг связана с результатами нашей деятельности, а мы, как-никак, часть земной жизни. Представьте, что находитесь за городом. Что вы можете увидеть?
В поле вашего зрения окажется какое-то количество живых существ: птицы в небе, насекомые на листве, коровы на лугу.
Сами травы-деревья - тоже живые организмы. Но остальное-то - части неживой природы, которая существовала бы и без организмов, не так ли?
Не так. Рельеф подавляющей части нашей планеты сформирован жизнью. Плавные "обводы" земной поверхности - результат накопления почв, что само по себе результат деятельности всех групп организмов: растений, бактерий, грибов и животных. Без их активности земля была бы покрыта останцами из твердых горных пород и широкими низменностями из перемываемых и перевеваемых продуктов выветривания. На поверхности под нашими ногами практически невозможно найти не преобразованные организмами участки, но уж небо-то над нашей головой существует само по себе? А что мы можем увидеть над собой? Голубое небо, желтое солнце, белые облака… Небо стало голубым вследствие кислородной революции - накопления фотосинтезирующими организмами избытка свободного кислорода в атмосфере. Кислород интенсивнее рассеивает голубую часть спектра. Из идущего к нам солнечного света изымается и рассеивается голубая часть спектра, которая потом поступает к нам от неба со всех сторон. Прямой свет, из которого изъята значительная часть голубой составляющей, становится желтым, а на закате, когда лучи проходят более длинный путь через прорезаемую наискось атмосферу - красным. А до кислородной революции небо над нашей планетой было коричневым, а солнце - сине-фиолетовым…
Ну а облака? Белыми (а при большой толщине - серыми и свинцово-черными) они были бы в любом случае. Но живые организмы влияют и на них.
В свое время на Джеймса Лавлока, создателя теории Геи, рассматривающей планету как целостную целеустремленную систему, оказал сильное впечатление такой факт. В ответ на повышение температуры и избыточное освещение ультрафиолетом планктонные водоросли выделяют вещества, которые переходят из воды в воздух и способствуют конденсации пара в облака. Увеличение облачности улучшает условия существования фитопланктона. А на суше ничто так не влияет на испарение воды, как растительность: с листвы крупного дерева уходят в воздух в виде пара тонны воды в год. Итак, образование облаков в определенной степени может регулироваться организмами.
А выпадение осадков?
Специалисты из Государственного университета Луизианы собрали в разных районах Земли свежевыпавший снег, растопили его, а потом поместили примеси в воду, определяя, какая их часть может выступать в роли центров кристаллизации.
Большинство (69–100%) таких центров кристаллизации имело биологическое происхождение, причем даже в образцах снега, собранных в относительно безжизненной Антарктиде.
Итак, бактерии, грибы и водоросли поднимаются потоками воздуха высоко в атмосферу, где влияют на климатические процессы. Их перемещение носит глобальный характер, но почти не изучено. Вероятно, без них в атмосфере удерживалось бы большее количество паров воды, а снег выпадал бы дальше от океанов, чем сейчас. Мы не знаем точно, как организмы управляют образованием и разрушением облаков над нашей головой, но уже понимаем, что они серьезно влияют и на эти процессы.
Говорят, наступающая зима будет холодной… А интересно: снежной или нет?
Вкус кальция
Не приходилось ли вам, учась в младших классах, есть мел или видеть, как это делают другие? А что заставляет школьников грызть безвкусные крошащиеся бруски? Понятно, что для формирования быстрорастущего скелета необходимы соли кальция. Неужели дети знают, что им нужен кальций и что его много в меле? Сомнительно. Может быть, у детей установилась связь между попаданием в рот мела и смягчением кальциевого дефицита? Тоже маловероятно.
Едят мел не только школьники. Годовалый ребенок, который только пополз по квартире, с удовольствием оторвет со стены кусок обоев и слижет остатки побелки с их тыльной стороны.
Раз так, вероятно, существует какой-то механизм, позволяющий оценивать количество кальция в потенциальной пище.
То, что нам нравится сладкое, не случайно. Поскольку для наших тел благоприятна пища, содержащая легко усвояемые растворимые углеводы, в нашем вкусовом анализаторе наличествуют рецепторы на эти соединения. Это рецепторы сладкого вкуса.
Именно они делают сахар приятным на вкус. Раз мел, не являющийся ни сладким, ни кислым, ни соленым, ни горьким, тоже приятен, значит, есть какие-то механизмы, оценивающие содержание кальция в этом веществе.
Такие рассуждения, основанные на попытке осмыслить распространенные формы поведения людей, могли бы стать основой для открытия, о котором мы сейчас расскажем. Но современный человек считает более интересными для науки данные молекулярнобиологических исследований и при этом склонен пренебрегать бытовыми наблюдениями и повседневным опытом.
Исследователей из Центра химических ощущений Монелла к изучению описываемой проблемы подтолкнуло обнаружение у крыс двух генов (CaSR и Tas1r3), ответственных за восприятие вкуса кальция.
Сходные гены известны и у человека, поэтому теперь ученые имеют серьезные основания предполагать наличие рецепторов кальциевого вкуса и у нас.
Вероятно, с их помощью мы можем даже в некоторых пределах оценивать жесткость воды.
К "элементарным" сладкому, кислому, соленому и горькому вкусам уже добавляют "белковый" и "кальциевый". Вы слышали рассказы о том, что дикие млекопитающие (и домашние собаки) при определенных недомоганиях выбирают те лекарственные травы, которые им нужны? Может быть, и люди, не забившие чувствительность своих вкусовых и обонятельных рецепторов пищевыми добавками, горячей и острой пищей, табаком и алкоголем, способны к этому. А если так, возможно, к числу уже известных вкусовых рецепторов вскоре добавятся новые.
Важнейший эволюционный скачок
Окидывая взглядом раскидистое древо эволюции животных, мы можем выделить некоторые ключевые эволюционные приобретения. По-настоящему многоклеточные (точнее, многотканевые) организмы могут развиться в соответствии с определенным планом строения в том случае, если они будут иметь механизм управления таким развитием. Детали этого механизма - гены, работа (экспрессия) которых вызывает формирование определенных структур. Наибольшего эволюционного успеха достигли трехслойные животные, у которых в ходе индивидуального развития обособлялись три зародышевых листка - три зачатка, формирующих все разнообразие тканей организма. Чтобы успешно двигаться в одну сторону, наши предки должны были стать билатерально (двусторонне) симметричными, разделив функции между передним и задним концами тела, а также между брюшной и спинной его сторонами. Первые трехслойные билатерально симметричные организмы были похожи на нынешних свободноживущих плоских червей.
Переверните где-нибудь на пруду или реке лист кувшинки, отогните в сторону от побега лист тростника и найдите распластавшихся по поверхности листа мелких белесых или темных червячков. Это планарии. Внутри их тела просвечивает кишечник, роль входа и выхода в котором выполняет одно-единственное отверстие - рот. А на морских побережьях можно найти и бескишечных плоских червей - конволют. У них находящиеся в середине тела клетки захватывают пищу изо рта, переваривают ее, а затем выбрасывают остатки обратно в рот, работающий при этом как анус. Когда-то (лет этак миллионов шестьсот до нашей эры) и мы были очень на них похожи. А одним из важнейших приобретений, сделанных нами, было возникновение анального отверстия. Движущаяся по определенному пути от рта к анусу пища может по-разному обрабатываться в разных участках пищеварительного тракта. Кишечник-трубка эффективнее мешкообразного кишечника.
Как возник анус? Возможны два основных варианта. Первый: прорвался отверстием во внешнюю среду из какого-то участка кишечника. И рот, и анус примерно так появляются в ходе нашего эмбрионального развития. Кстати, в ходе нашей эволюции рот и анус поменялись местами. С точки зрения ориентации основных осей развивающегося зародыша нашему переднему (головному) концу тела соответствует задний конец тела какого-нибудь насекомого, а нашей брюшной стороне - его спинная. Второй возможный путь возникновения ануса - в постепенном разделении ротового отверстия на два: входное и выходное. Кишечник из мешкообразного стал петлеобразным, а затем рот и анус "разъехались" на разные концы тела. Сторонники представлений о том, что эволюция идет маленькими шажочками, обычно склоняются ко второму варианту.
Биологи из Гавайского университета опубликовали в Nature статью, в которой сообщают о сравнении генов, управляющих развитием пищеварительной системы у бескишечного плоского червя Convolutriloba longifissura, а также у различных более продвинутых групп животных. Авторы статьи утверждают, что у столь примитивных животных, лишенных ануса, и у их прогрессивных потомков развитие рта управляется одними и теми же генами. Значит, анус получился не изо рта, а прорывался независимо, да еще и по-разному в различных эволюционных линиях животного царства!
Ситуация не столь проста, как может показаться. Одни специалисты считают перестройку механизма управления развитием причиной эволюционных изменений, другие - следствием. Доказывает ли сходство механизма формирования рта у нас и у плоских червей, что от этого рта ничего не отщепилось? Вероятно, вопрос остается открытым. А высокомерно смотреть на наших родственников, даже таких необычных, как бескишечные плоские черви, не стоит в любом случае.
Д. Шабанов. Почему идет снег? // Компьютерра, М., 2008. – № 33 (749)
Д. Шабанов. Вкус кальция // Компьютерра, М., 2008. – № 34 (750)
Д. Шабанов. Важнейший эволюционный скачок // Компьютерра, М., 2008. – № 36 (752)