скачать книгу бесплатно
Рассказы о животных
Александр Георгиевский
По рассказам о животных имеется неисчислимая литература. Уж сколько раз твердили миру о возникновении человека от «братьев наших меньших», близком родстве с ними, физическом существовании и духовном богатстве от общения с биосферой, зависимости ее от нас с вами. Тема эта останется актуальной, пока существует человечество. Информации о животных, воспитанию экологической культуры посвящена настоящая книга.
Рассказы о животных
Александр Георгиевский
© Александр Георгиевский, 2021
ISBN 978-5-0053-2457-3
Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero
Предисловие
Животный мир имеет для человека настолько огромное и многостороннее значение, что ни в сказке сказать, ни пером описать. Своим происхождением люди обязаны животным предкам, были в прошлом, существуют сейчас и останутся далеко не вегетарианцами, используют животных для исцеления от болезней, развлекаются в общении с ними, черпают вдохновение для творчества. Человек связан с животным миром неисчислимым по разнообразию полезных, нежелательных и опасных отношений. Животные, с одной стороны, неотъемлемый спутник человечества, с другой – непримиримый противник, подлежащий уничтожению, но не всегда поголовному. Охрана живой природы берет под защиту и хищников, создавая заповедники для сохранения редких видов.
Иногда можно услышать от наблюдательного юмориста, что этот добрый пес и этот облезлый кот походят поведением и даже внешностью на своего хозяина или хозяйку. Характеристика людей через отношение к животным находит свое признание в нежных или грубых словах, нередко отражающих индивидуальные черты лица, телосложения и духовного мира человека. Обращения с уменьшительно-ласкательными словами «моя мышка», «мой зайчик», если они искренние, свидетельствуют о любви к детям и женщине, словами «мой котик», «мой медвежонок» награждают мужчин с добрым характером.
В литературных произведениях имена героев ассоциируются с названиями животных. В пьесе А.Н.Островского «Волки и овцы» присутствует некто Василий Иванович Беркутов, ловкостью и без зазрения совести прибравший к рукам состояние богатой вдовы. Известная со школьной скамьи Кабаниха из «Грозы» Островского недружелюбным и злым характером напоминает дикого вепря. Собакевич в поэме Гоголя «Мертвые души» сравнивается по внешнему виду и замашкам с медведем.
И все-таки, какое удовольствие человеку доставляет общение с домашними животными в хозяйственных и развлекательных целях. Рассказам о животных самых разных жанров: от детских до научных публикаций посвящены целые библиотеки. Детская литература занимает особое место в просвещении и воспитании своим содержанием, а именно повествованием о животных, удивительных по своей красоте и забавным играм, привлекающим внимание и развивающим воображение у взрослых.
Предлагаемая книга содержит рассказы о морфологии, экологии и эволюции животных, интересных эпизодах в зоологическом мире, взятых из литературы и собственных наблюдений. Автор не претендует на особую оригинальность сочинения, так как известно, что детская литература самая трудная в удовлетворении духовных потребностей юных читателей. Для восприятия сложных по содержанию страниц текста приглашаются взрослые, которые могут приобрести полезную информацию для себя и объяснить непонятные вещи своим маленьким собеседникам.
Общая характеристика животных
Животные – часть естественного закона, они имеют свои права, потому, что они разумны.
Жан-Жак Руссо
В обычном представлении под словом «животное» имеется в виду достаточно крупное четвероногое существо, активно передвигающееся в поисках пищи и защите от врагов или нападении на жертву. С изобретением микроскопической техники в поле зрения попадают одноклеточные организмы и вместе с многоклеточными организмами составляют царство животных. Особенностью животных является гетеротрофный способ питания, в отличие от растений, создающих органические вещества в процессе фотосинтеза.
Многообразие животных потребовало создать их систему, состоящую из видов, семейств, отрядов, классов, типов. Построение первых систематик животных имело хаотический характер, когда в одну таксономическую единицу попадали совершенно разные животные. С использованием эволюционного принципа систематика приобретает научную основу, так как опирается на установление генеалогических связей между таксонами. Эволюционный подход становится руководящим в определении места в систематике вновь обнаруживаемых видов. Один из генетиков отметил, что без эволюционного принципа ничего не существует в биологии, подчеркнув его важнейшее значение в исследовании живой природы.
Краткая справка о понятии «животные»
Увидевший в микроскоп инфузорию туфельку и не очень компетентный в биологии человек удивится, когда ему скажут, что этот простейший одноклеточный организм является животным. Такая же реакция может последовать при взгляде на морские кораллы, которые покажутся сходными с ветвистыми растениями. Не поддается статистике, сколько «сломано копий» в спорах между учеными и теологами для доказательства очевидной истины, что человек – тоже животное и без каких-либо особых привилегий на звание высшего живого существа, «царя» всех зверей, именуемого в сказках.
Легко догадаться, что русское слово «животное» имеет общий корень со словом «живот», и ответ будет правильный, если он связан с типом питания. Все живые организмы делятся на три царства: растения, грибы, животные, которые принципиально различаются именно типом питания.
Сам факт борьбы за существование в живой природе был очевиден, но его объяснение скрывалось за учениями о воле господней, о неизбежной конкуренции за «место под солнцем», уводившими от познания истинных причин адаптивной эволюции организмов. Ч. Дарвин внес ясность в решение загадочной проблемы теорией естественного отбора, согласно которой в борьбе за существование выживают более приспособленные и на этой основе возникают новые организмы, как сложные по строению, так и более простые.
В отличие от автотрофных растений, синтезирующих питательные вещества сами для себя в процессе фотосинтеза, животные и грибы являются гетеротрофными организмами, существующими за счет растений. Животные обладают подвижностью: одноклеточные с помощью ресничек и жгутиков, многоклеточные используют опорно-двигательный аппарат (конечности, крылья). Животным присущи сложные поведенческие реакции на основе развитой нервной системы. Сходство между животными и растениями заключается в обмене веществ и энергии (питание, кислородное дыхание, выделение), клеточном строении, способах размножения и росте из оплодотворенной яйцеклетки, кодировании и передаче наследственной информации, ее использовании в процессе биосинтеза. Сходство между животными и растениями доказывает генеалогическое родство организмов, а различие – дивергентный путь эволюции живой природы путем образования видов, отрядов, классов.
Систематика животных
Животные разделяются на одноклеточных и многоклеточных, а также на беспозвоночных и позвоночных. Критерий разделения понятен по названиям.
Одноклеточные, или простейшие (Protozoa, от греч. protos – простой), представлены микроорганизмами, часть из них видимыми в микроскоп (амебы, мелкие инфузории), некоторые имеют размеры в несколько миллиметров и различаются невооруженным глазом (радиолярии, крупные инфузории). Обитают в водной среде и почве, занимают различные уровни в пищевой пирамиде. Будучи гетеротрофами, являются хищниками, питаются другими одноклеточными или многоклеточными: нитчатыми водорослями, микроскопическими грибами, бактериями, отмершими растительными остатками (детритом). Простейшие потребляют питательные вещества двумя способами, одни путем эндоцитоза, то есть окружают жертву своим телом и затем переваривают ее, другие – поглощают жертву через рот. Ассимилируют пищу в клеточных органеллах вакуолях.
Как компоненты микрофауны, простейшие составляют пищевое звено в утилизации других микроскопических беспозвоночных, мальков рыб, отмерших растительных и животных остатков, и в этом заключается их важнейшее значение для круговорота вещества и энергии в биосфере. Можно только отдаленно представить, в какую гигантскую свалку останков растений и животных превратилась бы Земля, не будь планетарных «санитаров» в виде мириад утилизирующих их микроорганизмов.
Многие простейшие очень полезные существа: в роли симбионтов помогают жвачным переваривать целлюлозу растительной пищи, в том числе у человека, имеют исключительное значение в обменных процессах у всех других организмов. О своем существовании в виде микробов напомнят возбудители опасных инфекционных заболеваний.
В середине XVII века голландский ученый Левенгук изобрел микроскоп и увидел в сенном растворе мельчайших животных, названных инфузориями-туфельками, поскольку внешним видом они походили на женскую обувь. До этого любопытный глаз человека рассматривал через оптический прибор-телескоп только звезды на небе. Теперь открылся чудесный мир микроорганизмов, среди которых обнаружились питающиеся другими организмами, а это был главный отличительный признак царства животных. Таким образом, привыкнем к мысли, что многие одноклеточные (амебы, инфузории) являются животными.
Моллюски, или мягкотелые(Mollusca, от лат. mollis – мягкий), отличаются характерными признаками: отсутствием сегментации и двусторонней симметрии тела, наличием мускулистой ноги и твердой радулы для перетирания пищи, чувствительной нервной системы, воспринимающей информацию о положении тела в пространстве, освещенности, запахе предметов с помощью тактильных органов и проводящих нервных путей. Моллюски одна из самых древних и многочисленных групп, существующей с кембрия 540 млн. назад, описано около 100 тысяч современных и 45 тысяч вымерших видов.
Обитают в море, некоторые в солоноватой и пресной воде, прикрепляются к предметам (известные всем садовые улитки), зарываются в донный грунт, плавают свободно и довольно быстро (кальмары, осьминоги), большинство медленно ползают. Приносят вред растениеводству, являются переносчиками возбудителей заболеваний, желанной пищей для гурманов.
Коралловые полипы (Anthozoa, от греч. anthos – цветок, zoon – животное) – сидячие формы, обитают на мелководье в теплых морях. Многие полипы обладают известковым скелетом, напоминающим по внешнему виду цветок, отсюда греческое название. Коралловые рифы невообразимо огромные по величине колониальные животные, длиной до двух тысяч километров (Большой Барьерный риф в Тихом океане), представляющие серьезную опасность для морского судоходства. Известно около 6 тысяч видов колониальных полипов.
Размножаются почкованием и половым путем. Свободно плавающие личинки оседают на дно и образуют новые колонии. Интересен факт «самоубийства» коралловых полипов, когда накопление органических веществ в воде в результате их отмирания приводит к активному размножению микроорганизмов, которые снижают содержание кислорода, что оказывается губительным для кораллов.
Полезное значение состоит в использовании для декоративных ремесел и изготовления украшений, разведения в аквариумах в компании с тропическими рыбками.
Насекомые (Insecta, от лат. insеctum – рассеченный), отличаются огромным разнообразием видов (более 900 тысяч), превышающим половину всех видов животных на Земле, объединяются общими признаками: тремя парами ног на грудном отделе и обычно двумя парами крыльев. Кровеносная система состоит из примитивного сердца и одной артерии, капилляры отсутствуют. Органами дыхания являются трахеи – ветвящиеся трубочки, открывающиеся наружу и подходящие ко всем частям тела. Нервная система с различными чувствительными органами удивительно хорошо развита, к примеру, пчелы могут улавливать запах медоносных растений на расстоянии до 9 км, такой же чувствительностью обладают шмели на присутствие самок. Длина тела от 0,2 мм до 30 см, у тропических бабочек размах крыльев превышает 25 см. Своими небольшими размерами показывают неизбежное ограничение путей эволюции, связанное с неподвижным наружным (хитиновым) панцирем, в противоположность внутреннему (костному) скелету позвоночных, открывшему дорогу появлению крупных животных, вплоть до гигантских рептилий мезозоя.
Насекомые единственные беспозвоночные, способные к полету. Огромное разнообразие видов обусловлено множеством занимаемых экологических ниш во всех областях биосферы, за исключением океана. На человека неприятное воздействие оказывают кровососущие, кроме привычного дискомфорта от комаров и мошек, они являются переносчиками тяжелых болезней (дизентерия, брюшной тиф, малярия), наносят огромный вред сельскому хозяйству. Насекомых не содержат в неволе в таком количестве, как птиц в клетках или рыбок в аквариумах, не догадались делать из них домашних спутников жизни, наподобие змей или крокодилов. Но нет худа без добра, от насекомых имеется неоценимая польза в опылении растений, биологической борьбе с вредителями, производстве меда, шелка, красителей. Массовая гибель пчел из-за бесконтрольного применения гербицидов на полях сельскохозяйственных растений привела к резкому сокращению медоносной продукции.
Рыбы (Osteichthyes, от греч. osteon – кость, ichtys – рыба). Всех рыб подразделяют на хрящевых и костных. Соответственно первые имеют хрящевой спинной столб (акулы, скаты), они более древние и немногочисленные по количеству видов, вторые характеризуются костным скелетом, состоящим из подвижных позвонков, представлены обширным классом по числу видов.
Рот располагается на переднем конце тела, с развитыми челюстями и зубами для схватывания и удержания добычи, сердце двухкамерное, десять пар черепно-мозговых нервов. Большинство видов имеют плавательный пузырь для поддержания равновесия тела в водной среде, некоторые используют его при заглатывании атмосферного воздуха. Возможно, эта способность оказалась предпосылкой в образовании легочного дыхания при переходе водных предков на сушу.
Диапазон размеров у рыб очень велик: от 1 см у пресноводных карликов до 7 м у гигантских морских акул. Известно около 25 тысяч видов. В жизни человека имеют очень существенное значение, прежде всего как белковый пищевой продукт, для приготовления корма из рыбной муки сельскохозяйственным животным, для научных исследований.
Земноводные, или амфибии (Amphibia, от греч. amphi – двойной, bios – жизнь) представлены многочисленным классом, включающим лягушек, жаб, саламандр и червяг. В процессе эволюции позвоночных стали первыми четвероногими, вышедшими на сушу, обладателями настоящих легких для дыхания атмосферным воздухом. Наряду с легочным, используется кожное дыхание. Сердце трехкамерное, состоит из двух предсердий и желудочка, температура тела зависит от условий среды. Размножаются из икры через стадию личинок (головастиков), поэтому обитают вблизи водоемов.
Заметного хозяйственного значения не имеют, в связи со способностью обитать в двух средах являются классическим объектом научных исследований, в учебных заведениях для демонстрации рефлекторной дуги. У восточноазиатских народов лягушки пользуются спросом на продуктовом рынке, в меню французской кухни считаются экзотическим деликатесом.
Пресмыкающиеся, или рептилии (Reptilia, от лат. repere – ползти) является разнообразным по составу и широко распространенным классом позвоночных, представлен черепахами, ящерицами, змеями, крокодилами. Почему выражение «рептилии» переводится словом «пресмыкающиеся», сказать трудно, если понимать его буквально как крайнее подобострастие. Первыми полностью освоили обитание на суше, кроме конечностей и легких, для наземного существования имеют внутреннее оплодотворение, покрытую роговой чешуей кожу. Развитие гигантских форм рептилий, объединяемых словом «динозавры», характерно для мезозойской эры (от 245 до 65 млн. лет). Вымирание всех динозавров связывают с падением огромного метеорита, снесшего с лика земного множество других организмов.
Используются в пищу восточноазиатским и африканским населением, европейцы относятся к рептилиям (змеям, крокодилам) крайне неприязненно, культивируют их для получения целебных ядов, в научных целях, демонстрации зевающей публике.
Птицы (Aves, от лат. avis – птица) отличаются от всех других животных наличием перьев и крыльев, в которые превращена передняя пара конечностей. Профиль крыла птицы с более длинной верхней поверхностью по отношению к нижней поверхности создает подъемную силу, был скопирован конструкторами самолетов. Кости полые и потому легкие, что также способствует полету, зубы отсутствуют, были у переходных от рептилий ископаемых форм (археоптерикса). Теплокровные, сердце четырехкамерное для разделения венозной и артериальной крови, органами дыхания служат легкие, с расположенными по всему телу воздушными мешками. Оплодотворение внутреннее, но копулятивного органа (пениса) нет, все птицы яйцекладущие, большинство с гнездованием. Размеры от колибри массой 3 г. до страусов 130—140 кг.
Многие виды птиц одомашнены и подверглись планомерной селекции, составляют важную отрасль сельского хозяйства, используются для развлечений в зоопарках и быту. В комнатных условиях содержат экзотических попугаев и канареек, вторых и как надежных индикаторов взрывоопасного газа в шахтах.
Млекопитающие, или звери (Mammalia, от лат. mamma – молочная железа). Характерными признаками этого класса являются волосяной (шерстный) покров и молочные железы для вскармливания потомства. Четыре конечности специализированы для разных функций, в основном передвижения, у большинства млекопитающих имеются ушные раковины, дифференцированный по строению зубов жевательный аппарат. Органами дыхания являются только легкие, сердце четырехкамерное, все виды теплокровные, черепно-мозговых нервов 12 пар. Оплодотворение внутреннее, большинство видов живородящие (за исключением сумчатых). Значительно различаются по размерам: от землероек массой 1,5 г до китов длиной свыше 30 м. и массой до 120 т. Относятся к убиквистам, то есть занимают все пригодные для существования экологические ниши: водные, наземные, подземные и даже воздушные (летучие мыши). Млекопитающие имеют огромное значение в самых разных областях человеческой деятельности (производстве пищи и промышленного сырья, для развлекательных целей, в научных исследованиях).
Человек также относится к классу млекопитающих, отряду приматов, роду высших антропоидных обезьян (шимпанзе, горилла, орангутан), которые по структуре ДНК очень мало отличаются от человека, представляют особый интерес для антропологии и медицины. Одним словом, человек – тоже животное, отнесенное к классу млекопитающих и отряду приматов, помещенное в зоологическую систематику, а не на вершину царства животных, как думали раньше и пытаются до сих пор внушать выдуманную идею о его божественной сущности и появлению на Земле.
Происхождение животных
Вполне возможно, а почему бы и нет, что наш далекий любознательный предок, употребив поджаренного на костре мяса дикого кабана, смотрел на огонь и задумывался, а откуда взялся этот самый вепрь, все другие звери, да и он сам. Первый ответ сочинили еще какие-нибудь «сионские мудрецы» в библейских сказаниях о том, что растения и животных сотворил неведомый бог, верующие в него приняли религиозную догму за истину, чтобы впустую не ломать голову над таинственной и вечной загадкой. Здравомыслящих людей такое объяснение, разумеется, не устраивало, и они пытались отыскать ответ в естественном происхождении всего живого на Земле.
Логически первой была проблема происхождения жизни. Серьезным образом она могла решаться на экспериментальном уровне, к чему приступил советский биохимик А.И.Опарин еще в 1926 году. Согласно рассуждениям академика, исходными для зарождения живого вещества были некие белковые шарики, названные «коацерватами». Гипотезу раздули на весь мир из псевдо патриотического девиза «Россия – вторая родина слонов», хотя на ее территории обитали только мамонты.
После того, как была расшифрована информация о молекулярной структуре белков и нуклеиновых кислот, появилась возможность их синтеза в «пробирке», и наметились шаги экспериментального воспроизведения «живых» молекул. Первые опыты провел американский студент С. Миллер (1953), синтезировав из смеси углерода, азота, водорода и кислорода молекулы простых нуклеиновых кислот. Оставалось создать «живые» модели таких кислот и включить их в процесс матричного синтеза белковых соединений, но на пути встала новая неожиданная проблема. Оказалось, что искусственные белковые молекулы в поляризованном свете представляются правозакрученными, а «живые» левозакрученными.
Далее, необходимо было, чтобы процесс матричного синтеза белковых молекул на основе считывания информации с ДНК осуществлялся путем их самосборки из аминокислот, с включением специальных катализаторов (ферментов), как он происходит в органеллах живой клетки – рибосомах. Для продолжения жизни молекулы ДНК должны передаваться следующим поколениям путем их удвоения с некоторыми изменениями (мутациями), на основе которых естественным отбором осуществляется биологическая эволюция.
Все эти процессы должны быть взаимосвязанными, происходить слаженно на основе поглощения вещества и энергии из внешней среды в сложно организованной системе, называемой клеткой. Автономно такими процессами наделена растительная клетка, в которой образуются органические вещества (глюкоза), и которые используются всеми другими организмами. Жизнь на Земле зарождалась именно с возникновения растительной клетки, используя органические соединения которой, появилась животная гетеротрофная клетка.
Оставим далее в стороне обсуждение проблемы, каким образом зарождалась жизнь на Земле, поскольку здесь еще много гипотетического, и биохимики в попытках создания живого существа в «пробирке» не останутся без работы.
По вопросу о возникновении многоклеточных организмов у животных и растений выдвинуто также несколько гипотез, две из них привлекли наибольшее внимание.
Согласно гипотезе гастреи немецкого зоолога Э. Геккеля, предками многоклеточных существ были колониальные жгутиковые. Гипотеза строилась на аналогии с эмбриогенезом: индивидуальное развитие начинается с разделения оплодотворенной яйцеклетки на двухклеточную структуру, затем четырехклеточную и так далее до образования окончательного многоклеточного организма. Путем такого усложнения из колониальных скоплений клеток возникли многоклеточные образования, а из них сформировалась двуслойная гастрея с первичными ртом и кишкой.
К сказанному добавим, что образование первоначальных колоний из двух и тем более из нескольких клеток было единственным способом избежать поглощения одноклеточной жертвы одноклеточными же хищниками, типа амебы. Именно это первичное образование колониальных ассоциаций оказалось решающим шагом и условием всей последующей прогрессивной эволюции животных и растений.
Гипотеза фагоцителы русского ученого И.И.Мечникова исходила из выдвинутой им общей теории фагоцитарного иммунитета. Ради простого эксперимента, он воткнул кусочек шипа мандаринового дерева в личинку морской звезды и через сутки обнаружил вокруг него скопление клеток, пытающихся как бы вытолкнуть инородный предмет из тела животного, проще сказать, обратил внимание на образование гноя. Наблюдение настолько захватило эмоционального Илью Ильича, что он выбежал на берег Неаполитанского залива, где находилась биологическая станция, чтобы охладиться от пережитого волнения.
Изучая эмбриональное развитие низших многоклеточных губок и кишечнополостных, ученый установил, что при образовании двухслойной стадии (бластулы) происходит перемещение отдельных клеток в ее полости. Предками многоклеточных организмов могли быть шарообразные колонии гетеротрофных жгутиковых, которые плавали в воде и питались бактериями (фагоциты). Отдельные клетки фагоциты утрачивали жгутик и погружались вглубь колонии, выполняя функцию ее питания. Со временем разделение клеток по специализации функций приобрело постоянный характер, и колония одноклеточных превратилась в многоклеточный организм, который Мечников назвал фагоцителой, подчеркнув роль открытого им явления фагоцитоза в возникновении многоклеточной структуры.
Фагоцитарная теория была использована в медицине при объяснении и лечении воспалительных процессов, за которую автор получил Нобелевскую премию. Так, казалось бы, простой эксперимент с шипом привел к открытию огромного практического значения. По очень простому методу исследования оно напомнило обнаружение антибиотиков с наблюдения английского ученого А. Флемминга, который случайно увидел вокруг колонии грибка Penicillium свободное пространство, отделяющее ее от хищников-бактериофагов, и предположил, что клетки грибка выделяют какое-то не допускающее к ним вещество. Этим веществом оказался пенициллин, так началась великая эра промышленного производства антибиотиков.
До практического получения живой клетки дистанция огромного размера, сравнимая с полетами к далеким звездам. Пока имеем то, что имеем! В средствах массовой информации не сообщалось о последующих сенсационных решениях проблемы происхождения жизни, уж они бы этот момент не упустили.
На то и щука в море
Все возникает через борьбу
Гераклит
чтобы «карась не дремал», или «на то и волк в лесу, чтобы заяц ушами не хлопал» – пословицы, означающие приближение опасности, к которой следует быть внимательным и осторожным, а не плясать беззаботно под веселую песенку: «А нам все равно, не боимся мы волка и сову». В русском языке имеется множество изречений назидательного характера, способствующих выживанию в трудных, подчас экстремальных, жизненных условиях. Приведенные выше пословицы относятся к одному из них: дремать и пустозвонить некогда, надо быть начеку, живая природа полна коллизиями, в ней мало места нежной любви и согласию.
Разрешение противоречивых отношений между организмами лежит в основе эволюции живой природы, определяемой борьбой за существование и естественным отбором. Этими эволюционными факторами объясняются три фундаментальные проблемы: приспособленность организмов к среде (адаптация), многообразие растительных и животных видов (систематика), морфофизиологический прогресс (усложнение функционального строения).
Адаптивная эволюция животных
Термин «адаптация» (лат. adaptare – приспособление) в биологии употребляется в двух значениях: как процесс, и в этом смысле используется еще понятие «адаптациогенез», и как результат процесса, заключающийся в наличии полезных признаков у организмов. Для разделения этих двух аспектов в английском языке используют соответственно слова «приспособляемость» (англ. adaptability) и приспособленность (adaptation), в русском языке они редко употребляются.
В далекой древности человеку была очевидна удивительная приспособленность организмов к среде обитания, но ее происхождение представляло неразрешимую загадку. Нетрудно было догадаться, что обтекаемое тело у рыб способствует быстрому передвижению в водной среде, белая окраска шерсти у зайца зимой повышает шансы выживания при нападении хищников. В то же время многие из признаков не поддаются объяснению с научных позиций. Почему зайцы-беляки зимой имеют белую защитную окраску, а их родственники зайцы-русаки темную, хищные лисица и волк также не маскируются своей «одеждой» под снежный фон? Остается считать подобные несоответствия закону адаптации игрой случая.
Заяц-беляк
Сам факт борьбы за существование в живой природе был очевиден, но его объяснение скрывалось за учениями о воле господней, о неизбежной конкуренции за «место под солнцем», уводившими от познания истинных причин адаптивной эволюции организмов. Ч. Дарвин внес ясность в решение загадочной проблемы теорией естественного отбора, согласно которой в борьбе за существование выживают более приспособленные и на этой основе возникают новые организмы, как сложные по строению, так и более простые.
Чтобы гипотеза была признана научной теорией, требовалось доказать ее правильность на фактах. После выступления Дарвина первостепенной задачей становится изучение приспособлений диких животных как результата естественного отбора. Первые экспедиции направляются в экваториальные области, где в более сложных условиях среды возникают самые экзотические виды птиц и насекомых. В книгах английских биологов Г. Бетса «Натуралист на реке Амазонке» (1863), А. Уоллеса «Географическое распространение животных» (1871), немецкого путешественника А. Брема «Жизнь животных» (1863) приведен ярко иллюстрированный материал по адаптациям животных в доказательство теории естественного отбора. На его основе создаются классификации адаптаций по признакам окраски, формам тела, поведенческим реакциям, адаптивной организации популяций, видов, биоценозов и биосферы в целом.
С момента возникновения жизнь была организована в четыре основные формы: организменную, популяционную, биоценотическую, биосферную. Организменная форма представлена отдельными индивидами (особями), популяционная – группами особей одного вида, биоценотическая – системой взаимосвязанных популяций разных видов, биосферная – всеми формами жизни на планете. Соответственно этому делению строится классификация адаптаций.
Покровительственные окраски. Представляют собой наиболее доказательные факты приспособления отдельных организмов на основе естественного отбора. Наблюдения за выживаемостью богомолов зеленой и бурой окраски на деревьях и заборах показали избирательное их истребление птицами.
Уже отмечалось, что имеются факты, не соответствующие положению о естественном отборе как причине создания адаптаций. Белая окраска зайцев, горностаев, куропаток зимой значительно увеличивает шансы оставаться незамеченными. Большинство животных европейской зоны со снежным покровом (лисицы, волки, вороны) такого приспособления не имеют. Отсюда было выдвинуто понятие относительной целесообразности – полезного значения признаков в тех условиях, в которых они создавались. Белая окраска у зайца-беляка является защитной зимой, но не летом, поэтому имеет сезонное значение, является относительно полезной (целесообразной).
Защитная функция поведения. Для всех животных важнейшую роль в борьбе за существование играет активное поведение. Одноклеточные простейшие стараются избегать вредного воздействия яркого света, окрашенные личинки насекомых сохраняются на зеленом фоне ветвей и листвы, пчелы способны отыскивать своими локаторами медоносные растения за несколько километров и возвращаться к родным ульям. Некоторые животные формой тела поразительно схожи с частями растений и становятся совершенно незаметными для хищников, причем выбирают для маскировки подходящие места на деревьях. Поразительный пример сходства с листьями растения и затаивания в неподвижной позе демонстрирует листохвостный геккон, у которого даже трудно разобрать, где голова, а где туловище.
Листохвостный геккон
Эволюция шла по пути совершенствования форм поведения от беспозвоночных животных с примитивной ганглиозной системой управления внутренними процессами к позвоночным животным с централизованной регуляцией физиологического обмена веществ и поведенческих реакций. В итоге появился человек, обладающий второй сигнальной системой, на ее основе сознательным поведением и обменом информацией посредством членораздельной речи.
Популяционно-видовые адаптации. В природе организмы не живут изолированно друг от друга, как может показаться, на первый взгляд, они организованы в популяции, которые являются основной единицей существования и эволюции вида. Только фантасты и шарлатаны от науки показывают мифического «снежного» человека в виде отшельника, подобного некоему Робинзону Крузо. С момента эволюционного становления предки человека могли существовать в суровых условиях жизни только в организованных сообществах (микропопуляциях).
Популяционно-видовые адаптации связаны с размножением организмов, начиная с образования брачных пар и заканчивая воспитанием и защитой потомства. Они не всегда столь очевидны как индивидуальные, подобно покровительственной окраске, и требуют определенного абстрактного восприятия. К таким адаптациям относится мутабильность – частота возникновения мутаций на один ген или на одно поколение. Средняя мутабильность у плодовой мушки дрозофилы по окраске глаз (желтые, бесцветные) составляет одно изменение на сто тысяч особей, частота заболеваний гемофилией у человека одно на двадцать тысяч здоровых людей. Приведенные примеры относятся к отрицательным мутациям, в качестве адаптивного признака вида, мутабильность регулируется отбором. Высокая концентрация вредных мутаций, как и низкая частота полезных мутаций уменьшают приспособленность популяции и эволюционную пластичность вида в целом. Поэтому для экологической устойчивости и способности вида к эволюционному развитию необходима оптимальная величина мутационной изменчивости.
Биоценотические адаптации. Представляют класс приспособлений у системы взаимосвязанных популяций разных видов – биоценозов (или экосистем). Типичным примером простого биоценоза является зеленая роща из разных видов растений, которыми кормятся насекомые, грызуны, копытные, представляющие пищу паразитам и хищникам. Следовательно, биоценоз состоит из двух блоков: продукционного и деструкционного. В продукционном блоке зелеными растениями из углекислого газа, воды и солнечного света путем фотосинтеза создаются органические вещества (глюкоза). В деструкционном блоке органика потребляется растительноядными и плотоядными животными, в том числе человеком.
Таким образом, если популяционная форма организации жизни обеспечивает размножение организмов, биоценотическая форма ее существование и развитие. Поэтому связи в биоценозе между организмами разных видов и являются его адаптациями. Особенно наглядно они проявляются в системе «жертва-хищник»: волки снижают численность жертв и тем самым поддерживают ее на оптимальном уровне, что препятствует полному уничтожению кормовых растений и массовому распространению среди них болезней. Все пищевые отношения между организмами разных видов имеют для каждого из них определенное полезное значение, а вместе они составляют систему адаптаций биоценоза как целостного образования.
Биосферные адаптации. В свою очередь, взаимосвязанные биоценозы создают высшую форму организации жизни на планете – биосферу, со своим специфическим комплексом адаптаций. Фотосинтезирующий блок Мирового океана в виде гигантской массы фитопланктона, вместе с лесами Амазонии и Сибири, являются основными поставщиками атмосферного кислорода для всех организмов. Биосфера находится под защитным от космической радиации озоновым экраном, которая в свободном доступе к земной поверхности губительна для всего живого. В начале эволюции жизни на Земле не было свободного кислорода, фотосинтезирующие организмы не только создали самозащиту от радиации, но и обеспечили процесс кислородного дыхания для всего живого. В этих двух полезных функциях заключается основная адаптация биосферы.
Образование видов
Первобытному человеку был очевиден сам факт видового многообразия животных и растений, но недоступен пониманию процесс образования видов. Для ответа на вопрос оставалось снова просить помощи у всевышних сил и не получить ничего сколько-нибудь вразумительного.
Научное понятие «вид» впервые четко сформулировал Джон Рей (1686) по трем основным критериям: морфологической определенности, эколого-географической приуроченности, размножению по поколениям. Зайцы-беляки похожи друг на друга по внешнему виду, обитают в лесной зоне, имеют сходное с родителями потомство. Отсюда определение понятию: вид есть совокупность одинаковых по внешним признакам и поведению индивидов, обитающих на одной территории и оставляющих похожее на себя потомство. С таким определением понятия появился инструмент для практической систематизации (классификации) видов.
Впервые с научных позиций объяснение видообразования получает в теории эволюции на основе естественного отбора (natural selection, по Ч. Дарвину). Эволюционный процесс начинается с наследственной изменчивости (мутаций), поставляющей материал отбору в виде отклоняющихся от родительских признаков, полезность которых оценивается выживанием в борьбе за существование. Секрет явления борьбы за существование, как фактора эволюции, заключается в том, что организмы конкурируют между собой не непосредственно, а на фоне общих условий среды. Хищник гонится за двумя зайцами, и выживает тот из них, кто оказывается более приспособленным по скорости бега в сравнении с его неудачным собратом. Дарвин раскрыл этот простой секрет в понятии «внутривидовая борьба за существование», как главный фактор эволюции, и увековечил свое имя.
Постепенно полезные признаки усиливаются в том же направлении, происходит отклонение от родительской формы настолько, что образуется новый вид. Так в теорию эволюции вводится еще одно понятие – дивергенция, или отхождение от прежней формы, схема видообразования и более крупных таксонов (родов, отрядов, классов) приобретает аналогию с разветвленным древом. Логически стройная картина эволюции подтверждается фактами практической селекции, где исходной является также наследственная изменчивость, борьба за существование исключается, естественный отбор заменяется искусственной селекцией (artificial selection).
Итак, число видов в разных группах животных очень сильно различается от нескольких до сотен тысяч. Объяснить столь огромное расхождение можно двумя эволюционными факторами: генетическим разнообразием исходных групп и способностью адаптироваться к разным условиям среды. Первый фактор определяется наличием в генофонде популяций широкой мутационной изменчивости, второй – мобилизацией ее соответственно новым требованиям экологической среды (адаптивной дивергенцией).
Прогрессивная эволюция
Существует высказывание, что если хотя бы один факт противоречит концепции, ее надо отправить на свалку и не пытаться искать выход из безнадежного положения. Свободное падение тела на поверхности Земли есть непреложный факт, подтверждаемый каждым на собственном опыте, к примеру, в приземлении на скользком тротуаре. Закон Ньютона о всемирном тяготении объясняет его и с научной точки зрения. На околоземной орбите закон опровергается невесомостью физических тел, космонавты свободно «плавают» внутри корабля. Не следует ли из этого факта ошибочность закона Ньютона? Все дело в том, что любой естественный закон работает в определенных условиях, космический корабль находится на удаленным от Земли расстоянии, на котором закон всемирного тяготения перестает действовать.
Нечто подобное происходит при анализе морфофункционального прогресса, с которым столкнулся Дарвин в попытке объяснить его теорией естественного отбора. В самом деле, и земляной червь, и обезьяна приспособлены к условиям своей среды и не нуждаются в совершенствовании морфофизиологической организации. Выходит, что адаптивная эволюция, объяснимая принципом естественного отбора, не соответствует ему для случаев прогрессивного усложнения организмов. Данное расхождение теории и практики оставалось в свое время одним из самых серьезных возражений дарвинизму.
Противоречие разрешилось в предложении разделять понятия морфофизиологического и биологического прогресса. Согласно первому, показателями прогресса являются высота организации, оцененная по сложности строения организма, а также физиологической экономичности затрат вещества и энергии. По обоим критериям обезьяна несравненно прогрессивнее червя. Биологический прогресс характеризуется числом видов в группе организмов, общей численностью особей, экологической экспансией занимаемого пространства. По этим показателям черви вообще не подлежат сравнению с обезьянами: представлены множеством видов и гигантской численностью, заселяют огромное жизненное пространство. Изложенная выше систематика животных наглядно демонстрирует постепенное усложнение морфологического строения и функций организма от простейших до млекопитающих.
Исследование проблемы эволюционного прогресса включает еще много предполагаемых знаний, начиная с определения исходной группы в каждом классе животных, вставшей на путь морфофункционального совершенствования, движущих сил и закономерностей этого процесса. Трудности решения данных задач хорошо видны при изучении происхождения человека. Прежде всего, встает вопрос, является ли возникновение гомо сапиенса фактом морфофизиологического прогресса или рядовым событием по пути эволюционной специализации?
С точки зрения общественного прогресса, появление человеческого вида в биосфере со всеми неописуемыми последствиями цивилизации является живым экспонатом биологического и социального прогресса. Морфофизиологическая же организация сапиенса в сравнении с исходными австралопитеками, за исключением эволюции головного мозга, изменилась не настолько, чтобы рассматривать это эволюционное событие в масштабе истинного прогрессивного преобразования.
***
Из краткого обзора систематики животных видно, насколько многообразны их формы, созданные в процессе эволюции от одноклеточных организмов до класса млекопитающих включительно. Систематические единицы (тип, класс, семейство, отряд, вид) являются зафиксированными вехами на магистрали прогрессивного развития животного мира. Эволюция от простых организмов к сложным по строению происходила в результате борьбы за существование и естественного отбора. Борьба за существование возникала из противоречивых отношений между организмами на фоне одинаковых требований к среде, которые разрешались в процессе выживания и размножения более жизнеспособных (естественного отбора).
Палеонтологам, биологам-эволюционистам, селекционерам удалось собрать информацию о происхождении одних видов от других на общей магистрали исторического развития органического мира, пытаться воссоздать вымершие виды путем «оживления» их ДНК, селекционным путем получить новые формы животных и растений. В целом этой информацией заполнены страницы величественной книги «Эволюция живой природы».
На пути реартиации
Бог не может изменить прошлое,
