Эволюция без отбора: Автоэволюция формы и функции - Лима-де-Фариа А.
ISBN 5-03-001929-4
Скачать (прямая ссылка):
Перейдем теперь к описанию некоторых явлений, позволяющих понять, каким образом организмам удается противодействовать физическим и химическим факторам, участвующим в их создании на ранних стадиях эволюции.
Постоянная внутренняя среда несет в себе противодействие исходной физико-химической среде
Основы современной физиологии человека заложил Клод Бернар (Claude Bernard, 1813—1878). В результате своих пионерских исследований он сформулировал также понятие внутренняя среда в противоположность внешней среде, в которой организм растет и существует, Эти две среды не только представляют собой два четко разграниченных компартмента, но и обладают совершенно разными свойствами. Внутренняя среда — это та среда, в которой фактически живут клетки организма; она образована кровью, лимфой и другими тканевыми жидко-
стямн. Внешняя среда постоянно изменяется; температура, давление и химический состав атмосферы варьируют в широких пределах. В отличие от этого во внутренней среде колебания температуры, кислотности и осмотического давления относительно невелики. Как установил Бернар, печень играет важную роль в поддержании постоянного уровня сахара в крови, а симпатическая нервная система регулирует локальное кровоснабжение и тем самым потери или сохранение тепла в тканях (Bynum et al., 1981).
У растений внутреннюю среду образует сок, состоящий из воды и питательных веществ, циркулирующих в теле растения. Большие количества сахара перемещаются из листьев в корни, и еще большие количества воды — из корней в листья. Растения используют в процессе дыхания главным образом сахар. Интенсивность дыхания варьирует в зависимости от обстоятельств^ но в общем измеряется величинами одного порядка у животных и растений. Зеленые листья при 25—30 °С дышат примерно с той же интенсивностью, что и человек в состоянии покоя (Denffer et al., 1971). Внутренняя среда у растений не так стабильна, как у животных, но также обладает рядом особенностей, благодаря которым она все же более стабильна, чем внешняя среда.
Появление в процессе эволюции внутренней среды с высоким уровнем стабильности создает сильнейшую канализацию и резко ограничивает эволюционный процесс, поскольку при этом изменчивость клеточного метаболизма оказывается заключенной в узкие рамки. Большая стабильность внутренней среды у животных по сравнению с растениями свидетельствует о том, что процесс эволюции не ведет к последовательному расширению возможностей, а, напротив, последовательно ограничивает число новых возможностей.
Образование буферных систем в клетке — яркий пример химического противодействия
Протоны могут свободно перемещаться от Н30+-ионов и нейтрализовать отрицательно заряженные группы, а ОН~-ионы нейтрализуют группы, заряженные положительно. Такое свойство этих ионов существенно для поведения аминокислот и белков. Эти соединения содержат карбоксильные и аминогруппы и в растворе существуют в виде диполя.
Поскольку pH раствора влияет на ионизацию основных и кислых групп ферментов и других макромолекул, содержащихся в клетках, колебания pH внутри клетки и в окружающих ее жидкостях не могут выходить за пределы, в которых ферменты сохраняют свою активность. У клетки имеются буферные
системы, стабилизирующие ее pH. Примером служит буферная система крови человека, поддерживающая pH на уровне 7,4.
К числу наиболее эффективных неорганических буферов у живых организмов относятся бикарбонаты и фосфаты. Аминокислоты, пептиды и белки функционируют как органические буферы во внутри- и внеклеточных жидкостях.
Буферы следует относить к числу основных компонентов изначального химического импринта, установившего жесткие границы, в пределах которых допускалась эволюция клеточного метаболизма.
Противодействие гравитации
У растений развился совершенный механизм регуляции направления роста при помощи гормонов. В процессе эволюции многоклеточных растений происходила их дифференцировка на корни и стебли. Что представляют собой эти органы с точки зрения воздействия гравитации? Корни — это структуры, которые растут в направлении центра гравитации, стебли же растут в противоположном направлении, т. е. они «научились» противодействовать силе тяжести. Каждое твердое тело, каждая частица испытывают воздействие гравитационных сил, которые притягивают их к центру Земли. Каким же образом растительные клетки преодолевают это воздействие и, более того, так эффективно освобождаются от него? Ведь ствол секвойи (Sequoia washingtonia) может возвышаться над землей на 106 м, образуя на этой высоте листья и цветки.
Гравитацию пришлось преодолевать не только растениям, но и животным. Тела большинства рыб, амфибий, рептилий и млекопитающих при перемещении в воде или по земле всегда находятся в горизонтальном положении. Однако у некоторых видов, в частности у человека, развилась способность передвигаться на двух ногах, что дало им возможность принять вертикальное положение. Одновременно у них сформировались структуры, позволяющие им частично противодействовать гравитации.
