ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША

Каждый организм, чтобы выжить, должен «изобрести» для себя свой собственный, не­доступный для других, способ пропитания, за­нять своё особое место в экосистеме. Такую «про­фессию» живого организма называют экологиче­ской нишей. Два разных вида, живущие в одном и том же месте, не могут иметь одну и ту же «профессию» (т. е. в точности совпадающие спо­собы добывания пищи), или, как говорят био­логи, не могут занимать одну и ту же нишу. В противном случае между ними возникает жесто­кая конкуренция, я обычно один из них вытес­няется другим.

В самых разных частях света в степях, на лугах, в зарослях низкого кустарника можно, например, встретить травоядных зверей. Все они могут быстро передвигаться. Но в Австралии это будут кенгуру, в Северной Америке — бизоны, в Африке — антилопы.

Животные, имеющие одинаковые способы пропитания, как правило, похожи друг на друга. Близкие «профессии» формируют сходный об­лик. Крот, златокрот и сумчатый крот весьма друг на друга похожи, хотя родство у них от­далённое. Зато экологические ниши — сходные.

В Австралии сумчатые заполнили те же эко­логические ниши, которые на остальных конти­нентах заняли представители других отрядов зве­рей. Копытных заменили кенгуру, хищников — сумчатые волки и куницы, ленивцев — коалы, муравьедов — сумчатые муравьеды, и т. д.

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

В 1887 г. американский биолог Стефен Форбс записал такое наблюдение: «Озеро образует небольшой замкнутый мирок, в котором в пол­ную силу разворачиваются все жизненные со­бытия. И если, например, кому-то потребовалось изучить чёрного окуня, то нельзя ограничивать­ся исследованием только самого этого вида».

Сегодня мы назвали бы такой «мирок», будь то озеро, лесной массив или просто домашний аквариум, экосистемой (само понятие появилось в 1935 г.). Ни один биологический вид не может существовать вне экосистемы, без связи с дру­гими видами и неживой природой.

Экосистема должна постоянно получать энер­гию извне. Большинство экосистем Земли можно сравнить с «солнечными фабриками», работа­ющими на энергии световых лучей.

Но в отличие от настоящих фабрик «отходы» в экосистемах обычно идут в дело и перерабаты­ваются. (Хотя иногда может происходить накоп­ление каких-то веществ — так накапливается торф в сфагновых болотах.)

ПЕРЕСАДКА ОРГАНОВ

3 декабря 1967 г. мир облетела сенсационная новость: в больнице г. Кейптауна (Южно-Аф­риканская Республика) профессором Кристиа­ном Барнардом впервые произведена пересадка человеческого сердца. «Человек с чужим серд­цем» — Луис Вашканский — прожил после этой операции 18 дней. Мировая печать стала горячо обсуждать медицинские, моральные, юридиче­ские вопросы, связанные с пересадкой органов. Сейчас сообщение о пересадке сердца уже мало кого удивляет. Некоторые из оперированных сумели прожить с донорским сердцем более двух десятков лет. Одна американка с пересаженным сердцем даже благополучно родила в 1984 г. здорового ребёнка. Большинство стран мира уже изменили свои законы в отношении юридичес­кого понятия смерти и связывают теперь смерть человека не с остановкой сердца, а с необратимым прекращением работы мозга. (А Барнар­да упрекали первоначально в убийстве донора.)

Главная проблема пересадки органов заклю­чается в том, что организм человека начинает отторгать пересаженный орган, воспринимая его как нечто враждебное, подлежащее уничтоже­нию. Поэтому, когда это возможно, предпочти­тельна пересадка от близких родственников.

Особенно широкое распространение получила операция по пересадке почки. Отдельные паци­енты после этой операции живут уже более 20 лет. Количество имеющихся донорских почек постоянно отстаёт от потребности в них: на каж­дый миллион человек ежегодно появляется око­ло 70 людей, нуждающихся в пересадке.

В 1986 году в г. Кембридже (Великобритания) человеку впервые были пересажены сердце, пе­чень и лёгкие одновременно.

СИММЕТРИЯ ЖИВОТНЫХ И РЕГЕНЕРАЦИЯ

Способность к регенерации зависит и от типа симметрии животного. У многоклеточных животных встречаются два основных типа сим­метрии: лучевая и двусторонняя. Лучевую сим­метрию мы видим у медуз, кораллов, актиний, морских звёзд. Если вращать их вокруг собствен­ной оси, они несколько раз «совместятся сами с собой». У большинства многоклеточных (у чело­века в том числе) другой тип симметрии — двусторонняя. Левая половина их тела — это как бы «отражённая в зеркале правая». Если отре­зать у морской звезды любое из пяти щупалец, оно сумеет восстановить всю звезду. А плоский червь планария имеет двустороннюю симмет­рию. Если разрезать его вдоль оси тела или поперёк, из обеих половинок вырастут новые черви. Если же измельчить планарию как-ни­будь иначе — скорее всего ничего не выйдет.

У членистоногих способность к регенерации уже гораздо слабее, чем у морских звёзд, медуз или кораллов. Отращивать потерянные членики тела они не могут — только конечности и органы чувств. Любопытно, что иногда регенерация «ошибается», и на месте утраченного глаза вы­растает клешня или антенна.

Ещё меньше эта способность у позвоночных. У рыб органы чувств уже не восстанавливают­ся — только плавники и жаберные крышки.

РЕГЕНЕРАЦИЯ

Водном из произведений польского писателя Станислава Лема его герою, обитателю далё­кой фантастической планеты, врач прописал от насморка радикальное средство — отсечение но­са. У жителей этой планеты, поясняет писатель, нос растёт постоянно, как волосы или ногти у людей.

Точно так же постоянно стачиваются и выра­стают вновь зубы у зайцев и грызунов, восста­навливаются перья у птиц после линьки. Это явление называется регенерацией, что по-латыни значит «возрождение».

Особенно хорошо развита способность к регене­рации у растений. Из одной-единственной расти­тельной клетки часто может восстановиться целый организм, не говоря уж о всем известной спо­собности листа или кусочка стебля «укореняться».

Чем сложнее устроено животное, тем труднее ему отращивать утраченный орган. Например, живую губку — одно из самых простых много­клеточных — можно без особого для неё вреда процедить сквозь сито. Процеженные разрознен­ные клетки сумеют собраться в десятки малень­ких губок.

ПАМЯТЬ

Древнегреческий философ Аристотель сравнивал память с табличкой, покрытой воском (на таких табличках писали древние греки и римляне). Стоит приложить к табличке перс­тень — на воске останется его отпечаток. Память человека — целый склад, библиотека этих «вос­ковых табличек», хранящих его мысли и впечат­ления. Если воск сглаживается — человек забы­вает записанное.

Античные учёные, конечно, не задавались вопросом, что собой в реальности представляют «восковые таблички» памяти, и ограничивались умозрительными рассуждениями. Но и совре­менные биологи не знают пока точного ответа на этот вопрос.

Споры биологов о природе памяти шли в ос­новном вокруг такого вопроса: насколько круп­ными «буквами» записаны в мозгу хранящиеся в памяти сведения. Конечно, речь идёт не о настоящих буквах, и их невозможно прочесть с помощью лупы или микроскопа. Но ведь точки и тире азбуки Морзе тоже нельзя назвать бук­вами, а с их помощью можно передать любой текст.

Одни утверждали, что этими «буквами» явля­ются сами нервные клетки. В мозгу их около 10 миллиардов! Столько букв содержится в нескольких тысячах таких томов, как этот. Но всё-таки, возражали другие учёные, вряд ли целесообразно всю заложенную в мозгу информацию записы­вать в виде цепочек нервных клеток, несмотря на их астрономическое количество.

СНОВИДЕНИЯ ЖИВОТНЫХ

Животные, как и человек, тоже видят сно­видения. У спящих собак, например, часто можно заметить беспокойное подёргивание лап, взлаивание.

Долгое время казалось, что, несмотря на раз­нообразные догадки, людям никогда не удастся узнать точно, что же снится животным. Первым «увидеть» сновидения животных удалось фран­цузскому биологу Мишелю Жуве в 1979 г. Во сне мы часто видим собственное движение, бег, ка­кие-либо действия, но в реальности в это время почти неподвижны. Команды, которые мозг даёт мышцам, блокируются особым его участком. Жуве удалось «отключить» эту блокировку у кошек, с которыми он проводил опыты. Говоря иначе, он сделал кошек «лунатиками». Во время медленного сна животные оставались неподвиж­ными. Но вот начиналась «быстрая» фаза. Кош­ка вставала, описывала круги, следя за несуще­ствующей жертвой, подкрадывалась, бросалась на неё, кусая и хватая когтями. На реальных мышей при этом она не реагировала. Кошка могла «вступать в драку» с каким-то «сильным врагом», лакать что-то из воображаемого блюдца.

СОН ЖИВОТНЫХ

Спящее животное или человек — лёгкая добы­ча для врагов. Но если человек за всю дли­тельную историю цивилизации обеспечил себе право «спать спокойно», в безопасности и удоб­стве, то о большинстве животных этого сказать нельзя.

Спокойно спать могут, пожалуй, только круп­ные хищники, которым бояться некого. Стадные животные спят поочерёдно, выставляя «часо­вых». Птицы, например, обычно спят стоя, об­хватив ветки пальцами лап. Почему, расслабив­шись, они не падают вниз? Оказывается, расс­лабленная птичья лапа, наоборот, крепко сжи­мает пальцы. На ветках, бывает, находят даже мёртвых птиц, чьи пальцы крепко сжаты. Тем­пература тела птиц во время сна падает порой в

два раза. Защищаясь от холода, они распушают перья, засовывают голову под крыло, а некото­рые стрижи собираются в большой шар. Тюлени часто спят под водой. При этом каждые пять минут они, не открывая глаз и не просыпаясь, всплывают к поверхности, чтобы набрать воз­духа в лёгкие. Осы во сне часто цепляются жва­лами за край листа или травинку и спят в таком «висячем» состоянии. Муравьи после сна «потя­гиваются», совсем как пробудившиеся люди.

БЫСТРЫЙ И МЕДЛЕННЫЙ СОН

Мускулы спящего человека расслабляются, пульс замедляется, дыхание становится ров­ным. Такой сон учёные называют медленным. Но вот спящий, не просыпаясь, начинает ворочать­ся, учащается дыхание, под закрытыми веками заметно быстрое движение глазных яблок. Иног­да человек что-то говорит во сне. Это — быстрый, или парадоксальный, сон — стадия сновидений. У животных при быстром сне, не открываясь, двигаются глаза, а также уши, хвост, подёргива­ются лапы.

Если разбудить человека во время парадок­сального сна, он расскажет о своём сновидении. Сновидения бывают у всех людей, но многие за­бывают их к моменту утреннего пробуждения. В течение ночи у человека медленный сон 4-—5 раз сменяется быстрым. Если в течение жизни человек спит около 25 лет, то примерно 5 лет из них он видит сны.

У амфибий и рептилий сон ещё не разделён на быструю и медленную фазы. У птиц фаза

быстрого сна длится всего 5—15 секунд. А у человека, по данным опытов, самое длинное сновидение длилось 2 ч 23 мин. Столько времени в эксперименте непрерывно видел сны доброво­лец, которого до того долго лишали возможности спать быстрым сном.

Когда подопытным кошкам не давали видеть сны, не мешая в то же время спать, в состоянии бодрствования у них возникали галлюцинации — они могли погнаться за несуществующим предметом. Галлюцинации возникали и у лю­дей. При этом ухудшалась память. Есть предпо­ложение, что во время быстрого сна, в сно­видении, человек как бы «проигрывает» для себя реальные жизненные ситуации, закрепляя их в памяти. Точно так же во время игры ребёнок откладывает в своей памяти сведения о реальной жизни. У детей до 10—15 лет доля быстрого сна гораздо больше, чем у взрослых. А новорож­дённые спят исключительно «быстрым» сном.

СОН

Человек спит около трети своей жизни. И это не так уж много — хищные звери и грызуны спят целых две трети жизни, а ленивцы и бро­неносцы — все четыре пятых.

Зачем организму нужен сон? Самый простой из возможных ответов — для отдыха мозга.

Но, как выяснили учёные, во время сна мозг не только не «выключается», но и, наоборот, работает порой активнее, чем при бодрствова­нии. Даже в состоянии глубокого сна мозг может отвечать на внешние воздействия. Иногда они органично «вплетаются в сюжет» сновидения.

Ещё Аристотель заметил, что если к руке спяще­го поднести источник тепла, человеку приснится огонь. Порой во сне люди находят ответы на вопросы, мучившие их наяву. Дмитрий Менде­леев, к примеру, во сне нашёл «ключ» к перио­дической системе элементов; химик Фридрих Кекуле догадался о циклическом строении моле­кулы бензола, когда ему приснилась змея, куса­ющая собственный хвост.

НЕРВ

Античные мыслители полагали, что главным органом, в котором скрыта душа человека, является сердце. Головному мозгу в их представ­лениях отводилась гораздо более скромная роль. Например, древнегреческий философ Аристотель считал, что основная задача мозга — охлаждать проходящую через него кровь.

Представления об истинной роли головного мозга и всей нервной системы в жизни человека складывались постепенно. Учёные узнали о том, что тело животных и человека пронизано раз­ветвлённой сетью нервов. Во второй половине XVIII в. итальянский учёный Гальвани обнару­жил, что мышцы ног лягушки сокращаются, если набросить на них отпрепарированный нерв. В этом опыте Гальвани продемонстрировал, что нервы служат источником электричества и что это электричество заставляет мышцы сокра­щаться.

В начале XX в. было доказано, что нервная сеть состоит из множества отдельных нервных клеток (нейронов). Нейроны «общаются», обме­ниваются информацией с множеством своих «со­седей», ближних и дальних. Кроме тела клетки, где находится ядро, у нейрона имеется «пере­датчик сигналов» — длинный отросток, имену­емый аксоном, и «приёмники сигналов» — силь­но разветвлённые отростки, дендриты. Оконча­ния дендритов и аксонов разбросаны по всему телу. Всего у человека свыше 25 млрд нейронов, причём подавляющее их большинство — в голов­ном мозге.

ОСМОС

Почему лишённое воды растение теряет свою упругость, вянет, а политое водой — рас­правляется? Почему при длительном нахожде­нии в пресной воде кожа на пальцах рук у человека припухает, а в глазах чувствуется дав­ление? Почему, если варить спагетти или вер­мишель в несолёной воде, они разбухнут и скле­ятся? Но что же общего у всех перечисленных явлений? — может спросить читатель. Оказыва­ется, всё это частные проявления единого процес­са — осмоса. В природе, в первую очередь в живых организмах, он играет огромную роль.

Попробуем разобраться, что представляет со­бой осмос. Мы знаем, что если бросить в сосуд с пресной водой горсть соли или сахара, вещество растворится в воде и равномерно распределится по объёму жидкости. А теперь представим, что тот же сахар мы опустили в воду в особом «ме­шочке». Он свободно пропускает воду, но не пропускает растворённый сахар. Для такого опыта годится, например, пакетик из пергамен­та. Зададимся вопросом, что же произойдёт?

Раз сахар не может выйти из границ мешоч­ка, очевидно, что вода из сосуда, «желая растворить сахар», устремится в пакетик. Он момен­тально расправится, наполнится водой, увели­чится в объёме. И наоборот, если мы опустим пакетик с пресной водой в солёную воду, он быстро опустеет. Процесс, который мы наблю­дали, и есть осмос (по-гречески это означает «толчок», «давление»).