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).