Текст книги "99 секретов биологии"

№ 15
Энергетическая валюта клетки. АТФ и АДФ

Чтобы что-то получить, надо что-то отдать – этот принцип действует и на рынке, и внутри живой клетки. На рынке мы платим за покупку деньгами, в клетке разменной монетой является АТФ (аденозинтрифосфат). Когда клетке нужно синтезировать немного новых молекул белка, транспортировать питательные вещества или вывести отходы, она использует для этого АТФ.

АТФ называют энергетической валютой клетки, ее ценность – в энергии, которую она содержит и переносит. Без затрат энергии клетка не может осуществлять биохимические реакции, а значит, не может жить. Откуда берутся деньги, мы знаем – их печатают на монетном дворе. А откуда берется АТФ?

Энергия в клетке не только расходуется, она в нее также поступает, например, в процессе фотосинтеза у растений или в результате потребления калорий у животных и человека. У молекулы АТФ есть младшая сестра – АДФ (аденозиндифосфат). Она отличается от старшей родственницы тем, что в ее хвосте имеется всего два фосфата, а не три, как у сестры. Вот к этому хвосту и прикрепляется полученная клеткой энергия – в виде связи, удерживающей дополнительный фосфат. Таким образом АДФ «взрослеет» и превращается в АТФ.

После того как энергетическая валюта использована, молекула снова остается без дополнительного фосфата. Она снова стала АДФ. И так без конца – хвост энергетической молекулы то удлиняется, то укорачивается, она переносится из одной части клетки в другую, то работая, то отдыхая и набираясь сил. У клетки есть и другие молекулы, хранящие энергию, но все же АТФ – самая ходовая валюта.

Деньги есть всегда, только карманы меняются.

Гертруда Стайн

№ 16
Мендель, горох и ген. Зарождение генетики

Монах-августинец Грегор Мендель, живший в середине XIX века, с детства любил огородничать. Заинтересовавшись механизмами скрещивания растений, он много лет экспериментировал в монастырском саду с разными видами гороха и добился замечательных результатов, которые в то время не были оценены по достоинству.

Классический эксперимент садовода-любителя заключался в скрещивании двух видов гороха – низкорослого и высокорослого. Занимаясь этим первый раз, Мендель ожидал, что потомство будет среднего роста, это казалось логичным. Но в первом поколении гибридов все растения были высокими. Это озадачило исследователя, и он продолжил эксперимент, скрестив первое поколение между собой. Результат снова оказался неожиданным: три четверти растений были низкими, четверть – высокими. И ни одного среднего!

После многих лет опытов и наблюдений Мендель пришел к революционному выводу: в природе есть единица наследственности. Сегодня мы называем ее геном, но тогда этого термина, естественно, не было. Мендель понял, что организм для каждого признака получает гены от обоих родителей. При этом доминирует тот ген, который сильнее, а более слабый ген проявляется в последующих поколениях. Например, ген высокорослости у гороха оказался доминирующим, он подавил ген низкорослости в первом поколении. Но в последующих поколениях низкий рост все же проявился.

Данное открытие позволило Менделю объяснить непонятные в то время вещи: почему некоторые болезни передаются не детям, а внукам; почему у кареглазых родителей может родиться голубоглазый ребенок и т. п.

Чаще всего передается по наследству характер, реже – ум и чрезвычайно редко – талант.

Илья Шевелев

По наследству передаются крайняя лень, любовь к поездкам, выбор партнера и даже фобии.

№ 17
Грудью на амбразуру. Самоубийство клеток

Клетки рождаются, живут, стареют и умирают. Об обновлении организма – кожи, волос, внутренних органов – было известно давно. Но только в середине прошлого века биологи выяснили, что отмирать могут и довольно молодые клетки. Почему это происходит?

Клетка – составная часть организма, ее задача – поддерживать его здоровье и благополучие. Как японский самурай, клетка готова ради своего господина на все, даже на самоубийство. Решение о добровольной гибели клетка принимает, если у нее появился какой-то дефект: в нее проникли токсические вещества, нарушился внутренний баланс, просочилась инфекция. Чтобы спасти остальные клетки и весь организм в целом от пагубного влияния, включается механизм самоуничтожения. Самый простой пример: вы обгорели на солнце, клетки кожи повреждены, они отмирают.

Каждый нейрон соединен с тысячами других и передает импульсы со скоростью 100 метров в секунду

№ 18
Притвориться шлангом. Мимикрия

Иногда, чтобы выжить, растениям и животным нужно слиться с ландшафтом. Некоторые из них достигают в этом искусстве невероятных высот. Например, белый медведь среди снега и льда практически незаметен, так же как рыжая белка в осеннем лесу, прозрачная медуза в морской воде или зеленая ящерица среди травы. Подобная маскировка называется мимикрией.

Во всех предыдущих примерах речь шла о мимикрии цвета, а еще бывает мимикрия формы. В этом случае маскирующиеся принимают форму неодушевленного предмета или даже другого живого существа. Тропических палочников, затаившихся среди растительности, практически невозможно отличить от листьев; гусеницы бабочек-пядениц имитируют небольшие веточки растений: они прикрепляются к стеблю и застывают в неподвижности.

Иногда совершенно безобидные создания приобретают вид и окраску хищников или ядовитых организмов – чтобы отпугнуть потенциальных врагов. Бабочка-монарх токсична и горька, об этом знают все птицы. Бабочка-ленточник, напротив, съедобна и приятна на вкус. Но она приобрела окраску своей ядовитой коллеги – чтобы ее избегали птицы.

У бабочки-листовидки внутри крылья синие, а снаружи похожи на сухой лист

Надо отметить, что мимикрия используется как жертвами, так и хищниками. Первые применяют ее для защиты, вторые – для конспирации, а иногда даже для привлечения добычи. Богомолы прикидываются зелеными листьями, привлекают насекомых, а затем набрасываются на них и съедают. Некоторые виды мух ведут себя не менее вероломно: имея окраску ос и шмелей, они проникают в гнезда этих насекомых и откладывают там свои личинки, обеспечивая их питанием.

Притворный друг гораздо хуже злейшего врага.

Публилий Сир

Человек

№ 19
Почему у нас пять пальцев? Немного о происхождении видов

Ответ предельно прост: наши предки-обезьяны были пятипалыми и получили эту особенность от своих предков. Поэтому кистью с пятью пальцами обладает не только человек, но и прочие позвоночные.

Впрочем, некоторые из них утратили часть своих пальцев или даже все. Например, лошадиное копыто – это увеличившийся средний палец, а остальные пальцы атрофировались за ненадобностью. У человека же не исчезала потребность в пальцах, поэтому он сохранил их все.

Исследования показали, что пятипалая кисть ничем не лучше, чем кисть с четырьмя или шестью пальцами. Конечно же, среди древних животных были виды даже с семью-восемью пальцами, но вряд ли это стало причиной их вымирания. И если бы их судьба сложилась иначе, кто знает, как могли бы выглядеть наши конечности.

В пальцах нет мышц, ими «дистанционно» управляют мышцы ладони и предплечья

№ 20
Шестое чувство. Вестибулярный аппарат

Вестибулярный аппарат – это система, с помощью которой мы можем определять свое положение относительно пространства. Иными словами, мы можем прыгать на батуте, раскачиваться на «тарзанке», вращаться на карусели, но это не мешает нам точно знать, где верх, где низ, где правая сторона, а где левая. Кроме того, без него люди не могли бы делать ничего, для чего нужно уметь сохранять равновесие.

Несмотря на громкое название «система», по размеру вестибулярный аппарат совсем крошечный и помещается в ухе – точнее, в обоих. Описание его весьма сложной структуры можно найти в любом учебнике анатомии, но вот его свойства до сих пор остаются не до конца исследованными. С этой системой связано много любопытных явлений. Например, тот факт, что вестибулярный аппарат можно тренировать, а иногда можно и обмануть – при помощи как обычной карусели, так и инвертоскопа, дающего неверное представление о положении тела в пространстве.

Одним из неприятных свойств вестибулярного аппарата является укачивание. Точные его причины до сих пор не выяснены, но на него оказывают влияние рецепторы вестибулярного аппарата и разница между информацией, получаемой от них и от органов зрения. Укачиванию также способствуют заболевания других органов человека – например, нервной или пищеварительной системы. Тренируя вестибулярный аппарат, можно со временем избавиться от этой напасти, но ее коварство в том, что она может настигать даже опытных моряков. Поэтому орган равновесия – это бесконечное поле для новых и новых исследований.

АНАТОМИЯ УХА

Что такое равновесие, если не постоянно исправляемое неравновесие?

Морис Дрюон

№ 21
Будут ли наши потомки похожи на нас? Развитие человека

Закон Харди-Вайнберга гласит: популяция может оставаться неизменной только в том случае, если в ней не действует естественный отбор, особи скрещиваются случайно и только с особями своей популяции, не происходят мутационные процессы и нет случаев дрейфа генов. Это свидетельствует о том, что человек будет меняться, хочется нам того или нет.

Наиболее очевидны изменения в росте современных людей. Причина этого кроется в том, что сейчас сытная пища доступна большей части населения. Кроме того, в связи с развитием технологий и соответственно развитием мозга у людей может увеличиться размер черепа. С другой стороны, если это произойдет, то женщины не смогут рожать детей без хирургического вмешательства.

Перемены могут коснуться и цвета кожи, а также черт лица, свойственных разным национальностям. Среднестатистический цвет кожи и волос может стать более темным, и человечество будет похоже на нынешних бразильцев.

Волосяной покров также претерпевает изменения. Если когда-то волосы заменяли людям одежду и покрывали почти все тело, то с появлением одежды необходимость в них отпала. Поэтому со временем они могут исчезнуть вовсе. Как ни странно, ту же судьбу предсказывают и зубам, так как качество употребляемой людьми пищи изменилось, и уже сейчас появляются дети, у которых никогда не вырастут зубы мудрости.

Кроме вышеперечисленных, существует еще множество вариантов развития человечества. Было бы интересно воочию увидеть, какие из них подтвердятся, а какие окажутся неправильными.

Я верю в эволюцию животных. Когда-нибудь, например, блоха сравняется со львом. Не знаю только – путем ли измельчания львов или укрупнения блох.

Станислав Ежи Лец

№ 22
Семь литров в минуту. Как мы дышим

Когда мы вдыхаем, наши легкие получают около 500 мл воздуха. То же количество покидает легкие на выдохе. Если же вдохнуть очень-очень глубоко, то можно получить дополнительных 2 литра воздуха. Но с какой бы силой мы ни выдыхали, в наших легких всегда остается резерв из полутора литров воздуха. Все это означает, что в среднем легкие человека способны вместить около 5 литров воздуха.

При нормальной температуре и влажности окружающей среды, находясь в уравновешенном состоянии, человек дышит со скоростью 7–8 литров в минуту. При этом количество получаемого нами кислорода сравнительно невелико – менее половины литра в час. Но при физических нагрузках или при повышении температуры эта цифра может возрасти чуть ли не десятикратно – например, пловцы и бегуны могут дышать со скоростью 120–130 литров в минуту.

Мозг составляет всего 2 % тела, а использует 20 % кислорода и крови, а также 17 % всей энергии тела.

№ 23
Мозг работает на 10 %. Правда или миф?

Это утверждение родом из тех времен, когда считалось, что человек может и должен улучшить природу – как окружающую, так и свою собственную. 10 % – это всего лишь количество нейронов, которые генерировали импульсы в той части мозга, которую обследовали ученые. Но работа мозга устроена намного сложнее, и то, что большая часть нейронов в определенный момент не занята передачей импульсов, не означает, что они вовсе не выполняют свою работу.

Человеческий мозг устроен так, что всем нейронам не нужно работать одновременно – каждая группа нейронов вступает в игру только тогда, когда мы выполняем определенные действия. Когда мы смотрим фильм ужасов, мозг задействует одни нейроны, когда слушаем приятную музыку – совершенно другие. А если бы все или хотя бы большая часть нейронов мозга начали генерировать импульсы одновременно, мы бы попросту сошли с ума от переизбытка ощущений, мыслей и эмоций.

Лучший способ развить мозг – постоянно учиться новому

Для того чтобы мозг работал эффективнее, нужно скорее не увеличить, а уменьшить его активность – чем меньше разных групп нейронов одновременно возбуждаются, тем лучше нам удается сконцентрироваться на выполнении определенных задач. Одним из последствий патологической активности мозга является такая тяжелая болезнь, как эпилепсия. Из этого следует, что улучшение работы мозга зависит не от количества активных нейронов, а чего-то совсем другого. Чего же именно?

Ответ может оказаться неожиданным: чем активнее работа мозга в детстве, тем больше шансов, что он будет эффективно работать во взрослом возрасте. Большинству вещей мы можем научиться только в раннем возрасте, и если это время по каким-то причинам будет упущено, то мы можем потерять множество способностей – от зрения до умения говорить на иностранных языках. Поэтому принцип «куй железо, пока горячо» должен стать основным в нашей работе над собственным развитием.

Мозг – такая же мышца, как и любая другая, и атрофируется, если ее не использовать.

Стивен Кинг

№ 24
Быстрее, медленнее, снова быстрее. Фазы сна

Сон – необходимая часть жизнедеятельности практически любого организма, не только человеческого. Всем знакомы неприятные ощущения, испытываемые после того, как мы поспали мало или не спали вовсе, и не выспавшийся человек временно теряет часть своих способностей. Конечно, при необходимости мы можем бодрствовать и несколько суток, а рекордное бодрствование и вовсе составляет 19 суток, но при этом в организме происходят необратимые нарушения.

Когда мы спим, наш организм работает неодинаково, и в зависимости от этого сон делится на фазы. Одна из них – это фаза быстрого сна, которая занимает всего 20–25 % нашего сна. Мозг в течение этой фазы продолжает активно работать, расслабляются только мышцы, поэтому именно в это время люди видят самые необычные и запоминающиеся сновидения. Фазу быстрого сна ученые называют наиболее полезной для организма, но ее значение пока точно не определено – по одной версии, она способствует упорядочиванию воспоминаний, по другой – развитию нервной системы.

Фаза быстрого сна переходит в медленный сон, который, в свою очередь, делится на несколько фаз. Первая является переходом от бодрствования ко сну, вторая – засыпанием, третья – собственно глубоким сном и, наконец, четвертая – максимально глубоким сном. Если первая и вторая занимают по 10–20 минут, так же как и фаза быстрого сна, то третья и четвертая более продолжительны.

Таким образом, весь наш ночной сон является повторением этих фаз: сначала организм проходит все фазы медленного сна в прямой последовательности, затем в обратной, но вместо первой фазы наступает фаза быстрого сна, и так 4–6 раз за ночь. Благодаря этому все системы нашего организма успевают отдохнуть и набраться сил для нового бодрствования.

Всем людям необходимо одинаковое количество сна, но некоторые спят быстрее.

Питер де Врайз

№ 25
70 лет – детский возраст. Долгожители

Долгожителями называют людей, доживших до 90 и более лет. Причины такой продолжительной жизни могут быть самыми различными – качество употребляемых продуктов питания, чистота окружающей среды, наследственность и так далее, но они совершенно не обязательны – известны случаи, когда до 100 лет и более доживали любители кофе, алкоголя и курения. Иначе уже давно можно было бы вывести определенную формулу, следуя которой, можно гарантированно продлить срок своей жизни. Но пока таковой у нас нет, и мы можем только продолжать с удивлением наблюдать за теми, кто на своем веку повидал больше, чем кто-либо еще из ныне живущих.

Долгожителей делят на верифицированных (тех, чья дата рождения подтверждена документом) и неверифицированных (не имеющих документального подтверждения своего точного возраста). Рекорд среди первых – 122 года, среди вторых – 256.

Пожилые люди самые счастливые – они наслаждаются каждым днем

№ 26
Мы, гориллы и собаки. Способные улыбаться

Да, все обстоит именно так – улыбаться и смеяться умеем не только мы, но и братья наши меньшие (и большие, к слову сказать). И дело вовсе не в том, что мимические движения животных похожи или не похожи на человеческую улыбку. Ученые доказали, что животные улыбаются и смеются в тех же случаях, что и люди – когда хотят проявить радость, дружелюбие и т. д.

Есть несколько способов выяснить, действительно ли определенное поведение является однотипным для различных видов животных. Во-первых, исследуются нейронные цепи, отвечающие за это поведение; во-вторых, проводится наблюдение за участками мозга, которые задействованы во время такого поведения. Наконец, в-третьих, современная наука позволяет даже определить гены, которые активнее вырабатывают белки при определенной поведенческой реакции. Именно с помощью этих методов было установлено, что улыбаться и смеяться умеют приматы, собаки и, как ни странно, крысы.

Собака улыбается, подражая мимике хозяина, а радуется – виляя хвостом

Конрад Лоренц высказал предположение, что улыбка, демонстрирующая зубы, – это древнейшее проявление миролюбивых намерений: смотри, у меня есть зубы, но я не стану тебя кусать. И тот факт, что такая улыбка свойственна не только человеку, является подтверждением этой гипотезы. Наблюдая за животными, ученые установили, что те улыбаются, встречая других особей своего вида, и смеются, играя друг с другом. Кроме того, смеющиеся животные считаются более здоровыми и адекватнее воспринимаются своими сородичами.

Конечно же, есть и различия между смехом человека и животных. Например, человек, смеясь, издает звуки только когда выдыхает, а обезьяны умеют делать это и на вдохе, и на выдохе. А смех крыс и вовсе нельзя услышать без специального оборудования, так как их смех звучит на ультразвуковых частотах.

Улыбаться приятно, это физически приятно. Еще приятнее смеяться. А хохотать – это же просто удовольствие!

Евгений Гришковец

№ 27
Долгоиграющий и обволакивающий. Вкус умами

Всем известны четыре основных вкуса – сладкий, кислый, горький и соленый. Но сравнительно недавно было подтверждено существование пятого вкуса, получившего название «умами» (в переводе с японского «приятный вкус»). Иногда его еще называют мясным вкусом, но это определение не совсем точно, так как вкус умами ощущается не только в мясе. Во-первых, в сыром мясе его нет вовсе, он появляется только после термической обработки. А во-вторых, кроме мяса, он проявляется в сырах пармезан и рокфор, грецких орехах, помидорах черри, зеленом горошке, брокколи и многих других продуктах.

Источником вкуса умами является пищевая добавка, известная как глутамат натрия, а также некоторые аминокислоты. Название «умами» этому вкусу дал японский химик Кикунаэ Икэда, открывший его в 1908 году. Но несмотря на недавнее открытие, широкое использование, хоть и неосознанное, этот вкус получил еще до нашей эры.

№ 28
Чашка, из которой не пьют. Надколенник

То, что в повседневной речи мы называем коленной чашечкой, имеет более точное название – надколенник. Это кость, находящаяся внутри сухожилия, – костей такого типа в человеческом организме несколько, но надколенник является самой крупной из них. Они необходимы для того, чтобы увеличить силу тяги мышцы и сделать ее более эффективной.

Как следует из его названия, надколенник находится над коленом, то есть в передней части сустава. Поэтому еще одной его функцией является защита коленного сустава – в случае травмы он первым принимает на себя удар. И конечно же, в таких случаях он может быть поврежден. Перелом надколенника, к сожалению, является довольно частой травмой – по статистике, 1 % от всех переломов приходится именно на переломы надколенника. Поэтому стоит быть осторожными и не рисковать своими суставами понапрасну.

В теле человека 640 мышц, из них 160 приходятся на лицо и шею. Вот почему люди обладают выразительной мимикой.

№ 29
Почему от нагрузки болят мышцы? Молочная кислота

В жизни каждого из нас случаются дни, богатые физическими нагрузками, часто непредвиденными. Поэтому всем нам знакомо болезненное ощущение, которое возникает сразу после того, как мы чрезмерно увлечемся трудными упражнениями, поднимем что-то слишком тяжелое или обойдем пешком полгорода. Но вряд ли мы часто задумываемся о тех химических процессах, которые служат причиной этой боли.

Во время нагрузки в мышцах расщепляется глюкоза и образовывается молочная кислота, и именно ее появление сопровождается болезненными ощущениями. Причем они могут быть весьма разнообразными – от покалывания и жжения в мышцах до общей слабости, а иногда у человека может даже заметно подняться температура. Неудивительно, что после такого кто-то может забросить физические упражнения. Только вот совершенно напрасно, потому что со всеми этими неприятными последствиями несложно справиться. Во-первых, необходимо нормировать нагрузку на организм. Если человек ведет сидячий образ жизни, не делая даже утренней зарядки, и вдруг попадает на двухчасовое занятие шейпингом или проезжает несколько десятков километров на велосипеде, то результаты могут быть весьма плачевными. Их можно избежать, если начать с минимальных нагрузок и постепенно их увеличивать. Во-вторых, существуют и способы борьбы с уже образовавшейся молочной кислотой. Она хорошо выводится при интенсивном нагревании тела в бане, сауне или горячей ванне, поскольку при высоких температурах расширяются не только кровеносные сосуды, но и мышечные волокна. Также улучшить ситуацию может усердное употребление жидкости – до 3 литров за сутки. Особенно хорошо этой цели служит зеленый чай и минеральная вода. Впрочем, любая жидкость в больших количествах помогает быстрее избавиться от продуктов распада в организме. Кроме того, нельзя продолжать заниматься спортом, если это причиняет сильную боль. Нужно переждать острый период и только после этого возобновлять занятия.

Сколько ни тренируйся, а челюстная мышца будет самой сильной, сердечная – самой выносливой

Если человек не желает по утрам заниматься бегом, ничто не может его остановить.

Йоги Берра