Текст книги "Мобилизация организма. На что способно наше тело в экстремальных условиях"

Так как эти кометы почти на 90 % состоят из воды, то некоторые ученые связывают с кометами образование океанов в ранней фазе формирования Земли. Спектрографические исследования, выполненные с помощью телескопа Гершеля, позволяют предположить, что вода комет пояса Койпера имеет такой же изотопный состав, что и вода нашего Мирового океана. Естественно, есть и наблюдения, противоречащие этим взглядам и делающие чисто кометное происхождение воды маловероятным. Измерение изотопного состава водорода в кометах Галлея, Хякутаке и Хэйла-Боппа показало, что отношение дейтерия к протию в них приблизительно вдвое выше, чем в водах земного Мирового океана. Измерения, выполненные в декабре 2014 года космическим зондом «Розетта», который проанализировал состав водяного пара вблизи кометы Чурюмова – Герасименко, показали практически полное несоответствие с составом земной воды.

Согласно альтернативной теории, источник земной воды – пояс астероидов, то есть вращающиеся в его составе протопланеты. Анализ водяных включений в угольных хондритах, характеризующихся высоким содержанием углерода, показал, что изотопный состав этой воды сравним с составом океанической воды. Исследования, проведенные в 2019 году, позволяют сделать вывод о том, что вода попала на Землю при ее столкновении с протопланетой Тейя 4 млрд лет назад; эта вода – транснептунный объект. Таким образом, возникает очень интересная идея о том, что и вода нашего организма имеет транснептунное происхождение. Как мы увидим дальше, эволюция должна была протекать таким образом, чтобы эта транснептунная вода была всегда доступна нашим организмам в достаточном количестве. Во многих отношениях эта доступность воды сыграла центральную роль в развитии жизни на Земле, которое мы сейчас и рассмотрим.

Для ранних этапов развития наиболее важной была доступность жидкой воды и таких химических элементов, как углерод, водород, азот, сера и фосфор, которые, как уже упоминалось, возникли в результате катастрофических событий во Вселенной. Согласно новейшим расчетам, общее число живущих эукариотических видов, то есть видов, клетки которых обладают истинным ядром, окруженным двойной мембраной, достигает приблизительно 9 млн, из которых описаны только 1,25 млн, а это означает, что, предположительно, около 86 % сухопутных видов и 91 % водных организмов до сих пор не описаны, то есть неизвестны. Подавляющее большинство видов представлено насекомыми. Среди позвоночных животных описано около 70 000 видов, причем они отличаются большой вариативностью плана строения. Так, например, самое мелкое позвоночное животное, Paedophryne amanuensis из семейства лягушек, имеет длину 8 мм и весит несколько граммов, а самое крупное позвоночное – это синий кит, длина которого достигает 30 м, а вес 100 млн г (100 т). Среди позвоночных по числу видов на первом месте стоят рыбы.

При этом живущие сегодня виды составляют лишь ничтожную часть видов, живших на Земле в ходе исторического развития, – приблизительно 0,1 %! 99,9 % всех когда-либо появившихся видов вымерли; некоторые вымирали медленно, на протяжении миллионов лет, другие вымирали массово и быстро. Первое великое массовое вымирание видов, предположительно, имело место около 2,5 млрд лет назад, когда первоначально восстановительная атмосфера Земли, в которой не было кислорода, превратилась в результате накопления в ней кислорода в атмосферу окисляющую. К этому моменту истории Земли, как показывают многочисленные геологические данные, наша планета была полностью обледеневшей: «Земля-снежок». Это наблюдение было сделано в середине XX века знаменитым исследователем Арктики и геологом Дугласом Моусоном (1882–1958).

Это тотальное обледенение Земли продолжалось около 30 млн лет. После этого ледники начали отступать из экваториальных областей. В течение последующих 1,8 млрд лет Земля по большей части освободилась из ледяного плена. Приблизительно 800 млн лет назад расположенный на экваторе первоконтинент Родиния раскололся; начался период интенсивной вулканической активности; это явление геологи называют событием Франклина. В результате в атмосферу было выброшено огромное количество сернистых газов. Эти газы вступали в соединение с пылевыми и жидкими частицами, образуя аэрозоли, которые прикрывали атмосферу от солнечного излучения. Климат на изначально цельном континенте Родиния был сухим, потому что большая часть суши находилась на большом удалении от побережья; теперь, однако, с увеличением объема осадков, отдельные области приобрели более морской климат. Это привело к усилению эрозии суши, и обнажившиеся в результате выветривания силикаты могли теперь связывать углекислый газ, который был в изобилии доступен в атмосфере в результате вулканической активности. Оба фактора способствовали глобальному снижению температуры. Так, например, средняя глобальная температура поверхности Земли 750 млн лет назад всего за 500 000 лет снизилась с +15°C до –50°C, и ледник начал стремительно (по геологическим меркам) наступать с полюсов в направлении экватора. Началась мариноанская (протерозойская) фаза тотального оледенения; в области полюсов Земля покрылась ледяным панцирем толщиной в 3, а в области экватора – в 1,3 км. Это оледенение затормозило дальнейшее развитие на Земле на 10 млн лет. Компьютерные вычисления канадских ученых позволили предположить, что, когда ледники преодолели широту в 30°, то в течение 150 лет замерзли оставшиеся, еще свободные ото льда области вдоль экватора. События такого рода называют tipping points, переломными моментами, по достижении которых процесс внезапно начинает усиливаться самопроизвольно. Этот переломный момент возник благодаря тому, что с оледенением всей Земли усилилось отражение света от белой поверхности льда; возник так называемый альбедо-эффект. Это в течение короткого времени привело к экспоненциальному увеличению потерь тепла земной поверхностью.

Естественно, тут же возникает вопрос: как Земля – почти полностью замерзшая – смогла 635 миллионов лет назад освободиться от ледяного панциря? Следует указать на интенсивную вулканическую активность, которая оказала на климат действие двоякого рода. Прежде всего большое значение имели сульфатные частицы, которые в течение нескольких месяцев после извержения образуются в атмосфере из вулканических газов. Эти сульфатные частицы поглощают и рассеивают часто солнечные лучи. Это приводит к разогреванию в стратосфере, но одновременно задерживает часть солнечных лучей. Тем самым земной поверхности достигает меньше лучей, что приводит к еще большему охлаждению. Мощные, взрывоподобные извержения вулканов сами по себе оказывают сильное влияние на климат. При этом в атмосферу на высоту 10–50 км выбрасывается пепел, достигающий стратосферы; иногда пепел достигает даже мезосферы, как это, предположительно, было при извержении вулкана Тамбора в 1815 году, сильнейшем извержении за последние несколько столетий. Когда в 1991 году произошло извержение вулкана Пинатубо на Филиппинах, а это было намного менее мощное извержение, глобальная температура на несколько лет снизилась на пару десятых градуса.

Но при этом запускается и другой процесс. Если вулканическая активность – по геологическим временным меркам – остается на высоком уровне, то, согласно наблюдениям палеоклиматологов, после «вулканической зимы» наступает в типичных случаях более сильное глобальное потепление климата. Причина кроется в одновременном выбросе таких тепличных газов, как углекислый газ и в особенности метан. Надо при этом заметить следующее: то, что человек сейчас делает, сжигая ископаемое топливо и леса, приводит к высвобождению в атмосферу углекислого газа в количествах, многократно превышающих его количество, выбрасываемое в атмосферу вулканами; вклад вулканов в общий объем углекислого газа в атмосфере составил в 2018 году менее процента. Таким образом, то, что творит сейчас человечество, – образно говоря – гигантская антропогенная вулканическая активность со всеми ее последствиями для глобального климата. Естественная история Земли наглядно показывает нам, какое влияние эти эффекты оказали на развитие форм жизни на нашей планете. На границе докембрия и кембрия более 600 млн лет назад возросшая вулканическая активность привела сначала, как и следовало ожидать, к дальнейшему снижению средней глобальной температуры. Но в конечном счете температура стала повышаться, что привело к отступлению оледенения и к взрывоподобному возникновению самых разнообразных биологических организмов. Последующее снижение температуры вызвало первое глобальное массовое вымирание организмов в более поздней истории Земли, за ним последовали и другие. Известно по меньшей мере пять таких массовых вымираний. Некоторые ученые видят в нынешнем ускоряющемся вымирании первый признак начала нового, шестого массового вымирания, движущая сила которого на этот раз – сам человек. В истории Земли такие события в течение коротких периодов (по геологическим масштабам) уничтожали бесчисленное множество видов. Самое массивное из известных вымираний в истории Земли произошло в пермском периоде, около 250 млн лет назад. В ходе этого массового вымирания погибло 96 % всех обитателей моря и более трех четвертей видов, обитавших на суше. По статистике, подобные события случаются каждые 200–600 млн лет. Если принять эту величину за масштаб, то массовое вымирание в настоящее время выглядит несколько преждевременным.

В среднем в настоящее время каждые 15 минут исчезает один вид. Таким образом, за один год исчезают 60 000 видов. Для выживания эукариотических организмов, то есть организмов, клетки которых имеют истинное ядро, существенное значение имеют умеренные условия окружающей среды. Простые организмы, такие как прокариоты, одноклеточные существа, лишенные ядер и клеточных стенок, такие как бактерии и археи, возникшие в самом начале истории развития Земли, напротив, встречаются сегодня в местах с экстремальными условиями – в термальных источниках, в водоемах с высоким содержанием солей, а также в областях с повышенным ультрафиолетовым облучением, например в условиях высокогорья. Археи – вместе с бактериями и эукариотами – составляют три домена жизни. В настоящее время известно около 700 видов прокариот, из которых некоторые способны переносить в горячих источниках температуру выше 110 °C. Часть этих организмов характеризуется весьма экзотическими путями обмена веществ; эти существа живут в таких местах, куда не проникает солнечный свет, а следовательно, невозможен фотосинтез, как, например, в глубинах океана. Поставщиками энергии там служат восходящие горячие потоки сероводорода, который и служит источником энергии для биохимических процессов. Такие факты говорят о том, что жизнь на Земле зародилась 3,6 млрд лет назад именно в таких местах. Термальные источники обеспечивают условия для преобразований трех первых молекул, необходимых для возникновения органической жизни: углерод, воду и энергию.

Различные факторы обусловливают решающую разницу между миром органической химии и включением ее соединений в первые формы жизни. Для начала каждая живая система должна быть в состоянии самостоятельно продуцировать строительные блоки для построения клетки, используя материал окружающей среды. Далее, живая система должна быть в состоянии извлекать из окружающей среды энергию и использовать ее для жизненно важной деятельности, например для поиска источников питания. Для этого необходимо, чтобы организм мог катализировать разнообразные химические реакции с тем, чтобы в организме эти реакции протекали быстрее, чем в окружающей неживой природе. Еще одно требование: клетка должна обладать способностью с большой точностью управлять процессами обмена веществ с окружающей средой. Для этого клеточные мембраны должны быть в состоянии, с одной стороны, поглощать важные для жизни вещества, а с другой – выводить из клетки возникающие в ходе метаболизма вещества, которые в известных обстоятельствах могут стать токсичными для клетки продуктами распада клеточного материала.

Не в последнюю очередь организм должен быть способен к воспроизведению – для того чтобы передавать потомству свою генетическую информацию.

Существуют данные, указывающие на то, что такие первые формы жизни появились уже через 700 млн лет после возникновения Земли, то есть 3,8 млрд лет тому назад. После существенного изменения состава земной атмосферы организмы, обитавшие в поверхностных слоях водоемов, начали – около 3,3 млрд лет назад – использовать для получения энергии фотосинтез. В течение следующих 2 млрд лет содержание углекислого газа и водорода в атмосфере значительно снизилось, и восстанавливающий характер земной атмосферы сменился окисляющим. В этой смене заметную роль сыграли цианобактерии и другие организмы, позитивно повлиявшие за счет особенностей своего обмена веществ на повышение парциального давления кислорода в атмосфере. Повышение содержания кислорода в атмосфере происходило достаточно медленно в течение миллиарда лет; это замедление среди прочего было обусловлено тем, что высвобождавшийся в процессе фотосинтеза кислород тотчас использовался для окисления железа, содержание которого было высоким в водах океана. В результате выход кислорода в атмосферу оказался замедленным. Этот процесс привел с геологической точки зрения к возникновению богатых месторождений железной руды в Австралии, Канаде, Северной и Южной Америке – к возникновению так называемых железных поясов (iron belts). С точки зрения эволюции приблизительно на 2 млрд лет развитие жизни на Земле приостановилось. Эта удивительная остановка эволюции была, предположительно, обусловлена тем, что первые организмы по причине действия мощных приливных сил столкнулись с действием сложных физических и химических условий окружающего мира. В повестку дня вошли среди прочего значимые изменения содержания солей, температуры и интенсивности солнечного излучения.

Читатель может не без оснований возразить: «Мне-то какое дело до того, что клеткам 2,5 млрд лет назад пришлось несладко?» Я очень скоро объясню, почему это не должно быть нам безразлично. Вследствие того, что в результате вращения Земли и регулярной смены дня и ночи происходили ритмичные изменения светового и ультрафиолетового излучения, а также температуры, после возникновения жизни для первых одноклеточных организмов стало расти значение способности знать текущее время суток. Если организмы могли в соответствии с текущим временем суток либо глубже уходить под воду, либо выныривать, то эта способность, например, могла лучше защитить от вредоносного ультрафиолетового излучения. Растительные клетки в океане могли более эффективно выстраивать происходящие в них биохимические процессы, чтобы быть готовыми к фотосинтезу с восходом Солнца – все приспособления, которыми не обладали другие организмы, не владевшие знанием о текущем времени суток, давали фотосинтезирующим клеткам значительные эволюционные преимущества. То был момент рождения внутренних часов, поскольку, как мы сегодня знаем, в каждой клетке, в каждом органе, будь то печень, почка или сердце, существуют свои молекулярные часовые механизмы. Наличие различных часов в органах и клетках таких многоклеточных организмах, как организм человека, требует их согласования или, как иначе говорят, синхронизации. Только за счет такой синхронизации можно добиться того, чтобы часовые механизмы каждой клетки, каждого органа работали в унисон с целостным организмом и в согласии с суточным циклом смены дня и ночи в окружающем мире. Важнейшей контролирующей станцией, надзирающей за суточным циклом, уже давно считается супрахиазматическое ядро, очень древнее ядро головного мозга, содержащее около 50 000 нейронов, которые связаны с множеством нервных клеток в других областях мозга. Это ядро, например, за счет особых чувствительных клеток глаза получает информацию о падающем на сетчатку свете и, главное, о том, насколько этот свет сдвинут в синюю область спектра. Если это так, то супрахиазматическое ядро «знает», что на дворе день, и передает эту информацию другим клеткам организма. Как только сигнал ослабевает, значит, наступила ночь. Противопоставление сигналов «свет/отсутствие света» работает как таймер.

Другим возможным таймером может быть прием пищи, который «вмешивается» в регуляцию; это регулирующий механизм, открытый недавно, был назван хронометаболизмом. В этом случае изменения общего энергетического статуса организма в результате либо поступления пищи, либо ее ограничения приводят, например при голодании, к порождению сигнала таким важным для обмена веществ органам, как печень и поджелудочная железа, и этот сигнал влияет на генную активность клеточных часов в этих органах. Здесь в игру вступает кислород. В противоположность многим бактериям и некоторым низшим эукариотам правильный обмен веществ у человека и животных зависит от доступности кислорода. В такой ситуации можно только удивляться тому, что в организме очень мало ферментов, отвечающих за усвоение кислорода. В целом 98 % участвующего в метаболизме человеческого организма кислорода подвергается превращениям под действием одного-единственного фермента – митохондриальной цитохромоксидазы, которая присутствует почти во всех аэробных организмах. У бактерий с аэробным обменов веществ, то есть у организмов, использующих кислород для получения энергии, обнаруживают тот же фермент.

Но нет пользы без вреда. Уже самые первые аэробные клетки, 2,5 млрд лет назад, столкнулись с колоссальной проблемой: как избежать образования в клетке кислородных радикалов или по меньшей мере ограничить их действие. С точки зрения химии и физики радикалами следует называть в высшей степени реакционноспособные атомы с не полностью занятыми электронными оболочками. Такое строение предрасполагает эти атомы к формированию связей с другими химическими элементами и приводит к тому, что свободные радикалы существуют в течение ничтожных долей секунды. В эволюции аэробных живых существ это означает, что надо было найти не только стратегию возникновения как можно менее агрессивных свободных радикалов, но и стратегию запасания в клетках антиоксидантных молекул, которые были бы способны связывать и обезвреживать кислородные радикалы. Беда в том, что свободно перемещающиеся в клетке кислородные радикалы могут непосредственно повреждать чувствительные клеточные мембраны и, вероятно, поэтому, играют существенную роль при различных заболеваниях, а также при старении.

Помимо животных растения в ходе эволюции тоже приобрели способность синтезировать многочисленные антиоксиданты, например аскорбиновую кислоту (витамин C) или α-токоферол (витамин E). Однако наиболее эффективно такие реактивные кислородные радикалы обезвреживаются соответствующими ферментами. Такие ферменты тоже появляются в ходе эволюции дышащих существ очень рано, практически они появляются параллельно возникновению и становлению дыхательной цепи и появлению в клетках реактивных кислородных соединений. Супероксиддисмутазы, «хорошие парни» клеток, которые разлагают в клетках человека перекисные соединения, обнаруживаются уже у простейших аэробных бактерий. К этому же классу относятся также пероксиредоксины, антиоксиданты, которые могут выполнять внутри клеток и другие функции. Их возникновение с точки зрения молекулярной биологии можно отнести к моменту «великого кислородного события», произошедшего 2,5 млрд лет назад. Удивительно, что производство этих пероксиредоксинов у представителей всех биологических царств, бактерий, грибов и млекопитающих, включая и человека, проявляет суточные колебания даже тогда, когда отключаются все генетические механизмы контроля для других внутренних часов, – очевидно, что в лице пероксиредоксинов мы имеем дело с праматерью всех биологических часов во всем царстве живой природы. Согласно преобладающей на сегодняшний день теории, пероксиредоксины возникли для защиты от колебаний концентрации кислорода в первобытном океане независимо от других суточных ритмов. В наших клетках пероксиредоксины также действуют как соединения, связывающие радикалы, и как таймеры, когда перестают работать другие механизмы.

Как было подчеркнуто выше, настройка и ритмизация различных биологических систем от клеток до целостного организма имеют основополагающее значение для развития и поддержания всех биологических функций. Хоралы «Страстей по Матфею» Баха звучат так гармонично и захватывают нас, потому что каждый исполнитель оркестра и каждый певец хора знают ход произведения и моменты вступления, а дирижер за своим пультом следит, чтобы эта гармония неукоснительно соблюдалась. Если этого не будет, то исполнение музыкального произведения потеряет гармоничность, а вся активность в биологических системах по аналогии превратится в нежизнеспособную какофонию. Биологическое воздействие происшедшего 2,5 млрд лет назад «великого кислородного события» на наш современный организм очень велико и не может быть нам безразлично.

После того как 3,7 млрд лет назад на Земле возникла жизнь и в течение следующих 1,5 млрд лет господствующими жизненными формами в практически бескислородной среде были археи и бактерии, лишенные клеточных ядер, на сцену – около 2,5 млрд лет назад – выступили фотосинтезирующие эукариотические водоросли. То, что в истории Земли последовало за «великим кислородным событием», геологи и палеонтологи называют «скучным миллиардом». Это название укрепилось в науке о Земле, так как этот временной промежуток, длившийся с момента 1,8 млрд до 0,8 млрд лет назад, отличался необычной тектонической и климатической стабильностью. То же считается справедливым и для биологической эволюции. Правда, многие ученые высказывают сомнение относительно такой трактовки биологической эволюции на основании выполненных ими геохимических исследований окаменелостей протерозойского периода. Результаты исследований указывают на то, что в этот период произошло возникновение многоклеточных организмов, полового размножения, а также первой великой дифференциации эукариотических организмов. Ученые исходят из того, что средний протерозой (1,4–1,8 млрд лет назад) характеризовался недостатком питательных веществ и незаменимых следовых элементов. Это обстоятельство эволюционного давления на живую природу и стало причиной биологических инноваций в царстве эукариотических организмов. К таким новациям относится и так называемый эндосимбиоз, в ходе которого одноклеточные прокариоты были вынуждены вступать в симбиотические отношения, что, вероятно, и привело к образованию эукариотических клеток, и эти организмы стали третьим доменом жизни наряду с бактериями и археями; к этому третьему домену принадлежим и мы с вами.

Эти эукариотические клетки обладают истинным ядром, окруженным мембраной. Внутри эукариотической клетки вокруг ядра обнаруживается сложная компартментализация, то есть разделение на отдельные участки или области (компартменты), при этом разные части выполняют разные функции и решают разные задачи. В эукариотических клетках обнаруживаются так называемые 80S-рибосомы, которые играют важнейшую роль в синтезе белков. Это указывает на то, что все эукариотические клетки – в том числе и наши – происходят от общего анаэробного предка, который когда-то, в период «скучного миллиарда», за счет эндоцитоза, или поглощения, принял в свое лоно аэробные бактерии. В дальнейшем из них развились митохондрии, энергетические станции нашего организма; эти станции, например, обеспечивают энергией мышцы ваших рук, с помощью которых вы сейчас можете перелистнуть страницу, чего пока что делать не следует.

В течение «скучного миллиарда» постепенно происходило увеличение запасов и концентрации питательных веществ и незаменимых следовых элементов в первобытном океане, что обеспечило в конечном счете прорыв многоклеточных организмов. Этот прорыв имел взрывоподобный характер и совершился в начале кембрия, 570 млн лет назад. В морях в течение следующих 40 млн лет возникли новые многоклеточные организмы с различным планом строения: черви, моллюски, членистоногие и пикайя, предок всех позвоночных. Ископаемые окаменелости этого в высшей степени интересного периода эволюции, «кембрийского взрыва», к сожалению, очень редки. Самое, пожалуй, знаменитое место такого рода – это Берджесские сланцы в Канаде. В последние годы было найдено еще несколько таких мест в Китае. Как в Канаде, так и в Китае была обнаружена пикайя, ранний предок позвоночных или хордовых животных. Главным путем развития в этой ранней фазе кембрийского взрыва стал симметричный план строения тела, то есть такого строения, при котором одна половина тела – зеркальное отражение противоположной. Кроме того, параллельно этому плану строения развилась сердечно-сосудистая система кровообращения. У одноклеточных в связи с малым расстоянием обмена с окружающей средой снабжение питательными веществами происходит путем диффузии. У больших организмов обмен веществ таким способом невозможен; он продолжался бы недопустимо долго. Приведем наглядный пример: для того чтобы насытить на 90 % кислородом цилиндр ткани диаметром в тысячную долю миллиметра, требуется одна тысячная доля секунды. Если же диаметр цилиндра равен 10 мм, то для такого же насыщения требуется уже три часа. Человеческому организму для того, чтобы кислород диффундировал от кончиков пальцев ног до головы или обратно, потребовалось бы много лет. Однако в ходе эволюции от одноклеточных к многоклеточным организмам был сделан исключительно важный шаг; за счет сердца и системы кровообращения стал возможным транспорт в организм кислорода и питательных веществ, и удаление из организма ненужных и вредных продуктов жизнедеятельности. Для транспорта кислорода превосходно подходит молекула гемоглобина, содержащая в себе атом железа, способный обратимо связывать молекулы кислорода. Молекула гемоглобина существовала уже до кембрийского взрыва. Согласно данным генетических исследований, функцию переноса кислорода в организмах он приобрел около 530 млн лет назад и до сих пор выполняет ее в наших организмах.

Первые позвоночные животные, такие как пикайя, не обладали прочным, окончательно сформированным скелетом; скорее устойчивость их телам придавал наружный панцирь. В ходе эволюции этот панцирь регрессировал, а внутренний скелет, наоборот, стал более устойчивым. Пикайя вымерла уже в кембрии, но здравствующий до сих пор ланцетник характеризуется некоторым сходством с этим первым представителем позвоночных или хордовых животных. Подобно пикайе, ланцетник обладает гибкой, но прочной структурой в спине, которую считают ранней хордой или зачатком позвоночника. Пикайя имела голову, хвост и сегментированную мускулатуру вдоль симметрично организованного тела. У нее был рот, кишечник и нервная система. Как и у ланцетника, у пикайи уже была замкнутая система кровообращения и органные структуры, выполнявшие функции печени и почек. Это может показаться удивительным, но в этом отношении они очень близки к нам. Так, на четвертой неделе эмбрионального развития человека наблюдают возникновение хрящевой трубки, а именно хорды, которая позднее превращается в спинной мозг и позвоночник. То, что мы сегодня наблюдаем в виде желеобразной массы между телами позвонков и называем межпозвоночными дисками, есть остаток желеобразной хорды, который придает известную гибкость позвоночнику, а при избыточных нагрузках причиняет боль в результате заболевания, известного под названием грыжи межпозвоночных дисков.

Наконец, 420 млн лет назад появились первые представители костных рыб, которых можно поделить на две большие группы – лучеперые рыбы и лопастеперые рыбы. К последним, согласно современной систематике, относятся все наземные позвоночные, в том числе и мы с вами. Поэтому очень важно знать историю развития этой группы костных рыб. Представители этого класса позвоночных животных отважились выйти на сушу около 380 млн лет назад, это была грандиозная веха в эволюции жизни, сравнимая с высадкой на Луне. Растения сделали этот шаг на 20–30 млн лет раньше, в нижнем девоне. Об этом свидетельствуют палеоботанические находки в Шотландии, Норвегии, а также – обратите внимание! – в районе Вупперталя и Эльберфельда. Здесь был обнаружен и впервые описан Asteroxylon elberfeldense – одно из первых вымерших наземных растений, которое считается предком плаунов.

Первыми из воды вышли амфибии, обитавшие в регионах, где в результате приливов и отливов периодически обнажались участки суши; под вопросом также пресные водоемы – озера и реки. Возможно, переходную форму или недостающее звено (missing link) между костистыми рыбами, до сих пор обитающими в морях, и предками амфибий представляет собой тиктаалик – мозаичная биологическая форма, открытая на севере Канады в отложениях, относящихся к времени 380 млн лет назад. Тиктаалик обладает как признаками костистых рыб, так и признаками таких известных уже много десятилетий протоамфибий, как Acanthostega и Ichthyostega. То, что эти ранние представители действительно обитали на суше, а не только в воде, доказывают находки отпечатков в Польше и Шотландии. Костистые рыбы обладали замечательными анатомическими признаками, которые позволили амфибиям выйти на сушу. Они располагали прочным, усиленным кальциевыми включениями скелетом. Помимо того, у некоторых представителей этой группы животных часть передней кишки была преобразована в плавательный пузырь. Он позволял костистым рыбам за счет изменения объема газа менять плавучесть. Это давало костистым рыбам огромное энергетическое преимущество перед хрящевыми рыбами, которым для того, чтобы изменять глубину погружения, приходится расходовать мышечную энергию. В ходе множества этапов эволюции плавательный пузырь у двоякодышащих рыб преобразовался в дыхательный орган. Первые амфибии выживали только во влажных биотопах, а некоторые фазы эмбрионального развития у них возможны только в водной среде (развитие икринок), но тем не менее именно эти животные знаменовали выход позвоночных из воды на сушу.

Это была еще одна веха эволюции – по многим причинам: экологическим (выход на сушу вывел позвоночных животных совершенно в новое жизненное пространство нашей планеты) и физиологическим (значительно большие суточные колебания температуры на суше во многих местах потребовали ускорения эволюции; так, например, пришлось приспособить к новым условиям план строения и иммунную защиту этих организмов). С одной стороны, потому, что легочное дыхание приводит к постоянной потере воды и тепла, а с другой – потому, что с того момента легкие, вследствие особенностей их строения, их поверхность, стали точкой входа для потенциальных возбудителей заболеваний. Эти «слабые места» строения организма остаются и сегодня, как показала нам со всей наглядностью эпидемия Covid-19.