Текст книги "От динозавра до компота. Ученые отвечают на 100 (и еще 8) вопросов обо всем"

№ 23. Улитка рождается с раковиной?

Короткий ответ на этот вопрос звучит так – смотря какая улитка. Ведь улитки, или брюхоногие, – очень многочисленный класс. В нем около 110 тысяч видов. И рождаются они по-разному. Впрочем, жизнь любой улитки начинается с яйца.

В зависимости от вида яйца могут попадать сразу в воду, а могут быть спрятаны в яйцевые капсулы, скопления которых называют кладкой. У самых простых улиток из яйца выходит личинка, которая называется трохофора. Трохофора плавает в толще воды и совсем не похожа на взрослого моллюска. Раковины у трохофоры нет. Вскоре у трохофоры появляется складка с длинными ресничками – парус и она превращается в следующую стадию – парусник, или велигер. У велигера образуется раковинная железа и впоследствии личиночная раковина. Сначала она очень тонкая и прозрачная, но со временем начинает накапливать известь и становится тяжелой, велигер оседает на дно и превращается во взрослое животное. По мере роста моллюска растет и раковина, нарастая кольцами в сторону устья (отверстия, из которого взрослая улитка высовывает голову с щупальцами и брюшко, представляющее собой мускулистую ногу).

Но свободноплавающая трохофора есть не у всех брюхоногих – у многих эта стадия проходит в яйце, а из яйца выходит уже велигер; тогда можно говорить о том, что такие улитки рождаются с раковинной железой и личиночной раковиной. Кроме того, существуют брюхоногие, у которых все стадии развития – и трохофора, и велигер – проходят в яйце и новорожденные моллюски сразу похожи на взрослых особей и ведут схожий образ жизни. Они рождаются с настоящей маленькой раковиной, это обычно наземные и некоторые пресноводные улитки. У некоторых видов яйца могут все время развития находиться в теле моллюска, таких улиток называют живородящие.

Александра Тертицкая, зоолог

№ 24. Почему стрекозы не могут быть большими?

Считается, что стрекозы, как и остальные насекомые, не могут быть большими из-за особенностей устройства их дыхательной и кровеносной систем. Насекомые дышат с помощью трахей – специальных трубочек, которые соединяют окружающую среду со всеми внутренностями. Эти трубочки пронизывают все тело насекомых и доставляют кислород к каждому органу. Специальные мышцы загоняют воздух в трахеи, однако чем глубже трахея погружена в тело, тем меньше свежего воздуха в нее попадает, поэтому если бы стрекоза была большая, то ее внутренние органы не смогли бы дышать. Еще одна причина, ограничивающая размер насекомых, заключается в устройстве их кровеносной системы. У насекомых кровеносные сосуды открываются внутри тела и кровь пассивно течет в тканях – такая кровеносная система называется незамкнутой. Незамкнутая кровеносная система хорошо работает при маленьких размерах животного, чем больше размер тела, тем сложнее доставить кровь к удаленным органам. А без кровоснабжения ни один орган функционировать не сможет – ведь кровь доставляет питательные вещества и забирает продукты жизнедеятельности, накопившиеся в клетках.

Никита Зеленков, зоолог

№ 25. У кого больше всего глаз?

Глаз – один из органов чувств животных, который способен воспринимать свет и обеспечивает функцию зрения, то есть дает животным возможность видеть то, что происходит вокруг них. Однако глаза бывают очень по-разному устроены, и считать их тоже можно по-разному.

Самые простые глаза, способные различать только свет и темноту, а также интенсивность освещения, называют глазки́ – это просто скопление пигментного вещества (у одноклеточных) или одна светочувствительная клетка (у простых многоклеточных животных); такие клетки могут быть рассеяны по телу животного или собраны в глазные пятна, которые называются стигмы.

У некоторых беспозвоночных животных бывает много таких светочувствительных клеток, выполняющих роль глаза. Например, у пиявок их количество может достигать сотни. Морской гребешок и некоторые другие двустворчатые моллюски также имеют около сотни глаз. Они расположены по внешнему краю раковины, чтобы моллюск мог чувствовать внешнюю среду и следить за хищниками.

Змеехвостки (или офиуры) – морские обитатели, принадлежащие к типу иглокожих и родственные морским звездам и ежам, – славятся тем, что очень чутко реагируют даже на небольшие изменения интенсивности света, хотя у них нет сложных специализированных глаз. Ученые выяснили, что их наружный скелет построен из огромного количества (до 100 000!) микроскопических, похожих на бусинки линз, состоящих из твердого вещества – кальцита. Эти линзы размером всего около 0,05 миллиметра одновременно фокусируют свет и передают зрительные сигналы. А все вместе представляют собой один большой орган зрения. Ученые, проводившие исследования, сравнивают его с цифровой камерой, составляющей картинку из множества пикселей. Однако микроскопические линзы змеехвосток далеко превосходят по своим оптическим свойствам изобретения человека, они способны фокусировать лучи света по крайней мере в 10 раз лучше, чем современные микролинзы, изготовленные в лаборатории, и могут стать образцом для разработчиков оптических волокон и компьютеров.

У более высокоорганизованных животных глаза устроены сложнее, например фасеточные глаза у членистоногих, ракообразных и насекомых. Фасеточные глаза – это множество собранных вместе простых глаз, каждый со своей отдельной линзочкой, которая фокусирует свет на окончание нервного волокна. Обладатели таких глаз видят каждым отдельным простым глазом небольшой кусочек того, что их окружает, а в мозгу животного все изображения складываются вместе в общую картинку, составленную из множества отдельных кусочков.

В фасеточном глазу может быть собрано от 100 до 30 000 простых глаз, так что можно сказать, что у некоторых насекомых, например у стрекозы, около 30 000 глаз.

Александра Тертицкая, зоолог

№ 26. Почему деревья растут?

Деревья – это живые существа, растения. Основной задачей любого живого существа с биологической точки зрения является размножение. Для того чтобы жить и размножаться (плодоносить), растениям нужен свет. Поэтому в растительном мире все борются за место под солнцем. Посмотрим, например, на лес. Растения пытаются занять наиболее удобное положение, чтобы получить достаточное количество солнечного света и произвести достаточное количество питательных веществ. И каждое растение решает эту задачу по-своему: одни вырабатывают способность жить в затененных условиях, другие учатся забираться повыше, а третьи отрастили себе высоченный ствол и широко раскинули ветви. Можно сказать, что деревья выиграли у всех остальных растений в лесу.

Кроме конкуренции за свет есть и еще один важный фактор. Дерево получает энергию для жизни в процессе фотосинтеза, а фотосинтезировать могут только молодые ткани: зеленые ветви и листья. Чтобы молодые ткани появлялись, дерево вынуждено постоянно расти.

И все же, дорастая до определенной высоты, деревья останавливаются, чтобы не разрушиться под собственным весом, чтобы доставлять воду, без которой невозможен процесс фотосинтеза, в верхние отделы, чтобы не утратить устойчивость и не сломаться от ветра. Какова высота, на которой дерево остановит свой рост, зависит от места его обитания.

Ольга Яценко, ботаник

№ 27. Почему трава зеленая?

Мы видим предметы благодаря их способности отражать свет. От того, какую часть спектра предмет отражает, зависит, каким мы его увидим – красным, синим, зеленым…

Стебли травы, которые мы видим зелеными, по существу являются листьями. А в листьях идет важнейший для жизни растений процесс – фотосинтез. Это процесс, в ходе которого растения благодаря энергии света поглощают углекислый газ: он вместе с водой и минеральными солями служит им пищей. В качестве побочного продукта растения при этом выделяют кислород. Во время фотосинтеза хлоропласты, содержащиеся в клетках листьев, поглощают частичку света из инфракрасной части светового спектра, а отражают соответственно сине-зеленый свет. Вот листья и выглядят зелеными.

Интересно, что хлоропласты могут перемещаться в толще листа, двигаясь от поверхности внутрь него и наоборот в зависимости от интенсивности освещения.

Если на лист попадет слишком много солнечных лучей, то растение распределит хлоропласты так, чтобы их было меньше с этой стороны, а если на лист упадет тень, то хлоропласты появятся в этом месте в большем количестве для более эффективного поглощения солнечного света.

Ольга Яценко, ботаник

№ 28. Почему воробей прыгает, а не ходит?

Воробей прыгает, потому что он по-другому не умеет. Когда-то давно его предки приспособились жить в густых кронах деревьев или кустарников, где веточки расположены достаточно близко (так что между ними не обязательно летать), но все же слишком далеко, чтобы между ними можно было бы перешагивать; оказалось, что на таком расстоянии удобнее всего с ветки на ветку прыгать. Перемещение с помощью прыжков требует специального устройства тела: у прыгающих животных обычно особенным образом устроены кости тазового пояса и задних конечностей, мускулы тоже развиты по-другому. Животному, приспособленному к прыжкам, перемещаться другим образом обычно бывает очень неудобно – прыгать им гораздо легче, чем ходить (как нам легче ходить, чем прыгать). Поэтому когда воробей спускается с веток деревьев на землю, он продолжает прыгать, как будто он среди веточек деревьев.

Никита Зеленков, зоолог

№ 29. Почему пони маленькие?

Рост – это сложный признак, за который отвечает множество разных генов: одни контролируют рост костей, другие – связок и мышц, третьи увязывают эти процессы с воздействием разных гормонов и так далее. И хотя нельзя выделить какой-то один ген, который делал бы животное высоким или, наоборот, низким, ученые уже знают, какие варианты тех или иных генов связаны с высоким или низким ростом. Другими словами, носители вариантов X, Y, Z, скорее всего, будут высокими, а обладатели вариантов x, y, z – низкими. Сочетание X, y, Z даст нам существо среднего роста. Рост зависит от генов очень сильно: по разным оценкам, генетический вклад составляет от 60 до 80 %. Другими словами, если животное несет много «низких» вариантов генов, оно почти наверняка не вырастет гигантом, хотя полноценное питание и может «накинуть» пару сантиметров.

Пони отличаются от лошадей именно тем, что несут в своих клетках «низкие» варианты генов, которые участвуют в процессе роста. Во всем остальном это вполне обычные лошади. Если скрестить пони и «полноразмерную» лошадь, у них родятся жеребята, рост которых будет выше, чем у пони, но ниже, чем у лошади. Генетическая «избирательность» пони возникла не случайно. Когда-то давно предки современных маленьких лошадок переселились из теплых земель далеко на север, где холодно и мало еды. Крупным животным в таких суровых условиях трудно было прокормиться и согреться. Иногда у высоких животных рождались жеребята чуть меньшего размера: они случайно получали от обоих родителей «низкие» варианты генов. Таким лошадкам было проще найти еду и не замерзнуть, поэтому они с большей вероятностью доживали до взрослого возраста и рожали собственных жеребят, которые были еще более миниатюрными. Постепенно на севере не осталось потомков высоких лошадей: они проиграли пони битву за выживание.

Ирина Якутенко, биолог

№ 30. Почему болгарский перец полый?

Совсем пустыми стали только современные сорта перца – те, которые люди вывели специально практически бессеменными для удобства чистки. Если разрезать плод поперек, то мы увидим там перегородки и некоторое количество семян, большее или меньшее в зависимости от близости к ножке плода и сорта. Рядом с ножкой семян будет больше. У дикого предка этого растения на всех перегородках должны быть семена и они должны заполнять все пространство плода. Кстати, латинское название болгарского перца – Capsicum annuum, от латинского capsa – вместилище, футляр, ящик.

Ольга Яценко, ботаник

№ 31. Почему не все птицы улетают в теплые края?

Чтобы ответить на этот вопрос, необходимо сперва понять, почему многие птицы все же улетают в теплые края. Зачем они отправляются в длительное и порою очень опасное путешествие, если можно спокойно остаться в родном лесу?

Ответ прост: многие птицы не могут пережить суровую зиму, но не потому, что холодно (хотя это тоже важно, особенно в Сибири), а потому, что им попросту нечего есть. Почти все насекомоядные птицы улетают на юг, ведь зимой насекомых не найдешь. Но некоторые, например синицы, научились и зимой находить насекомых, спрятавшихся в трещинах в коре деревьев. Кроме того, летом и осенью они специально запасают насекомых, чтобы зимой было что есть. Впрочем, даже для синиц зима – очень опасный и голодный период жизни, во время которого примерно половина из них гибнет.

На зиму остаются и сойки. Чтобы выжить, они запасают желуди. Обычно сойки (как и синицы) не помнят, где они спрятали еду, и просто кочуют по лесу в поисках чьей-нибудь заначки.

Лучше всех приспособлены к зимовке тетеревиные птицы: в холодное время года они переходят на питание веточками деревьев. Такого корма в наших лесах очень много, поэтому рябчикам или белым куропаткам не нужно тратить много времени на его поиски: наевшись веточек, они зарываются в снег и там отдыхают (иногда целый день!), спасаясь от холода и переваривая пищу. Но так питаться в наших широтах могут только тетеревиные – благодаря особенному устройству пищеварительной системы.

Некоторые хищные птицы, например ястребы, тоже могут позволить себе никуда не улетать, они охотятся на зимующих собратьев – ворон, галок, голубей, дроздов. А вот хищники, питающиеся грызунами (например, сокол-пустельга), улетают – ведь зимой грызуна из-под снега достать не так-то просто. Это могут разве что лисы.

Многие птицы не улетают зимой далеко, а перекочевывают в более южные регионы, где климат помягче и еды побольше. А тем, что остаются, мы можем помочь выжить, подкармливая их.

Никита Зеленков, зоолог

№ 32. Зачем носорогу рог?

Рог носорога – это оружие для защиты и нападения, а также турнирное оружие, которым пользуются самцы в борьбе за самок. У некоторых носорогов бывает один рог, а у некоторых – два (передний и задний). У самок тоже есть рог, с его помощью они защищают территорию, чтобы им досталось побольше еды для детенышей. Но у самцов рог больше и исходно возник именно как турнирное оружие. Хотя носороги дерутся за самку, эти турниры довольно ритуализованы и обычно не кровавы. Носороги стараются не причинять большого вреда сопернику и больше давить психологически. Иначе даже выигравший может получить несовместимое с жизнью ранение.

Интересно, что просто разглядывая рог невооруженным глазом, легко заметить его продольную исчерченность, по которой видно, что он произошел от волос. Ученые считают, что в череде поколений на носу у носорогов отрастал все более и более жесткий пучок волос, который постепенно превратился в рог.

А еще, к сожалению, рога носорогов – главная причина их истребления, поскольку многие люди приписывают им чудодейственные целебные свойства.

Илья Колмановский, зоолог

№ 33. Почему слоны боятся мышей?

Слоны не боятся мышей. Это миф. Чтобы это проверить, даже проводили несколько экспериментов, которые подтвердили, что слоны мышей не боятся, но стараются не наступать на них. Слоны вообще никого не боятся, у них нет естественных врагов, единственный их враг – это человек. Взрослые слоны практически неуязвимы, и на них никто не нападает. Львы и крокодилы могут напасть на маленьких слонят, но для этого их приходится отбивать от стада.

Ринат Джумагалиев, кипер слонов

№ 34. Почему кролик как заяц?

Сходство зайцев и кроликов не случайно, ведь они ближайшие родственники и произошли от общего предка. Если не происходит катастрофических изменений в окружающей среде, то животные обычно не сильно меняются в процессе эволюции. Из поколения в поколение зайцы и кролики рождают детенышей, которые похожи на своих родителей. Способность животных воспроизводить себе подобных очень важна, ведь она позволяет сохранить приспособления, приобретенные в процессе эволюции. Например, зайцы и кролики хорошо приспособлены к тому, чтобы прыгать, отталкиваясь задними лапами. А ученым сходство между животными позволяет понять, кто кому родственнее. Нетрудно догадаться, что кролик и заяц – более близкие родственники, чем кролик и слон.

(Ответ лингвиста)

Никита Зеленков, зоолог

№ 35. Есть ли у дельфинов уши?

У дельфинов нет ушных раковин, но уши у них есть. Они выглядят как маленькие дырочки на голове. Слух у дельфинов удивительно тонкий, и он позволяет им воспринимать ультразвуковые песни.

Водные животные, как правило, не очень полагаются на зрение, поскольку вода не слишком прозрачна. Основную информацию об окружающем мире они получают с помощью слуха. Звук в воде распространяется очень хорошо, поэтому у них нет необходимости в том, чтобы ловить звуковые волны внешним радаром (именно для этого нам нужна ушная раковина). А вот среднее и внутреннее ухо, которые позволяют анализировать звук, у дельфинов есть, и их возможности во много раз превосходят возможности человеческого уха: они слышат звуки гораздо более высокие, чем человек (в 8 раз), и гораздо менее мощные (в 10 или даже 30 раз!). Именно уши приносят дельфину основные сведения об окружающем мире. Для ориентации в пространстве дельфины используют эхолокацию: они издают короткие ультразвуковые щелчки, которые, отражаясь от окружающих предметов, возвращаются обратно. Так дельфины получают точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале, что позволяет создать картину окружающего мира не хуже или даже лучше, чем с помощью зрения.

Илья Колмановский, зоолог

№ 36. Какой был первый человек?

Примерно 7 миллионов лет назад в Африке появились первые двуногие существа – австралопитеки. 2,5 миллиона лет назад они научились делать каменные орудия труда и охотиться; это и были первые люди, обычно их называют «люди умелые».

На современных людей они были не очень похожи, у них были маленькие головы, большие челюсти и зубы, не было подбородка, рост их был чуть выше метра. Люди продолжали меняться. «Человек работающий» первым вышел из Африки, по росту он уже был близок к современному человеку. «Человек прямоходящий» расселился по югу Евразии до Индонезии, его мозг весил уже килограмм (у нас – 1350 граммов). «Человек гейдельбергский» научился жить в умеренном климате, его мозг был уже почти как у нас, хотя лицо еще сильно отличалось: над глазами были мощные валики, подбородка по-прежнему не было. Примерно 350 тысяч лет назад люди стали активно использовать огонь. Наконец, 50 тысяч лет назад они уже почти не отличались от нас. Это кроманьонцы, первые «люди разумные».

Люди нашего вида расселились по всей планете, 10 тысяч лет назад научились выращивать растения и разводить животных, а 5 тысяч лет назад создали цивилизации.

Станислав Дробышевский, антрополог

Часть III
Человек: Тело и мозг

№ 37. Почему у меня есть веснушки, а у брата нет?

Веснушки, как и многие другие особенности нашей внешности, – это признак, который определяется генетически. Если у человека есть «нужный» ген, то стоит ему немного побыть на солнце, как на лице, а иногда еще и на руках и спине проступают рыже-коричневые пятнышки. «Веснушчатый» ген называется MCiR, или ген меланокортинового рецептора I-го типа. В зависимости от того, как он работает, человек будет лучше или хуже загорать. Загар – это вещество под названием меланин, которое вырабатывают некоторые клетки кожи, так что веснушки – это маленькие кляксы загара.

Загар, то есть меланин, возник не для красоты: это вещество поглощает вредные для живых организмов ультрафиолетовые лучи, не давая им проникать в глубокие слои кожи. Чем больше меланина, тем темнее будут кожа и волосы. Давным-давно, на заре своей истории люди жили в Африке, где очень яркое солнце, поэтому их клетки вырабатывали очень много меланина и все наши предки были темнокожими. Но когда люди начали осваивать более холодные земли, ситуация изменилась. Их коже больше не нужна была такая сильная защита; наоборот, чтобы в ней мог вырабатываться витамин D, нужно было «разрешить» солнечным лучам проникать вглубь (да, вот такой парадокс: много солнца людям вредно, но некоторое его количество совершенно необходимо). В результате ген MCiR начал меняться и у северных народов возникло несколько, условно говоря, менее активных его вариантов. А в качестве побочного эффекта появились веснушки.

Кожа людей с «северными» вариантами MCiR вырабатывает более светлый меланин – он придает загоревшим участкам тела не коричневый, а красноватый оттенок. И веснушки – это места, где под воздействием солнца скапливается очень много такого светлого меланина (ученые называют его феомеланин). Почему некоторые клетки на лице и теле носителей «северных» вариантов MCiR вдруг начинают сверхактивно производить феомеланин, ученые пока не знают, но совершенно точно, что у обладателей «африканского» варианта этого гена веснушек не бывает. И, кстати, носителям «северных» вариантов стоит поменьше загорать и всегда использовать солнцезащитные средства: кожа таких людей хуже защищает себя от ультрафиолета, а значит, сильно возрастает риск спровоцированных солнцем раковых заболеваний.

А вот теперь наконец мы готовы ответить на вопрос, почему у одного брата (или сестры) веснушки появляются, а у другого (или другой) – нет. Причина в том, что наши клетки несут по две копии каждого гена: одну мы получаем от папы, а вторую – от мамы. У них, в свою очередь, тоже есть по две копии всех генов, поэтому детям могут достаться самые разные сочетания. Например, у одного брата окажутся два «северных» варианта MCiR, а у второго – два «африканских». Тогда первый брат каждую весну будет рыжеть, а второй – покрываться ровным загаром.

Ирина Якутенко, биолог