Текст книги "Сотворенная природа глазами биологов"

Совершенство организма головоногих моллюсков

К самым удивительным по своим способностям и строению моллюскам относятся головоногие – кальмары, осьминоги и каракатицы. Их тело, длиной от 1 сантиметра до 5 метров заметно разделено на крупную голову и туловище с многофункциональными конечностями, которые играют роль и рук и ног. Головоногие используют их во время «ходьбы», при перемещении и для манипуляции различными предметами.

У осьминогов, например, руки-ноги служат для захвата пищи, строительства убежищ, борьбы с врагами, охраны потомства и многого другого. В помощь строительной деятельности поверхность конечностей снабжена одним-двумя рядами липких присосок. Каждая отдельная присоска настолько сильна, что у некоторых осьминогов она способна удерживать до 2 килограммов.

Головоногие наделены способностью передвигаться исключительно быстро – реактивным способом, за счет выталкивания воды из мантийной полости туловища с конической воронкой. Многие представители головоногих имеют еще и дополнительный орган – пару плавников на конце или по сторонам мантии.

Осьминоги, как и другие головоногие, дышат в воде жабрами, но могут довольно долгое время находиться на суше и даже передвигаться по ней. Отправляясь в пешее путешествие, они прихватывают с собой частичку моря – воду, которая хранится в мантийной полости, запертой на «все кнопки». Так что запаса кислорода, растворенного в воде, хватает для дыхания на суше в течение нескольких часов, а то и, по утверждению некоторых рыбаков, двух суток.

Поразительно наличие у головоногих трех сердец. Одно, являющееся главным, состоит из желудочка и двух предсердий и гонит голубую кровь моллюска по всему телу. А два специальных жаберных сердца проталкивают ее через жабры.

Головоногие действительно наделены голубой кровью. Вместо гемоглобина она содержит гемоцианин, и находящаяся в составе этого пигмента медь придает крови характерный синеватый цвет.

Разве могло само по себе появиться такое невероятное разнообразие организмов головоногих? У них даже близкие функции могут осуществлять самые разные по строению и количеству органы, такие как, например, сердца этих моллюсков, а также вещества, содержащиеся в крови.

Устройства, которыми обеспечен организм головоногих моллюсков, издавна представляли интерес для науки, в частности принцип действия реактивного двигателя и защитной дымовой завесы.

Благодаря работам немецких исследователей, изучавших «химическое производство» моллюсков, был найден способ извлечения из морской воды меди, урана и других элементов. Установлено, что кровь осьминога содержит красный дианит – специальное вещество, которое позволяет аккумулировать эти элементы из морской воды и накапливать их в больших количествах.

Неподражаемый камуфляжный эффект. Головоногие первенствуют по своей способности реагировать на изменения окружающей среды созданием самого совершенного в животном мире камуфляжа. В этом они оставили далеко позади даже хамелеонов.

Камуфляж – это один из видов маскировочного окрашивания. Такая маскировка умело применяется животными, чтобы быть незаметными и хищникам, и потенциальной добыче. Та же каракатица наделена богатым «гардеробом» и меняет наряды соответственно окружающей среде. Когда она находится в состоянии покоя на белом фоне, ее кожа принимает перламутрово-белый цвет. А на хорошо освещенном песчаном дне спинная поверхность каракатицы приобретет пятнистый рисунок за счет отдельных участков светлых и бурых тонов. Попадание же моллюска на черный фон вызывает резкое потемнение пестрой расцветки.

Для создания маскирующего цвета в определенной окружающей среде осьминоги наделены сложной тонко организованной системой.

Кожа осьминога обеспечена особыми клетками – хроматофорами, которые расположены в определенном порядке в виде микроскопических шариков с красящими веществами – пигментами. На квадратном сантиметре кожи осьминога помещаются сотни хроматофоров, содержащих черные, коричневые, красно-бурые, оранжевые и желтые пигменты.

К каждой такой клетке подведено множество тончайших мускулов-дилататоров, способных за доли секунды управляемо растягивать и увеличивать размер хроматофора в 60 раз, создавая тем самым эффект окрашивания.

Под слоем хроматофоров находятся иридиоцисты – клетки, которые придают коже великолепный металлический блеск серебристо-голубых, фиолетовых и зеленых тонов. Кроме того, в коже специально размещена целая система из множества блестящих пластиночек-зеркал. Они отражают и преломляют свет, разлагая его на все краски спектра.

Трудно даже представить, какими превосходными минипро-изводствами обладает организм осьминога, чтобы изготовить все необходимое для создания камуфляжа. Взять хотя бы систему маленьких зеркалец, устройств для их крепления и многих других механизмов для целенаправленного создания нужного эффекта.

«Подстраховка» защитных способностей. Управление деятельностью всех этих клеток осуществляется посредством сложной системы, связанной с большими оптическими долями мозга. А включают их в работу, заставляя легко изменять окраску тела, глаза осьминога. Причем в его организме заложена еще и подстраховка этой защитной способности.

Исследования показали, что слепой на один глаз осьминог в основном теряет способность быстро менять окраску с одной стороны. А если он ослеп на оба глаза, то почти утрачивает эту способность. Почти, но не совсем.

Оказалось, что у осьминога существует еще и механизм создания камуфляжного эффекта, обеспечивающий изменение окраски за счет осязательных импульсов, исходящих от присосок. То есть слепой и, казалось бы, совсем беспомощный осьминог способен «видеть» присосками.

Пловцы и прыгуны. Головоногие моллюски наделены способностью очень быстро плавать благодаря резкому сжатию мышц и сильному выбросу воды из их эластичной трубки-воронки. Струя воды, действуя по принципу ракеты, сообщает телу мощный толчок в противоположном направлении. Если рассмотреть десятируких кальмаров, то их гибкое обтекаемое тело даже внешне походит на подводную ракету. И охотясь ночью за рыбой, эти пловцы нередко развивают скорость до 55 километров в час.

Кальмары обладают способностью выпрыгивать из воды и пролетать над волнами. Развив в воде максимальную реактивную тягу, они стартуют в воздух и пролетают более 50 метров. Случается, кальмары в прыжке падают на палубы судов и приводят к их серьезным повреждениям. Так произошло с японским рыбачьим судном, потопленным шестиметровым кальмаром, который вылетел из воды и ударился о борт судна. Под тяжестью удара образовалась пробоина, в которую и хлынула вода.

Известен случай, когда маленький шестнадцатисантиметровый кальмар упал на мостик яхты, возвышавшийся над водой почти на 7 метров. Подсчитали, что при угле в 45 °, под которым кальмар выскочил из воды, скорость его движения должна была составлять не менее 72 километров в час, что соответствует скорости поезда.

Осьминоги-строители. Сложность поведенческих проявлений осьминогов лишний раз доказывает, что чисто врожденных форм поведения, как и стереотипных действий, у животных практически не существует. При рождении они, несомненно, обладают базовым комплексом инстинктивной деятельности, позволяющей им жить, питаться, строить, защищаться от врагов, размножаться и т. д. Кроме того, у животных предусмотрена пластичность поведения за счет опыта, приобретенного в процессе индивидуальной жизни.

Примером может послужить гибкое использование осьминогами своих строительных возможностей. Сооружение ими гнезд из камней зоологи называют градостроительством. В некоторых местах, видимо, особо приглянувшихся осьминогам, водолазы находили на дне моря целые осьминожьи города – один каменный дом неподалеку от другого.

Для основы дома осьминог подбирает камни определенной формы и размера. А для вспомогательных целей старательно отыскивает куски кирпича, глиняные черепки, панцири крабов, раковины устриц и другие подходящие материалы. Типичная конструкция сооружения имеет покатую крышу в виде плоского камня полуметровой длины. С одной стороны он возвышается над грунтом на два десятка сантиметров за счет того, что стоит на меньших камнях и обломках различных материалов.

Строительством осьминоги занимаются по ночам, отправляясь словно по команде в определенное время на поиски камней. Эти труженики способны тащить камни непомерной величины – даже в 20 раз превышающие их собственную массу. При этом движения осьминогов четко координируются. А сами они проявляют способность к оценке ситуации и в зависимости от нее используют ту или иную стратегию перенесения материалов на место строительства.

Наблюдения показали, что маленькие камни осьминог обхватывает одними конечностями и плотно прижимает к себе, а затем с помощью других конечностей он подтягивает тело вместе с ношей. С большими камнями моллюск обращается иначе. Сначала осьминог осматривает камень, находит самую узкую часть, берется за нее и прижимает ко рту. Затем это беспозвоночное животное подсовывает под камень тело, будто взваливает груз на плечи, а потом, балансируя, осторожно передвигается с помощью двух ног иногда на большие расстояния – к месту своего будущего гнезда.

Координируемые передвижения гидры

Кишечнополостные благодаря разнообразным устройствам и живым приборам способны адекватно отвечать на внешние сигналы и осуществлять целенаправленные движения.

Одни представители кишечнополостных представляют собой подвижных прикрепленных животных, другие же могут менять форму тела и передвигаться, сокращая и расслабляя определенные мышечные клетки.

Так, гидры обычно большие домоседки и могут всю жизнь провести на одном месте, прикрепившись подошвой к камню или к подводному растению. Излюбленная поза этих кишечнополостных – висеть вниз щупальцами в достаточно светлом месте водоема, при этом не испытывая никакого дискомфорта.

В случае необходимости эти маленькие живые существа совершают и небольшие путешествия, перемещаясь в пространстве четырьмя разными способами, последовательно сжимая, вытягивая и расслабляя свое тело:

• гидра может шагать с помощью подошвы и щупальцев. Для этого она ложится на дно, вытягивает тело в нужном ей направлении и цепляется щупальцами за грунт. Затем гидра подтягивает к этому месту тело, закрепляется подошвой и готовится к следующему шагу;

• более быстрый способ передвижения гидры – катиться колесом. Начинает она так же, как и при предыдущем способе, но, закрепившись щупальцами, становится на «голову» и делает кувырок, причем обязательно в сторону движения. Таким способом катиться ей быстро и удобно;

• гидра умеет плавать, причем своеобразным способом. Вначале она поднимается вверх, создавая каким-то образом на подошве пузырек воздуха и пользуясь им как поплавком, потом как бы парит в воде, распластывая свои щупальца и медленно снижаясь;

• гидра способна еще и ловко двигаться по гладкой поверхности стекла. Она скользит, как на коньках, медленно передвигаясь на своей подошве.

Все эти способы передвижения не случайны, а закреплены у гидры генетически и воспроизводятся из поколения в поколение.

Особенности организма полипов

Стрекательная клетка – настоящее техническое чудо. Представление о простоте кишечнополостных меняется при более близком знакомстве с их удивительно сложным устройством для нападения на добычу.

Рассмотрим строение стрекательной клетки и четко согласованную цепочку действий прикрепленного кораллового полипа. На одном конце этой клетки находится изящный, словно точеный, гарпунчик. Он соединен с чувствительными волосками и сверху прикрыт такой же изящной крышечкой. На другом конце клетки расположена тонкая полая витая трубка – стрекательная нить. Капсула заполнена ядовитым веществом, которое специально вырабатывает «химическое производство» в организме полипа.

Стоит жертве задеть чувствительный волосок, как нервная система тотчас приводит в действие механизм управления цепочкой последовательных движений. Крышечка открывается, срабатывает своего рода пружина и выпускает гарпунчик, который вонзается в тело добычи. А за собой он тянет стрекательную нить, через которую впрыскивается яд. И вся эта цепная реакция происходит за десятитысячную долю секунды.

Трудно даже представить, сколь мощная генетическая программа должна быть заложена в этом животном. Ведь описанный механизм добывания пищи вызывает к действию целый комплекс сложнейших устройств и точно согласованных действий.

Надо ли говорить, что все эти устройства организм воспроизводит сам по наследственно полученным «чертежам» и технологиям – и капсулу клетки, и гарпунчик, и крышечку, и мини-«шланг» для яда. А ведь и материалы для них должны быть с разными характеристиками: одни, прочные, – для гарпуна, другие, гибкие, – для трубки и т. д.

Единый организм полипов. Коралловый полип имеет маленький домик в виде чашечки размером не более булавочной головки.

Может, и хорошо бы жилось в одиночку этому миниатюрному животному в своем уютном жилище, но полипам предназначено селиться вместе, образуя коралловые рифы. Даже самый небольшой риф состоит из миллиардов этих животных.

Построение такого совместного кораллового рифа начинается с одиночного молодого полипа, которому пришла пора прикрепиться к камню специально выделяемым клейким веществом. Вещество быстро затвердевает, образуя надежный домик. После почкования полипа его потомство благодаря инстинктивному поведению устраивает свое известковое жилище рядом. Следующее потомство по той же наследственной технологии вырабатывает нужные материалы, строит домики и тоже поселяется здесь же. Так постепенно образуется прекрасный коралловый город.

Но что самое интересное – полипы живут в нем как единый организм.

Все особи с помощью подвижных щупальцев принимают участие в ловле добычи. Кому бы ни повезло в охоте, питательный сок от пищи честно распределяется по всей колонии – между соседними домиками специально прокладывается связующая система тонких разветвленных каналов.

Симбиоз полипов и водорослей. Кораллы радуют глаз своей причудливой формой и красочными оттенками. Одни кораллы напоминают яркие и пышные кусты или грибы, другие – ажурные веера.

Разноцветье кораллов создается строго определенными водорослями, живущими в маленьких желудках этих полипов. Удивительно, но эти животные не способны жить без своих партнеров. Полноценное питание и выработку кальция для построения известкового скелета обеспечивают им именно продукты жизнедеятельности одноклеточных водорослей.

Такое содружество выгодно и водорослям. Благодаря коралловым полипам они имеют безопасную среду обитания и получают углекислоту, выделяемую в процессе дыхания этих кишечнополостных. А сами полипы при этом получают кислород.

Что важно, в наследственную программу каждого участника этого союза включена, кроме всего прочего, и поведенческая составляющая такого симбиоза. Инстинктивные действия полипа строятся таким образом, чтобы не мешать клеткам водорослей воспринимать солнце и синтезировать кислород. Ночью охотящиеся полипы свободно распускают свои щупальца во все стороны. А днем они их предусмотрительно сворачивают, подставляя тело, заселенное водорослями, солнечному свету.

Удивительные возможности медузы

Медуза, казалось бы, олицетворяет собой простейшую форму жизни. А на самом деле она в достаточной мере оснащена всем необходимым, чтобы проявлять сложные пищевые, защитные и другие целесообразные реакции.

Маневрирование медузы в воде. Медуза поддерживает определенное равновесие в воде и регулирует направление своего движения с помощью статоцистов. Благодаря этим органам, например медуза аурелия, способна держаться на таком расстоянии от поверхности моря, чтобы волны не растерзали бы ее нежное тело.

На свет медузы реагируют изменением движения зонтика. Ведь эти животные наделены светочувствительными глазками. У медуз некоторых видов ямки «глаз» даже заполнены особым прозрачным веществом, которое исполняет функцию хрусталика.

Яркий солнечный свет настораживает медузу. Прекратив сокращения зонтика, она уходит на глубину. Подобным образом воздействует на нее и изменение движения воды. В спокойной воде зонтик ритмично сокращается. С появлением волнения медуза также останавливает его сокращение и опускается вниз.

Медуза способна почувствовать перемещение морских планктонных рачков, которыми она питается, и целенаправленно последовать за ними.

Защищенность от врагов. Многие медузы очень красивы, но в основном они напоминают желеобразные шарики, настолько уязвимые, что, казалось бы, любое прикосновение может иметь для них роковые последствия. Однако медузы не так просты и беззащитны.

В земных водах насчитывается около 500 видов медуз. Они обитают на разной глубине – от поверхности воды до самого дна и имеют самые разные размеры – от совсем крошечных до громадных. Самая крупная медуза, львиная грива, достигает двух метров в диаметре, а щупальца ее имеют до 60 метров в длину.

При кажущейся простоте строения это эфемерное существо питается рыбами и ракообразными, которые легко могли бы разорвать ее на части. В борьбе за жизнь ей помогают длинные нитевидные щупальцы, каждое из которых содержит миллионы пенетрантов – капсул, снабженных крохотными острыми гарпунами. Легкого прикосновения к медузе достаточно, чтобы она мигом «выстрелила» из щупалец несколькими смертоносными токсинами. Так, существо напоминающее прозрачную капельку желе, легко расправляется с могущественными врагами.

Однако из сотен видов медуз лишь несколько десятков опасны для человека.

Управляемое изменение курса. Свободно живущая медуза отличается интересным способом передвижения. При каждом ритмичном сокращении ее колокола вода отбрасывается, а тело, как бы отталкиваясь, плывет в противоположную сторону. В этом случае создается управляемая реактивная пульсация.

Считается, что нервная система медузы, представляя собой всего лишь диффузную сеть нейронов, не должна быть способна на что-либо серьезное. Однако исследования показали, что это напоминающее прозрачное желе животное обладает всем необходимым для довольно сложного, хорошо управляемого поведения. Так, в случае опасности она может целенаправленно изменять курс и скорость своего передвижения. Если медузу потревожить, она разворачивается и уплывает в глубину, проявляя тем самым настоящую реакцию бегства.

И это, как традиционно считают, одно из простейших живых существ, состоящее на 98 % из воды.

Чудо сложности и целесообразности

Губка – чаша Нептуна. Ту истину, что каждое живое творение представляет собою воплощение Божественного замысла, хорошо выразил один из мыслителей, натуралист и поэт XIX века М. Пуше:

«Я никогда не могу смотреть на одну из громадных губок (чашу Нептуна), не преклоняясь пред мудростью Провидения, – говорил он. – Это поистине монументальное произведение воздвигается множеством клеток…

Кто же направляет и водит ими, чтобы придать постройке гармоническую симметрию? Когда часть ножки чаши бывает окончена, кто возвещает клеткам, что следует начать расширять ее? Кто предупреждает о наступлении момента, чтобы сделать углубление в чаше, обточить ее края или снабдить их ребра изящными украшениями? Наконец, какое высшее вдохновение указывает этому множеству рабочих, удаленных друг от друга, что, отливая чашу, следует соблюдать художественную пропорциональность? Мне еще понятна пчела, строящая свою ячейку. Понятны предусмотрительность и общий порядок в работе, все сотрудники которой могут видеться друг с другом, сообщаться и входить во взаимные соглашения. Но, признаюсь, все мне кажется непостижимым в зодческом произведении чаши Нептуна.

Эта великолепная постройка представляет собою лучшее возражение против материализма. Объясняют ли физико-химические науки, как сносятся между собою при устройстве своего общего жилища различные животные (потому что необходимо допустить, что всех их направляет одна господствующая идея)? – Нисколько. Эти гордые теории, увлекающие только своею дерзостью, совершенно бессильны».

Эту мысль М. Пуше продолжил известный духовный писатель XIX–XX веков, прот. Г. Дьяченко:

«Тот факт, что клетки сообщаются между собой, играет второстепенную роль. Превалирует тут другое. Чаша Нептуна представляет собой художественное произведение. Она выражает одну гармоническую мысль. Выполнение этой чаши и средства для этого возможны лишь тогда, когда план всего произведения заранее начертан в самой природе каждого из отдельных строителей. А это по своей сути относится уже к области психических явлений и само по себе опровергает всякое материалистическое толкование».

Как видите, при знакомстве с миром этих животных, незаслуженно называемых простыми, не может не возникнуть чувства прикосновения к настоящему чуду. А что по этому поводу говорит наука?

Межклеточное взаимодействие. Начнем с того, как общаются между собой клетки любого организма, например губки, и как они «договариваются» о роли каждой из них в построении тела.

Выше уже говорилось о том, что все животные снабжены сложными сенсорными системами. Поэтому их организм принимает поступающую информацию, анализирует ее, формирует необходимую команду, дает указания мышцам и различным органам для ответной реакции.

В то же время не менее сложными анализирующими системами наделены и клетки для восприятия внеклеточной информации и осуществления межклеточных взаимодействий. Но только эти сенсорные приборы – не многоклеточные комплексы, как у организмов, а микроскопические части клеток, что не мешает им быть не менее работоспособными.

Благодаря этим системам живые клетки наделены непостижимой способностью узнавать друг друга и общаться между собой. Это происходит как при непосредственном контакте, так и на расстоянии, когда клеткам-передатчикам и клеткам-приемникам приходится поддерживать дальние контакты через целые клеточные пласты.

Такую связь трудно представить. Ведь все промежуточные клетки между приемником и передатчиком ведут не менее активное общение между собой. А поскольку природа их связи близка, то множество «голосов» должно сливаться в сплошной шум, подобно радиопомехам. Однако этого не происходит. Приемник клетки выделяет из этого гула посланную издалека и предназначенную именно ему информацию. Никакой самый современный приемник, созданный человеком, даже отдаленно не способен на это.

Многие клетки обеспечены средствами и для непосредственного контактирования между собой, чтобы знать о состоянии дел у ближайших соседей. Поэтому у них происходит постоянный обмен информацией.

Исследование подобных процессов технически затруднено, но все же ученым удались эксперименты, проведенные на тонком слое поверхностных клеток. В него были имплантированы (внедрены) миниатюрнейшие фильтры, которые отделили одни клетки от других. Оказалось, что сигналы от клеток поступали через мельчайшие поры и они «слушали» друг друга. Однако в тех случаях, когда фильтр был пропитан парафином, связь между клетками прерывалась. Но она сразу же восстанавливалась после того, как клетки росли вниз, огибали фильтр и вступали во взаимный контакт.

Формообразование. Благодаря такому ближнему и дальнему взаимодействию клеток организма создается телесная форма животного. В частности, так воплощается в жизнь идея Творца о художественно пропорциональной форме чаши Нептуна.

Но действительно ли «выполнение этой чаши и средства для этого возможны лишь тогда, когда план всего произведения заранее начертан в самой природе каждого из отдельных строителей»? В первом приближении это так, хотя в природе все гораздо сложнее, чем способны предположить писатели или ученые.

Живой организм завоевывает пространство соответственно заранее установленным законам, то есть процессы формообразования генетически обусловлены. Во все клетки организма определенного вида заложена одинаковая генетическая программа. А для построения той или иной формы и получения гармоничного целого клеточные структуры должны быть разными. Вот поэтому клетки под управлением специальных управляющих систем дифференцируются и получают конкретные сведения о своем будущем расположении в организме. Теперь каждая клетка как бы «знает», где ей надо остановиться, когда перестать делиться и какую форму принять, чтобы войти в состав той или иной части тела.

Ну, а где хранится организационный центр формообразования, следящий за тем, как генетическая запись переводится в реальную объемную структуру, в тело живого существа, и как совершается общее руководство пространственным расположением и формой клеток, ученым пока не известно. Эксперименты продолжаются, причем они идут в самых разных направлениях.

Так, одни исследователи выясняли темпы размножения дрожжевых клеток в слабых излучениях других клеток и разных живых организмов. Например, в кюветы, заполненные питательной средой с дрожжами, поместили маленькие проростки двух сортов лука. А когда через двое суток кюветы определенным образом просветили, то получили очень интересные результаты.

Оказалось, что зона бурного развития дрожжей совпадала с объемом и формой будущих луковиц. В одном случае затемнение от деления дрожжевых клеток было большим и округлым, а в другом – удлиненным и напоминало расчесанную на две части бороду. Посадив эти проростки в почву, ученые к концу вегетации обнаружили, что в первом случае луковица была обычного вида, а во втором – раздвоенной. То есть маленькие скромные проростки несли информацию о том, какими они будут, когда

вырастут, и организовали соответствующим образом окружающее пространство!

Может быть, клетки нашей чаши Нептуна тоже на это способны? Официальная наука об этом умалчивает. Ведь так удобно считать подобные живые существа примитивными, закрыв глаза на непостижимую сложность всех информационных и формообразующих процессов, воссоздающих это прекрасное Божье творение.